甘肃省酒泉市洪水河水库坝型比选设计

孙燕峰

甘肃省酒泉市洪水河水库坝型比选设计

孙燕峰

（甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃 兰州 730000）

洪水河水库是一座综合利用的中型水库工程，坝址区河床较宽，两岸山体及坝基为砂质泥岩、砾岩、砂岩等软岩，不适宜修筑混凝土坝。根据坝址区地形、地质条件及建筑材料分布情况，对混凝土面板砂砾石坝和碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝两种坝型通过技术经济比较分析，选定碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝为推荐坝型。

洪水河；坝型；面板坝；心墙坝

1 概述

洪水河水库工程位于酒泉市肃州区以南约35km的洪水河河谷出山口以上约2.5km处。该河流属黑河流域讨赖河子水系，其控制流域面积1581km2，年径流量2.67亿 m3。洪水河水库兴利库容3510万m3，总的淤积库容为1285万 m3，调洪库容115万m3，总库容4910万m3；工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。挡水坝体为碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝，最大坝高82.40m。

洪水河水库是一座综合利用的水库工程，主要任务是在保障洪临灌区用水和洪水河入鸳鸯池水库断面水量的条件下，向酒泉市肃州区城镇生活及工业供水。工程建成后，对保证城区生活用水、提高洪临灌区灌溉保证率及地下水保护有巨大作用，并为工业发展用水提供充分的水资源保障，本工程建设具有良好的社会效益和生态效益。

2 坝型初选

2.1 坝址区工程地质条件

坝址区河谷两岸岸坡陡峻，为不对称的 “U”型谷。坝轴线附近谷底宽约284m，河道覆盖层厚2.8～4.6m，地层岩性为第四系全新统（Q4）冲洪积砂卵砾石，表层1～2m含孤、漂石较多，松散，局部有大孤石架空现象，存在不均匀沉降；下部粒径相对较小，物质组成主要为卵、砾石，次为砂及泥质物，局部零星含孤、漂石，磨圆度较好，多呈亚圆状，稍密，强透水；下伏基岩为新近系上新统疏勒河组（）砂质泥岩、砾岩、砂岩等，岩体胶结不均一，岩体软弱，属软岩，透水性差，风化强烈，强风化带厚4～6m。钻孔压水实验表明：基岩面以下0～6.8m透水率为6.2～7.1Lu，为弱透水上带；基岩面以下6.8～20m透水率为3.2～4.6Lu，为弱透水中带；基岩面以下20～40m透水率为1.1～2.8Lu，为弱透水下带；基岩面以下40～60.0m透水率为3.3～4.4Lu，为弱透水中带，基岩面以下60.0m透水率为1.5～2.9Lu，为弱透水下带。

2.2 基本坝型选择

结合当地交通条件、水文气象条件和地形、地质条件，筑坝材料，水库规模及坝高等参数，坝型初步从当地材料坝和混凝土坝两种坝型进行选择。

由于选定的坝址区河床较宽，两岸山体及坝基为砂质泥岩、砾岩、砂岩等，胶结不均一，且岩体风化破碎，允许承载力低，岩体凝聚力小，本工程区不适宜修筑混凝土坝。

根据坝址区河谷及两岸坡的地形、地质条件，坝址处较适宜修建对地形地质条件要求较低、适应面较广的当地材料坝。工程区砂砾石料分布广泛，且质量较好，运距近，开采方便，质量指标均满足规范要求，可作为坝壳填筑料和混凝土骨料使用。

综合分析，初步选定水库基本坝型为当地材料坝，筑坝材料为天然砂砾石料。采用当地天然砂砾石料筑坝，无论质量、储量还是运距，都是非常具有当地优势，可实现“因地制宜、就地取材”筑坝原则。因此，采用天然砂砾石料修建一座沥青混凝土心墙或混凝土面板防渗的砂砾石坝，完全符合选用当地天然材料优势条件。

3 混凝土面板砂砾石坝和碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝两种坝型比较

3.1 混凝土面板砂砾石坝

混凝土面板砂砾石坝方案枢纽布置包括挡水建筑物、泄洪建筑物及取水建筑物。

3.1.1 坝体结构

挡水坝体为混凝土面板砂砾石坝。水库正常蓄水位1960.69m，经调洪计算，确定该方案的设计洪水位为1960.69m，校核洪水位为1961.35m。坝顶高程为1965.20m，坝顶宽10.0m，坝基建基面高程最低为1881.40m。最大坝高为83.8m（自趾板基础“X”线起），坝长635.79m，坝体底部顺水流方向最大长度为313m。上游坝坡为1∶1.75，下游坝坡为1∶1.75、1∶1.5。上游坝坡不设马道，下游坝坡布置有上坝公路。经分析计算，坝坡稳定满足规范要求。

坝体分区自上游至下游分别为上游砂砾料盖重区、上游粉细砂铺盖保护区、钢筋混凝土面板、垫层区、上游坝壳料区、排水区、下游坝壳料区及下游坝坡混凝土网格卵砾石护坡。

上游坝坡为C30钢筋混凝土面板护坡，面板顶部厚度0.3m，底部最大厚度0.7m。河床部位趾板置于基岩上，左右岸趾板置于弱风化岩石上。河床平趾板宽 6m，厚 0.8m，趾板底最低高程1881.40m。

为将坝体的浸润线快速降低，确保坝体的渗透稳定安全而设竖向排水体。竖向排水体顶部高程1962.90m，水平宽3.0m，上下游坡分别按1∶1.1和1∶1.0沿高程渐变与水平排水相接，水平排水高4.0m。

3.1.2 坝基防渗处理

河床段及岸坡段趾板基础坐落在基岩强风化层下限。为避免填筑体沉降变形时对混凝土面板产生较大的应力集中，趾板下游40m范围内的填筑体，挖除全部覆盖层，使趾板置于弱风化层的岩石基础之上。

坝基防渗处理根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，1级、2级坝帷幕灌浆后基岩透水率宜为3～5Lu，本坝属2级高坝，帷幕孔采用两排，上游帷幕伸入q＜3Lu的相对不透水层，深度20m左右；下游帷幕深度是上游帷幕灌浆深度的0.7倍。帷幕灌浆排距为1.5m，孔距为3m。另外，考虑到趾板与基岩接触面的渗透，并提高趾板下部基岩承载力，在趾板范围内布置两排固结灌浆，排距3m，孔距3m，深度5m。

3.2 碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝

枢纽布置与混凝土面板砂砾石坝相同。

3.2.1 坝体结构

挡水坝体为沥青混凝土心墙砂砾石坝。水库正常蓄水位1960.69m，经调洪计算，确定该方案的设计洪水位为 1960.69m，校核洪水位为1961.35m。坝顶高程为1964.40m，坝顶宽10.0m，坝基建基面高程最低为1882.00m，最大坝高82.40m，坝长635m，坝体底部顺水流方向最大长度为 403m。上游坝坡为 1∶2.75，下游坝坡为1∶2.25和1∶2.0。上游坝坡不设马道，下游坝坡设三级宽2.0m的马道。

坝体排水型式采用棱体排水。排水体顶宽2.0m，排水体与坝体结合面上设有级配良好的反滤料，反滤料设为两道，厚度均为300mm。

碾压式沥青混凝土心墙采用垂直布置，并将心墙轴线偏向上游侧，以便与坝体防浪墙连接，沥青混凝土心墙防渗体轴线距坝轴线的距离为1.5m。沥青混凝土心墙的厚度按《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（SL501-2010）的要求，并参考类似工程，确定心墙顶厚度0.5m，底部与混凝土基座接触面厚度为2m，向上高度2m处渐变为1.2m，心墙顶与防浪墙基座连接。心墙基座采用现浇C20混凝土结构，布置在心墙底部，轴线与心墙轴线相同，与心墙共同作用，形成坝基以上的防渗体，基座按地基允许渗透比降确定宽度，采用设计水头的1/10～1/20，初拟宽度为5m，厚度1.5m。

3.2.2 坝基防渗处理

河床段及岸坡段心墙基座坐落在基岩强风化层下限。坝基防渗处理同面板坝。

3.3 两种坝型综合比较

两种坝型方案的枢纽规模基本相同，枢纽布置方案基本相近。就建设条件而言，两种坝型均无制约因素，各有优缺点。两种坝型从工程布置及建筑物设计、地形地质条件、施工难度、运行管理、工程量及工程投资等方面进行比选如下。

（1）建筑物布置方面，两种坝型采用相同的布置形式。

（2）枢纽大坝两坝型均属高坝，混凝土面板砂砾石坝坝高比沥青混凝土心墙砂砾石坝高1.4m。

（3）坝址处左右两岸基岩裸露，岸坡下缓上陡，岩性为砂质泥岩与砾岩呈互层状，二者与砂岩或含砾砂岩呈夹层状分布，岩体胶结不均一，岩体软弱，具崩解性。坝址上游趾板线位置左岸存在不稳定岩体，岸坡陡峻，面板坝趾板布置及基础处理有一定困难。

（4）工程区属于寒冷地区，山区海拔高、气温低，干燥少雨、蒸发强烈、冬冷夏热温差大，混凝土面板砂砾石坝的面板浇筑、养护等施工难度大，沥青混凝土心墙坝的心墙施工相对简单，且耐久性好；坝址段河谷岸坡陡峻，呈不对称 “U”型谷，混凝土面板坝两侧坝肩趾板开挖量及施工难度较大，沥青混凝土心墙坝两侧坝肩开挖量小，施工简单。

（5）混凝土面板坝体由于结构的因素，不能充分利用施工围堰，沥青混凝土心墙坝可充分利用施工围堰作为坝体的一部分，可节省投资。

（6）从运行管理而言，心墙防渗料位于坝内，受到损坏的机率小，面板混凝土位于大坝表面，后期管理维护工程量大。

混凝土面板坝与沥青混凝土心墙坝综合比较见表1。

表1 混凝土面板坝与沥青混凝土心墙坝综合比较表

综合比较，两坝型工程总布置基本相同，沥青混凝土心墙坝坝高比混凝土面板坝低1.4m；投资虽然面板坝较沥青混凝土心墙坝少1332.04万元，但坝址处地形地质条件对沥青混凝土心墙布置及施工影响较小，混凝土面板坝趾板处岸坡陡峻，且存在不稳定岩体，岩体遇水易崩解，对趾板布置、施工及安全运行有较大影响；沥青混凝土心墙坝可充分利用施工围堰作为坝体的一部分，减少坝体填筑量，工期相对较短。工程区属于寒冷地区，混凝土面板砂砾石坝的面板浇筑、养护等施工难度大，沥青混凝土心墙坝的心墙施工相对简单，且耐久性好。故选定碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝为推荐坝型。

4 结语

在河床较宽，坝基为砂质泥岩、砾岩、砂岩等，胶结不均一，岩体风化破碎，允许承载力低，岩体凝聚力小，具崩解性的基岩条件下，从安全和经济综合考虑，不适宜修筑混凝土坝。根据坝址区建筑材料分布情况，可修建对地形地质条件要求较低、适应面较广的当地材料坝。洪水河水库工程区砂砾石料分布广泛，可作为土石坝坝壳填筑料使用，选定混凝土面板砂砾石坝和碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝两种坝型，两种坝型经综合比较分析，沥青混凝土心墙坝可充分利用施工围堰作为坝体的一部分，减少坝体填筑量，工期相对较短，且能很好的适应甘肃酒泉的寒冷气候条件，故选定碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝为推荐坝型。

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TV64

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1008-1305（2017）05-0115-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.036

2017-04-13

孙燕峰（1980年—），女，工程师。