某水库枢纽大坝工程坝型比选分析

刘星波

（山东省水利勘测设计院有限公司贵州分公司，贵州 贵阳 550000）

1 工程概况

交广水库需要满足设计水平年2030年龙坪镇五星村及交谷村部分村寨共计2 016 人、大牲畜604 头、小牲畜1 208头的饮水安全，同时保证下游76.67 hm2水田和333.34 hm2火龙果的灌溉。坝址位于龙坪镇交广村交广河上游河段，工程主要由沥青混凝土心墙土石坝、岸边开敞式溢洪道、取水兼放空建筑物、提水泵站、输水管道及高位水池等组成。上坝线方案流域面积3.59 km2，水库校核洪水位577.25 m（P=0.5%），总库容72.80万m3；正常蓄水位575.00 m，兴利库容56.50万m3；死水位552.00 m，库容4.80万m3。水库为Ⅴ等小（2）型。

2 拦河大坝工程坝型适应性分析

2.1 坝址区地质条件

选定坝线上坝线，位于6#和7#冲沟之间，河谷呈“V”型。河床高程532.40 m，575.00 m正常蓄水位高程上河谷宽120 m，坝前抬高水头42.60 m，宽高比2.70。左岸受6#、7#冲沟切割，右岸受4#、8#冲沟切割。基岩为T2b灰绿、黄褐色薄至中厚层粉砂质泥岩，局部夹极少量泥灰岩。局部微褶皱发育，岩层产状变化稍大，为65°～85°∠31°～45°，总体倾向右岸。

据地形、地质条件等综合分析，此坝线坝址持力层岩质为较软岩，力学性能较差，坝基（肩）岩体整体强度低，不宜修建拱坝，具备修建重力坝和当地材料坝条件。据可研阶段的综合比较，修建重力坝工程投资偏大，故不考虑修建重力坝方案。

2.2 当地材料坝型

可供选择的当地材料坝型主要有均质土坝、土质心（斜）墙土（风化料）坝、非土质防渗体坝、面板堆石坝等。通过调查，料场较小且厚度变化较大，难以找到充足土料源。当地粘土含水率较高，且气候较湿润，给施工带来极大困难，故不考虑均质土坝和粘土心墙坝作为比选坝型。

库区内料场表层为残坡积粘土夹少量碎石，剔除碎石击实后，粘土塑性指数多大于20，渗透系数大于1.0×10-5cm/s，不符合《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》《碾压式土石坝设计规范》防渗土料要求，但宜修建非土质材料防渗体坝。

常用非土质材料防渗体有土工膜、沥青混凝土防渗体等。考虑坝前最大抬高水头42.60 m，故不推荐土工膜防渗体。推荐沥青混凝土心墙防渗体形式。工程区两岸山体风化层较厚，可用作土石坝壳填筑料，运输成本低，施工组织方便，适宜修建用沥青混凝土墙作为防渗体的风化料坝。同时为便于坝体防渗墙施工和工程安全，墙外侧用过渡层料包裹。

对比工程实际地形地质条件、施工条件、施工水平等各方面因素，该坝址处同样适宜修建堆石坝，且堆石坝坝型中的混凝土面板堆石坝技术已相当成熟，工程技术无制约因素。因此，经上述对坝型适应性分析，考虑采用沥青混凝土心墙土石坝和混凝土面板堆石坝进行坝线内的坝型比较。

3 水库枢纽大坝工程坝型比选研究

3.1 地形地质条件

两岸覆盖层为残坡积粘土夹少量碎石，厚度一般为1～3 m，河床覆盖层成分相对较复杂，下部为冲洪积的砂卵（砾）石层，厚度变化较大，一般为2～3 m，局部达6 m。下伏基岩为三叠系中统边阳组（T2b）薄至中厚粉砂质泥岩，岩层产状65～85°∠31～45°，倾向右岸。从地形地质条件分析，土石坝、面板堆石坝两种坝型均有成坝条件。

根据河谷地形地质条件，面板堆石坝的特性和对地基强度要求相对较高，坝址强风化岩体裂隙发育，呈散体—碎裂结构，抗变形能力较差，渗透性好，需将趾板置于弱风化带中上部岩体。沥青混凝土心墙坝是散粒状结构坝体，适应坝基变形能力较强，混凝土基座可直接坐落于强风化层中上部基岩上，坝壳风化料为库区周边风化岩石，清除覆盖层将风化料置于强风化基岩上即可，施工简单，安全性高。地质条件上，沥青混凝土防渗心墙坝更具优势。

3.2 枢纽布置及防渗体可靠性比较

沥青混凝土心墙坝、面板堆石坝均属当地材料坝，对基础要求不高，其坝体填筑区均可清除覆盖层，置于强风化基岩上即可；沥青混凝土心墙基座置于强风化岩体中上部，面板坝趾板则置于弱风化岩石中部，从挡水建筑物布置来看，沥青混凝土心墙坝、面板坝方案均无制约因素，二者基本相当。

面板堆石坝采用混凝土面板+帷幕灌浆的组合式防渗形式，面板和灌浆帷幕在趾板处相连接，在上游形成连续的防渗面，使坝运行期基本处于干燥无水状态，且水压在坝体上，对上游稳定有利，因此坡比采用1∶1.40，但面板坝的面板接缝较多，处理不当容易造成渗漏。

沥青混凝土心墙坝采用沥青混凝土防渗墙+帷幕灌浆的防渗结构，施工简单，工艺较为成熟，但由于心墙在坝体中部，使得上游坝壳料基本处于水下，考虑水位降落等情况，坝坡设置相对较缓为1∶2.25。

综上，大坝布置及防渗体系可靠性上，面板坝和沥青混凝土心墙坝各有优缺点。

3.3 筑坝材料比较

修建面板堆石坝需大量强度满足要求的堆石料及砂石骨料，水库附近出露地层均为T2b粉砂质泥岩，暴晒后极容易泥裂破坏，不满足砂石料强度要求。经现场勘察，罗甸四小南面1 km 左右的贵禾砂石料场附近，该料场为一南北向的山脊地形，两侧冲沟深切，分布地层为二叠系上统长兴大隆组并层（P2c+d）中厚层至块状燧石灰岩，储量满足设计要求，且场地周边无重要建筑物分布，开采对周边环境影响小。从料场有954县道（沥青路）直通里厦村，从里厦村有简易公路（碎石路）直通坝址右岸附近，运距18 km。

修建沥青混凝土心墙风化料坝，可充分利用坝址附近土石料，通过库内设置风化料场，取正常蓄水位与死水位之间部分风化料，一方面能够就近取料上坝，运距0.50 km，另一方面也可以弥补坝体侵占库容。而砂石料骨料可自贵禾砂石料场购买。

综上，两种坝型砂石骨料均自贵禾砂石料场附近购买或自采，二者相差不大；但坝体填筑料方面沥青混凝土心墙风化料坝可就近取料上坝，占绝对优势。

3.4 施工技术及条件

①施工导流。根据坝址地形地质条件以及枢纽布置特点，面板堆石坝上游趾板需下挖至弱风化层，形成施工临时基坑，需在面板堆石坝上游侧施工临时围堰用于拦挡施工期洪水，同时，在基坑内施工防渗墙时需要施工排水。临时围堰挡水，基坑上游侧形成约8 m 高边坡，需采取有效措施。沥青混凝土心墙坝临时围堰结合永久坝体施工，围堰顶高544.50 m，可在非汛期清基后直接填筑坝体和临时围堰，施工导流和施工条件较好，防渗体施工不受上游来水影响。沥青混凝土心墙坝占优。②施工技术。沥青混凝土心墙坝构成心墙的骨料、沥青等原材料受外界气温、降雨影响小，能缩短施工工期，且沥青混凝土心墙施工后不易在施工面形成分离层，质量控制相对有保障。混凝土面板堆石坝坝体结构形式简单，便于机械化施工，堆石体是控制施工工期的主要因素，气候对面板堆石坝施工影响较小。施工技术上两者基本相当。③施工条件。混凝土面板堆石坝，砂石料及填筑料均从新开辟料场运输，运距18 km，为保证堆石料填筑强度，场区附近还应设置堆石料储备料场；沥青混凝土心墙坝土料取自库内，风化料从库内、下游料场直接上坝，运距均在1 km内。沥青混凝土心墙坝具有绝对优势。

3.5 环境影响和水土保持

沥青混凝土心墙坝利用库内土料及风化料筑坝，减少料场开挖对周边环境的影响，面板堆石坝需要大规模开辟料场，环境影响和水土保持方面沥青混凝土心墙坝占优。

3.6 工程量及投资

两方案主要工程量及投资见表1。

表1 主要工程量比较表

从表1可知，沥青混凝土心墙坝比面板堆石坝工程投资节省560万元。前者可就近获取风化料上坝，而后者则需从18 km外运输备料，投资差异较大。

通过上述综合比较，沥青混凝土心墙坝为推荐坝型。

4 结语

在已选定坝址上，确定沥青混凝土心墙土石坝和混凝土面板堆石坝为比选坝型，进而重点从地形地质、枢纽布置及防渗体可靠性、筑坝材料、工程量及投资、施工技术等方面综合比较，确定沥青混凝土心墙坝为最优坝型。