某水库枢纽大坝工程坝型方案比选研究

杨 汨

（兴义市水务局，贵州 兴义 562400）

1 流域概况

小河边水库位于七舍镇鲁坎村境内，水库所在流域为小河边小河，为南盘江二级支流，一级支流为达力河。小河边小河发源于上岩风洞后山，高程2 053.10 m，从东北向西南流经上岩风洞、下岩风洞，在海子处与由西向东流来的支流汇合后，在老鹰岩山脚进入伏流，伏流段长450 m，进口段高程1 879.40 m，出口段高程1 824 m，高差55.40 m。小河边小河全流域面积9.40 km2，主河道长7.24 km，平均比降48.25‰。

小河边水库坝址以上集水面积7.70 km2，主河道长5.47 km，加权平均比降41.12‰。水库总库容0.024 亿m3，属小（1）型Ⅳ等。重力坝4 级，设计洪水30 年一遇，校核洪水300 年一遇；面板堆石坝4级，设计洪水30年一遇，校核洪水500年一遇。

2 坝型方案拟定

2.1 坝型选择

受坝址河段地形地质条件限制，可研审查意见基本同意小河边水库坝址唯一性的结论。坝址位于小河边小河中段跌坎上游150 m 处。该坝址河谷比降相对平缓，为不对称的“V”型谷，河床高程1 790～1 795 m，河床宽约30 m，两岸坡地形坡度30°～35°，山顶高程左岸1 894 m、右岸1 895 m，覆盖层分布于低洼沟谷中。两岸山头高出河床100～105 m，自然边坡基本稳定，局部出现小面积残坡积层坍塌外，其他不良地质现象不发育。正常蓄水位1 824 m 高程，河谷宽约88 m，宽高比为3.01，坝址河谷地形宽高比较大，要求拱坝坝体较厚，不适宜建拱坝，单从地形、地质条件来看土石坝和重力坝受地形限制较小，该坝址可以满足重力坝和土石坝的建坝要求。

无论坝线向上或向下移动，均无优于中坝线建坝条件的地形地质条件，该坝线处左右岸地形完整对称，为“V”型河谷，同时大坝导流施工可利用取水坝作为上游围堰，泄洪系统归槽条件好，因此，选定中坝线作为此阶段坝线。

可研基本同意小河边水库工程任务为解决集镇和农村人畜用水及原烟水灌面的灌溉用水，此工程侧重于人饮供水，并兼顾解决原烟水灌面灌溉，具有供水和泄洪两大功能，在可研工作基础上同等深度按“安全可靠，布置紧凑，施工方便，运行灵活，投资节省”原则，深入论证以下两种枢纽布置方案。

2.2 重力坝代表坝型

重力坝按建筑材料划分有混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝和砌石重力坝等，其总体布置基本一样，从坝体结构稳定方面考虑，以上三种坝体型结构相差不大；从工程区建筑材料分布情况来看，根据现场调查测绘，砂石料场位于水库东南面黄土坡斜坡地带，有公路从料场至鲁坎，施工方面，温控相对较严，又因工程规模小，碾压混凝土重力坝施工不利当地建筑材料以及施工机械等的利用，施工难度相对较大；投资与进度方面，堆石混凝土重力坝能很好利用当地建筑材料以及施工机械等。

鉴于工程规模不大，施工机械化程度不高，施工温控相对简单，为充分利用当地建筑材料，尽可能地减小施工难度及投资，因此设计选择C15堆石混凝土重力坝作为代表坝型。

2.3 土石坝代表坝型推选

土石坝有均质土坝、土石混合坝和堆石坝等，从当地天然建筑材料分析，坝址附近缺少土料，且土料粘粒含量较高，天然容重低，含水率高，可压实性差，为满足土料填筑所需要的最优含水率则必须进行翻晒，且要严格控制碾压参数。

根据兴义气象站资料统计，工程区多年平均气温16.10 ℃，最低月1月平均4.50 ℃，7月平均气温26.80 ℃，极端最高气温35.20 ℃（1987 年5 月12 日），极端最低气温-4.70 ℃（1983 年12 月29 日），平均无霜期330.30 d，据1971-2016 年统计结果，年平均降水量1 450.80 mm，年平均降雨日数（日降水量不小于0.10 mm）192.80 d，鉴于工程区雨量丰沛，降雨日数较多，降雨和不稳定的阴晴交变天气影响，土料翻晒难以进行，碾压参数极难控制，不易达到土坝最佳填筑要求，因此不宜修建土坝。

根据当地建筑材料分布情况，距坝址约4 km 处有砂石料场，其质量和储量均能满足混凝土面板堆石坝建坝需求，交通条件较好，因此选择混凝土面板堆石坝作为土石坝代表坝型。

3 坝型方案比选研究

3.1 地形、地质条件

河谷为不对称“V”型谷，两岸地形坡度30°～35°。两岸山头高出河床10～105 m。岸坡除第四系残坡积层（Qel+dl）零星分布外，无不良地质现象分布。两岸覆盖层为残坡积沙壤土、粉质粘土，分布厚度2.20～7.50 m，强风化层厚5.00～17.80 m。坝基及两岸分布基岩为砂岩，岩层倾下游偏左岸，岩层产状变化较小，倾角5°，从岩层产状与坝轴线方向，左坝肩边坡开挖稳定，但强风化层较厚，垂直深度达17.80 m，该层开挖容易产生垮塌、掉块现象，右坝肩存在顺向坡开挖边坡稳定问题，对左右坝肩进行锚杆挂网喷浆支护处理。从地形、地质条件看适合建C15 堆石混凝土重力坝（以下简称重力坝）和混凝土面板堆石坝（以下简称面板坝），两方案建坝适应性相当。

3.2 枢纽总体布置

①重力坝方案进水口布置于右岸非溢流坝段上，河床坝身表孔溢洪；取水口及冲沙兼放空孔布置于右岸非溢流坝段上“简洁、紧凑”。面板坝方案溢洪道布置于右岸坝肩，取水及冲沙兼放空隧洞布置于左岸，各枢纽建筑物布置较分散。重力坝方案优于面板坝方案。②两个方案均设置有向七舍鲁坎、鲁布格全镇人饮供水的七舍水处理站，位于坝址下游右岸，距坝址约210 m，水库管理站房与七舍水处理站结合，两个方案相同。③重力坝方案泄洪建筑物布置于河床坝身，进流和下泄归槽条件较好；面板堆石坝岸边式溢洪道，边坡开挖形成坡面大，支护工程量大，重力坝方案优于面板坝方案。④进库公路方面，重力坝方案进库公路下游与七舍—捧乍公路连接，均沿河道右岸布置直通坝顶，全长1.12 km；而面板坝进库公路在七舍水处理站下游段布置同重力坝方案沿河道右岸布置，七舍水处理站上游则转向沿左岸布置至左坝肩，全长1.27 km，并需要在跨河处新建交通桥一座，跨度8 m；进库公路新建长度上，重力坝方案1.12 km明显短于面板坝方案1.43 km，且不涉及交通桥修建，重力坝方案在道路投资方面优于面板坝。枢纽布置上重力坝方案优于面板堆石坝方案。

3.3 枢纽建筑物

结合坝址工程地质经方案布置，重力坝方案坝轴线长155 m，坝顶宽5.00 m，最大坝高45.30 m，建基面最大水平宽度42.48 m，采用坝顶表孔开敞式溢洪道；面板坝方案坝轴线长154.45 m，坝顶宽6.00 m，最大坝高36.05 m，建基面最大水平宽度108.11 m，采用岸边溢洪道布置于大坝右岸。

两种坝型枢纽建筑物主要建筑工程量及投资分析计算得：重力坝枢纽建筑物建筑工程部分投资为9 748.97万元，面板坝枢纽建筑物建筑工程部分投资为9 515.29万元。综上两表，面板坝方案枢纽建筑物相比重力坝方案较省，约少233.68万元，在投资方面面板坝方案优于重力坝方案，但相差不大。

3.4 工程施工、占地及运行管理

3.4.1 工程施工条件比较

面板坝方案溢洪道开挖工程量大，开挖料为细砂岩、粉砂质泥岩，含泥量较重，分选较困难，物理力学参数不满足填筑要求，不宜作筑坝材料，因此面板坝方案与重力坝方案筑坝材料料场相同，运距4 km。两方案场地对外交通条件基本一致，弃渣场、施工企业等布置基本相同，但面板坝方案弃渣量相对较大。

根据首部枢纽建筑物布置，重力坝方案施工导流采用分期导流，利用距坝址上游约100 m处原小河边烟水配套工程拦水堰，仅部分加高，埋设安装DN1500 导流钢管240 m 至下游跌坎，可不设下游围堰，施工度汛利用坝体预留缺口度汛，导流度汛条件相对较好；而面板坝方案则需采用全断面围堰全年施工导流，汛期围堰挡水，隧洞全年泄流，所需围堰填筑量大，新建隧洞导流长425.46 m，出口设消力池，宽3.00 m，深2.50 m，长22.50 m（含渐变段7.50 m），增大导流度汛工程投资。重力坝方案在工程施工方面优于面板坝方案。

3.4.2 工程占地及运行管理

①两方案正常蓄水位高程一致，水库淹没基本相同。枢纽工程占地方面，面板堆石坝体型大（如建基面最大水平宽度面板方案达108.11 m，而重力坝方案仅42.48 m）以及采用岸坡溢洪道、左岸塔式取水口以及上塔公路，导致占地面积较大，加之面板堆石坝方案开挖量大，总弃渣量大，需要渣场容积大。由此面板坝方案永久和临时占地面积相比重力坝方案大。在工程占地方面，重力坝方案优于面板坝方案。②鉴于已建面板堆石坝后期运行管理方面经验，面板易损坏出现漏水现象，检修面板势必放空水库，影响水库供水，而且检修不方便，后期维护费用较重力坝高得多。

3.5 坝型方案比选结果

综上可知，除以上多方面影响因素之外，重力坝后期维护维修较面板堆石坝容易，后期运行维护费用相对较低，经综合分析比较，面板坝方案枢纽建筑物投资相比重力坝方案虽较省，但相差不大，考虑方便施工以及后期运行维护，因此选用C15堆石混凝土重力坝方案。

4 结语

综上所述，认识流域概况，从坝型选择、重力坝及土石坝代表坝型推选等拟定坝型方案；重点围绕地形地质条件、枢纽总体布置、枢纽建筑物、工程施工、占地及运行管理等方面开展坝型方案比选；选用C15堆石混凝土重力坝方案。