某水利樞紐工程壩址方案比選研究

王天偉

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

擬建的某水利樞紐工程具有以灌溉為主，結(jié)合防洪，兼顧發(fā)電等綜合利用任務(wù)，水庫壩址斷面多年平均流量為20.65 m3/s，多年平均徑流量為6.52 108m3，水庫總庫容為1.24 億m3，最大壩高82 m，電站總裝機(jī)容量為24 MW。工程為Ⅱ等大（2）型工程。正常蓄水位2 105 m，死水位2 065 m。主要建筑物級別為2 級，次要建筑物級別為3 級，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇。

2 壩址比選原則

①壩址上游應(yīng)該具有一個(gè)開闊的河谷地，以便于獲取更大的庫容；一般選擇河谷最窄的地方，使壩軸線盡可能減短，從而減少壩體的填筑量，節(jié)省投資。②河道及兩岸地質(zhì)結(jié)構(gòu)需穩(wěn)定，以減少壩基及邊坡處理工程量。③盡最大可能的減少對當(dāng)?shù)剞r(nóng)田和村鎮(zhèn)的淹沒情況。④河流的流向應(yīng)盡可能與壩軸線正交，以便于布置泄洪建筑物且能夠保證下泄洪水流暢。⑤壩址周圍應(yīng)具有大量的復(fù)合大壩填筑要求的建筑材料。⑥壩址周圍應(yīng)具有合適的地形來布置施工現(xiàn)場，且具有便利的交通。⑦壩址區(qū)淤積后調(diào)節(jié)庫容相等的比選原則。

3 壩址概況

工程區(qū)內(nèi)采用1/10 000的地形圖，在庫山河中游河段沙曼水文站以上10 km范圍內(nèi)無村莊，人類活動(dòng)少，無工礦企業(yè)，沙曼水文站以下河段地形較開闊，地勢平坦，有村莊，故在庫山河中游河段沙曼水文站以上10 km 選擇了上、中、下三處壩址。從三處壩址的地形地質(zhì)條件來說，壩線較長，河谷較寬，河床覆蓋層較深（上壩址最大深度50 m，中壩址最大深度65 m，下壩址最大深度101 m），均不具備布置混凝土重力壩或拱壩的條件，因此參與比選的壩型為土石壩方案。經(jīng)勘察防滲粘土總量約425 萬m3，但粘土具有分散性，不具備修建粘土心墻壩的條件，灰?guī)r骨料總儲量大于10萬m3，周圍儲有大量的砂礫石和灰?guī)r料，且運(yùn)輸距離較近，修建混凝土面板壩和瀝青混凝土心墻壩的先天條件較好，所以現(xiàn)階段壩型選用瀝青混凝土心墻壩作為代表進(jìn)行壩址比選。

3.1 上壩址

上壩址庫區(qū)位于庫山河干流中游河段高山區(qū)，水庫迴水長度約7.40 km，兩岸山體相對高差大于500 m，總地勢南高北低，河谷走向近SN，河流坡降19.10‰，河谷底寬約80～210 m。地形狹窄，河谷呈V形。上壩址區(qū)巖性為石炭系灰?guī)r。

庫區(qū)兩岸枝杈狀沖溝發(fā)育，走向與河谷近正交，長度大于1.00 km的共有10條。

無壓導(dǎo)流洞布置在左岸，導(dǎo)流洞進(jìn)口段為臨時(shí)建筑物，在施工期承擔(dān)導(dǎo)流任務(wù)，后期封堵，導(dǎo)流洞后段和泄洪沖沙洞結(jié)合。為保證電站停機(jī)檢修時(shí)，生態(tài)流量能夠繼續(xù)下泄，故在主廠房左側(cè)增設(shè)1根生態(tài)放水支管，支管管徑1.40 m。根據(jù)上壩址各建筑物的特性及布置方案，將過魚建筑物集魚設(shè)施布置在廠房尾水右岸，過魚建筑物采用“集誘魚系統(tǒng)＋運(yùn)輸車＋投放系統(tǒng)”的方式進(jìn)行過魚。根據(jù)擋水建筑物型式、樞紐布置及壩體填筑強(qiáng)度及高程，瀝青混凝土心墻壩方案施工導(dǎo)流采用河床一次斷流，通過上游圍堰和下游圍堰來擋水，左岸導(dǎo)流洞整年導(dǎo)流的方式。共新建道路18條，總長26.79 km，其中永久道路5 條，長度7.70 km；施工橋梁7 座，其中永久交通橋5 座，總長度140 m，臨時(shí)鋼橋3 座，長度114 m；臨時(shí)交通洞2 條，長度1 173 m；永久交通洞1條，長度1.16 km；施工支洞6條，總長度3.37 km。

3.2 中壩址

中壩址位于河流轉(zhuǎn)彎的峽谷處，其河谷流向?yàn)镹W，河流縱坡約為13.50‰。谷底高程2 020～2 040 m，兩岸山頂高程2 420～2 500 m，相對高差約500 m，現(xiàn)代河床寬100～150 m，正常蓄水位高程為2 105 m，河谷寬約660 m。壩址發(fā)育一順河向古河槽，寬230～390 m，右岸基巖裸露，岸坡坡度38h～45h；與亞普羌吉勒嘎溝交匯部位為古河槽堆積物組成的土質(zhì)山梁，岸坡坡度40h～70h，局部近直立。水庫蓄水后，該堆積物飽和后，其邊坡穩(wěn)性將急劇性下降，加之庫水對坡腳掏蝕作用，該段庫岸會發(fā)生塌岸，危及水工建筑物進(jìn)口安全，需進(jìn)行削坡處理，并采取護(hù)坡措施。

河床壩基基巖為砂質(zhì)泥巖和礫巖，泥巖為軟巖，礫巖為較軟巖，基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚3～5 m，弱風(fēng)化層層厚約為7.50 m，基巖透水率q≤3 Lu 的界線埋深在基巖面以下3～5 m。為保證電站停機(jī)檢修時(shí)，生態(tài)流量能夠繼續(xù)下泄，故在安裝間下部增設(shè)1根生態(tài)放水支管，支管管徑1.40 m。

3.3 下壩址

下壩址位于中壩址下游2.50 km 處，河流向NE，河流縱坡約15.30‰。谷底高程1 990 m 左右，兩岸山頂高程2 420～2 550 m，相對高差約500 m，河谷谷底寬450～500 m，正常蓄水位2 085 m 高程處，谷寬約700 m。左岸坡腳為厚度50～80 m的崩坡積物，崩坡積含土塊碎石層具架空結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)松散，崩坡積物約250 萬m3，須清除處理。在左壩肩高程約2 052 m 以下基巖為石膏巖，該處為崩坡積物覆蓋，覆蓋層厚約55 m，石膏巖為較軟巖、中溶巖，在水理作用下溶蝕會形成地下水及庫水的滲漏通道，同時(shí)石膏巖溶蝕于水后，對水庫的水質(zhì)影響較大。為保證電站停機(jī)檢修時(shí)，生態(tài)流量能夠繼續(xù)下泄，故在安裝間下部增設(shè)1根生態(tài)放水支管，支管管徑1.40 m。過魚建筑物為3 級建筑物，根據(jù)上壩址各建筑物的特性及布置方案，將過魚建筑物集魚設(shè)施布置在廠房尾水左岸，過魚建筑物采用“集誘魚系統(tǒng)＋運(yùn)輸車＋投放系統(tǒng)”的方式進(jìn)行過魚，集誘魚系統(tǒng)主要由閥井、消能井、集魚池、誘魚道、魚道和回轉(zhuǎn)吊等建筑物組成。

4 壩址方案比較

在發(fā)電量方面，無論是上壩址、中壩址、還是下壩址，其壩址水庫調(diào)節(jié)庫容基本相同，而上、中、下壩址多年平均發(fā)電量分別為1.169億kW·h、0.859億kW·h、0.903億kW·h，三者之間上壩址發(fā)電量較大。

工程量及投資方面中壩址庫盤條件較上、下壩址好，同等調(diào)節(jié)庫容的情況下，中壩址最大壩高比上壩址低44 m，比下壩址低27 m，上壩址、下壩址壩體填筑量大幅增加，上、中、下壩址各方案工程靜態(tài)總投資分別為18.75億元、16.69億元、20.04億元，在工程量和投資方面比選中，中壩址較優(yōu)。

在地形地質(zhì)方面，上壩址地質(zhì)巖性以灰?guī)r、砂巖為主，是屬于中硬巖、堅(jiān)硬巖，地質(zhì)的巖性條件較好，有高邊坡問題，邊坡處理較困難，建筑物布置較困難；中壩址巖性主要為砂巖、泥質(zhì)、礫巖，為軟巖，地形較寬闊，兩岸邊坡無大的高邊坡問題；下壩址巖性主要為砂巖、泥質(zhì)、礫巖以及石膏巖，為軟巖，地形較寬闊，兩岸邊坡無大的高邊坡問題；通過綜合分析，在地質(zhì)地形條件中，中壩址要優(yōu)于其他兩個(gè)壩址。

在征地移民方面上，壩址方案無搬遷安置任務(wù)，建設(shè)征收農(nóng)用地較少，對區(qū)域生產(chǎn)生活影響較小，但影響的Y049線恢復(fù)改建投資較大，難度較高，對工程建設(shè)有一定的制約因素；中壩址與下壩址各方案以相同深度進(jìn)行實(shí)物調(diào)查，兩方案征地范圍內(nèi)未涉及影響重大不可搬遷實(shí)物，在移民安置方面無制約性因素。

在工程施工方面上，中、下壩址地形寬闊，兩岸地形呈U形，岸坡相對來說較緩，兩壩址的料場設(shè)計(jì)、大壩主體工程施工、導(dǎo)截流方式及標(biāo)準(zhǔn)、工期等與上壩址相差不大。但上壩址左岸邊坡較為陡峻，其壩肩開挖施工難度相對來說較大，施工道路的布置也相對復(fù)雜。而對于中、下壩址來說，左、右各岸岸坡相比于上壩址較緩，施工道路布置相比于上壩址較為簡單，上壩址的施工條件要差于中、下壩址的施工條件。

在運(yùn)行管理方面，上壩址的泄洪沖沙洞為有壓洞，其工作門布置在隧洞出口，運(yùn)行管理相對不便，而中、下壩址不存在此問題。

5 結(jié)論

根據(jù)水庫淤積后調(diào)節(jié)庫容相等的比選原則，中壩址庫盤條件較上、下壩址好，工程量及投資中壩址較優(yōu)；上壩址巖性以灰?guī)r、砂巖為主，地質(zhì)的巖性條件較好，但存在高邊坡問題，邊坡處理較困難，布置建筑物較困難，施工期施工難度極大，邊坡處理工程量較大，中壩址巖性主要為砂巖、泥質(zhì)、礫巖，地形較寬闊，兩岸邊坡無大的高邊坡問題，但壩址左岸有大量崩坡積物，需清除；下壩址巖性主要為砂巖、泥質(zhì)、礫巖以及石膏巖，地形較寬闊，兩岸邊坡無大的高邊坡問題，但壩址左、右岸有大量崩坡積物，清除量最大，綜合比較，地質(zhì)地形條件中壩址較好；因此，通過對上壩址、中壩址、下壩址從地形地質(zhì)條件、樞紐布置、施工條件、工程量、投資估算、綜合效益等方面的綜合比較，中壩址的優(yōu)點(diǎn)在于工程投資低且建成后的綜合效益高，因此將中壩址作推薦壩型。

通過對三處壩址進(jìn)行的同等深度的多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，論證了深厚覆蓋層、復(fù)雜軟巖地質(zhì)等地質(zhì)難題，對該壩址比選設(shè)計(jì)進(jìn)行了科學(xué)評價(jià)，目前，該樞紐正在實(shí)施，各項(xiàng)工作進(jìn)展順利。