六枝特區(qū)河頭上水庫(kù)工程壩型比選分析

譚軍，項(xiàng)武林

（1.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴州東方世紀(jì)科技股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002）

1 工程概況

河頭上水庫(kù)總庫(kù)容1 602 萬(wàn)m3，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》《防洪標(biāo)準(zhǔn)》劃分工程為Ⅲ等中型水庫(kù)，擋水壩、溢洪道及取水建筑物等主要建筑物為3 級(jí)，次要建筑物為4 級(jí)；根據(jù)泵站裝機(jī)功率，泵站為3 級(jí)建筑物；根據(jù)供水對(duì)象重要性及輸水流量，輸水建筑物為4 級(jí)建筑物；臨時(shí)建筑物為5級(jí)。擋水壩、溢洪道及取水建筑物按50 年一遇洪水設(shè)計(jì)（P=2%），1 000 年一遇洪水校核（P=0.10%）；消能防沖設(shè)施按30年一遇洪水設(shè)計(jì)（P=3.33%）；泵站按30 年一遇洪設(shè)計(jì)（P=3.33%），100 年一遇洪水校核（P=1%）；輸水管道及建筑物按20年一遇洪水設(shè)計(jì)（P=5%），50年一遇洪水校核（P=2%）。工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，工程設(shè)防烈度為6度作為水工建筑物抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

2 壩型適應(yīng)性分析

在上壩線上壩型比選。壩址河段河谷斷面為一較寬緩的不對(duì)稱(chēng)“V”型河谷。正常蓄水位高程1 254.00 m 時(shí)，河床寬210.00 m，寬高比4.80。兩岸上、下游受沖溝切割，地形較破碎。T2g1泥、頁(yè)巖與泥質(zhì)白云巖呈互層狀分布于壩基（肩）地層巖體中，軟質(zhì)巖與中硬巖相間分布，巖體的抗壓強(qiáng)度、彈性模量及變形模量有一定差異，對(duì)壩基（肩）巖體抗壓及抗變形能力有一定影響。壩址區(qū)主要結(jié)構(gòu)面是巖層面及裂隙，巖層緩傾上游偏左岸，壩址河段為一斜向河谷。壩址區(qū)主要為陡傾裂隙，兩岸由于河谷深切，邊岸卸荷作用形成卸荷裂隙。強(qiáng)風(fēng)化帶沿裂隙及層面局部夾泥，弱至微風(fēng)化帶裂隙逐漸閉合，夾泥變薄至尖滅。

由于兩壩肩分布巖性不同巖體間的抗壓強(qiáng)度、彈性模量及變形模量有一定差異，對(duì)壩基（肩）巖體抗壓及抗變形能力有一定影響，故不適宜修建拱壩。從地形地質(zhì)條件及施工進(jìn)度等綜合考慮，可選擇粘土心墻土石壩、粘土心墻堆石壩、面板堆石壩和土壩重力壩等壩型。由于本工程5 km 范圍無(wú)土料場(chǎng)儲(chǔ)量，不能滿(mǎn)足筑壩材料要求。因此，可就混凝土面板堆石壩和碾壓混凝土重力壩展開(kāi)比較擇優(yōu)。

3 堆石壩與重力壩兩壩型比選

3.1 壩型地形地質(zhì)條件

壩址處左岸較陡，地形坡度約50°，右岸稍緩，坡度為30°～40°，河道蜿蜒曲折，為河谷型地貌。壩基持力層為T(mén)2g1泥質(zhì)灰?guī)r，兩岸為頁(yè)巖、泥巖不等厚互層。有一小型正斷層F0寬度5 m 左右，長(zhǎng)度＞300 m，深度28.10～34.50 m，46～73 m，高程1 200 m 左右處于壩軸線上。斷層面傾向170°，傾角85°。壩址地層產(chǎn)狀110°～130°∠10°～15°，為緩傾下游的斜向構(gòu)造。壩址的地形地質(zhì)條件適宜修建面板堆石壩，經(jīng)采取一定的工程措施后，可以修建重力壩，兩壩型地形地質(zhì)條件相當(dāng)。

3.2 工程布置比較

3.2.1 工程樞紐布置條件

①混凝土面板堆石壩方案：面板堆石壩+岸邊溢洪道+取水兼放空隧洞+壩后泵站+輸水管道。堆石壩的防洪標(biāo)準(zhǔn)高于重力壩，防洪建筑物規(guī)模略大，采用岸邊式溢洪道和取水兼泄洪放空隧洞，布置不緊湊，稍顯復(fù)雜。②碾壓混凝土重力壩方案：重力壩+壩頂溢洪道+沖沙底孔+取水口+壩后泵站+輸水管道。重力壩因可以壩頂泄洪及壩身埋管取水，更便于布置泄洪和取水系統(tǒng)，工程量相對(duì)較小。③從上述條件來(lái)看，堆石壩和重力壩樞紐工程布置條件上體現(xiàn)出各自壩型特點(diǎn)。

3.2.2 水庫(kù)大壩布置條件比較

重力壩壩頂高程1 257.30 m，最大壩高59.60 m，壩頂長(zhǎng)317.80 m，壩頂寬度6 m，壩底寬度49 m，土石方開(kāi)挖量約24.53萬(wàn)m3，壩體碾壓混凝土填筑量約21.60萬(wàn)m3。面板堆石壩壩頂高程1 257.00 m，最大壩高56.00 m，壩頂寬6.80 m，壩頂長(zhǎng)209 m，土石方開(kāi)挖量20.47 萬(wàn)m3，壩體填筑量43.77 萬(wàn)m3。工程量上堆石壩比重力壩大，但堆石填筑單價(jià)比碾壓混凝土填筑單價(jià)低，其經(jīng)濟(jì)性通過(guò)投資比較來(lái)確定。兩種壩型防滲原則基本相同，由于面板壩帷幕灌漿要在趾板上進(jìn)行，因此帷幕線長(zhǎng)度較重力壩方案長(zhǎng)一些，重力壩方案防滲線總長(zhǎng)993.39 m，總進(jìn)尺17 366 m，面板堆石壩方案防滲線總長(zhǎng)786 m，總進(jìn)尺15 741 m。防滲工程量上，堆石壩方案略大一些。

3.2.3 泄洪建筑物布置條件比較

重力壩為剛性壩，可采用壩頂溢洪道泄洪，消能方式為挑流消能，下游河床較開(kāi)闊，溢洪道寬度布置與下游河床寬度基本一致，采用設(shè)閘方式，溢洪道寬度為13.50 m，設(shè)3 孔。面板堆石壩方案的溢洪道，布置于左壩肩，采用設(shè)閘方式的岸邊溢洪道，溢洪道寬度15 m，設(shè)3孔，溢洪道長(zhǎng)175 m，采用底流消能方式。兩方案的泄洪建筑物比較，堆石壩的泄洪方案較復(fù)雜，工程量大。

3.2.4 取水、輸水建筑物布置條件比較

重力壩方案取水口布置于大壩左壩段，于壩前設(shè)取水塔，經(jīng)壩身埋管后，于壩后進(jìn)入提水泵站，泵站布置于壩后左岸的緩坡上，經(jīng)上水管提水至左岸山頭的高位水池上。堆石壩方案受地形條件的限制，溢洪道、取水兼放空洞均布置于左岸，泵站布置選擇壩后提水方案。重力壩方案與堆石壩方案泵站布置型式基本相同。堆石壩方案取水隧洞要長(zhǎng)一些。綜合比較，重力壩方案較堆石壩方案簡(jiǎn)單、緊湊。

3.3 施工條件比較

兩方案在場(chǎng)內(nèi)外交通條件、施工總平面布置上基本相同。其差異主要是在施工導(dǎo)流及度汛上。經(jīng)初步比較，施工導(dǎo)流方式均采用全斷圍堰隧洞導(dǎo)流的方式進(jìn)行，重力壩方案導(dǎo)流洞布置在大壩左岸，導(dǎo)流洞長(zhǎng)160 m，斷面為城門(mén)洞型，斷面尺寸為3m×3 m（寬×高），堆石壩方案導(dǎo)流洞布置在大壩左岸，導(dǎo)流洞長(zhǎng)242 m，導(dǎo)流隧洞斷面為城門(mén)洞型，尺寸為3.50 m×4.01 m（寬×高），導(dǎo)流洞所處位置圍堰類(lèi)別為Ⅳ或Ⅴ類(lèi)，洞內(nèi)均采用0.50 m厚的C20鋼筋混凝土襯砌，導(dǎo)流洞投資堆石壩方案較重力壩方案大。重力壩方案度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇，洪峰流量為188 m3/s，且汛期可以用壩身過(guò)水，堆石壩方案度汛標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，洪峰流量為237 m3/s，且壩身不能過(guò)水，需在度汛高程以下的壩體上游噴乳化瀝青，進(jìn)行臨時(shí)擋水，為降低度汛水位，導(dǎo)流洞的過(guò)水?dāng)嗝娉叽巛^大。兩方案比較，堆石壩方案的臨時(shí)工程投資較重力壩方案大。混凝土面板堆石壩壩基深度較淺，總方量約44 萬(wàn)m3，工期30 個(gè)月。碾壓混凝土重力壩壩基開(kāi)挖較深，總方量約21.60 萬(wàn)m3，工期36 個(gè)月。因此兩壩型施工條件基本相當(dāng)。

3.4 水庫(kù)工程投資比較

重力壩和面板堆石壩兩方案工程投資除主體工程以外，可比部分投資還包括導(dǎo)流洞、金屬結(jié)構(gòu)等。泵站及輸水管道兩方案相同。重力壩方案投資計(jì)算包含：大壩（碾壓混凝土重力壩）、壩頂溢洪道、取水口、沖沙兼放空隧洞、導(dǎo)流洞和金屬結(jié)構(gòu)。根據(jù)相關(guān)計(jì)算得重力壩方案工程投資為13 474.65 萬(wàn)元。堆石壩投資計(jì)算包含：大壩（混凝土面板堆石壩）、取水兼放空隧洞、導(dǎo)流洞金屬結(jié)構(gòu)。根據(jù)投資概算，可比部分投資見(jiàn)表1。

表1 堆石壩方案可比部分投資比較表

由上表可知，重力壩主體工程投資13 474.65萬(wàn)元，堆石壩為11 188.89萬(wàn)元，堆石壩比重力壩少2 285.76萬(wàn)元，堆石壩更優(yōu)。

3.5 壩型綜合比選結(jié)論

壩址處地形較適宜修建面板堆石壩。受壩軸線區(qū)域發(fā)育有小型斷層，壩肩地層存在泥巖、泥頁(yè)巖互層等不良地質(zhì)條件影響，采取一定措施后才可能適宜修建重力壩，明顯存在較大建壩風(fēng)險(xiǎn)。故地質(zhì)條件上宜選擇堆石壩。工程投資上面板堆石壩方案優(yōu)于重力壩方案，同時(shí)面板堆石壩施工工期較短。因此，經(jīng)綜合比較后，選取混凝土面板堆石壩作為選優(yōu)壩型。

4 結(jié)語(yǔ)

在了解選定壩址處工程概況，經(jīng)壩型適應(yīng)性分析論證后確定混凝土面板堆石壩和混凝土重力壩比選擇優(yōu)。從地形地質(zhì)條件、工程全面布置條件（包括樞紐布置、擋水建筑物布置、泄洪建筑物布置和取水、輸水建筑物布置）、施工綜合條件和工程投資等幾方面綜合比選后確定混凝土面板堆石壩為最優(yōu)壩型。