麻杆沟水库Ⅱ库大坝方案比选及施工设计分析

覃清波

（新疆伊犁州水利电力勘测设计研究院，新疆 伊宁 835000）

1 工程概况

新建麻杆沟水库Ⅱ库位于伊犁哈萨克自治州霍城县境内，为一座灌注式水库。由果子沟东干渠引水入库，主要是为下游新开发的2 万亩饲草料基地提供灌溉，设计提供灌溉水量为699.55 万m3/a。麻杆沟水库Ⅱ库规模为Ⅳ等小（一）型，总库容583 万m3，死库容112 万m3，兴利库容439 万m3，调洪库容32 万m3。水库洪水标准按50 年一遇设计，工程区地震基本烈度为Ⅶ度，水工建筑物抗震设防类别为乙类，设防烈度为7 度。

2 坝型比选分析

水库坝址河谷沟底宽60 cm～80 m，地层主要为第四系覆盖物，表层为1 m～3 m 粉土层，下部为深厚砂砾卵石层。从地形、地质条件及建筑材料方面考虑，可排除砼坝；工程所需砂砾石需从6 km 外果子沟河滩地采集，成本较高，故排除砂砾石坝。坝址区附近有丰富土料，开采利用成本低，因此拟建坝型有两个方案：①碾压均质土坝；②水力冲填坝。

2.1 施工条件及质量控制对比

两种方案坝型位置相同，施工交通条件一样。其中水力冲填坝方案所采用的机械设备与劳动力相对较少，但施工用水量大，且易受气候影响，施工工期较长，工序较多且工艺较复杂。

碾压均质土坝可通过试验坝体土料压实度来控制坝体土层填筑质量；而水力冲填坝则通过严格控制土料起始含水率和坝体填筑时间来控制填筑质量，难度较大。从这方面考虑，碾压均质土坝方案更为有利[1]。

2.2 工程量及投资对比

上述两方案主要工程量及投资对比见表1。由表1 可知：水力冲填坝相对碾压均质土坝的总工程量高，但由于坝体及坝肩填筑单价高，因此其总投资反而少437.56 万元。单从这方面考虑，水力冲填坝更有利。

2.3 建设经验对比

（1）水力充填坝被广泛应用于黄土高原地区小型水库中低坝体项目。伊犁州风积黄土分布广泛，且在1976 年～1993 年间建成的倒须沟水库、麻杆沟Ⅰ库、卡桑布拉克水库等均采用该方案，运行情况良好，有着一定的工程经验。

（2）碾压均质土坝方案在伊犁州也建设了三岔口水库、凉三宫水库、大柳树水库等小型水库，主要分布在河道中下游平原地区。坝体料以当地黄土料为主，坝基坚固，筑坝条件相对较好。

综合分析：从两个方案适应性、工程难度、质量控制、工期要求、投资成本等方面考虑，本项目最终推荐采用碾压均质土坝坝型。

表1 各坝型方案主要工程量及投资对比表

3 水库大坝设计及施工分析

本项目碾压均质土坝两侧坝肩楔入两岸坡体内，最大坝高38.5 m，顶宽6.0 m，顶长426 m。设计坝体上游坝坡1∶2.5，下游坝坡1∶2.25。坝基和坝体设计及施工要点分析如下：

3.1 坝基处理分析

（1）基础清理

本项目采用2.0 m3挖掘机、118 kW 推土机、8 t～15 t 自卸车和人工结合，清除坝肩、坝基表层腐土、杂草、植物根系，平均清除厚度1.0 m，清基方量为6.41 万m3，清基料运至指定弃料场堆放。

（2）坝基截水槽施工设计

本项目坝基截水槽以导流明渠为界分为左右两段，在此采取分段施工，先施工左岸一侧截水槽，待左侧截水槽施工完成后沿左岸坡底一侧开挖导流渠，导流后再施工右岸一侧坝基截水槽。

截水槽设计挖深12 m（要求挖穿Q4层直至Q2层以下3 m），分二次开挖成型，表层开挖土料沿上游一侧堆放，用于基槽填筑；下部开挖砂砾料运至后坝基部位用于填筑坝基。槽底宽6 m，基坑边坡1∶1.5，清槽后由基槽底部分层填筑黄土层，分层碾压夯实，压实度不小于0.97[2]。

（3）坝肩处理

根据设计要求，首先将左右坝肩表层10 m 湿陷性土层清除，可作为坝体填筑土料。开挖过程中要求逐段检测开挖面以下土质，不得出现一处湿陷性土层。坝肩土方开挖与坝肩上游库岸消坡同步进行，一次开挖、消坡到位。

3.2 坝体填筑分析

本项目坝体填筑主要包括：均质土料填筑、垫层料填筑、过渡料填筑、堆石料填筑、坝体土方填筑，总填筑量约96.21 万m3，具体施工方法及要求如下：

（1）垫层料、过渡料填筑

①垫层料设于砼护坡板下部，水平宽度4 m，垫层料要求Dmax≤80 mm。垫层料填筑随着坝体填筑工程逐步实施，利用2.8 kW 蛙式打夯机分层夯实[3]；

②反滤料层自下而上分层填筑，严格控制每一层滤料规格，人工分层铺填,机械碾压夯实，严禁混料，坡脚处棱体采用人工砌筑，严格控制密实度和平整度；

③褥垫式排水体过渡料设于坝体下游，顺河道长度80 m，水平宽度106 m，过渡料要求Dmax≤100 mm，设计要求自下而上分5 层铺设。大面积用13 t～14 t 振动碾分层碾压，边角部分用2.8 kW 蛙式打夯机分层夯实[4]。

（2）坝体均质土方填筑

①本项目坝体填土要求含水率为15%～17%，不够该值的土料要求分层洒水制备。坝体要求分层填筑（碾压厚度不超0.4 m）；

②碾压时沿坝轴线方向，相邻两端交接带碾迹应彼此搭接，垂直碾压方向搭接带宽度不小于0.5 m，顺碾压方向搭接带宽度不小于1.5 m；

③填筑施工时，如需短时间停工，其表层洒水湿润，保持含水率在控制范围内；如需长时间停工，则铺设保护层，复工时予以清除[5]。

4 坝体安全稳定性分析

4.1 坝体渗流稳定性分析

本项目坝体渗流计算采用北京理正软件设计研究院渗流分析软件5.3 版，选取坝体最大断面（0+240 断面）为计算标准，各项参数见表2。

表2 稳定渗流期计算参数

程序计算结果见表3，由表3 可知：两种工况下竖向排水体上游均质坝土料溢出点比降为0.08，溢出点高程为921.1 m，在有反滤保护情况下，不会发生渗透破坏；下游排水体溢出点比降为0.07，小于砂砾石允许出逸比降，因此坝体不会发生渗透破坏[6]。

表3 稳定渗流期计算结果

4.2 坝体最大沉降稳定性计算

坝体最大沉降量发生在坝轴线，在此以轴线断面计算结果作为坝体最大的沉降量。本项目采用分层总和法计算，见式（1）[7]，其中沉降量计算结果和填筑土料e-p 压缩曲线分别见表4 和图1。经计算：坝体最大沉降量为205 mm，小于坝体预留沉降量225 mm，因此沉降稳定性符合要求。

式中：S 为土层最终沉降量，mm；a 为压缩系数，取值0.00014；h为分层计算的土层厚度，cm；e 为设计初始孔隙比；p 为分层计算的岩层重力，kPa。

5 结语

大坝是水库工程的核心组成部分，工程量大，且对施工质量要求高。麻杆沟水库Ⅱ库在设计时充分考虑现场施工条件，选择较为保守的方案，质量容易控制，且有效保证了工期。水库坝体设计是一项综合性工作，必须考虑各方面情况，不可盲目追求经济性和技术性方案，否则日后出现质量问题会造成很大的社会及经济效益损失。

表4 坝体最终沉降量计算

图1 麻杆沟水库Ⅱ库大坝填筑土料e-p 压缩曲线图