新建水庫壩軸線及壩型方案比選

楊克榮

【摘 要】壩軸線和壩型的選擇是新建水庫工程設(shè)計中首要且重要的工作。在滿足相關(guān)規(guī)劃及規(guī)程規(guī)范要求的情況下，應(yīng)充分考慮工程地質(zhì)條件、施工工期、移民拆遷占地、環(huán)境影響、工程投資、工程效益等各方面的因素影響，從而選擇了技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、效益上最佳的壩軸線和壩型方案。本文對某新建水庫的壩軸線和壩型的方案進(jìn)行了比選，最終確定了下壩線為擬選壩軸線位置、碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩為擬選壩型的方案。

【關(guān)鍵詞】壩軸線;壩型;方案比選

0 概述

新建水庫工程往往建設(shè)規(guī)模較大，建成后效益顯著，但牽涉的因素也很多，一旦失事后果嚴(yán)重，因此新建水庫必須嚴(yán)格遵守基本建設(shè)程序和規(guī)程規(guī)范[1]。在新建水庫的前期設(shè)計工作中，壩軸線的確定、壩型的選擇是首要且重要的工作[2-3]。本文以某新建水庫的設(shè)計為例，考慮了在壩軸線和壩型方案比選中應(yīng)注意的一些問題。

1）壩址概況

該水庫壩段位于小通江河左岸的二級支流王家河與長堰溝交匯口下游130.0m的檬子河河段上400.0m范圍內(nèi)，再往上集雨面積偏小，來水量不能滿足需要，再往下河床寬度加大，且靠近巴中城區(qū)，兩岸人口密集，移民搬遷難度較大。

規(guī)劃壩段河床高程為345.10～355.00m，河谷呈不對稱“U”形，枯水期河床寬約4.7～8.0m，河谷寬約14.3～70.3m。兩岸山頂高程680.00m，相對高差330.0m，岸坡為梯田，總體坡度一般6°～10°，局部陡坎高12.0～25.0m，坡角45°～80°。

2）壩址地質(zhì)情況

壩址區(qū)出露地層主要為白堊系下統(tǒng)白龍組（K1b），其次為第四系全新統(tǒng)松散堆積層。壩址區(qū)位于巴中向斜的SE翼。其巖層產(chǎn)狀為N45°～60°W/NE∠2°～4°，區(qū)內(nèi)無大的斷裂構(gòu)造。壩址區(qū)物理地質(zhì)作用主要有巖體風(fēng)化、卸荷、崩塌和滑坡。

組成壩基、壩肩巖體為粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及砂巖，巖石強(qiáng)、弱風(fēng)化帶鉛直厚度分別為0～23.0m和6.6～16.1m。由于巖性和所處部位地形不同，風(fēng)化帶厚度差異較大，總體上為兩岸較河床深，粉砂質(zhì)泥巖較泥質(zhì)粉砂巖和砂巖深。左、右壩肩發(fā)育有卸荷裂隙或卸荷變形體，切割深度2.0～5.0m，裂隙面較平直，張開1～20cm，據(jù)地表測繪卸荷水平寬度約10.0～15.0m。

1 壩軸線比較與選擇

根據(jù)前期勘察設(shè)計的結(jié)論，選擇兩條壩軸線進(jìn)行比較。一條是前一階段確定的下壩址（下壩線），位于王家河與長堰溝交匯口下游約530.0m處，若壩線再往下移，則河道開闊，且靠近城區(qū)，兩岸人口密集，移民搬遷難度較大，又下壩線往上游120.0m接近右岸滑坡體腳，因此，第二條壩軸線（上壩線）位于下壩線上游50.0m處。

1.1 地形地質(zhì)條件

在選擇的上、下壩線進(jìn)行地勘工作，兩壩線相距僅約50.0m，現(xiàn)將兩壩線主要工程地質(zhì)條件進(jìn)行比較，見表1。

由上表可以看出，下壩和上壩線主要工程地質(zhì)條件基本一致，從防滲處理工程量來看，上壩線優(yōu)于下壩線，但從施工開挖工程量和右岸滑坡體影響程度而言，下壩線工程地質(zhì)條件優(yōu)于上壩線。就地形、地質(zhì)條件而言，上、下壩線各有優(yōu)劣，下壩線略優(yōu)。

1.2 工程布置條件

上、下兩壩線均推薦采用碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩作為代表壩型，上壩線大壩軸線長433.00m，下壩線大壩軸線長446.00m;上壩線大壩最大壩高47.00m，下壩線大壩最大壩高48.00m。上下壩線大壩布置基本沒有本質(zhì)區(qū)別，但上壩線大壩左右壩肩覆蓋層開挖工程量較大，且上游壩腳已開挖至上游右岸滑坡體腳，對大壩施工及安全影響較大。溢洪道、放空隧洞及取水隧洞布置上、下壩線基本一致。就工程布置條件，下壩線較優(yōu)。

1.3 施工條件及施工工期

上、下壩線相距僅50.0m，施工條件、交通條件相近，導(dǎo)流方式相同;壩體填筑工程量、相應(yīng)施工強(qiáng)度及施工工期亦相近。

1.4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

根據(jù)上、下壩軸線地形、地質(zhì)條件進(jìn)行樞紐工程布置，初擬各建筑物的結(jié)構(gòu)尺寸，進(jìn)行各建筑物工程量計算和投資概算。將上、下壩線主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)列于表2。

經(jīng)綜合分析，上、下壩線均具備建壩條件，地質(zhì)條件、施工條件、交通條件相近;上壩線較下壩線而言，雖壩軸線略短，但覆蓋層較厚，開挖工程量和右岸滑坡體影響程度較大，上壩線樞紐建筑工程直接投資為17581.62萬元，下壩線樞紐建筑工程投資16744.38萬元，下壩線工程靜態(tài)總投資比上壩線少837.24萬元。從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，下壩線略優(yōu)于上壩線，因此本工程推薦下壩線。

2 壩型比較與選擇

由于當(dāng)?shù)厝狈Ψ罎B粘土料，結(jié)合當(dāng)?shù)靥烊唤ㄖ牧系那闆r，在選定的壩軸線位置，擬選擇碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩和風(fēng)化泥巖心墻石渣壩兩種壩型進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，擇優(yōu)選取[4]。

2.1 壩型選擇

方案一選擇碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩。大壩壩頂高程391.50m，壩頂寬8.00m，壩頂長446.00m。河床段心墻建基面高程343.50m，最大壩高48.00m，最大壩底寬度221.32m。碾壓式瀝青混凝土心墻位于壩體中部，寬0.6m，心墻兩側(cè)設(shè)寬度為3.00m的過渡層，心墻與基礎(chǔ)接合部設(shè)置寬6.00m、厚1.00m的C20混凝土基座作為帷幕灌漿的蓋板，基座下設(shè)2排灌漿帷幕及3排固結(jié)灌漿。大壩上游壩殼均采用新鮮及弱風(fēng)化石渣料填筑，上游壩坡均為1∶2.25、1∶2.50，變坡高程367.50m。下游壩殼均采用強(qiáng)弱風(fēng)化石渣料填筑，下游邊坡1∶2.25、1∶2.50，下游壩坡在高程371.50m設(shè)一級馬道，馬道寬3.0m，馬道以上邊坡1∶2.25，馬道以下邊坡1∶2.50。下游坡腳設(shè)置堆石排水棱體，頂寬3.0m，外邊坡1∶1.5。

方案二選擇風(fēng)化泥巖心墻石渣壩。大壩壩頂高程391.50m，壩頂寬8.00m，壩頂長446.00m。河床段心墻建基面高程343.50m，最大壩高48.00m，最大壩底寬度221.32m。風(fēng)化泥巖心墻位于壩體中部，頂寬3.00m，心墻兩側(cè)坡度為1∶0.3，并在上下游壩殼料和風(fēng)化泥巖心墻料間設(shè)水平寬度為3.00m的過渡層。心墻底部和基巖接合部位填筑厚度為1.00m的粘土，以增強(qiáng)和基礎(chǔ)的接合，同時在心墻與基礎(chǔ)接合部設(shè)置寬6.00m、厚1.00m的C20混凝土基座作為帷幕灌漿的蓋板，基座下設(shè)2排灌漿帷幕及3排固結(jié)灌漿。大壩上游壩殼均采用新鮮及弱風(fēng)化石渣料填筑，上游壩坡均為1∶2.25、1∶2.50，變坡高程367.50m。下游壩殼均采用強(qiáng)弱風(fēng)化石渣料填筑，下游邊坡1∶2.25、1∶2.50，下游壩坡在高程371.50m設(shè)一級馬道，馬道寬3.0m，馬道以上邊坡1∶2.25，馬道以下邊坡1∶2.50。下游坡腳設(shè)置堆石排水棱體，頂寬3.0m，外邊坡1∶1.5。

2.2 壩型比較

根據(jù)兩種壩型的布置和主要建筑物結(jié)構(gòu)尺寸，對兩壩型的攔河大壩工程量和建筑工程投資進(jìn)行對比分析，其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3。

表3 兩種壩型主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較表

從表3中可知，碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩大壩工程直接投資8765.21萬元，風(fēng)化泥巖心墻石渣壩大壩工程直接投資9415.82萬元，碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩投資相對省650.61萬元，分析其原因，雖然瀝青混凝土心墻單價較高，但其心墻基礎(chǔ)較窄，僅6.00m，而風(fēng)化泥巖心墻基礎(chǔ)較寬，達(dá)到37.00m，均需開挖至基巖，風(fēng)化泥巖心墻開挖量較大，同時也增加相應(yīng)填筑量，且新鮮的風(fēng)化泥巖料需提前風(fēng)化才能達(dá)到設(shè)計防滲效果，導(dǎo)致其單價也較高，因此單從大壩本身直接投資看，風(fēng)化泥巖心墻石渣壩就比碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩投資稍大;另外風(fēng)化泥巖料場據(jù)大壩約4.0km，目前的公路為機(jī)耕道，需擴(kuò)建才能滿足要求，同時還需對料場涉及的土地及房屋等進(jìn)行賠償和完工后的水土保持恢復(fù)等，增加了征地移民及水土保持等費(fèi)用。經(jīng)綜合分析比較，碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩投資相對風(fēng)化泥巖心墻石渣壩省1297.29萬元，故推薦壩型為碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩。

3 結(jié)論

按照相關(guān)規(guī)劃及規(guī)程規(guī)范要求，本文從工程地質(zhì)條件、施工工期、移民拆遷占地、環(huán)境影響、工程投資、工程效益等各方面，對該新建水庫的壩軸線和壩型選擇進(jìn)行了對比分析，最終選擇了技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、效益上最佳的壩軸線和壩型方案，對類似工程的建設(shè)有一定的參考價值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]祁慶和.水工建筑物[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[2]王鳳.壩址壩型及軸線選擇初探[J].吉林水利，2008（8）：6-9.

[3]馮慶剛.莊里水庫壩址及壩軸線方案比選[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2012，18（6）：40-42.

[4]袁光裕，胡志根，等.水利工程施工[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]