廣志水庫可研壩型方案比選

孫冬艷

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

廣志水庫位于長治市武鄉(xiāng)縣洪水鎮(zhèn)下黃巖村附近，蟠洪河支流廣志河中游。建設(shè)任務(wù)是：攔蓄徑流，向武鄉(xiāng)縣洪水、蟠龍、大有、賈豁4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)提供人畜吃水并兼顧防洪。水庫的開發(fā)目標(biāo)為：控制和調(diào)節(jié)廣志河徑流，開發(fā)利用廣志河地表水資源，為農(nóng)村供水71萬m3，解決廣有集中供水工程供水區(qū)用水短缺、緊張局面。根據(jù)徑流調(diào)節(jié)和洪水調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果，水庫總庫容222萬m3，其中死庫容72萬m3，興利庫容80萬m3，調(diào)洪庫容 70 萬 m3。

2 壩型分析

從推薦壩址處工程地質(zhì)、地形條件來看，壩址處兩岸發(fā)育有Ⅰ級(jí)基座階地，雖然河谷基巖裸露，但河谷相對(duì)較寬，不具備建拱壩條件。而壩基主要為砂巖夾泥巖、砂質(zhì)泥巖，巖性較軟，巖體質(zhì)量相對(duì)較差，作為漿砌石筑壩材料其強(qiáng)度略顯不足，同時(shí)壩址區(qū)缺乏滿足技術(shù)指標(biāo)要求的天然混凝土粗、細(xì)骨料，需外運(yùn)，筑壩材料運(yùn)距較遠(yuǎn)，最近的石料廠距壩址區(qū)約20 km，不具備建混凝土重力壩和漿砌石重力壩的條件。

當(dāng)?shù)赜胸S富的土石料，因此選擇當(dāng)?shù)夭牧蠅屋^為合適，碾壓均質(zhì)土壩和混凝土面板堆石壩在國內(nèi)應(yīng)用較多，技術(shù)成熟，故本階段設(shè)計(jì)選定碾壓均質(zhì)土壩和混凝土面板堆石壩進(jìn)行比較。其中，兩種壩型方案的泄洪、供水設(shè)施工程基本相同，重點(diǎn)對(duì)擋水建筑物的工程布置及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較。

2.1 工程布置

兩方案均為當(dāng)?shù)夭牧蠅危瑝紊頍o泄水條件，均需在壩體外設(shè)置泄洪設(shè)施。根據(jù)地形條件，右岸布置泄洪建筑物較為困難，且壩址下游右岸即為下黃巖村，故將泄水建筑物布置于左岸。布置時(shí)，對(duì)導(dǎo)流泄洪洞方案和“導(dǎo)流泄洪洞+溢洪道”的方案分別進(jìn)行了洪水調(diào)節(jié)和比較，成果見表1。

表1 泄水建筑物方案比較表

由表1可以看出：泄流僅采用泄洪洞時(shí)，壩頂高程較高，壩體填筑量較大。在泄洪洞的基礎(chǔ)上增加溢洪道后，溢洪道寬度對(duì)泄流的影響不太明顯，根據(jù)地形條件，溢洪道寬度加大，開挖工程量將大幅增加，勢(shì)必會(huì)加大工程投資。綜合考慮，確定泄洪建筑物的經(jīng)濟(jì)合理布置方案為導(dǎo)流泄洪洞加溢洪道，溢洪道寬度為15 m。

2.2 均質(zhì)土壩方案

2.2.1 工程布置

均質(zhì)土壩方案的樞紐工程包括擋水大壩、岸邊溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞以及壩下埋管等。

大壩采用碾壓均質(zhì)土壩，壩頂高程1 182.0 m，壩頂長251.00 m，最大壩高27.25 m，最大壩底寬度128.70 m，上游壩坡 1∶3.0，下游壩坡馬道以上為 1∶2.5，馬道以下為1∶2.75，壩頂寬度6 m。上、下游壩坡均設(shè)一條馬道，上游馬道高程1 176.0 m，下游馬道高程1 172.0 m，馬道寬度2 m。

導(dǎo)流泄洪洞布置在水庫左岸山體內(nèi)部，為圓形有壓洞，洞長270 m，洞徑4 m，總長475.68 m。隧洞進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔，布置平板檢修閘門，進(jìn)口底高程1 161.0 m；出口布置弧形工作閘門，底高程1 159.65 m，采用底流消能。導(dǎo)流泄洪洞全長475.68 m。

岸邊溢洪道設(shè)在大壩左岸壩頭處，凈寬15.0 m，總長134.3 m。引渠段長64.8 m后接控制段，為開敞式寬頂堰，長10 m，堰頂高程1 178.6 m；泄槽段長為50 m，底坡1∶20；出口采用挑流消能，長9.0 m。

供水管道由布置于左岸壩前的進(jìn)水塔取水，在大壩樁號(hào)壩0+070.8處穿過大壩壩基，后接壩下埋管段。取水口及壩下埋管包括引渠段、進(jìn)水塔和埋管段，平面樁號(hào)長152.65 m。進(jìn)水塔包括引渠段、進(jìn)口閘室段，進(jìn)口設(shè)平板事故檢修閘門和攔污柵。壩下埋管采用鋼管，管徑1.0 m，壩下埋管的出口設(shè)控制閥和閥井，閥門后接供水管道。進(jìn)水塔和埋管段設(shè)計(jì)流量為0.054 m3/s。

2.2.2 大壩設(shè)計(jì)

水庫大壩上游邊坡1∶3.0，下游壩坡馬道以上1∶2.5，馬道以下 1∶2.75。考慮施工需要，上、下游壩坡均設(shè)一條馬道，上游馬道高程1 176.0 m，下游馬道高程1 172.0 m，馬道寬2.0 m。在大壩下游坡腳1 161.50 m高程以下設(shè)有堆石排水棱體，頂寬2.0 m，堆石體內(nèi)邊坡1∶1.0，外邊坡1∶2.0。上游壩坡采用干砌石，厚0.4 m，干砌石下設(shè)1.2 m厚的碎石墊層，下游壩坡排水棱體以上鋪筑0.1 m厚的草皮護(hù)坡。

2.2.3 壩基處理

根據(jù)地質(zhì)勘查資料，碾壓均質(zhì)土壩主河槽清除表層級(jí)配不良砂礫層后座落于基巖之上；兩岸I級(jí)階地清除低液限粉土、低液限黏土層后座落于卵石混合土層上。采用帷幕灌漿形式對(duì)壩基進(jìn)行處理。帷幕灌漿底線進(jìn)入第一巖組砂質(zhì)泥巖、泥巖層2～3 m，深度10～23.5 m。灌漿軸線布置在上游壩腳1/2～1/3壩底寬度處，采用雙排孔，孔間距1.5 m。為保證帷幕灌漿與壩體土銜接，設(shè)置黏土截水槽，底寬5.0 m，深2.5～5.0 m。

2.3 混凝土面板堆石壩方案

2.3.1 工程布置

混凝土面板堆石壩方案的樞紐工程包括擋水壩、導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道以及壩下埋管等。大壩采用碾壓堆石填筑壩體混凝土面板防滲，壩頂高程1 182.0 m，壩頂長251.0 m，最大壩高29.0 m，最大壩底寬84.89 m，上、下游壩坡坡比均為1∶1.4，大壩頂部寬度6.0 m。下游壩坡在高程1 171.0處設(shè)一條馬道，馬道寬2.0 m。

導(dǎo)流泄洪洞、岸邊溢洪道和壩下埋管段的布置及結(jié)構(gòu)尺寸同均質(zhì)土壩方案。

2.3.2 大壩設(shè)計(jì)

大壩壩體分區(qū)主要由上游主堆石區(qū)、碎石墊層區(qū)、過渡料填筑層、下游堆石區(qū)組成。

大壩壩頂高程1 182.0 m，主堆石區(qū)頂高程1 178.2 m，壩頂設(shè)鋼混防浪墻，墻頂高程1 183.2 m，墻身高度為4.0 m。

混凝土防滲面板頂高程1 179.2 m，結(jié)構(gòu)與防浪墻連接，頂厚40 cm，其下部和趾板連接處采用鉸鏈形式，底部厚40 cm。為避免由于內(nèi)外部溫差產(chǎn)生裂縫對(duì)面板表面產(chǎn)生破壞，在面板表面配有單層雙向分布筋，最大斜長40.05 m，設(shè)縱向縫及周邊縫，縱向縫分為靠近岸邊的張拉縫和靠近主河床的擠壓縫，分縫進(jìn)行止水處理。

2.3.3 壩基處理

由于堆石壩的壩基處于河床強(qiáng)風(fēng)化基巖的下限，必須把該段河床上層1～2 m厚覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化層清除后再筑壩。趾板位于強(qiáng)風(fēng)化層下限以下2～3 m處，所以需要把表面覆蓋層和4～5 m厚強(qiáng)風(fēng)化層全部挖掉，趾板寬4.0 m，厚0.8 m，沿壩趾線布置，全長265 m。在壩址下設(shè)置錨桿將趾板和巖石連接起來，錨桿采用直徑25 mm螺紋鋼，長3.5 m，間排距1.5 m。

基礎(chǔ)防滲采用帷幕灌漿，帷幕灌漿深度進(jìn)入第一巖組砂質(zhì)泥巖、泥巖層厚2～3 m，采用雙排孔，孔距1.5 m。帷幕軸線位于混凝土趾板下。

2.4 工程量以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

為使工程方案更加合理，對(duì)壩址不同壩型方案的主要工程量及投資進(jìn)行了比較，其主要工程量、技術(shù)指標(biāo)及投資對(duì)比見表2和表3。

表2 壩型主要工程量比較表

表3 壩型技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表

3 壩型選擇

上述兩種壩型，碾壓均質(zhì)土壩建在強(qiáng)風(fēng)化基巖上，壩軸線長度251 m；面板壩建在強(qiáng)風(fēng)化下限基巖上，壩軸線長度251 m。

3.1 碾壓均質(zhì)土壩

碾壓均質(zhì)土壩屬當(dāng)?shù)夭牧蠅危蛇m應(yīng)眾多類型的地基，并直接建于不透水地基上，所需的材料不用從遠(yuǎn)處運(yùn)輸。由于碾壓均質(zhì)土壩使用的材料簡單且種類較少，施工過程中使用機(jī)械以及工作面較小，過程簡單，便于大規(guī)模機(jī)械施工，同時(shí)和其他的建筑物連接簡單，可塑性強(qiáng)，但設(shè)計(jì)的壩坡較緩，工程量較大，對(duì)原材料的需求量非常大，而且都需另外設(shè)置泄水行洪建筑物。結(jié)合廣志水庫實(shí)際情況，在同等供水、灌溉等效益的基礎(chǔ)上，該壩型明顯尤于面板堆石壩。

3.2 混凝土面板堆石壩

混凝土面板堆石壩對(duì)趾板要求具有較高的穩(wěn)定性，對(duì)基礎(chǔ)巖石的性質(zhì)及級(jí)別要求較高，應(yīng)盡可能選擇較好的基巖，如果壩址附近筑壩材料儲(chǔ)量豐富時(shí)，可以首選這種壩型。該壩型充分利用水對(duì)面板的作用力，強(qiáng)度和穩(wěn)定性很高，壩殼和趾板的施工可以同時(shí)進(jìn)行，可加快進(jìn)度，縮短工期。同時(shí)冬雨季對(duì)施工影響不大，大大減少了施工難度，但面板施工要求嚴(yán)格，難度較高，施工時(shí)需要多遍碾壓密實(shí)，直到達(dá)到規(guī)范要求的壓實(shí)度。但壩體填筑材料也和均質(zhì)土壩一樣不是整體，屬于松散材料，與泄水建筑物的銜接不緊密，也必須在其他位置布置泄水建筑物。廣志水庫壩址處附近卵、碎石、砂等材料匱乏，不能滿足就近取料，故在此處選擇建設(shè)面板堆石壩不是十分合理，優(yōu)勢(shì)遜于碾壓均質(zhì)土壩。

3.3 綜合指標(biāo)

綜上所述，混凝土面板堆石壩方案比碾壓均質(zhì)土壩方案土石方的工程量要小很多，但混凝土、鋼筋的工程量比碾壓均質(zhì)土壩方案大很多。兩方案工程規(guī)模及效益基本一樣，柱體投資大體相同，但壩址附近筑壩材料儲(chǔ)量豐富而混凝土骨料儲(chǔ)量少，均質(zhì)土壩在這方面優(yōu)勢(shì)明顯。面板堆石壩筑壩材料匱乏，若筑壩需更大的投資，從經(jīng)濟(jì)角度評(píng)價(jià)不經(jīng)濟(jì)。因此在規(guī)模及效益基本相同的情況下，綜合分析各方面優(yōu)劣性，碾壓均質(zhì)土壩優(yōu)勢(shì)明顯，故廣志水庫本階段設(shè)計(jì)優(yōu)先采用碾壓均質(zhì)土壩方案。