石崆寨水庫壩線及壩型方案比選分析

陳星星

（江西省水投建設集團有限公司，南昌 330000）

1 工程概況

石崆寨水庫工程位于尋烏縣留車鎮雁洋村牛欄場，壩址座落在留車河一級支流大田河支流牛欄場河中游，壩址以上集水面積13.1km2，水庫總庫容106 萬m3，是一座以抗旱應急和常規灌溉、供水為主的小（1）型水利樞紐工程，樞紐建筑物主要由埋石混凝土重力壩、凈水廠及輸配水管道組成。

2 建筑物軸線比選

本工程作為留車鎮的重要水源工程，承擔下游0.02 萬hm2農田和3.5 萬人的用水需求，水庫興利庫容要求≥71 萬m3。前期進行壩址初選時，根據興利庫容≥71 萬m3這一庫容規模條件，在對工程河段現場踏勘和地形圖作業分析后發現僅有兩處壩址（壩線）的地形地質條件和庫容規模條件滿足建壩要求，兩處壩址（壩線）均位于牛欄場河中下游，上、下壩址（壩線）相距0.2km。前期對上、下壩址進行了壩址方案比選，經比較后推薦了下壩址混凝土重力壩方案。

按照規范要求，本階段在前期成果的基礎上對大壩軸線進行比選。根據工程壩址實際情況，前期推薦的下壩址壩線下游兩岸山體低矮，如若建壩，壩體長度較長；上游可供選擇布置壩線的河道長度約70m，右岸山體坡度較陡，而且正處于彎曲河段，不宜布置泄洪建筑物。綜上所述，本階段選擇前期推薦的下壩址壩線（壩線1）和下壩址壩線逆時針旋轉13.73°后的壩線（壩線2）作為本階段比選壩線，分別進行地質勘查、樞紐布置方案進行設計比選。本次壩線比選均采用重力壩布置方案。壩線壩型的比選根據確定的工程建設規模，按照等效益比選原則，擬定比選壩線正常蓄水位均為319.00m。

2.1 樞紐布置與大壩結構

2.1.1 壩線1 重力壩方案布置

壩線1 樞紐建筑物主要由擋、泄水建筑物等組成。壩軸線上的建筑物按“一”字排開，溢流壩位于河床中部，溢流壩兩側為非溢流壩段，水源取水口壩段布置在溢流壩右側，左、右岸非溢流壩段與兩岸山體連接。正常蓄水位319.00m，非溢流壩壩頂高程323.50m，壩頂全長110m。

2.1.2 壩線2 重力壩方案布置

壩線2 樞紐建筑物主要由擋、泄水建筑物等組成。壩軸線上的建筑物按“一”字排開，壩軸線在右壩頭向上游折轉，折轉角度為45.35°，溢流壩位于河床中部，溢流壩兩側為非溢流壩段，水源取水口壩段布置在溢流壩右側，左、右岸非溢流壩段與兩岸山體連接。正常蓄水位319.00m，非溢流壩壩頂高程323.50m，壩頂全長113m。

2.2 壩線選擇

2.2.1 工程地形、地質條件比較

1）地形地貌：壩線2 是由壩線1 以河道中心逆時針旋轉13.73°而得，兩壩線地形地貌基本相同，兩壩線河床均較為狹窄，兩壩線河谷寬度均為26m 左右。

2）地層巖性和風化程度：壩線1 和壩線2 壩基巖體均為混合變質砂巖，均呈強～弱風化狀。壩線左右岸覆蓋層為殘坡積層碎石土，下伏強風化層巖體，其中壩線1 覆蓋層厚度約0～2.5m，強風化層厚度約0～8m，壩線2 覆蓋層厚度約0～2.5m，強風化層厚度約0～8m；河床覆蓋層均為卵石及漂石層，厚度基本相同。經比較可知：壩線1 和壩線2壩址表層覆蓋層與地層巖性基本相同，壩線2 強風化巖層較壩線1 薄。

3）地質構造：壩線1 和壩線2 均未見斷層發育，僅發育5 組節理裂隙，傾角均較陡。經比較可知：壩線1 和壩線2 地質構造基本相同。

4）巖土體透水性：壩線1 和壩線2 左右岸地層巖性基本相同，巖體均具弱～中等透水性，壩線1 和壩線2 相對不透水巖層頂板埋深比較接近。壩線2 相對不透水巖層頂板埋深要稍淺于壩線1。

5）可利用基巖面：壩線1 和壩線2 左岸可利用基巖面基本相同，壩線2 右岸邊坡坡腳處弱風化基巖裸露，可利用基巖面較壩線1 要淺，開挖深度更淺。

6）壩基穩定：壩線1 和壩線2 均不存在抗滑穩定問題。

7）邊坡穩定：壩線1 和壩線2 邊坡穩定情況基本相同。

8）壩下游沖刷影響：壩線1 和壩線2 大壩下游河床均為卵石及漂石，左右岸山坡表層為薄層殘坡積土體，抗沖刷能力均較差；下伏基巖巖性為混合變質砂巖，呈強～弱風化狀，抗沖刷能力一般～較好。因此，壩線1 和壩線2 下游沖刷影響情況基本相同，但壩線2 下游河床挑流更順直。

從以上各項工程地質條件綜合分析比較可知：壩線1 和壩線2 均具備建壩的工程地質條件，兩壩線左岸地質綜合條件基本相同，但壩線2 右岸可利用基巖面較壩線1 要淺，總體地質情況壩線2 優于壩線1。

2.2.2 樞紐布置比較

壩線1 和壩線2 地形條件基本相似，均能滿足樞紐建筑物布置要求，壩線1 重力壩壩頂總長110m，最大壩高37.50m；壩線2 重力壩壩頂總長113m，最大壩高37.50m。

2.2.3 施工條件比較

壩線1 和壩線2 相距較近，附近均有簡易公路，對外交通條件基本相同，在施工場地布置方面條件也相近。

2.2.4 淹沒指標：

由于壩線1 和壩線2 相距較近，正常蓄水位均為319.00m。淹沒指標基本相同。

2.2.5 經濟比較

根據壩線1 和壩線2 的布置方案，現對兩方案主要工程量及其投資進行比較，如表1 所示。

表1 壩線1 和壩線2 主要工程量及投資比較表

通過上述比較分析，壩線2 在工程地形地質條件和經濟指標方面均優于壩線1，其他條件基本相同，因此本階段設計推薦采用壩線2。

3 建筑物型式比選

文章初步針對埋石混凝土重力壩和細石混凝土砌塊石重力壩進行了比選，兩種壩型斷面結構型式、擋水建筑物、泄水建筑物以及取水建筑物型式均形同[2]，不同之處在于筑壩材料不同，故對兩種壩型進行比選主要是從工程地形地質條件、樞紐布置、施工可行條件、工程運行管理、投資造價等因素考慮比選。

3.1 重力壩方案布置

大壩由擋水建筑物及泄水建筑物組成，壩軸線在右壩頭向上游折轉，折轉角度為45.35°，溢流壩布置在河床最中間部位，溢流壩左側為非溢流壩段，右側為水源取水口壩段和非溢流壩段，非溢流壩段分別與河道左右兩側山體銜接。重力壩全長113.0m，左右兩側非溢流壩分別長34m、39m，水源取水口壩段長16m，溢流壩段長24m；非溢流壩段壩頂高程323.50m，壩頂寬5.0m； 溢流壩堰頂高程319.0m，溢流凈寬20m，溢流壩下部采用挑流消能，底部設置施工導流孔，施工導流結束后進行封堵[3]。

水源取水口壩段布置在溢流壩段右側，壩頂寬9.0m，在取水口壩段布置三個取水口，分別為正常供水、抗旱供水與放空孔取水口[4]。正常供水取水口為深式取水口型式，底高程設為314.00m，采用壩前取水，進水孔口尺寸為2.0m×2.5m（寬×高）。抗旱供水取水口為深式取水口型式，底高程設為304.00m，采用壩前取水，進水孔口尺寸為1.2m×1.7m（寬×高）。放空孔進口高程為298.00m，孔口尺寸為寬×高為2.0m×2.0m。

3.2 壩型選擇

施工條件：埋石混凝土重力壩可采用機械施工，所需人工少，具有工期短的明顯優勢。

工程運行管理方面：重力壩在樞紐建筑物布置集中，建筑物運行管理方便、安全可靠；從工程運行管理方面看兩種壩型均無明顯優勢。

經濟比較：兩個方案樞紐布置一樣，主要工程量基本相同，差別在于C15 埋石混凝土與C15 細石混凝土砌塊石單價，埋石混凝土重力壩方案工程投資2 109 萬元，細石混凝土砌塊石重力壩方案工程投資2 074.34 萬元。

綜合比較，兩種方案投資相差不大，埋石混凝土重力壩可采用機械施工，不需要大量人工施工，具有工期短等明顯優勢，故設計推薦采用埋石混凝土重力壩方案。

4 結 語

文章主要對石崆寨水庫大壩壩線及壩型進行比選分析，通過地質條件、施工條件、工程運行管理、經濟等因素的比較分析，最終選擇了合適的壩線和最優壩型。分析結果可為類似工程壩線及壩型比選提供參考，在下一階段的設計工作中，需要進一步對選定的壩型進行計算復核，包括壩基穩定及地基應力以及壩體結構設計等方面的復核計算，驗證壩型選擇的合理性與可行性。