遮马峪水库坝型方案选择

张 莉

（临汾市水利勘测设计院 山西 临汾 041000）

1 工程概况

遮马峪是黄河的一级支流，发源于临汾市乡宁县面坪村，自东北向西南流经西交口乡、西坡镇，在上马台流入河津市境内后，于河津市龙门村向西南直入黄河。遮马峪水库坝址位于河津市樊村镇上寨村西北侧，坝址以上流域面积110 km2，坝址上游河长25.5km，坡降23.8‰。水库设计总库容108.56万m3，是一座以工业供水及灌溉为主、兼顾防洪的小（1）型水库。

枢纽工程主要由大坝、溢洪道、泄洪冲砂洞组成。大坝为碾压式沥青砼心墙堆石坝，坝顶高程546.0m,坝顶长124m，坝顶宽6m，最大坝高49.5m，上、下游坝坡分别采用1∶2.25和1∶2。坝体自上游向下游分为上游保护层、上游堆石体、上游心墙过渡层、碾压式沥青砼心墙、下游心墙过渡层、下游堆石体、下游保护层及坝脚堆石。泄洪建筑物由右岸溢洪道和泄洪冲砂洞组成，联合调度运用，宣泄洪水。溢洪道采用开敞式布置，堰顶高程为540.0m，堰宽25m，全长467.2m。泄洪冲砂洞进口距坝轴线130m，进口设闸门控制，出口位于大坝下游，全长200.0m。隧洞采用有压形式，断面为圆形，洞径6.5m。输水管布置于冲砂洞左侧底部，为φ500mm钢管，进口设闸门控制。

2 工程地质

坝址地貌属吕梁山系构造剥蚀低中山桌状山阶梯状地形。河流呈“S”形，河谷呈“U”形，地面高程在502.0m～548.0m，相对高差46.0m，左岸高程520.0m以下为基岩岸坡，岸坡较陡，坡角60°～65°，高程520.0m以上为土质岸坡，岸坡较缓，坡角40°～45°。右岸高程540.0m以下为基岩岸坡，岸坡较陡，坡角55°～60°，高程540.0m以上为土质岸坡，岸坡较缓，坡角45°～50°。坝轴线处现河床宽约26.5m。

坝址区河床覆盖层厚12.5m的第四系全新统卵石混合土；左、右坝肩上部为卵石混合土，下部为混合岩化花岗片麻岩；坝基为太古界涑水群混合岩化花岗片麻岩；坝基及左、右坝肩存在渗漏问题，坝基稳定性较差。

水库上游河道底部的冲洪积堆积物及库区两岸山梁上的坡积层，结构松散，在暴雨及洪水冲刷下，流向库区会产生大量淤积，水库淤积问题很严重。

3 坝型选择

3.1 坝型方案

从地形地质条件看，坝址处左右岸不对称，左岸覆盖层最大厚度为25m，河槽岩石为强风化岩，不宜修建拱坝、重力坝，可修建堆石坝、土坝等柔性坝型。从建筑材料来源来看，库区石料丰富，同时隧洞、溢洪道开挖料也可作为堆石坝填筑料，故适宜建堆石坝。本工程主要对钢筋砼面板堆石坝和沥青砼心墙堆石坝方案进行比较。

钢筋砼面板堆石坝：钢筋砼面板堆石坝自上游向下游分为钢筋砼面板、垫层区、过渡区、特殊垫层区、上游堆石区、下游堆石区、排水区和下游护坡，见图1。

沥青砼心墙堆石坝:沥青砼心墙堆石坝自上游向下游分为上游干砌石护坡、砂砾石垫层、上游堆石体、上游心墙过渡层、碾压式沥青砼心墙、下游心墙过渡层、下游堆石体和下游干砌石护坡，见图2。

图1 钢筋砼面板堆石坝

图2 沥青砼心墙堆石坝

3.2 坝型比较

对钢筋砼面板堆石坝和沥青砼心墙堆石坝从地形地质条件、对筑坝材料的要求、坝体渗透稳定性及施工工艺四个方面进行比较。

①地形地质条件

坝址地貌属吕梁山系构造剥蚀低中山桌状山阶梯状地形。河流呈“S”形，河谷呈“U”形。沥青砼心墙堆石坝防渗措施沿轴线布置，钢筋砼面板堆石坝防渗措施沿坝脚线布置。防渗线较长，防渗工程量较大，从此角度考虑沥青砼心墙堆石坝优于钢筋砼面板堆石坝。

②筑坝材料

钢筋砼面板堆石坝主要靠上游砼面板、趾板和基础防渗设施（防渗墙、防渗帷幕）防渗，因砼面板为刚性结构，容易开裂，对垫层料、上游堆石区要求高。垫层料应具有良好的级配、内部结构稳定或自反滤稳定要求，压实后具有低压缩性、高抗剪强度，渗透系数宜为1×10-4cm/s～10-3cm/s。上游堆石区要求采用硬质岩，且要有良好的级配，并具有低压缩性、高抗剪强度和自由排水性能。

沥青砼心墙堆石坝主要靠心墙及基础防渗设施（防渗墙、防渗帷幕）防渗，对堆石料要求不是很高，仅对心墙两侧与坝壳之间的过渡层材料要求严格，过渡材料宜采用碎石或砂砾石，要求质密、坚硬、抗风化、耐侵蚀、颗粒级配宜连续、最大粒径不宜超过80mm。

工程区覆盖层及溢洪道开挖料均为卵石混合土，不适宜做面板堆石坝筑坝材料，但经筛分后可以作为沥青砼心墙坝的筑坝材料，溢洪道及泄洪洞的开挖料基本可以满足大坝填筑需求，故从筑坝材料方面考虑，沥青砼心墙堆石坝优于钢筋砼面板堆石坝。

③坝体渗透稳定性

钢筋砼面板堆石坝：由砼面板和趾板承担防渗任务，在防渗体系正常运行的情况下，防渗性能良好，但砼面板对气温和湿度等变化较大的区域较为敏感，在施工期、运行期或地震时，易产生裂缝。因此，面板下需设垫层料作为第二道防渗线，垫层料需既具有半透水性，又具有反滤性，来增强其限漏能力，垫层料的级配和施工显得尤为重要。

沥青砼心墙堆石坝：沥青砼是一种粘弹塑性材料，当沥青含量在6%以上，沥青砼很容易压实到孔隙率3%以下，这样的孔隙率使得沥青砼心墙即使在很高的水头下渗透系数也可到达10-8cm/s以下。沥青砼既有一定的强度同时又有一定的粘性，即使砼心墙产生裂缝，裂缝自身也会愈合堵塞渗水通道，不会产生冲蚀破坏，坝体的渗透稳定性较高。另外，沥青砼心墙防渗设计相对简单，心墙上、下游设置过渡层即可满足心墙与坝壳料的层间关系。

通过比较可看出，两种坝型在防渗能力上各有特点，但沥青砼心墙堆石坝更能适应工程区复杂的地形地质条件。

④施工方面

气候条件对施工的影响：工程区冬季较寒冷，钢筋砼面板坝的面板施工需避开冬季，沥青砼心墙施工不受冬季温度影响，两坝型坝体填筑部分均可全年进行。

施工工艺：钢筋砼面板堆石坝靠上游砼面板进行防渗，要求面板、止水、面板接缝和周边趾板接缝等具有较高的施工质量。为保证面板即使出现裂缝也不至于发生渗漏破坏，对面板下的填料有严格的要求；沥青砼心墙坝坝体结构较为简单，但由于沥青砼心墙及过渡料的施工工艺与堆石体不同，工序存在一定的干扰。

沥青砼心墙与钢筋砼面板相比，可适应不同气候，坝体可全年施工，施工工艺相对简单。

3.3 比较结论

通过以上几点综合比较，沥青砼心墙堆石坝在地形地质条件、筑坝材料、渗透稳定及施工等方面优于钢筋砼面板堆石坝，因此本阶段选定沥青砼心墙堆石坝作为大坝坝型推荐方案。

4 防渗处理方案

河床部分覆盖层厚度约为12.5m，为第四系全新统卵石混合土。本次设计将大坝基础开挖至高程496.5m，大坝堆石体座落在卵石层上。大坝心墙基础覆盖层全部清除，使心墙基座坐落于基岩上。

修建在覆盖层上的大坝，为减少渗漏量，控制地基渗透变形等目的，一般采用上游水平防渗、垂直防渗和下游排水减压设施等。下游减压设施，可减小渗流逸出点的渗透压力，防止渗透变形并保护坝基土，但不能起到防渗的目的，垂直防渗与水平防渗相比，能够可靠、有效地截断渗流，因此本次采用垂直防渗方案，即砼防渗墙+帷幕灌浆对基础进行处理。防渗墙自心墙底深入基岩2m，墙厚0.6m，在防渗墙内预埋φ100mm钢管作为帷幕灌浆孔，坝基帷幕灌浆与砼防渗墙同轴，孔距2m，深入至弱风化层，透水率按小于5Lu控制。防渗轴线为心墙轴线，位于坝轴线上游2.0m，防渗墙左端延伸至左侧坝肩50m，右侧延伸至溢洪道左侧，中部与心墙相接。帷幕灌浆为全断面灌浆。

5 结语

本文主要介绍了遮马峪水库坝型选择过程中考虑的一些因素，从各方面详细进行了比选，最后确定了采用碾压式沥青砼心墙堆石坝及防渗墙与帷幕灌浆联合防渗措施，为同类工程提供一定的参考意见。陕西水利