下壩司水庫壩址及壩型比選研究

全志平

（沿河自治縣水務局,貴州 沿河 565300）

1 引言

水庫大壩是水庫工程的重要攔水建筑物,壩址確定和壩型選取對工程建設的費用及工程安全影響較大。在工程實際中,需要結合工程需求及實際情況選取適宜的壩址及合理的壩型,從而提高工程效益[1-3]。

2 壩址選擇

根據下壩司水庫實際情況,從以下幾個條件進行比較。

（1）成庫條件

下壩司水庫工程庫盆位于三疊系夜郎組地層,巖性為砂巖和灰巖等,為相對隔水層,地形地層封閉條件好,滲漏的可能性較小,水庫蓄水條件好。

（2）地質、地形條件

由于下壩司小河整條河流較短,地質條件變化不大,上、中、下段河道地質條件相當,工程庫岸為三疊系夜郎組（T1y2）和三疊系夜郎組（T1y1）砂巖和灰巖地層,岸坡地形較平直,穩定條件較好。工程建設不會形成較大的危害,但施工期應加強監測,本工程建庫后,除局部段受庫水浸泡及浪蝕作用,可能產生少量坍塌及覆蓋層較厚段向庫內滑移現象外,庫岸坡整體穩定。

下壩司小河上、中段河谷為不對稱的“U”型谷,地形開闊,谷底寬一般25 m～70 m,覆蓋層又較厚,不適宜建壩。下段河道為“V”型谷,尤其是老壩下游300 m范圍內,谷底寬3 m～10 m,覆蓋層較薄,是理想建壩區域。

（3）樞紐布置

老壩上游河段,由于老壩淤積嚴重（已基本淤積至老壩壩頂處）,覆蓋層很厚,同時河道很寬,建壩后壩基開挖量將成倍增加,但同高程下庫容有所減少；老壩下游300 m范圍內河道相對較窄,成深V型,同時地基覆蓋層較薄,適于建設重力壩和土石壩,同時供水管道布設起來也較短。但土石壩泄水建筑物、供水建筑物及其他建筑物同壩型比較布置相對較難。再下段河道逐漸開闊,兩岸分布有民房,不宜建壩。

（4）施工條件

水庫距興仁縣城約51.0 km,有鄉村便道通至壩址,交通較方便,石料場位于興仁縣回龍鎮計屯村附近,距壩址距離約4.5 km,運輸距離較短。壩址左岸及上下游處地勢較開闊,便于施工布置。

（5）水庫淹沒

下壩司小河兩岸村寨較少（水鴨子,大壩田）,其所在地高程相對較高（1454.00 m～1495.00 m,大壩田村寨坐落于1475.00 m高程以上）,移民搬遷人數會隨著水庫水位的升高而增大。故在相同規模情況下,選擇壩址不宜太靠上游河段,下段河道是理想壩址。

綜上,為滿足要求,擬選下壩司水庫壩址為老壩下游河道300 m范圍內。該河段處河床覆蓋層淺,河道相對平緩,其離納壁鄉村公路也最近,交通條件相對較好；并且在同等規模下,下段集水面積最大,淹沒面積最小,所需要壩高最小。但為了更好地進行樞紐布置,擬選壩址距離老壩約120 m（樞紐布置避開老壩影響）,壩址唯一。壩址以上流域集水面積7.5 km2、主河道長5.9 km,主河道坡降為29.37‰。

3 壩型選擇

3.1 代表壩型選擇

下壩司水庫壩址河流流向西南～東北,蜿蜒曲折,壩址為一典型橫向“V”型谷,兩岸山體高大雄厚僅基本對稱,巖性為碎屑巖,屬于侵蝕～剝蝕中低山地貌,具有侵蝕地貌類型。河谷高程1410 m～1425 m。谷底寬一般10 m～20 m,兩岸坡地形坡度35°～46°,山頂高程左岸1560 m、右岸1530 m,覆蓋層分布于低洼溝谷中。兩岸山頭高出河床120 m～150 m,自然邊坡基本穩定,局部出現小面積殘坡積層坍塌外,其它不良地質現象不發育。正常蓄水位1452.00 m時河谷寬118 m,其寬高比為3.16,壩址河谷地形寬高比較大,要求拱壩壩體較厚。且兩岸拱座厚薄不一,不利于壩體穩定,因此本壩址不適合建拱壩。單從地形、地質上來看土石壩和重力壩受地形限制較小,該壩址可以滿足土石壩和重力壩的建壩要求,因此設計選擇土石壩和重力壩兩種壩型進行比選。

3.1.1 土石壩代表壩型推選

土石壩有均質土壩、土石混合壩和堆石壩,從當地天然建筑材料分析,壩址附近無土料,因此不宜修建土壩。而項目區距壩址約4.5 km的計屯村附近石料豐富,儲量達83.2萬m3,開采及運輸條件較好,材質佳,因此本階段選擇混凝土面板堆石壩作為土石壩的代表壩型進行設計比選。

3.1.2 重力壩代表壩型推選

重力壩按建筑材料劃分有混凝土重力壩、混凝土埋石重力壩和砌石重力壩等,重力壩的總體布置基本一樣,從壩體結構穩定方面考慮,三種壩型的體型結構相差不大；從項目區的石料分布情況來看,石料均能滿足以上壩型的建設；從施工方面考慮,混凝土重力壩和混凝土埋石重力壩要求的機械化程度相對要高,施工要求的溫控相對較嚴,施工難度相對較大；從投資指標方面考慮,混凝土重力壩和混凝土埋石重力壩相對較高。由于本工程規模較小,要求施工的機械化程度不高,為充分利用當地的建筑材料,盡可能地減小施工難度,減少工程投資,本階段選擇C15細石混凝土砌毛石重力壩作為重力壩的代表壩型。

綜合以上因素,本階段擬定C15細石混凝土砌毛石重力壩和混凝土面板堆石壩兩種壩型進行同等深度的綜合比較論證,選出基本壩型。

3.2 C15細石混凝土砌毛石重力壩方案

砌石重力壩方案樞紐布置為：該方案樞紐由C15細石混凝土砌毛石重力壩、壩身溢洪道、左岸取水兼放空建筑物等組成。

大壩為C15細石混凝土砌毛石重力壩,最大壩高48.80 m,壩頂高程1454.80 m,護欄頂高程1456.00 m,壩頂寬度5.00 m,壩頂長133.00 m,河床壩段建基面高程為1406.00 m,壩底寬48.40 m,上游面高程1454.80m至1438.00 m鉛直,高程1438.00至1408.00 m坡比為1∶0.2,1408.00 m至1405.00 m為防滲面板基礎；下游面高程1454.80 m至1452.00 m鉛直,高程1452.00 m至1408.00 m坡比為1∶0.80,1408.00 m至1406.00 m為壩體墊層基礎,墊層采用C15混凝土澆筑。溢流壩段總寬度24.00 m,堰頂高程為452.00 m,溢流堰為3孔,凈寬為18.00 m,堰上最大水深為1.91 m,溢流壩上設置交通橋,橋面寬度5.00 m,泄槽邊墻以5°收縮角向中心進行收縮,收縮至樁號YK0+033.96 m處（泄槽邊墻與消力池邊墻頂部交點）,溢洪道下游采用底流消能,消力池底板高程1411.20 m,消力池凈寬15.93 m,池長22.00 m,后設尾坎,尾坎頂寬1.50 m,高1.80 m,尾坎后開挖區域采用鋼筋石籠進行回填處理。壩體上游采用C20W6F50防滲砼面板進行加固防滲,防滲砼面板高程1454.80 m至1438.00m等厚為80 cm,高程1438.00至1408.00 m外坡比為1∶0.2、內坡比為1∶0.14逐漸加厚。

3.3 混凝土面板堆石壩方案

下壩址面板堆石壩方案樞紐布置為：該方案樞紐由面板堆石壩、岸坡溢洪道、取水兼放空隧洞等構成。

大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩,最大壩高45.60 m,壩頂高程1454.60 m,壩頂寬度6.00 m,壩頂長128.00 m,河床壩段趾板建基面高程為1409.00 m。壩頂上游側設L型混凝土防浪墻,高度為3.80 m,防浪墻頂高程1455.80 m,底部高程1452.00 m,頂部寬度為0.50 m,底部寬度為3.50 m,在1452.80 m設1.00 m寬的檢修小道。上游壩坡選用1∶1.4,上游壩坡高程1427.00 m處設寬5.00 m馬道,在1427.00 m高程以下設蓋重區,粘土鋪蓋頂部水平寬2.00 m,上游坡度1∶1.4,石渣蓋重頂部水平寬3.00 m,上游坡度1∶2.5。下游高程1436.60 m處及高程1417.60 m處設置寬2.00 m馬道,內側均設排水溝,下游壩坡坡比均為1∶1.4。馬道內側排水溝與壩肩排水連成一體,匯合至排水棱體下游排水溝后排至壩體外15 m。

壩體填筑分為8 個分區,即上游石渣蓋重區1 B、粘土鋪蓋區1 A、墊層區2 A、特殊墊層區2 B、過渡區3 A、主堆石區3 B、下游堆石區3 C及排水棱體區3E。石渣蓋重區頂部寬度3.00 m,上游坡比1∶2.5；粘土鋪蓋區頂部寬度為2.00 m,上游坡比為1∶1.4；墊層區水平寬度為3.0 m,在趾板下游側增設特殊墊層區；過渡區水平寬度3.0 m；主堆石區為面板的主要支撐體,在壩軸線上游側除了墊層區和過渡區以外包括壩軸線下游側高程1447.00 m以上部分均為主堆石區；下游堆石區為壩軸線下游側高程1447.00 以下部分,與主堆石區分界線為向下游1∶0.2 的坡線,底部高程為1417.00 m。下游堆石區底以下高程除排水棱體部分也為主堆石區材料。排水棱體頂高程1417.00 m,頂寬2.00 m,上下游坡比均為1∶1.4,底高程為1410.00 m。

趾板寬度按巖石地基容許水利梯度確定,經布置和計算,趾板寬度統一取為5.00 m,河床及兩岸趾板每隔35.00 m左右設一條伸縮縫,趾板厚0.50 m。趾板混凝土采用C25,抗滲等級W6,抗凍等級F50。

面板厚度根據T=0.30+（0.002～0.0035）H計算,因本工程壩高小于70.00 m,采用等厚面板,面板厚度為0.40 m,面板混凝土采用C25,抗滲等級W6,抗凍等級F50。混凝土面板設單層雙向鋼筋,縱、橫向鋼筋配筋率均為0.4%。

4 壩型方案比選

根據以上壩型方案設計進行壩型比選,見表1。

表1 壩型綜合比較表

由表1綜合兩種壩型的優缺點及適應性,C15細石混凝土砌毛石重力壩優于面板堆石壩。

5 結論

為滿足要求,擬選下壩司水庫壩址為老壩下游河道300m范圍內,該河段處河床覆蓋層淺,河道相對平緩,其離納壁鄉村公路也最近,交通條件相對較好；并且在同等規模下,下段集水面積最大,淹沒面積最小,所需要壩高最小。但為了更好地進行樞紐布置,擬選壩址距離老壩約120m（樞紐布置避開老壩影響）,壩址唯一。為方便施工,節約工程造價,減少后期管理與維護費用,推薦壩址壩型為C15細石混凝土砌毛石重力壩。