浅析某水库大坝坝型选择

戴登奎

【摘要】某水库大坝选型拟定了三种坝型，分别从地形地质条件、枢纽建筑物布置条件、抗震安全性、对当地气候的适应能力、施工条件及工程投资等方面进行比较，选择了沥青混凝土心墙砂砾石坝作为推荐坝型。

【关键词】沥青混凝土心墙砂砾石坝；混凝土面板砂砾石坝；粘土心墙砂砾石坝

1、工程概况

拟建的某水库坝址位于四川省内，该水库工程主要由拦河大坝、开敞式溢洪道、输水洞、导流兼放空洞组成，属Ⅳ等小（1）型工程。工程建设任务是以人畜生活及乡镇企业供水、灌溉为主，兼顾防洪。

2、坝体设计

2.1坝型拟定

坝轴线位于河流出山口上游，河谷狭窄，呈“V”型，谷底宽一般为65～85m，河床覆盖层厚度9.3～13m。两岸坝肩及坝基基岩为砂岩，岩块致密坚硬，两岸岩体中小断层发育稀疏，裂隙较为发育，规模一般不大，边坡整体稳定。右岸坝肩2100m高程以上岸坡陡峻，基本无强风化，弱风化厚度15～20m；强卸荷岩体较少，水平深度2～4m。左岸坝肩基本无强卸荷岩体，弱卸荷水平深度为1～3m。

根据地勘建议，因坝址区花岗岩包含蜂窝状捕掳体，物理力学性质差异较大，局部存在地质缺陷，在该坝址区不建议修建混凝土重力坝。而距坝轴线上游山前丘陵区上，有适宜筑坝的砂石料和心墙土料，储量丰富，场区平坦宽阔，开采无地下水干扰，运输较为方便。因此，该坝址适宜修建当地材料坝，本阶段选择沥青混凝土心墙砂砾石坝、混凝土面板砂砾石坝、粘土心墙砂砾石坝进行坝型比较。

2.2坝型比选

三种坝型方案中，坝的布置格局完全相同，即输水洞、导流兼放空洞布置于右岸，溢洪道布置在左岸。工程区天然建筑材料储量丰富，开采运输方便，坝址区地形、地质条件相对较好。工程建设条件对三种坝型均无限制因素，但三种坝型各有优缺点，现从地形地质条件、枢纽建筑物布置条件、抗震安全性、对当地气候的适应能力、施工条件及工程投资等方面进行综合比较。

2.2.1地形地质条件

根据地质测绘，河漫滩表层为砂壤土，含草根，结构疏松，层厚0.2～0.3m，不宜作为坝基础，需全部清除。河床含漂石砂卵砾石厚度8.0～13.0m，地层连续、结构单一，无成层的砂层分布，局部夹鸡窝状砂层透镜体，存在砂土振动液化的可能性不大。下伏基岩为凝灰质砂岩，表部强风化厚度3～5m，弱风化厚度10～15m，根据压水试验中等～强风化层为中等透水层，透水率14.3～48.26Lu，微风化～新鲜岩石为弱透水，透水率2.7～6.91Lu，岩体中无规模较大的控制性软弱结构面分布，小断层及长大裂隙发育稀疏，其余裂隙规模较小，多短小、闭合，连通性差。含漂石砂卵砾石层承载力较高（0.4～0.45MPa），抗变形能力较强（35～45MPa），透水性强，挖除表部松散层后，下部密实层可作为土石坝坝基持力层，但存在渗漏和渗透破坏问题。建议挖除河床覆盖层及岩体表部强风化层，将基础置于弱风化岩体之上，或设防渗墙，墙体入弱风化岩體1.0m为宜。并采取必要的补强加固处理。上述条件对当地材料坝的结构和布置影响程度相当。两岸及河床心墙或趾板均建在强风化下限或弱风化基岩上，并设帷幕灌浆防渗。

因而从地质条件看，对三种碾压土石坝在本工程区受到的影响和制约不大。

2.2.2枢纽布置比较

三种坝型为同一坝轴线，枢纽建筑物布置格局完全相同，位置、尺寸、规模完全相同。即左岸布置溢洪道，右岸布置输水洞、导流兼放空洞。沥青心墙坝和粘土心墙坝方案上游围堰可与坝体结合布置，节省投资，而混凝土面板坝需要在坝体上游填筑临时围堰。从枢纽布置上来看，各方案基本一致。

2.2.3天然建筑材料

坝址区有丰富砂砾料，质量和储量满足坝体填筑料和混凝土骨料的设计要求，均有C1砂砾料场提供，平均运距6.0km。

从天然建筑材料条件上，三种方案基本相同。

2.2.4抗震安全性

沥青混凝土是一种粘弹性材料，工程实践和试验表明，其抗渗性和抗冲蚀性能远高于粘土。沥青混凝土的变形模量和动剪切模量大，抗疲劳性能强，强震不易产生破坏，上下游有过渡料保护，抗震安全性较好。

混凝土面板坝方案具有良好的抗震安全性能，主堆石体在混凝土防渗面板的保护下处于干燥状态，能抵抗强震而产生小的变形，坝体稳定性好。

粘土心墙坝防渗土料采用T1料场土料，粘粒含量平均为11.5%，在反滤保护下即使出现裂缝也容易自愈。粘土心墙体积较大，具有较强的抗震能力，在高震区修建的大坝多采用粘土心墙坝坝型，该坝型经历了地震的考验，运行良好。

因此，三种坝型均有较好的抗震安全性。

2.2.5设计与施工技术和经验

土力学理论的发展，放宽了土石坝对建筑材料的限制，增大了利用当地材料筑坝的可能性；大型土石方机械的使用，加快了土石坝的施工速度，使得土石坝的造价降低，在经济上占了优势，从而使土石坝获得了蓬勃的发展，并因此而积累了大量设计与施工的经验。

因而三种坝型在设计与施工的技术和经验方面均不存在制约瓶颈。

2.2.6基础条件

土石坝坝方案两岸及河床坝坡的心墙、趾板基础均置于开挖至强风化下部弱风化上部，心墙及趾板底部进行固结灌浆，帷幕灌浆深度按q≤5Lu作为控制标准，双排设置。

因此，对于上述三种坝型而言，坝基处理均不存在制约条件。

2.2.7工程施工

对混凝土面板砂砾石坝、沥青混凝土心墙砂砾石坝及粘土心墙砂砾石坝三种坝型，从施工道路布置、坝料运输、施工度汛、工程投资等方面进行对比分析，选出施工条件较好的坝型。

（1）施工道路布置

三种坝型的施工交通布置方式基本相同，面板坝方案趾防渗体的施工（包括坝基灌浆）对施工交通带来一定的干扰，心墙坝方案的施工过程不会对施工交通带来干扰。

（2）坝料运输条件

坝壳料和土料均位于坝址上游，心墙坝心墙上游坝料需跨越心墙；混凝土面板砂砾石坝，趾板位于坝壳上游，坝料从上游运输，需要跨越趾板，运输环节应与混凝土浇筑差峰，运输强度及运输量相对较低。

从坝料运输条件看，混凝土面板砂砾石坝优于心墙砂砾石坝方案。

（3）工程投资

沥青混凝土心墙坝方案直接费为3865.08万元，混凝土面板坝体直接费为3817.98万元，粘土心墙坝直接费为3834.77万元。

3、结论

综合以上分析，从技术经济综合比较结果看，沥青心墙坝投资相对较高。

相比之下，混凝土面板砂砾石坝投资较低，但对施工交通带来一定的干扰；粘土心墙坝虽然投资不高，但粘土料的制备施工质量较难控制，且项目区夏季雨水较多，对粘土心墙填筑影响较大，且粘土心墙与基础防渗墙的连接可靠性较差。因此，本阶段初拟沥青心墙坝作为推荐坝型。

参考文献：

[1].李向荣、陈燕华.宾川县芹菜塘水库大坝选址选型方案.云南水力发电. 2012.28 （5） ：34-36

[2]. 秦学兵.沥青混凝土心墙坝在阿勒泰地区的应用.陕西水利. 2015 （F06） ：7-8