苏巴什水库坝址、坝线及坝型的选择与设计

万宏伟

（新疆永嘉工程咨询有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

水库的坝址和坝型比选是工程可行性研究阶段的重要内容，也是新建水库设计中至关重要的环节[1]。在柯坪河上修建一座苏巴什水库，其作用是解决柯坪河流域灌溉区春季缺水问题和减少柯坪河洪水灾害。本文以苏巴什水库工程为例，从地形地质条件、枢纽布置、施工条件及工程投资几个方面对两个坝址及三条坝线进行综合经济比较，以期选出更经济合理、技术可行的坝址及坝线。

1 工程概况

苏巴什水库工程区位于柯坪县城西北10 km 的苏巴什河出山口，地处柯坪县境内，坝址距柯坪县城约10 km，且有公路相通，柯坪县城至国道之间约25 km，交通便利。

工程总库容为1561 万m3，工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等。主要建筑物为3 级，次要建筑物为4 级。设计洪水标准为50 年一遇，校核洪水1000 年一遇。

苏巴什水库工程是柯坪河上唯一的控制性工程，任务是解决苏巴什河灌区的缺水问题，并为灌区未来的发展提供用水保证。同时将柯坪河下游现有防洪工程的防洪标准提高至20 年一遇（洪峰流量550 m3/s），达到下游防护对象的设防标准。

2 坝址选择

根据河道两岸地形条件，苏巴什河出山口上游为左岸克孜勒大冲沟与苏巴什河流汇合口，河谷非常宽阔，谷宽大于1 km，虽具备筑坝条件，但坝线过长。河流汇合后向下游约500 m 就是平原地段，地势开阔，筑坝工程量大。仅在河流弯道末端至河流出山口之间约500 m 范围内，河道顺直，河谷相对较窄、两岸山体边坡较陡且岩体较完整。因此根据苏巴什河的地形地貌，坝址只能在出山口500 m 范围内选择。在此范围内初拟了上、下两个坝址。上坝址位于出山口河段中部偏上游，为“U”型河谷，河床较宽为300 m～350 m，地形平坦，河床覆盖层较薄（1 m～4 m），下伏半胶结砾岩经适当处理可作为大坝基础，坝基开挖量较小，施工较方便。下坝址位于出山口河段末端，距离上坝址下游200 m 左右处，河床宽度较上坝址缩窄40 左右，从地形上来看便于枢纽布置，但河床覆盖层较厚，建基面高程降低，在相同正常蓄水位下坝高增加2 m，坝基开挖量较大。溢流堰、冲沙闸段和混凝土引水闸段由于坝高增大，高度增加2 m～4 m，其他尺寸与上坝址基本相同，工程量略大。

在相同正常蓄水位的条件下从两个坝址的地形地质条件、枢纽布置、工程投资等方面进行了综合技术经济比选。经比较，两坝址区域地质条件基本相同，均具备建坝条件，下坝址两岸岸坡更为陡峻，地质条件较上坝址略差，上坝址地形地质条件略优。两坝址枢纽布置基本相同，下坝址覆盖层略厚，工程量较上坝址略大。上坝址淹没损失比下坝址少81.71 万元。经做投资估算，上坝址工程投资比下坝址节省约433 万元。因此，上坝址为推荐坝址。

3 坝线选择

根据苏巴什河的地形地貌，坝轴线仅能在苏巴什河河流弯道末端至河流出山口之间约500 m 范围内进行选择，所选的三个坝线枢纽建筑物的组成基本相同，坝线一距苏巴什河出山口上游0.85 km 处，坝线二位置在坝线一的基础上右坝肩向下游旋转了7°，坝线三位置距离坝线一仅200 m，承担的工程任务相同，因此按相同正常蓄水位进行比较。从地质条件、枢纽布置、施工条件、工程安全性、运行管理条件、工程投资等方面对三条坝线进行综合技术经济比较[2]。

3.1 地形条件

坝址区河谷呈“U”型，右岸发育Ⅰ级阶地，坝线一、坝线二谷底宽381 m，正常蓄水位1315 m 河谷宽407 m。而坝线三谷底宽330 m，正常蓄水位时的河谷宽364 m。谷底宽度和正常蓄水位时的河谷宽度坝线三比坝线一、坝线二都要窄，坝线三的左右岸岸坡与前两个坝线相比更为高陡。因此坝线三两岸坝肩边坡高陡，处理工程量大，施工困难。从地形条件看，坝线一、坝线二较优。

3.2 地质条件

坝址区基岩岩性相同，三个坝线岩体完整性及坚硬程度基本相同。坝线一、坝线二左岸坝肩边坡较缓，岩体较完整，稳定性较好，但坝肩存在一潜在不稳定性，方量约1.2 万m3。右坝肩存在一潜在不稳定体，方量约1.9 万m3，但目前卸荷作用已趋于稳定，边坡整体稳定，对坝体威胁不大。坝线三左、右岸岸边坡高陡，岩体较完整，多为小规模崩塌体，体积多为几十方至百余方。另外，坝线一、坝线二的防渗深度较浅，坝线三的防渗线较深，防渗帷幕工程量较大。从地质条件来看，坝线一、坝线二优于坝线三。

3.3 枢纽布置比较及施工条件

三条坝线均采用砼面板砂砾石坝+砼重力坝进行工程布置，建筑物布置形式基本一致。从施工条件分析，三条坝线相距较近，河谷宽阔，施工场地较大，利用施工道路布置，场内生产生活设施、气候条件、导流规模及方式相同，坝料运距、施工条件基本相同，总工期均为24 个月。

3.4 工程安全性及运行管理条件

三条坝线枢纽建筑物布置都较为集中，运行管理方便，但坝线三两坝肩岸坡高陡，工程安全性相对较差，运行期风险较大。

3.5 主要工程量及工程投资

在拟定的坝线比选条件下，主要工程量及程投资估算见表1。

从主要工程量来看，通过土方明挖、石方明挖、混凝土、钢筋及钢材、坝体填筑等主要工程量坝线一用量少于坝线二、坝线三。

从工程投资来看，坝线一较坝线二投资少330 万元，较坝线三投资少850 万元。坝线三的淹没损失比坝线一、坝线二多80.82 万元。

表1 主要工程量及投资对比表

根据以上比选分析，坝线一具有地质条件较好，投资较省的优势，因此采用坝线一为推荐坝线。

4 坝型选址

坝址位于出山口上游约0.85 km 处，河谷呈“U”字型。根据坝址区地形地质条件及天然建材等条件，选取混凝土面板砂砾石坝、粘土心墙砂砾石坝、沥青混凝土心墙砂砾石坝三个方案进行比选，三种坝型枢纽布置条件基本一致，在主河床布置挡水坝，右侧依次布置泄洪洞、冲沙闸、引水闸、右岸混凝土重力坝段，从地形地质条件、天然建筑材料、工程布置、抗震安全性和抗冻耐久性、施工条件、工程投资等方面对三种坝型进行综合技术经济比较[3]，技术特性情况见表2。

表2 不同坝型技术经济特性表

（1）地形地质条件。地形地质条件对三种坝型无制约条件，对各坝型的影响主要表现由于防渗结构尺寸的不同，粘土心墙坝、砼面板坝方案的基础开挖量相对较大。

（2）天然建筑材料、抗震安全性及基础处理。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，所需建筑材料不存在制约因素。三种坝型均具有良好的抗震安全性能，在疆内外有较多已建工程，且粘土心墙坝和面板坝有经受过地震考验的实例。粘土心墙坝、沥青心墙坝坝基和砼面板坝方案趾板基础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≤5 Lu 作为控制标准，单排设置，三种坝型坝基处理不存在制约条件。

（3）工程占地。三种坝型中粘土心墙坝方案由于用料品种多（需开辟土料厂、砂石料场等）、数量大，开挖弃渣大，因而其占地多，环保、水保难度和工作量较大。

（4）工程施工。三种坝型在施工上均不存在不可克服的技术困难。面板坝导流度汛相对简单，基础处理、面板浇筑、坝体填筑互相干扰少，总工期24 个月。粘土心墙坝和沥青心墙坝基础处理和坝体填筑不能同时进行，相互干扰较大，坝体填筑受心墙上升高度控制，施工总工期均为36 个月。从施工角度而言，砼面坝方案较优。

（5）工程投资。坝型比选通过土方明挖、石方明挖、混凝土、坝体填筑、固结灌浆、帷幕灌浆等主要工程量进行投资对比。砼面板坝方案、粘土心墙坝方案、沥青心墙坝方案工程总投资分别为2.31 亿元、2.85 亿元、2.48 亿元。砼面板坝方案投资最低，选定砼面板砂砾石坝方案为推荐坝型。

5 结论

因此根据苏巴什河的地形地貌，坝址及坝轴线只能在苏巴什河河流弯道末端至河流出山口之间约500 m 范围内，此段河道顺直，河谷相对较窄、两岸山体边坡较陡且岩体较完整。

1）在相同正常蓄水位的条件下从两个坝址的地形地质条件、枢纽布置、工程投资等方面进行了综合技术经济比选。经比较，两坝址区域地质条件基本相同，均具备建坝条件，两坝址枢纽布置基本相同，上坝址地形地质条件略优，工程量较小，上坝址淹没损失及工程投资较少。因此，确定上坝址为最终建坝坝址。

2）三条坝线调节库容相同，在正常蓄水位下的库容均可满足本工程承担的下游灌溉、防洪等各项任务的要求。从地质条件、枢纽布置、施工条件、工程安全性、运行管理条件、工程投资等方面对三条坝线进行综合技术经济比较，坝线一具有较大优势，最终选择坝线一进行施工建设，在此坝线基础上选择砼面板坝、粘土心墙坝、沥青心墙坝三种坝型，通过比较地形地质条件、大坝抗震安全、施工条件、工程投资等方面，砼面板砂砾石坝优于粘土心墙砂砾石坝和沥青心墙砂砾石坝，选定砼面板砂砾石坝为推荐坝型。