石崆寨水库坝线及坝型方案比选分析

陈星星

（江西省水投建设集团有限公司，南昌 330000）

1 工程概况

石崆寨水库工程位于寻乌县留车镇雁洋村牛栏场，坝址座落在留车河一级支流大田河支流牛栏场河中游，坝址以上集水面积13.1km2，水库总库容106 万m3，是一座以抗旱应急和常规灌溉、供水为主的小（1）型水利枢纽工程，枢纽建筑物主要由埋石混凝土重力坝、净水厂及输配水管道组成。

2 建筑物轴线比选

本工程作为留车镇的重要水源工程，承担下游0.02 万hm2农田和3.5 万人的用水需求，水库兴利库容要求≥71 万m3。前期进行坝址初选时，根据兴利库容≥71 万m3这一库容规模条件，在对工程河段现场踏勘和地形图作业分析后发现仅有两处坝址（坝线）的地形地质条件和库容规模条件满足建坝要求，两处坝址（坝线）均位于牛栏场河中下游，上、下坝址（坝线）相距0.2km。前期对上、下坝址进行了坝址方案比选，经比较后推荐了下坝址混凝土重力坝方案。

按照规范要求，本阶段在前期成果的基础上对大坝轴线进行比选。根据工程坝址实际情况，前期推荐的下坝址坝线下游两岸山体低矮，如若建坝，坝体长度较长；上游可供选择布置坝线的河道长度约70m，右岸山体坡度较陡，而且正处于弯曲河段，不宜布置泄洪建筑物。综上所述，本阶段选择前期推荐的下坝址坝线（坝线1）和下坝址坝线逆时针旋转13.73°后的坝线（坝线2）作为本阶段比选坝线，分别进行地质勘查、枢纽布置方案进行设计比选。本次坝线比选均采用重力坝布置方案。坝线坝型的比选根据确定的工程建设规模，按照等效益比选原则，拟定比选坝线正常蓄水位均为319.00m。

2.1 枢纽布置与大坝结构

2.1.1 坝线1 重力坝方案布置

坝线1 枢纽建筑物主要由挡、泄水建筑物等组成。坝轴线上的建筑物按“一”字排开，溢流坝位于河床中部，溢流坝两侧为非溢流坝段，水源取水口坝段布置在溢流坝右侧，左、右岸非溢流坝段与两岸山体连接。正常蓄水位319.00m，非溢流坝坝顶高程323.50m，坝顶全长110m。

2.1.2 坝线2 重力坝方案布置

坝线2 枢纽建筑物主要由挡、泄水建筑物等组成。坝轴线上的建筑物按“一”字排开，坝轴线在右坝头向上游折转，折转角度为45.35°，溢流坝位于河床中部，溢流坝两侧为非溢流坝段，水源取水口坝段布置在溢流坝右侧，左、右岸非溢流坝段与两岸山体连接。正常蓄水位319.00m，非溢流坝坝顶高程323.50m，坝顶全长113m。

2.2 坝线选择

2.2.1 工程地形、地质条件比较

1）地形地貌：坝线2 是由坝线1 以河道中心逆时针旋转13.73°而得，两坝线地形地貌基本相同，两坝线河床均较为狭窄，两坝线河谷宽度均为26m 左右。

2）地层岩性和风化程度：坝线1 和坝线2 坝基岩体均为混合变质砂岩，均呈强～弱风化状。坝线左右岸覆盖层为残坡积层碎石土，下伏强风化层岩体，其中坝线1 覆盖层厚度约0～2.5m，强风化层厚度约0～8m，坝线2 覆盖层厚度约0～2.5m，强风化层厚度约0～8m；河床覆盖层均为卵石及漂石层，厚度基本相同。经比较可知：坝线1 和坝线2坝址表层覆盖层与地层岩性基本相同，坝线2 强风化岩层较坝线1 薄。

3）地质构造：坝线1 和坝线2 均未见断层发育，仅发育5 组节理裂隙，倾角均较陡。经比较可知：坝线1 和坝线2 地质构造基本相同。

4）岩土体透水性：坝线1 和坝线2 左右岸地层岩性基本相同，岩体均具弱～中等透水性，坝线1 和坝线2 相对不透水岩层顶板埋深比较接近。坝线2 相对不透水岩层顶板埋深要稍浅于坝线1。

5）可利用基岩面：坝线1 和坝线2 左岸可利用基岩面基本相同，坝线2 右岸边坡坡脚处弱风化基岩裸露，可利用基岩面较坝线1 要浅，开挖深度更浅。

6）坝基稳定：坝线1 和坝线2 均不存在抗滑稳定问题。

7）边坡稳定：坝线1 和坝线2 边坡稳定情况基本相同。

8）坝下游冲刷影响：坝线1 和坝线2 大坝下游河床均为卵石及漂石，左右岸山坡表层为薄层残坡积土体，抗冲刷能力均较差；下伏基岩岩性为混合变质砂岩，呈强～弱风化状，抗冲刷能力一般～较好。因此，坝线1 和坝线2 下游冲刷影响情况基本相同，但坝线2 下游河床挑流更顺直。

从以上各项工程地质条件综合分析比较可知：坝线1 和坝线2 均具备建坝的工程地质条件，两坝线左岸地质综合条件基本相同，但坝线2 右岸可利用基岩面较坝线1 要浅，总体地质情况坝线2 优于坝线1。

2.2.2 枢纽布置比较

坝线1 和坝线2 地形条件基本相似，均能满足枢纽建筑物布置要求，坝线1 重力坝坝顶总长110m，最大坝高37.50m；坝线2 重力坝坝顶总长113m，最大坝高37.50m。

2.2.3 施工条件比较

坝线1 和坝线2 相距较近，附近均有简易公路，对外交通条件基本相同，在施工场地布置方面条件也相近。

2.2.4 淹没指标：

由于坝线1 和坝线2 相距较近，正常蓄水位均为319.00m。淹没指标基本相同。

2.2.5 经济比较

根据坝线1 和坝线2 的布置方案，现对两方案主要工程量及其投资进行比较，如表1 所示。

表1 坝线1 和坝线2 主要工程量及投资比较表

通过上述比较分析，坝线2 在工程地形地质条件和经济指标方面均优于坝线1，其他条件基本相同，因此本阶段设计推荐采用坝线2。

3 建筑物型式比选

文章初步针对埋石混凝土重力坝和细石混凝土砌块石重力坝进行了比选，两种坝型断面结构型式、挡水建筑物、泄水建筑物以及取水建筑物型式均形同[2]，不同之处在于筑坝材料不同，故对两种坝型进行比选主要是从工程地形地质条件、枢纽布置、施工可行条件、工程运行管理、投资造价等因素考虑比选。

3.1 重力坝方案布置

大坝由挡水建筑物及泄水建筑物组成，坝轴线在右坝头向上游折转，折转角度为45.35°，溢流坝布置在河床最中间部位，溢流坝左侧为非溢流坝段，右侧为水源取水口坝段和非溢流坝段，非溢流坝段分别与河道左右两侧山体衔接。重力坝全长113.0m，左右两侧非溢流坝分别长34m、39m，水源取水口坝段长16m，溢流坝段长24m；非溢流坝段坝顶高程323.50m，坝顶宽5.0m； 溢流坝堰顶高程319.0m，溢流净宽20m，溢流坝下部采用挑流消能，底部设置施工导流孔，施工导流结束后进行封堵[3]。

水源取水口坝段布置在溢流坝段右侧，坝顶宽9.0m，在取水口坝段布置三个取水口，分别为正常供水、抗旱供水与放空孔取水口[4]。正常供水取水口为深式取水口型式，底高程设为314.00m，采用坝前取水，进水孔口尺寸为2.0m×2.5m（宽×高）。抗旱供水取水口为深式取水口型式，底高程设为304.00m，采用坝前取水，进水孔口尺寸为1.2m×1.7m（宽×高）。放空孔进口高程为298.00m，孔口尺寸为宽×高为2.0m×2.0m。

3.2 坝型选择

施工条件：埋石混凝土重力坝可采用机械施工，所需人工少，具有工期短的明显优势。

工程运行管理方面：重力坝在枢纽建筑物布置集中，建筑物运行管理方便、安全可靠；从工程运行管理方面看两种坝型均无明显优势。

经济比较：两个方案枢纽布置一样，主要工程量基本相同，差别在于C15 埋石混凝土与C15 细石混凝土砌块石单价，埋石混凝土重力坝方案工程投资2 109 万元，细石混凝土砌块石重力坝方案工程投资2 074.34 万元。

综合比较，两种方案投资相差不大，埋石混凝土重力坝可采用机械施工，不需要大量人工施工，具有工期短等明显优势，故设计推荐采用埋石混凝土重力坝方案。

4 结 语

文章主要对石崆寨水库大坝坝线及坝型进行比选分析，通过地质条件、施工条件、工程运行管理、经济等因素的比较分析，最终选择了合适的坝线和最优坝型。分析结果可为类似工程坝线及坝型比选提供参考，在下一阶段的设计工作中，需要进一步对选定的坝型进行计算复核，包括坝基稳定及地基应力以及坝体结构设计等方面的复核计算，验证坝型选择的合理性与可行性。