天祝县石门河调蓄水库坝型方案比选

南 娟

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 工程概况

天祝藏族自治县地处甘肃省中部，武威市南部，祁连山东端，位于青藏、内蒙、黄土三大高原交汇处，是石羊河流域的源头和黄河一级支流的发源区。石门河是庄浪河的一级支流，发源于甘肃省天祝县与青海省门源县交界的得泉山，石门河三岔以上分两条主要支沟，一条为石门河，另一条为土城沟。为了落实国务院、甘肃省委、省政府支持藏区经济社会发展的重要举措，加快藏区经济社会发展，促进天祝县畜牧业发展，提高农牧民生活水平，实施天祝藏族自治县石门河调蓄引水工程势在必得，该工程由调蓄水库、引水工程和牧草灌区三部分组成。拟在石门河出口修建调蓄水库，水库坝址以上集水面积124.8 km2，三岔至入河口河道长约17.7 km，入河口上游约2.7 km 设有石门河渠首，渠首以上流域面积310 km2。石门河调蓄引水工程的主要任务是解决设计水平年2030 年天祝县宽沟工业园区、水泉—上滩工业园区及工业园区自备电厂用水，兼顾宽沟牧草灌溉及沿线农村人畜饮水。

石门河调蓄水库位于金强河右岸支流石门河上，工程规模属小（1）型，工程等别为Ⅳ等。大坝按30 年一遇洪水设计（洪峰流量为91.5 m3/s），200 年一遇洪水校核（洪峰流量为212 m3/s）。

2 坝址区工程地形地质条件

坝址处两岸山体高大陡峻，相对高差较大，山体顶部基岩裸露，石门河为坝址区最低的侵蚀基准面，河谷宽约60 m，左岸地形为基岩陡坡，右岸地形为一马鞍型的基岩陡崖。

坝址位于石门三岔沟口上游约0.3 km 的峡谷处，坝轴线与河谷近于垂直，河床纵坡约2.3%，其河床覆盖层为冲洪积含漂石砂卵砾石层，无明显的河床窄深河槽，砂卵砾石结构中密～密实，为良好的持力层。左岸基岩大面积出露，岩质岸坡自然坡度大于80°；右岸基岩呈鼻梁状向河床凸出，自然坡度大于70°。

根据地形、地质、枢纽布置、施工、建材、经济等条件，该工程区适宜修建的筑坝类型有当地材料坝混凝土面板堆石坝及堆石混凝土重力坝。

3 坝型拟定

3.1 混凝土面板堆石坝设计方案

钢筋混凝土面板堆石坝最大坝高46.71 m，坝顶长度104.58 m，坝顶宽度9 m，坝底宽度150.46 m，顶高程2901.00 m，底高程2854.29 m，上游坝坡1∶1.3，下游坝坡1∶1.4，面板厚度从顶部0.4 m 向底部0.65 m 逐渐增加，采用C25 钢筋混凝土结构，单层双向配筋。坝顶上游侧设置“L”型钢筋混凝土防浪墙，墙高4.3 m；趾板采用平趾板，坝基及坝肩采用帷幕灌浆防渗处理[1]。

溢洪道堰面采用C20 钢筋混凝土结构的驼峰堰型式，其后设C20 钢筋混凝土渐变槽（纵坡为1/100），该槽后接C20 钢筋混凝土分离式矩形陡槽（纵坡为1/2），陡槽后采用扩散式C40 钢筋高强混凝土结构消力池将溢水泄入天然河道。

泄洪引水洞进口位于坝轴线上游约100 m 处，出口位于坝后石门河右岸。洞线呈SE95°直线布置，与坝轴线呈80°夹角，隧洞穿越右岸基岩山梁，地面最大高程2939.0 m。

3.2 堆石混凝土重力坝设计方案

堆石混凝土重力坝（正常蓄水位2896.90 m，设计洪水位2897.21 m，校核洪水位2898.97 m）坝顶高程2899.10 m，最大坝高48.55 m，坝顶长122.43 m。坝身左侧坝段设一泄洪冲沙中孔，其上游设平板检修闸门，出口设弧形工作闸门，孔口尺寸为2 m×2 m（宽×高），采用液压启闭机控制。正对主河床坝段设一泄洪表孔，无闸控制；大坝泄洪消能方式采用挑流消能[1]。

4 坝型比选

该工程初步拟定混凝土面板堆石坝和堆石混凝土重力坝两种坝型进行比较，坝型最终通过综合比较的结果确定。

4.1 工程地质条件

根据坝址区地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、天然建筑材料等等综合条件比较（表1），堆石混凝土重力坝较混凝土面板堆石坝更为合适[2]。

4.2 工程布置比较

混凝土面板堆石坝由大坝、泄洪引水洞、溢洪道和输水管线等建筑物组成，泄洪建筑物布设于大坝右岸，建筑物较多，工程总体布置相对分散；混凝土重力坝的泄洪、输水均布置于坝体上，结构布置紧凑，对自然环境影响较小。两种坝型的坝顶长度基本相同，最大坝高相差1.54 m，坝底宽度堆石混凝土重力坝较混凝土面板堆石坝窄113 m，堆石混凝土重力坝工程占地少。

4.3 筑坝材料比较

混凝土面板堆石坝堆石料用量约23 万m3，根据初设阶段地质勘探工作表明，选定的料场储量完全满足设计要求；堆石混凝土重力坝堆石料用量约4.2 万m3，料场位于下坝址左岸上游300 m～800 m 基岩山梁，易于开采、运输，距坝址的最大运距5.5 km，储量完全满足设计要求。两种坝型的筑坝材料均能满足工程要求，混凝土面板堆石坝堆石料用量远大于堆石混凝土重力坝。

4.4 施工条件比较

4.4.1 混凝土面板堆石坝

混凝土面板堆石坝施工期受雨季的影响小，可在任何季节进行施工，大坝与输水及泄洪建筑物分开施工，施工工期较短，并且坝体填筑料可以充分利用坝肩削坡开挖石料和泄洪引水洞、溢洪道的开挖石渣，减少开挖石渣处理工程量，对环境保护、水土保持有利，但是其具有体型较大，工程量较大、且施工工序复杂等缺点[3]。

4.4.2 堆石混凝土重力坝

堆石混凝土技术通过大量块石的使用，堆石含量可达到55%以上，水泥用量少，形成的大体积混凝土结构收缩小，具有较强的抗裂能力，工程实测的大体积混凝土实际水化热温升仅为常态混凝土的10%左右，在施工过程中可以简化或不采取温控措施。堆石混凝土重力坝施工工艺简单，机械设备均为常规设备，节省了混凝土的生产和浇筑量，免除了振捣工序，简化了层面处理措施，从而显著提高工效，大幅度降低工程造价，实际工程应用表面，堆石混凝土技术可以采用机械化施工，最大限度的降低了人工技术水平和质量管理水平对工程质量的影响，但是由于重力坝的泄输水建筑物布置在坝体内，大坝与附属建筑物施工时二者相互干扰，较面板坝延长施工工期。由此分析，堆石混凝土重力坝优于混凝土面板堆石坝[4]。

4.5 投资比较

通过混凝土面板堆石坝和堆石混凝土重力坝主体工程投资比较，混凝土面板堆石坝主体工程投资5182.07 万元，堆石混凝土重力坝主体工程投资5002.77 万元，两种坝型主体工程投资相差179.30 万元，就投资方面来说，堆石混凝土重力坝较混凝土面板堆石坝更具有优势。

4.6 运行管理比较

堆石混凝土重力坝筑坝材料强度较高，耐久性好，泄洪及输水建筑物结合与坝体形成一整体，无需另设溢洪道，冲沙效果相对较好，运行管理较为方便；混凝土面板堆石坝在运行过程中需经常对上下游边坡进行维修，泄洪冲沙效果差，故在运行管理方面，堆石混凝土重力坝优于混凝土面板堆石坝。

5 结语

通过对两种坝型各方面的综合比较分析，混凝土面板堆石坝需要布置岸边式溢洪道，布置较为分散，且开挖存在高边坡问题，施工组织条件混凝土坝体结构大，施工工序复杂，工程造价高，在后期运行中需对上下游边坡进行维修，管理工作较为复杂；混凝土重力坝结构布置紧凑，施工工艺简单，从而显著提高工效，大幅度降低工程造价，在后期运行中具有安全可靠，耐久性好及运行管理较为方便等优势，再加堆石混凝土重力坝布置在U 型河谷内，两岸坝肩基岩出露较好，坝体混凝土工程量小，从地形、地质方面比较适合修建重力坝，在其他方面亦具较大优势，故推荐堆石混凝土重力坝坝型。