双峰寺水库大坝坝型比选

康军红

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 概述

双峰寺水库位于滦河支流武烈河干流上，水库坝址位于承德市双峰寺镇小庙子村附近，距下游承德市区12km，总库容1.373亿m3，是一座以防洪为主，结合城市供水，兼顾发电和生态环境供水等综合利用的大（2）型水利枢纽工程。水库坝址以上控制流域面积2303km2，占武烈河全流域的96%。

水库坝址处多年平均径流量2.0亿m3，多年平均流量6.34m3/s，100年一遇洪峰流量3200m3/s，2000年一遇洪峰流量6602m3/s，5000年一遇洪峰流量7702m3/s。

2 坝址区地形地质条件

双峰寺水库坝址为低山河谷地貌，河谷底宽400m，呈宽浅、不对称的U型；河床宽120～170m，高程365.0～367.0m。左坝肩山势平缓，覆盖层厚2.7～9.9m，表层为黄土状壤土；下伏基岩为黑云斜长片麻岩，全风化岩厚4.1～11m，强风化岩厚0.7～4.9m。右坝肩岩体裸露，山体相对高耸陡立，岩体较为完整，呈弱风化。河床覆盖层下伏黑云斜长片麻岩，埋深4.1～9.5m，强风化带厚度1～12.9m，弱风化岩最大埋深17m。坝址强风化岩体完整性较差，节理裂隙发育，强度较低；弱风化岩体节理裂隙轻度～中等发育，大部较完整。

3 坝型方案拟定

由于水库坝址为不对称U形河谷，虽然右岸山体陡立，岩性较好，但左岸山体平缓，覆盖层和全风化及强风化岩石较深，不具备修建拱坝的地形和地质条件；均质土坝难以利用工程开挖弃料，开采坝体所需土料需占用大量耕地，对环境破坏严重，因此在工程设计中考虑了粘土心墙坝、混凝土面板堆石坝和碾压混凝土重力坝3种坝型。

根据天然建筑材料调查，本工程粘性土料场距坝址34km，运距长，料场土料天然含水率平均值13.6%，与填筑最优含水率19.6%相差较大，粘土心墙填筑前需对土料进行加湿处理，但施工中洒水量不易控制，施工工艺复杂，难以保证心墙防渗体的施工质量。在进行坝型初步比选后，选择了混凝土面板堆石坝和碾压混凝土重力坝两种坝型进行了进一步比选。

4 坝型比选

4.1 碾压混凝土重力坝坝型

拦河坝按100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核，为全断面碾压混凝土重力坝坝型，由左岸非溢流坝段、电站坝段、底孔坝段、河床非溢流坝段、溢流坝段和右岸非溢流坝段组成。

拦河坝坝顶高程396.1m，坝顶宽7.0～18.5m，坝顶全长533m，最大坝高50.1m；坝体上游坝坡垂直，下游坝坡折坡点高程389.1m，坝坡坡比1∶0.75。溢流坝堰顶高程387.0m，总净宽81m，分9孔，单孔净宽9.0m，堰顶设弧形工作闸门，下游采用挑流消能；泄洪底孔进口底高程366.0m，共4孔，单孔孔口尺寸5.0m×5.0m，为有压短管后接无压明流洞型式，进口设有平面事故检修闸门和潜孔式弧形工作闸门，下游采用底流消能。电站坝段内布置发电引水洞和生态放水洞，洞径分别为1.8m和0.8m，其进水口采用竖井式分层取水结构。

拦河坝坝体内部为C15三级配碾压混凝土，上、下游坝面防渗层分别厚3m和2m的C20二级配碾压混凝土，其表面分别设厚30cm和50cm的C20变态混凝土；坝体基础垫层为厚1.0m的C20常态混凝土。坝体设基础灌浆排水廊道、交通观测检查廊道，以及坝体和坝基排水孔。坝基位于弱风化基岩上部，最低建基高程346.0m。坝基防渗设一排水帷幕灌浆。

4.2 混凝土面板堆石坝坝型

枢纽工程主要由拦河坝、溢洪道、泄洪洞及电站等组成。

4.2.1 拦河坝

拦河坝为混凝土面板堆石坝，按100年一遇洪水设计，5000年一遇洪水校核，坝顶高程402.7m，坝顶宽7m，最大坝高52.7m，坝长564m，坝顶上游侧设钢筋混凝土防浪墙，高1.0m。坝体上、下游坝坡坡比均为1∶1.4，在下游坝坡设宽2.0m的马道，高程390.7m；坝体上游设厚40cm的钢筋混凝土防渗板，防渗板底部与基岩接触处设钢筋混凝土趾板，趾板厚50cm，面板和趾板混凝土等级均为C25W8F300；防渗面板以下布置水平厚均为3m的垫层区和过渡区，其下游为主堆石区和下游堆石区，主堆石区和下游堆石区采用溢洪道和隧洞开挖的石方。混凝土防渗面板和趾板分缝均采用紫铜止水片和GB填缝。趾板基础为强风化岩，其余坝体堆石坐落在河床砂卵石层上。趾板基础进行固结灌浆和帷幕灌浆。

4.2.2 溢洪道

溢洪道布置在拦河坝右侧，通过开挖右岸山体形成，总宽87m，全长348m，控制段堰体采用WES实用堰，堰顶高程389.0m，单孔净宽12.0m，共6孔，顶部设弧形工作闸门。控制段上游为引渠段，下游为泄槽段和消能段，采用挑流消能。

4.2.3 引水隧洞

引水隧洞为有压洞，布置在左岸，洞径2.0m，全长559m，其进口设拦污栅和事故闸门。泄洪洞布置在引水隧洞和左坝肩间，全长505m，洞身为城门洞型，断面尺寸6m×6.5m（宽×高）。泄洪洞兼做导流洞使用，为进口有压短管后接无压洞型，进口设事故检修门和弧形工作门，出口为挑流消能。

4.3 坝型方案比较

坝型比选主要从坝址区地形地质条件、筑坝材料、施工条件、对环境的影响、运行管理与安全、工程投资等方面进行。

4.3.1 地形地质条件

（1）从天然地形来看，坝址处河道两侧无天然垭口，不具备修建溢洪道的自然条件。

（2）面板坝方案需在右岸又高又薄的山体中开挖溢洪道，工程开挖量大且对坝体安全不利。

4.3.2 筑坝材料

碾压混凝土重力坝需要水泥和粉煤灰等外运材料较多，粗、细骨料可开采河床砂砾料。混凝土面板堆石坝水泥用量较少，筑坝材料也可采用河道砂砾料及溢洪道、泄洪洞、发电洞开挖的块石等当地材料。从筑坝材料看，面板堆石坝稍具优势。

4.3.3 施工条件

碾压混凝土重力坝施工技术要求高，混凝土施工受环境气候影响较大；对地基要求高，基础处理比较复杂；施工布置集中，施工期可利用泄洪底孔或混凝土坝身过水，施工度汛和导流问题较好解决，施工管理方便。

混凝土坝面板坝方案坝体适应地基变形能力强，但坝体堆石料要求强度高、级配好，填筑密实度高，混凝土面板施工工序及工艺较为复杂，且质量不宜保证；除混凝土趾板外坝体对地基要求低，基础处理相对简单；施工布置分散，需布置专门的导流隧洞，隧洞施工困难大，大坝施工期度汛问题比较复杂，施工管理不便。

4.3.4 对环境的影响

4.3.4.1 碾压混凝土坝

碾压混凝土重力坝基本不占用耕地，不需要开挖溢洪道，产生的弃渣较少，可有效减少地表植被破坏，对环境产生的不利影响较小；混凝土坝外观雄伟，有利于承德市旅游资源的进一步开发。

4.3.4.2 面板堆石坝

混凝土面板堆石坝坝体采用溢洪道开挖块石填筑，料场不额外占用耕地；但该坝型需修建岸边溢洪道，开挖工程量大，破坏了地表植被，且属高边坡开挖，自然条件破坏较为严重。

4.3.5 运行管理与安全

碾压混凝土重力坝泄洪、发电建筑物可与拦河坝一起布置，不再单独设置溢洪道，布置简单、紧凑；泄洪底孔冲沙效果好，机电和金属结构设备可在坝顶操作，管理方便。混凝土面板堆石坝需要单独布置溢洪道、泄洪导流和发电洞，建筑物各控制点分散；同时泄洪洞冲沙效果也较差，运行中混凝土面板需进场进行维护，运行管理较复杂。从运行管理方面看，碾压混凝土重力坝优于面板坝。

另外，碾压混凝土重力坝筑坝材料耐久性好，强度高，坝基坐落在弱风化基岩上，更安全可靠，坝体防止渗漏和抵御超标准洪水能力较强，不易失事。而面板堆石坝对超标准洪水的防御能力较差，溢洪道出口距拦河坝下游坝脚较近，回水淘刷坝脚对坝体的安全有一定的影响。

4.3.6 工程投资

两种坝型的工程量及投资见表1。

表1 不同坝型工程量及投资比较

碾压混凝土重力坝坝型总投资5.34亿元，混凝土面板堆石坝坝型总投资5.84亿元，重力坝较面板坝坝型投资节省0.5亿元，节省约8.6%。

5 结语

（1）混凝土面板堆石坝方案虽能充分利用当地材料，但由于坝址处河道两侧不具备修建溢洪道的自然条件，需在右岸山体开挖溢洪道，工程开挖量大且对坝体安全不利，施工条件相对复杂，管理不便；重力坝方案具有枢纽布置较紧凑、简单，对当地环境影响较小，抗风险能力强，更安全可靠，便于工程管理和投资较省等优点。

（2）坝型选择是水库枢纽工程前期工作论证的主要工作内容之一，坝型方案优选对缩短工程项目建设周期、节约工程投资、提高经济效益，能起到非常重要的作用。双峰寺水库通过对以混凝土面板堆石坝为代表的土石坝方案和以碾压混凝土重力坝为代表的重力坝方案进行综合技术经济比较后，推荐采用了碾压混凝土重力坝坝型。

［1］河北省水利水电勘测设计研究院.河北省承德双峰寺水库工程可行性研究报告［R］.2010.

［2］河北省水利水电勘测设计研究院.河北省承德双峰寺水库工程初步设计报告［R］.2011.

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