W水库拦河坝坝型确定

王仲良



W水库拦河坝坝型确定

王仲良

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

结合地质条件分析当地材料坝各种坝型的优劣，同时，从地形地质条件、筑坝材料、施工、环境等多方面对土质心墙砂砾坝和沥青混凝土心坝2种坝型进行技术经济比较，最后确定采用土质心墙坝作为设计坝型。

水库；坝型；土质心墙坝；建筑物

1 概况

本工程水库位于河北省北部山区，库容6.05×107m3，属于中型水库，工程等别Ⅲ等，由拦河坝、溢洪道、泄洪洞、放水洞4部分组成，拟建拦河坝为3级建筑物，坝顶长度690 m，最大坝高43.2 m。

坝址区为中山宽谷河流地貌，呈不对称“U”形河谷，河谷宽度约560 m，地面高程913.0～921.0 m，河道主槽位于左岸侧，右岸侧为一级阶地，为居住区。

河床覆盖层厚6.0～21.0 m，河床及漫滩分布以卵砾石为主，覆盖层下伏基岩岩性为强风化凝灰岩和凝灰质角砾岩，强风化凝灰岩最大厚度约11 m，具有中等透水性。

左岸山体宽厚，山顶高程在1 065.0 m左右，相对高差140～240 m。岩性为凝灰质角砾岩，表层为强风化，岩体完整性较好但强度较差，岩体具有微弱透水性。

右岸山体低缓单薄，山顶高程1 006.0 m，相对高差60～80 m。右岸第四系黄土状壤土层厚22～51 m，具有中等湿陷性及中等透水性，下伏凝灰质流纹岩和凝灰质角砾岩。

根据坝址区的地形、地质条件，考虑节省工程投资；充分利用工程开挖料，减少料源和弃渣占地，避免对当地自然条件及环境造成破坏；降低施工难度，缩短建设周期，选取当地材料坝作为比较坝型。

2 比选坝型的确定

当地材料坝主要为碾压式土石坝，其型式主要有均质坝、土质防渗体分区坝和非土质材料防渗体坝等。均质土坝对地基适应性强，便于与建筑物衔接；土料单一，施工干扰少，工序简单，便于机械化施工。但坝坡较缓，坝体土方填筑量较大，不能充分利用工程开挖料；筑坝所需土料、工程开挖料均需占用大量耕地，对环境破坏严重。从保护生态环境和耕地的角度考虑，本工程不采用均质土坝。

坝址区附近河床砂砾料较丰富，从施工工艺和筑坝材料方面考虑，主要比选土质防渗体分区坝与非土质防渗体坝。

2.1 土质防渗体分区坝

土质防渗体分区坝主要考虑土质斜墙砂砾坝和土质心墙砂砾坝2种。坝址区属于严寒地区，斜墙坝防渗土料方量占坝体总方量的比例相对较小，可错开严寒天气或雨季填筑，此期间可进行砂砾料填筑，坝体施工干扰小，但斜墙坝抗震性能较差，地震作用下易产生裂缝或滑塌，威胁大坝安全；斜墙坝上游坝坡较缓，工程量较心墙坝大；坝基布置灌浆帷幕时，帷幕线较心墙坝长，灌浆工程量大。

心墙坡度较陡，与两侧坝壳可能出现不均匀沉降；施工时，心墙需与两侧坝壳平起填筑，各种坝料填筑互相牵制，施工干扰相对较大。但心墙坝坝坡较斜墙坝陡，工程量相对较小，且防渗土料用量相对较小；防渗线路较短，便于与灌浆帷幕、防渗墙等处理措施连接；抗震性能好于斜墙坝；坝壳为透水性大的砂砾料，排水便利，库水位骤升骤降时，更利于坝体稳定。综上所述，土质防渗体分区坝以土质心墙砂砾坝为代表坝型。

2.2 非土质防渗体坝

非土质防渗体坝主要考虑碾压沥青混凝土面板砂砾坝、混凝土面板砂砾坝、混凝土心墙砂砾坝和碾压沥青混凝土心墙砂砾坝4种。碾压沥青混凝土面板坝和混凝土面板坝的防渗面板在坝体上游面，考虑右岸黄土状土覆盖层较厚，基岩面低于坝顶约20 m，防渗面板与岸坡难以形成完整的防渗体系，因此，上述2种面板坝均不适宜本工程。

混凝土心墙坝心墙需垂直布置，施工过程中需采用模板；心墙与坝体不能同时施工，混凝土达到设计强度周期较长；心墙两侧坝壳料填筑、碾压需同步实施，施工协调难度较大，易倾斜或产生裂缝；高水位运行，心墙承受应力较大；抗震性能较差，心墙易受坝体影响产生裂缝。

碾压式沥青混凝土心墙坝运行条件好，心墙位于坝体内部，不受外界气候的影响，耐久性好；沥青混凝土渗透系数远小于一般的黏土或碎石土料，防渗性能好；适应变形能力更强，对坝基条件要求相对较低；抗震性能好，沥青混凝土心墙对裂缝有一定的自愈能力；碾压式沥青混凝土心墙随坝体同步施工升高，可提前蓄水或挡水度汛，但心墙与坝体施工干扰较大；施工速度快，对多雨、高温或寒冷等有效施工时间短的地区，具有更好的适应性，同时渗漏易于监控。

综上所述，非土质防渗体坝以碾压式沥青混凝土心墙砂砾坝为代表坝型。

2.3 比选坝型确定

根据上述拟定的坝体结构，对土质心墙砂砾坝和碾压式沥青混凝土心墙砂砾坝进行经济比选，合理确定设计坝型。

3 坝型比选

3.1 土质心墙砂砾坝

土质心墙坝采用黏性土心墙防渗，坝壳采用河床砂砾料、溢洪道和隧洞开挖石碴填筑。拦河坝坝顶高程为952.2 m，坝顶宽7 m，最大坝高43.2 m。上游坝坡1∶2.25～1∶2.5，下游坝坡1∶2.0～1∶2.25，上、下游坝坡不同工程处设宽2.0 m马道，坡均采用干砌石护坡，下设砾石垫层。防渗心墙顶高程为950.2 m，最低处底高程909.0 m，顶宽5.0 m，心墙上、下游两侧坡比1∶0.2，周边设1.5 m厚级配粗砂反滤层及1.5 m厚级配砂砾过渡层。防浪墙墙高3.7 m，高出坝顶1.2 m，防渗心墙顶部与防浪墙紧密连接，下部设混凝土防渗墙，墙厚80 cm，入强风化岩1 m，墙底部岩基进行帷幕灌浆，具体结构如图1所示。

3.2 碾压式沥青混凝土心墙砂砾坝

碾压式沥青混凝土心墙砂砾坝坝体结构型式、基础防渗型式等与土质心墙砂砾坝同，坝体防渗体为沥青混凝土心墙，墙厚0.8 m，顶高程949.7 m，其底部坐落于覆盖层混凝土防渗墙顶部的扩大基础，具体结构如图2所示。

图1 土质心墙坝结构图

图2 碾压式沥青混凝土心墙砂砾坝结构图

表1 2种不同坝型坝体

工程项目单位数 量 坝型（1）坝型（2） 坝基砂砾开挖m38438 坝体砂砾料填筑m32 1542 456 坝体石碴填筑m31 3611 575 坝体黏土心墙填筑m3546 高塑性黏土m311 混凝土防渗墙m31616 沥青混凝土心墙填筑m3 36 心墙周边级配反滤料填筑m3335271 上、下游游干砌石护坡m38787 上、下游砾石垫层m35858 工程直接投资（每延米）万元18.923.8

3.3 坝型比选

2种坝型规模、布置和结构基本相同，主要区别在于防渗体的型式，2种不同坝型坝体主要建筑工程量以及工程直接费用如表1所示。

由表1可知，每延米土质心墙砂砾坝直接费用较碾压式沥青混凝土心墙砂砾坝节省49 000元。土质心墙抗震性和裂缝自愈性均好于碾压式沥青混凝土心墙，且便于施工，工序简单，机械化强度较强，同时，土质心墙较碾压式沥青混凝土心墙更便于后期维修加固，综合考虑选取土质心墙砂砾坝作为设计坝型。

4 结束语

坝型选择是水库工程前期工作论证的主要内容，坝型选择受地形地质条件、施工、投资、环境等多方面因素的影响。本工程为节省投资、降低施工难度、加快施工进度，选择将土质心墙坝作为设计坝型。

［1］中华人民共和国水利部.SL 274—2001碾压式土石坝设计规范［S］.北京：水利水电出版社，2001.

［2］水利部水利水电规划设计总院，陕西省水利电力勘测设计研究院.SL 501—2010土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范［S］.北京：水利水电出版社，2010.

［3］水利部水利水电规划设计总院.水工设计手册·土石坝［M］.第二版.北京：水利水电出版社，2014.

2095－6835（2018）21－0128－02

TV64

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.128

〔编辑：张思楠〕