水庫壩型優(yōu)化比選及施工導(dǎo)流研究

摘 要：某新建水庫工程主要任務(wù)以農(nóng)田灌溉為主，兼有鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民飲用水水源的水資源綜合利用水利工程。在設(shè)計(jì)階段，結(jié)合壩址地形地質(zhì)條件，對壩址、壩軸線、壩型進(jìn)行了比選，優(yōu)化技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的漿砌石重力壩壩型。并對工程施工導(dǎo)流進(jìn)行了分析，確保工程汛期安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的施工建設(shè)。

關(guān)鍵詞：水庫；壩型；施工導(dǎo)流

某新建水庫工程主要任務(wù)以農(nóng)田灌溉為主，兼有鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民飲用水水源的水資源綜合利用水利工程。校核洪水位967.2m，正常蓄水位為966.50m，相應(yīng)庫容為15.5萬m3，最大壩高28.7m。設(shè)計(jì)灌溉面積1300畝（其中：田320畝，耕地813畝，經(jīng)果林167畝）。水庫總庫容大于0.001億m3小于0.01億m3，工程等別為五等，工程規(guī)模屬?。?）型[1]。根據(jù)GB50201-94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，水庫樞紐工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)取為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)取為200年一遇。

1 壩址區(qū)地形地質(zhì)條件

水庫位于深切峽谷的臺(tái)地上，兩岸山體相對較厚，庫區(qū)出露地層主要為中厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，白云巖、泥質(zhì)白云巖和泥巖為主。該區(qū)處于地下水的排泄帶，地下水主要以裂隙水的形式存在，水量不大，富水性較弱。根據(jù)地質(zhì)鉆探，未發(fā)現(xiàn)溶洞及暗河等巖溶現(xiàn)象。地下水化學(xué)類型為：HCO3-Ca·Mg型，對砼無腐蝕性。水庫庫區(qū)斜坡較陡，庫盆周邊大都為灰色薄至中厚層白云巖、泥質(zhì)白云巖夾少量紫色薄層泥巖。土層厚度不大，除局部耕地有小坍塌，不存在水庫浸沒塌岸問題，岸坡穩(wěn)定。

擬建的水庫大壩由于受工程區(qū)地形條件的制約，原壩址上下游均屬于寬緩地形，加之工程區(qū)地質(zhì)條件較復(fù)雜、地址變化較大，不適宜大壩建設(shè)。因此，在原有壩區(qū)進(jìn)行方案比較：方案1以原有舊壩為基礎(chǔ)，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行加高擴(kuò)建；方案2為拆除老壩在原壩址新建。由于舊壩填筑材料較差，因此選擇在原壩址新建。壩址原地形為不對稱的“V”型谷，大壩填筑后左右岸坡較緩，邊坡穩(wěn)定，多年來未見破壞現(xiàn)象。

壩區(qū)一帶出露地層為中生界三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組（T2g1）地層，地貌具有巖溶地貌特征，整體具有山盆期地貌特點(diǎn)。出露地層巖性為灰色薄至中厚層白云巖、泥質(zhì)白云巖夾少量紫色薄層泥巖。根據(jù)鉆探情況：第四系覆蓋層為耕植土、雜填土、淤泥、紅粘土，厚度0-13.4m；基巖表層為強(qiáng)風(fēng)化，巖石較破碎，巖芯采取率較低，滲透性強(qiáng)；中風(fēng)化巖石較完整，節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部滲透性較大；原大壩建于強(qiáng)風(fēng)化層上，壩基和壩肩存在滲漏現(xiàn)象。根據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)：透水率Lu在4～22Lu范圍，遠(yuǎn)超過規(guī)范要求的5Lu指標(biāo)。分析其鉆孔壓水試驗(yàn)情況，強(qiáng)風(fēng)化層為強(qiáng)透水帶，弱風(fēng)化層局部為中等透水帶，因此工程興建宜作防滲灌漿處理。老壩壩體填筑材料物理力學(xué)指標(biāo)偏低，滲透率較強(qiáng)，防滲較差，若進(jìn)行加高擴(kuò)建，壩體穩(wěn)定性較差，滲漏嚴(yán)重。因此，應(yīng)撤除老壩壩體另行新建，新建大壩壩基應(yīng)清除壩基強(qiáng)風(fēng)化層，使基礎(chǔ)座落于中風(fēng)化基巖層內(nèi)，減小壩基的滲漏和保證大壩的安全。

壩址區(qū)基巖出露，巖性以白云巖和泥質(zhì)白云巖為主，左壩肩上部約300m有白云質(zhì)灰?guī)r和灰?guī)r出露，其質(zhì)量和儲(chǔ)量滿足工程需要。因此，工程就地取料較容易，施工難度較小，比較適宜于修建漿砌石重力壩。綜合以上壩型的取料難易、施工難度等因數(shù)。建漿砌石重力壩的條件優(yōu)于土石壩，因此適宜修建漿砌石重力壩。選的石料開采場就在壩區(qū)附近，距右壩肩約300m處，巖性為（T2g2）灰色薄至中厚層白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，砂料場則待將石料開采后，形成廢渣加工碎石和砂，整體儲(chǔ)量大于30萬m3，巖石飽和抗壓強(qiáng)度50～60Mpa。石料、砂料其質(zhì)量和儲(chǔ)量均可滿足工程需要。

2 壩址、壩軸線、壩型的優(yōu)化比選

2.1 壩址和壩軸線選擇

原壩址上下游均為寬緩地形，加之地質(zhì)條件較復(fù)雜，不適宜大壩建設(shè)，因此只能在原有壩區(qū)進(jìn)行方案比較：

方案1：在原有舊壩上進(jìn)行加高擴(kuò)建；由于舊壩壩體填筑選用材料為斜坡地帶的砂壤土、粘土及風(fēng)化料等，成分較雜亂，加之采用人工夯實(shí)，夯實(shí)程度較差，滲透率較強(qiáng)，防滲效果較差。根據(jù)直觀檢查，壩面有沉降現(xiàn)象，穩(wěn)定性相對較差，加上當(dāng)時(shí)采用人工突擊施工，工程質(zhì)量較難保證，因此大壩存在一定的安全隱患。

方案2：在原壩址上將舊壩壩體拆除，將拆除的壩體料及庫內(nèi)淤積物作為新建土壩取土料場的覆土處理。利用原壩址新建一擋水壩。

經(jīng)以上兩方案比較：舊壩壩體填筑材料物理力學(xué)指標(biāo)偏低，滲透率較強(qiáng)，防滲較差，若進(jìn)行加高擴(kuò)建，壩體穩(wěn)定性較差，滲漏嚴(yán)重，土壩壩頂不能過流，還需設(shè)置泄洪洞。因此應(yīng)拆除舊壩壩體另行新建，新建大壩壩基座落于中風(fēng)化層基巖內(nèi)，減小壩基的滲漏和保證大壩安全。因此推薦選擇方案2作為次設(shè)計(jì)方案。

2.2 壩型選擇

（1）從地質(zhì)地形考慮：水庫所年河谷上陡下緩，上窄下闊，河道內(nèi)出露的巖性主要為泥質(zhì)白云巖、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r；構(gòu)造上有小斷層穿過壩庫區(qū)及左岸，在河谷底部附近，見有不整合構(gòu)造。河谷形狀呈兩頭寬，中間窄的紡槌形。

（2）從材料使用材料上考慮：根據(jù)現(xiàn)場跳勘和地質(zhì)調(diào)查，水庫區(qū)周邊無土料可取，若進(jìn)行遠(yuǎn)距離取料，加之無進(jìn)庫公路，交通不便，費(fèi)用較高。取料困難，施工難度大，不適宜修建均質(zhì)土壩。壩址區(qū)基巖出露，巖性以白云巖和泥質(zhì)白云巖為主，其質(zhì)量和儲(chǔ)量以及地基承載力均能滿足工程需要，適宜修建漿砌石重力壩。

（3）從泄流方面考慮：由于水庫所處位置無泄洪埡口，如果修建均質(zhì)土壩需要另外修建溢洪道或泄洪洞，將增加工程投資，不易修建均質(zhì)土壩。修建漿砌石重力壩，可以充分利用漿砌石重力壩壩身泄洪的優(yōu)點(diǎn)。

綜合以上壩型的取料難易、施工難度、泄洪道布置等因素。漿砌石重力壩的條件優(yōu)于均質(zhì)土壩，因此推薦采用漿砌石重力壩的壩型進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3 施工導(dǎo)流

工程為小（2）型工程，屬Ⅴ等工程，大壩、溢洪道、取水口、沖沙底孔等為5級(jí)建筑物，大壩導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用5年一遇，導(dǎo)流時(shí)段為11～4月，相應(yīng)的枯期導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量為Q=1.25m3/s。導(dǎo)流方式采用分段圍堰，在壩體澆筑過程中，在壩體左端原排洪溝的位置預(yù)留一缺口作為導(dǎo)流口，當(dāng)沖沙放空底孔澆筑完成后，利用沖沙放空底孔導(dǎo)流，同時(shí)對該導(dǎo)流缺口進(jìn)行填筑[2]。根據(jù)工程實(shí)際地形條件，結(jié)合工程區(qū)土石材料豐富的特點(diǎn)，工程大壩施工上、下游圍堰均設(shè)計(jì)為土石圍堰。

大壩施工渡汛采用5年一遇全年洪水標(biāo)準(zhǔn)，渡汛流量Q=6.21 m3/s。根據(jù)施工總進(jìn)度安排，結(jié)合工程壩體筑壩工藝，施工時(shí)采取全段面平行施工，在左壩端原排洪溝的位置預(yù)留一缺口，該缺口砌筑進(jìn)度稍滯后于其他砌筑工作面，缺口與其他工作垂直高差大于1.5m，小于4m，寬度不小于8m，一旦遇到洪水來襲時(shí)，就利用該平行預(yù)留缺口導(dǎo)流，當(dāng)壩體沖沙放空底孔澆筑完成后，利用沖沙放空底孔進(jìn)行導(dǎo)流，此時(shí)在進(jìn)行該缺口填筑。該法充分利用了實(shí)體重力壩壩身可臨時(shí)過水的特點(diǎn)，既利于全段面展開施工，同時(shí)還減少了修建其他導(dǎo)流建設(shè)物的費(fèi)用。

4 結(jié)束語

綜合考慮投資效益、工程地質(zhì)、建筑材料和施工條件等因素，優(yōu)選漿砌石重力壩壩型和大壩施工上、下游設(shè)計(jì)土石圍堰的分段圍堰導(dǎo)、截防滲，確保工程安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效優(yōu)質(zhì)施工建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

[1]馬杰.三關(guān)廟水電站漿砌石重力壩設(shè)計(jì)[J].中國水能及電氣化，2014（09）：49-51.

[2]李飛.瓜峪水庫壩型設(shè)計(jì)方案比選[J].山西水利，2014（04）：32.

作者簡介：鮑海霞（1977-），女，蒙古族，本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事水利勘測設(shè)計(jì)工作。