某水庫樞紐大壩工程壩型方案比選研究

楊 汨

（興義市水務(wù)局，貴州 興義 562400）

1 流域概況

小河邊水庫位于七舍鎮(zhèn)魯坎村境內(nèi)，水庫所在流域?yàn)樾『舆呅『?，為南盤江二級(jí)支流，一級(jí)支流為達(dá)力河。小河邊小河發(fā)源于上巖風(fēng)洞后山，高程2 053.10 m，從東北向西南流經(jīng)上巖風(fēng)洞、下巖風(fēng)洞，在海子處與由西向東流來的支流匯合后，在老鷹巖山腳進(jìn)入伏流，伏流段長(zhǎng)450 m，進(jìn)口段高程1 879.40 m，出口段高程1 824 m，高差55.40 m。小河邊小河全流域面積9.40 km2，主河道長(zhǎng)7.24 km，平均比降48.25‰。

小河邊水庫壩址以上集水面積7.70 km2，主河道長(zhǎng)5.47 km，加權(quán)平均比降41.12‰。水庫總庫容0.024 億m3，屬?。?）型Ⅳ等。重力壩4 級(jí)，設(shè)計(jì)洪水30 年一遇，校核洪水300 年一遇；面板堆石壩4級(jí)，設(shè)計(jì)洪水30年一遇，校核洪水500年一遇。

2 壩型方案擬定

2.1 壩型選擇

受壩址河段地形地質(zhì)條件限制，可研審查意見基本同意小河邊水庫壩址唯一性的結(jié)論。壩址位于小河邊小河中段跌坎上游150 m 處。該壩址河谷比降相對(duì)平緩，為不對(duì)稱的“V”型谷，河床高程1 790～1 795 m，河床寬約30 m，兩岸坡地形坡度30°～35°，山頂高程左岸1 894 m、右岸1 895 m，覆蓋層分布于低洼溝谷中。兩岸山頭高出河床100～105 m，自然邊坡基本穩(wěn)定，局部出現(xiàn)小面積殘坡積層坍塌外，其他不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育。正常蓄水位1 824 m 高程，河谷寬約88 m，寬高比為3.01，壩址河谷地形寬高比較大，要求拱壩壩體較厚，不適宜建拱壩，單從地形、地質(zhì)條件來看土石壩和重力壩受地形限制較小，該壩址可以滿足重力壩和土石壩的建壩要求。

無論壩線向上或向下移動(dòng)，均無優(yōu)于中壩線建壩條件的地形地質(zhì)條件，該壩線處左右岸地形完整對(duì)稱，為“V”型河谷，同時(shí)大壩導(dǎo)流施工可利用取水壩作為上游圍堰，泄洪系統(tǒng)歸槽條件好，因此，選定中壩線作為此階段壩線。

可研基本同意小河邊水庫工程任務(wù)為解決集鎮(zhèn)和農(nóng)村人畜用水及原煙水灌面的灌溉用水，此工程側(cè)重于人飲供水，并兼顧解決原煙水灌面灌溉，具有供水和泄洪兩大功能，在可研工作基礎(chǔ)上同等深度按“安全可靠，布置緊湊，施工方便，運(yùn)行靈活，投資節(jié)省”原則，深入論證以下兩種樞紐布置方案。

2.2 重力壩代表壩型

重力壩按建筑材料劃分有混凝土重力壩、碾壓混凝土重力壩和砌石重力壩等，其總體布置基本一樣，從壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定方面考慮，以上三種壩體型結(jié)構(gòu)相差不大；從工程區(qū)建筑材料分布情況來看，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查測(cè)繪，砂石料場(chǎng)位于水庫東南面黃土坡斜坡地帶，有公路從料場(chǎng)至魯坎，施工方面，溫控相對(duì)較嚴(yán)，又因工程規(guī)模小，碾壓混凝土重力壩施工不利當(dāng)?shù)亟ㄖ牧弦约笆┕C(jī)械等的利用，施工難度相對(duì)較大；投資與進(jìn)度方面，堆石混凝土重力壩能很好利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧弦约笆┕C(jī)械等。

鑒于工程規(guī)模不大，施工機(jī)械化程度不高，施工溫控相對(duì)簡(jiǎn)單，為充分利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?，盡可能地減小施工難度及投資，因此設(shè)計(jì)選擇C15堆石混凝土重力壩作為代表壩型。

2.3 土石壩代表壩型推選

土石壩有均質(zhì)土壩、土石混合壩和堆石壩等，從當(dāng)?shù)靥烊唤ㄖ牧戏治?，壩址附近缺少土料，且土料粘粒含量較高，天然容重低，含水率高，可壓實(shí)性差，為滿足土料填筑所需要的最優(yōu)含水率則必須進(jìn)行翻曬，且要嚴(yán)格控制碾壓參數(shù)。

根據(jù)興義氣象站資料統(tǒng)計(jì)，工程區(qū)多年平均氣溫16.10 ℃，最低月1月平均4.50 ℃，7月平均氣溫26.80 ℃，極端最高氣溫35.20 ℃（1987 年5 月12 日），極端最低氣溫-4.70 ℃（1983 年12 月29 日），平均無霜期330.30 d，據(jù)1971-2016 年統(tǒng)計(jì)結(jié)果，年平均降水量1 450.80 mm，年平均降雨日數(shù)（日降水量不小于0.10 mm）192.80 d，鑒于工程區(qū)雨量豐沛，降雨日數(shù)較多，降雨和不穩(wěn)定的陰晴交變天氣影響，土料翻曬難以進(jìn)行，碾壓參數(shù)極難控制，不易達(dá)到土壩最佳填筑要求，因此不宜修建土壩。

根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ牧戏植记闆r，距壩址約4 km 處有砂石料場(chǎng)，其質(zhì)量和儲(chǔ)量均能滿足混凝土面板堆石壩建壩需求，交通條件較好，因此選擇混凝土面板堆石壩作為土石壩代表壩型。

3 壩型方案比選研究

3.1 地形、地質(zhì)條件

河谷為不對(duì)稱“V”型谷，兩岸地形坡度30°～35°。兩岸山頭高出河床10～105 m。岸坡除第四系殘坡積層（Qel+dl）零星分布外，無不良地質(zhì)現(xiàn)象分布。兩岸覆蓋層為殘坡積沙壤土、粉質(zhì)粘土，分布厚度2.20～7.50 m，強(qiáng)風(fēng)化層厚5.00～17.80 m。壩基及兩岸分布基巖為砂巖，巖層傾下游偏左岸，巖層產(chǎn)狀變化較小，傾角5°，從巖層產(chǎn)狀與壩軸線方向，左壩肩邊坡開挖穩(wěn)定，但強(qiáng)風(fēng)化層較厚，垂直深度達(dá)17.80 m，該層開挖容易產(chǎn)生垮塌、掉塊現(xiàn)象，右壩肩存在順向坡開挖邊坡穩(wěn)定問題，對(duì)左右壩肩進(jìn)行錨桿掛網(wǎng)噴漿支護(hù)處理。從地形、地質(zhì)條件看適合建C15 堆石混凝土重力壩（以下簡(jiǎn)稱重力壩）和混凝土面板堆石壩（以下簡(jiǎn)稱面板壩），兩方案建壩適應(yīng)性相當(dāng)。

3.2 樞紐總體布置

①重力壩方案進(jìn)水口布置于右岸非溢流壩段上，河床壩身表孔溢洪；取水口及沖沙兼放空孔布置于右岸非溢流壩段上“簡(jiǎn)潔、緊湊”。面板壩方案溢洪道布置于右岸壩肩，取水及沖沙兼放空隧洞布置于左岸，各樞紐建筑物布置較分散。重力壩方案優(yōu)于面板壩方案。②兩個(gè)方案均設(shè)置有向七舍魯坎、魯布格全鎮(zhèn)人飲供水的七舍水處理站，位于壩址下游右岸，距壩址約210 m，水庫管理站房與七舍水處理站結(jié)合，兩個(gè)方案相同。③重力壩方案泄洪建筑物布置于河床壩身，進(jìn)流和下泄歸槽條件較好；面板堆石壩岸邊式溢洪道，邊坡開挖形成坡面大，支護(hù)工程量大，重力壩方案優(yōu)于面板壩方案。④進(jìn)庫公路方面，重力壩方案進(jìn)庫公路下游與七舍—捧乍公路連接，均沿河道右岸布置直通壩頂，全長(zhǎng)1.12 km；而面板壩進(jìn)庫公路在七舍水處理站下游段布置同重力壩方案沿河道右岸布置，七舍水處理站上游則轉(zhuǎn)向沿左岸布置至左壩肩，全長(zhǎng)1.27 km，并需要在跨河處新建交通橋一座，跨度8 m；進(jìn)庫公路新建長(zhǎng)度上，重力壩方案1.12 km明顯短于面板壩方案1.43 km，且不涉及交通橋修建，重力壩方案在道路投資方面優(yōu)于面板壩。樞紐布置上重力壩方案優(yōu)于面板堆石壩方案。

3.3 樞紐建筑物

結(jié)合壩址工程地質(zhì)經(jīng)方案布置，重力壩方案壩軸線長(zhǎng)155 m，壩頂寬5.00 m，最大壩高45.30 m，建基面最大水平寬度42.48 m，采用壩頂表孔開敞式溢洪道；面板壩方案壩軸線長(zhǎng)154.45 m，壩頂寬6.00 m，最大壩高36.05 m，建基面最大水平寬度108.11 m，采用岸邊溢洪道布置于大壩右岸。

兩種壩型樞紐建筑物主要建筑工程量及投資分析計(jì)算得：重力壩樞紐建筑物建筑工程部分投資為9 748.97萬元，面板壩樞紐建筑物建筑工程部分投資為9 515.29萬元。綜上兩表，面板壩方案樞紐建筑物相比重力壩方案較省，約少233.68萬元，在投資方面面板壩方案優(yōu)于重力壩方案，但相差不大。

3.4 工程施工、占地及運(yùn)行管理

3.4.1 工程施工條件比較

面板壩方案溢洪道開挖工程量大，開挖料為細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，含泥量較重，分選較困難，物理力學(xué)參數(shù)不滿足填筑要求，不宜作筑壩材料，因此面板壩方案與重力壩方案筑壩材料料場(chǎng)相同，運(yùn)距4 km。兩方案場(chǎng)地對(duì)外交通條件基本一致，棄渣場(chǎng)、施工企業(yè)等布置基本相同，但面板壩方案棄渣量相對(duì)較大。

根據(jù)首部樞紐建筑物布置，重力壩方案施工導(dǎo)流采用分期導(dǎo)流，利用距壩址上游約100 m處原小河邊煙水配套工程攔水堰，僅部分加高，埋設(shè)安裝DN1500 導(dǎo)流鋼管240 m 至下游跌坎，可不設(shè)下游圍堰，施工度汛利用壩體預(yù)留缺口度汛，導(dǎo)流度汛條件相對(duì)較好；而面板壩方案則需采用全斷面圍堰全年施工導(dǎo)流，汛期圍堰擋水，隧洞全年泄流，所需圍堰填筑量大，新建隧洞導(dǎo)流長(zhǎng)425.46 m，出口設(shè)消力池，寬3.00 m，深2.50 m，長(zhǎng)22.50 m（含漸變段7.50 m），增大導(dǎo)流度汛工程投資。重力壩方案在工程施工方面優(yōu)于面板壩方案。

3.4.2 工程占地及運(yùn)行管理

①兩方案正常蓄水位高程一致，水庫淹沒基本相同。樞紐工程占地方面，面板堆石壩體型大（如建基面最大水平寬度面板方案達(dá)108.11 m，而重力壩方案僅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，導(dǎo)致占地面積較大，加之面板堆石壩方案開挖量大，總棄渣量大，需要渣場(chǎng)容積大。由此面板壩方案永久和臨時(shí)占地面積相比重力壩方案大。在工程占地方面，重力壩方案優(yōu)于面板壩方案。②鑒于已建面板堆石壩后期運(yùn)行管理方面經(jīng)驗(yàn)，面板易損壞出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，檢修面板勢(shì)必放空水庫，影響水庫供水，而且檢修不方便，后期維護(hù)費(fèi)用較重力壩高得多。

3.5 壩型方案比選結(jié)果

綜上可知，除以上多方面影響因素之外，重力壩后期維護(hù)維修較面板堆石壩容易，后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較低，經(jīng)綜合分析比較，面板壩方案樞紐建筑物投資相比重力壩方案雖較省，但相差不大，考慮方便施工以及后期運(yùn)行維護(hù)，因此選用C15堆石混凝土重力壩方案。

4 結(jié)語

綜上所述，認(rèn)識(shí)流域概況，從壩型選擇、重力壩及土石壩代表壩型推選等擬定壩型方案；重點(diǎn)圍繞地形地質(zhì)條件、樞紐總體布置、樞紐建筑物、工程施工、占地及運(yùn)行管理等方面開展壩型方案比選；選用C15堆石混凝土重力壩方案。