某水庫樞紐大壩工程壩型比選分析

劉星波

（山東省水利勘測設計院有限公司貴州分公司，貴州 貴陽 550000）

1 工程概況

交廣水庫需要滿足設計水平年2030年龍坪鎮五星村及交谷村部分村寨共計2 016 人、大牲畜604 頭、小牲畜1 208頭的飲水安全，同時保證下游76.67 hm2水田和333.34 hm2火龍果的灌溉。壩址位于龍坪鎮交廣村交廣河上游河段，工程主要由瀝青混凝土心墻土石壩、岸邊開敞式溢洪道、取水兼放空建筑物、提水泵站、輸水管道及高位水池等組成。上壩線方案流域面積3.59 km2，水庫校核洪水位577.25 m（P=0.5%），總庫容72.80萬m3；正常蓄水位575.00 m，興利庫容56.50萬m3；死水位552.00 m，庫容4.80萬m3。水庫為Ⅴ等小（2）型。

2 攔河大壩工程壩型適應性分析

2.1 壩址區地質條件

選定壩線上壩線，位于6#和7#沖溝之間，河谷呈“V”型。河床高程532.40 m，575.00 m正常蓄水位高程上河谷寬120 m，壩前抬高水頭42.60 m，寬高比2.70。左岸受6#、7#沖溝切割，右岸受4#、8#沖溝切割。基巖為T2b灰綠、黃褐色薄至中厚層粉砂質泥巖，局部夾極少量泥灰巖。局部微褶皺發育，巖層產狀變化稍大，為65°～85°∠31°～45°，總體傾向右岸。

據地形、地質條件等綜合分析，此壩線壩址持力層巖質為較軟巖，力學性能較差，壩基（肩）巖體整體強度低，不宜修建拱壩，具備修建重力壩和當地材料壩條件。據可研階段的綜合比較，修建重力壩工程投資偏大，故不考慮修建重力壩方案。

2.2 當地材料壩型

可供選擇的當地材料壩型主要有均質土壩、土質心（斜）墻土（風化料）壩、非土質防滲體壩、面板堆石壩等。通過調查，料場較小且厚度變化較大，難以找到充足土料源。當地粘土含水率較高，且氣候較濕潤，給施工帶來極大困難，故不考慮均質土壩和粘土心墻壩作為比選壩型。

庫區內料場表層為殘坡積粘土夾少量碎石，剔除碎石擊實后，粘土塑性指數多大于20，滲透系數大于1.0×10-5cm/s，不符合《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》《碾壓式土石壩設計規范》防滲土料要求，但宜修建非土質材料防滲體壩。

常用非土質材料防滲體有土工膜、瀝青混凝土防滲體等。考慮壩前最大抬高水頭42.60 m，故不推薦土工膜防滲體。推薦瀝青混凝土心墻防滲體形式。工程區兩岸山體風化層較厚，可用作土石壩殼填筑料，運輸成本低，施工組織方便，適宜修建用瀝青混凝土墻作為防滲體的風化料壩。同時為便于壩體防滲墻施工和工程安全，墻外側用過渡層料包裹。

對比工程實際地形地質條件、施工條件、施工水平等各方面因素，該壩址處同樣適宜修建堆石壩，且堆石壩壩型中的混凝土面板堆石壩技術已相當成熟，工程技術無制約因素。因此，經上述對壩型適應性分析，考慮采用瀝青混凝土心墻土石壩和混凝土面板堆石壩進行壩線內的壩型比較。

3 水庫樞紐大壩工程壩型比選研究

3.1 地形地質條件

兩岸覆蓋層為殘坡積粘土夾少量碎石，厚度一般為1～3 m，河床覆蓋層成分相對較復雜，下部為沖洪積的砂卵（礫）石層，厚度變化較大，一般為2～3 m，局部達6 m。下伏基巖為三疊系中統邊陽組（T2b）薄至中厚粉砂質泥巖，巖層產狀65～85°∠31～45°，傾向右岸。從地形地質條件分析，土石壩、面板堆石壩兩種壩型均有成壩條件。

根據河谷地形地質條件，面板堆石壩的特性和對地基強度要求相對較高，壩址強風化巖體裂隙發育，呈散體—碎裂結構，抗變形能力較差，滲透性好，需將趾板置于弱風化帶中上部巖體。瀝青混凝土心墻壩是散粒狀結構壩體，適應壩基變形能力較強，混凝土基座可直接坐落于強風化層中上部基巖上，壩殼風化料為庫區周邊風化巖石，清除覆蓋層將風化料置于強風化基巖上即可，施工簡單，安全性高。地質條件上，瀝青混凝土防滲心墻壩更具優勢。

3.2 樞紐布置及防滲體可靠性比較

瀝青混凝土心墻壩、面板堆石壩均屬當地材料壩，對基礎要求不高，其壩體填筑區均可清除覆蓋層，置于強風化基巖上即可；瀝青混凝土心墻基座置于強風化巖體中上部，面板壩趾板則置于弱風化巖石中部，從擋水建筑物布置來看，瀝青混凝土心墻壩、面板壩方案均無制約因素，二者基本相當。

面板堆石壩采用混凝土面板+帷幕灌漿的組合式防滲形式，面板和灌漿帷幕在趾板處相連接，在上游形成連續的防滲面，使壩運行期基本處于干燥無水狀態，且水壓在壩體上，對上游穩定有利，因此坡比采用1∶1.40，但面板壩的面板接縫較多，處理不當容易造成滲漏。

瀝青混凝土心墻壩采用瀝青混凝土防滲墻+帷幕灌漿的防滲結構，施工簡單，工藝較為成熟，但由于心墻在壩體中部，使得上游壩殼料基本處于水下，考慮水位降落等情況，壩坡設置相對較緩為1∶2.25。

綜上，大壩布置及防滲體系可靠性上，面板壩和瀝青混凝土心墻壩各有優缺點。

3.3 筑壩材料比較

修建面板堆石壩需大量強度滿足要求的堆石料及砂石骨料，水庫附近出露地層均為T2b粉砂質泥巖，暴曬后極容易泥裂破壞，不滿足砂石料強度要求。經現場勘察，羅甸四小南面1 km 左右的貴禾砂石料場附近，該料場為一南北向的山脊地形，兩側沖溝深切，分布地層為二疊系上統長興大隆組并層（P2c+d）中厚層至塊狀燧石灰巖，儲量滿足設計要求，且場地周邊無重要建筑物分布，開采對周邊環境影響小。從料場有954縣道（瀝青路）直通里廈村，從里廈村有簡易公路（碎石路）直通壩址右岸附近，運距18 km。

修建瀝青混凝土心墻風化料壩，可充分利用壩址附近土石料，通過庫內設置風化料場，取正常蓄水位與死水位之間部分風化料，一方面能夠就近取料上壩，運距0.50 km，另一方面也可以彌補壩體侵占庫容。而砂石料骨料可自貴禾砂石料場購買。

綜上，兩種壩型砂石骨料均自貴禾砂石料場附近購買或自采，二者相差不大；但壩體填筑料方面瀝青混凝土心墻風化料壩可就近取料上壩，占絕對優勢。

3.4 施工技術及條件

①施工導流。根據壩址地形地質條件以及樞紐布置特點，面板堆石壩上游趾板需下挖至弱風化層，形成施工臨時基坑，需在面板堆石壩上游側施工臨時圍堰用于攔擋施工期洪水，同時，在基坑內施工防滲墻時需要施工排水。臨時圍堰擋水，基坑上游側形成約8 m 高邊坡，需采取有效措施。瀝青混凝土心墻壩臨時圍堰結合永久壩體施工，圍堰頂高544.50 m，可在非汛期清基后直接填筑壩體和臨時圍堰，施工導流和施工條件較好，防滲體施工不受上游來水影響。瀝青混凝土心墻壩占優。②施工技術。瀝青混凝土心墻壩構成心墻的骨料、瀝青等原材料受外界氣溫、降雨影響小，能縮短施工工期，且瀝青混凝土心墻施工后不易在施工面形成分離層，質量控制相對有保障。混凝土面板堆石壩壩體結構形式簡單，便于機械化施工，堆石體是控制施工工期的主要因素，氣候對面板堆石壩施工影響較小。施工技術上兩者基本相當。③施工條件。混凝土面板堆石壩，砂石料及填筑料均從新開辟料場運輸，運距18 km，為保證堆石料填筑強度，場區附近還應設置堆石料儲備料場；瀝青混凝土心墻壩土料取自庫內，風化料從庫內、下游料場直接上壩，運距均在1 km內。瀝青混凝土心墻壩具有絕對優勢。

3.5 環境影響和水土保持

瀝青混凝土心墻壩利用庫內土料及風化料筑壩，減少料場開挖對周邊環境的影響，面板堆石壩需要大規模開辟料場，環境影響和水土保持方面瀝青混凝土心墻壩占優。

3.6 工程量及投資

兩方案主要工程量及投資見表1。

表1 主要工程量比較表

從表1可知，瀝青混凝土心墻壩比面板堆石壩工程投資節省560萬元。前者可就近獲取風化料上壩，而后者則需從18 km外運輸備料，投資差異較大。

通過上述綜合比較，瀝青混凝土心墻壩為推薦壩型。

4 結語

在已選定壩址上，確定瀝青混凝土心墻土石壩和混凝土面板堆石壩為比選壩型，進而重點從地形地質、樞紐布置及防滲體可靠性、筑壩材料、工程量及投資、施工技術等方面綜合比較，確定瀝青混凝土心墻壩為最優壩型。