浅析昭苏县DHNH水库坝型选择

王 磊

（新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院,新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

DHNH水库坝址位于T河出山口上游3.5 km处，在昭苏县昭苏镇内，距离昭苏县县城约6.5 km。水库的总库容为908 万m3，最大坝高55 m。根据《防洪标准》（GB 50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000）的规定，确定DHNH水库工程等别为Ⅳ等，工程规模为小（1）型水库。洪水设计标准重现期为50 年一遇，校核洪水重现期为1000 年一遇。该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。DHNH水库的工程任务主要是解决乡镇企业和人畜生活供水，灌溉流域内的耕地并兼顾防洪。

2 工程区地质条件

DHNH水库坝址区河谷狭窄，河谷呈V型，河床宽7 m～15 m，河床覆盖层厚8.2 m～13 m，两岸出露花岗岩，基岩顶板高于正常高蓄水位，岸坡及坝肩岩体边坡基本稳定。岩体强风化层厚5 m～8 m，弱风化层厚15 m～20 m；岩体以块状为主，左岸卸荷带1 m～5 m，右岸2 m～3 m，q＜5Lu透水率线位于基岩面以下左岸42 m～50 m，右岸45 m～60 m，局部地段略深；河床部位q＜5Lu透水率线位于基岩面以下42 m～60 m，局部略深。左右坝肩基岩出露，基本无卸荷，岸坡稳定性较好。库区范围内被第四系堆积物大面积覆盖，透水性强，下伏基岩为花岗岩、砂岩和砾岩，无深大断裂展布，小断层及长大裂隙发育稀疏，岩体较完整，透水性差。

工程区位于天山纬向构造体系伊犁地块之昭苏山间坳陷的北缘，南为昭苏断陷盆地，北为乌孙山断褶隆起，区域地质构造复杂，主要构造线方向为东西向，近场区及临近地区东西向活动性区域断裂发育，新构造运动强烈，地震活动频次、强度均较高，为历史地震多发区。相应的地震基本烈度为Ⅷ度，工程区区域构造稳定性差。

3 坝型方案

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，且新疆地处边远地区经济水平相对落后，因此，该坝址适宜修建当地材料坝。

新疆近年来水库建设逐渐由平原转为山区。十三五以来，土石坝由于其成本低且可充分利用当地材料，且能够适应新疆特殊的环境，在新疆得到了较好的应用，但却对筑坝技术提出更高的要求和挑战[1]。本工程初步选择沥青混凝土心墙砂砾石坝、混凝土面板砂砾石坝进行坝型比较。

3.1 沥青混凝土心墙砂砾石坝

根据坝址区的地形、地质条件，两种坝型其枢纽建筑物布置格局大致相同，即输水洞、导流兼放空洞布置于右岸，溢洪道布置在左岸。

大坝为沥青混凝土心墙坝，最大坝高55.4 m，坝顶宽度为6 m，坝顶长度为151 m。坝体上游坝坡为1∶2.5，上游设0.25 m厚混凝土护坡，护坡底高程为2059.60 m，比死水位低2.0 m。下游坡设0.3 m厚的干砌石护坡，坡比为1∶2.0，并设“之”字形上坝公路。坝体填筑主要分为砂砾料区、过渡料区及沥青混凝土区。上游围堰与坝体相结合。

心墙采用沥青砼心墙，墙体轴线偏向上游，距坝轴线1.0 m。心墙均等厚度0.5 m，在底部做放大脚与混凝土基座相连。在心墙底部浇筑2 m厚的混凝土基座，将混凝土基座基础置于基岩层以下2 m，对混凝土基座进行2排固结灌浆，灌浆深度5 m，孔距为2 m。在混凝土基座顶部进行双排帷幕灌浆，帷幕灌浆深度按进入基岩透水率q≤5 Lu作为控制标准，帷幕灌浆设双排，孔距1.5 m，帷幕平均深度为40 m。

3.2 混凝土面板砂砾石坝

拦河坝为混凝土面板砂砾石坝，最大坝高57 m，坝顶宽度为6 m，坝长为158.9 m。坝体路面采用20cm厚的C20 现浇混凝土，坡度为2%，上游坝坡为1∶1.5，下游坝坡为1∶1.4，设置5 层宽6 m宽的“之”字形上坝道路，综合坡比为1∶2.2。下游道路间坝坡设干砌石护坡厚度为30 cm。

大坝的基础处理主要是对趾板的处理。趾板位于弱风化层岩石上，对其基础进行固结灌浆，固结灌浆设2 排，孔距3 m，孔深5 m，在趾板中部布置双排帷幕灌浆、孔距2 m，帷幕灌浆深度按照q≤5 Lu作为控制标准。上游围堰与坝体不结合。

4 坝型比较分析

两坝型方案中，坝的布置格局基本相同，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[2]。工程建设条件对两种坝型均无限制因素，但两种坝型各有优缺点，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、投资等方面进行综合比较。

4.1 枢纽布置比较

两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。不同的是沥青混凝土心墙坝围堰可以与坝体结合，从而节省投资，而面板坝需要修建临时围堰，工程完工后需拆除。

4.2 地形地质条件

从坝址地形地质条件看无深厚覆盖层、结构较单一，且存在振动液化的可能性不大。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，对两种碾压土石坝在本工程区受到的影响和制约不大，但从防渗体基础开挖考虑，面板坝趾板基础开挖深度较深，开挖量较心墙坝较大[3]。

4.3 抗震条件

实践证明，两种坝型都具有良好的抗震性能，新疆部分水库建在强震且地震多发区，但沥青混凝土心墙坝和混凝土面板坝都能够经受住地震的考验。

4.4 气候对施工的影响

工程区为大陆性温带山区半湿润气候，其特点是无明显的四季更替，冬季漫长且寒冷，春秋相连且多雨，夏季短暂。工程区多年平均气温5.9℃，极端最高气温为37.4℃，极端气温为-30.7℃，最大冻土深108 cm。坝址区全年当中5 个月的平均气温在-0.3℃以下。寒冷的气候对施工有一定的影响。

沥青心墙具有良好的抗冻耐久性，这也是沥青心墙坝在新疆寒冷地区广泛应用的原因之一。由于心墙可与坝壳填筑同时进行，且气温对心墙的填筑影响不大，结合国内外工程实例和疆内实例研究，外界施工温度在-25℃以内时均可进行沥青心墙的施工，沥青心墙坝可以在冬季进行施工。

混凝土面板坝全年均可进行坝壳填筑，根据施工安排可将混凝土面板的施工期安排在适宜混凝土施工的时间段，不影响大坝的填筑施工。但混凝土面板坝防渗面板大部分暴露在外界，受气候影响较大，面板的防裂问题要重视。面板坝的混凝土防渗面板在一定程度上存在抗冻耐久性问题[4]，且面板在冬季无法进行浇筑。

4.5 运行管理

无论是混凝土板面坝还是沥青混凝土心墙坝都需设置监测设施，对大坝进行监测，便于维修和日常的监测。混凝土面板坝的面板需定期进行维护，但其防渗体都在外侧易检修；沥青混凝土心墙位于坝体中间，受到破坏时维修较困难[5]。

4.6 综合比较

两种坝型综合比较见表1。

表1 不同坝型综合比较表

5 结论

综合分析，选择沥青心墙坝作为推进坝型。新疆地区近年来新建成多座沥青心墙高坝积累了丰富的施工经验，具有技术可靠，施工简单等优点；沥青心墙坝重要的防渗原材料优质沥青可采购于克拉玛依油田。相比之下，混凝土面板砂砾石坝受天气影响较大，且冬季无法进行施工，面板的止水处理工序繁琐，在实际施工中，施工质量较难控制。因此本工程初拟沥青混凝土心墙坝作为推荐坝型。