红沙湾水库坝型比选

李爽洁

（深圳市水务规划设计院股份有限公司新疆分公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

新疆红沙湾水库位于昌吉州塔西河，以灌溉、防洪为主，兼顾工业供水。总库容1 884万m3，调节库容1 288 万m3，死库容412 万m3，控制灌区灌溉面积2.72×104hm2。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，工程为Ⅲ等中型。工程实施后下游河道堤防的防洪能力提高到20 年一遇。根据1/400 万《中国地震动参数区划图》拟建工程场地50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.20 g，地震动反应谱特征周期为0.40 s，其相应的地震基本烈度均为Ⅷ度。

2 坝型选择

2.1 碾压式黏土心墙砂砾石坝

最大坝高58.00 m，上游坝坡采用C25 混凝土板护坡，坝坡1∶2.50，下游坝坡采用30 mm 干砌石护坡，坡度为1∶2，设2级马道，马道宽2 m，黏土心墙采用正心墙，心墙防渗体轴线位于坝轴线上游1.50 m，顶高程830.00 m，顶宽6 m，两侧边坡1∶0.30，心墙两侧布设反滤层水平宽为3 m，上游围堰与坝体结合。水库大坝处于强震区，采用适当放缓上、下游坝坡的结构型式，上游综合坝坡为1∶2.60，下游综合坝坡为1∶2.10，提高坝体的抗震性和稳定性。见图1。

图1 碾压式黏土心墙砂砾石坝图

2.2 碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝

最大坝高为58.00 m，上游围堰与坝体结合，水库大坝处于强震区，采用适当放缓上、下游坝坡的结构型式，上游综合坝坡为1∶2.60，下游综合坝坡为1∶2.10，提高坝体的抗震性和稳定性。根据《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则》，沥青混凝土心墙采用的配合比为：沥青用量为6%～7.50%，填料用量占骨料的10%～14%，粗骨料最大粒径为19 mm，级配指数选取0.35～0.44。

2.3 混凝土面板砂砾石坝

坝高58.50 m，设有3.70 m 高“L”型钢筋混凝土防浪墙，上游坝坡为1∶1.60，下游布设两级宽度为2 m的马道，马道间坝坡为1∶1.50，综合坝坡为1∶1.59。上游布设钢筋混凝土防渗面板，面板厚度为0.30 m，下游坝坡设0.30 m 干砌石护坡，混凝土趾板宽度分别为6 m 和8 m ，对应的趾板厚度分别为0.60 m 和0.80 m。两岸边部位面板宽度为6 m，河床中部面板宽度为12 m，周边缝设二道止水，两岸边部位的面板张性垂直缝设两道止水，河床中部面板压性垂直缝仅设一道止水，坝前混凝土面板796.00 m高程以下设防渗补强区。坝体内设竖向排水体，河床部位设水平排水体与竖向排水体相连。

3 坝型比选分析

坝型比选对主要建筑物及临建工程有差异部分比较。见表1。

表1 坝型比选表

3.1 对地形地质条件的适应性

心墙坝对地形的适应能力好，基础只需进行少量开挖，就能满足防渗心墙布设要求。混凝土面板堆石坝防渗体布设受到右岸深厚覆盖层和左岸陡立边坡的影响，趾板基础开挖和边坡处理工程量大，较前两种坝型适应能力较差。

3.2 坝体抗震性能和大坝的安全性

土质防渗体土石坝具有较好的抗震性能，在强震区建坝，此种坝型较为安全可靠。沥青混凝土耐久性性能远高于黏土心墙。沥青混凝土的变形模量和动剪切模量大，能够有效吸收地震荷载形变，抗疲劳性能强，加之上下游有过渡料保护，抗震安全性较好。混凝土面板坝，能抵抗强震，产生小变形裂缝，影响面板耐久性和安全性。结合新疆工程经验，近年来高寒地区面板坝占比与碾压式沥青混凝土心墙坝相近。

3.3 施工条件

3.3.1 气侯条件对施工的影响

①黏土心墙砂砾石坝。黏土填筑受气候条件影响较大，降雨或低气温时须停止施工土料，有效施工天数延长，但由于项目区具有典型的大陆性气候特征，降水量较少，对黏土心墙坝的填筑影响较小。②沥青混凝土心墙坝方案。防渗体体积较小，雨雪和低温天气通过好的防护措施就能连续施工，受气候条件影响较小。③混凝土面板坝方案。施工受气候条件影响较大，为全面保障面板防渗体的强度、防渗、抗裂及防冻等要求，在施工过程中不但要避开低温雨雪天气，还要进行专业的养护工作。

3.3.2 施工进度

心墙坝施工进度前期会受基坑处理的影响，后期会受到心墙坝填筑的影响，混凝土面板坝方案，趾板施工会影响上游坝体的交通，主堆石区前期上升速度较快，后期受混凝土面板浇筑影响，施工进度较前期缓慢。

3.4 工程运行条件

沥青混凝土心墙在坝体内部，周围环境相对稳定，沥青混凝土具有良好的抗形变性能，运行期间管理较为方面。混凝土面板坝防渗体在外部，受极端天气和地震影响较大，裂缝问题始终未得到有效控制，影响大坝耐久性，运行期间需要加大防渗体变形和开裂的监测，运行要求较高。

3.5 工程投资条件

经投资计算，沥青心墙坝方案坝体直接费为13 340万元，在三种坝型中最高，混凝土面板坝方案坝体直接费为13 203万元，处于中间价格，黏土心墙坝方案坝体直接费13 177万元，价格最低，黏土心墙坝方案比混凝土面板坝方案投资低26万元，比沥青混凝土心墙坝方案少163万元，在控制投资方面，黏土心墙坝方案最优。

4 结论

综合以上分析，黏土心墙砂砾石坝对地形的适应能力好，基础处理简单，开挖量少，抗震性能安全可靠，年内施工时间保障高，填筑工期短，运行期安全可靠，管理方便，投资最少，经济性好等优点，故选取黏土心墙砂砾石坝作为优选坝型。