觀文水庫大壩壩型方案比選

□付艷林（河南省豫北水利勘測設計院）

觀文水庫大壩壩型方案比選

□付艷林（河南省豫北水利勘測設計院）

瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板堆石壩是當地材料壩中兩種比較典型的壩型，心墻壩防滲體位于壩體內部，不易破壞，但是發生問題不好處理，面板壩防滲體位于壩體上游壩坡上，與外界接觸，受外部環境影響較大，易破壞，但也方便修復，兩種防滲體各有優缺點，文章結合觀文水庫現狀實際情況對兩種壩型進行了經濟技術比較，最終采用瀝青混凝土心墻壩型。

觀文水庫;瀝青混凝土;心墻壩;面板堆石壩

1 概述

觀文水庫位于赤水河左岸一級支流菜板河的右岸支流白泥河上游，壩址地處四川省古藺縣觀文鎮五桂村和復興村交界處，距古藺縣城50 km，控制集水面積26.10 km2，多年平均年徑流量1 302萬m3，是一座以農業灌溉為主、兼顧鄉村供水等綜合利用的中型水利工程。該工程建成后可以保障古藺縣觀文、白泥、椒園、金星4個鄉（鎮）3 620 hm2耕地灌溉用水問題，解決灌區鄉鎮2.20萬人、農村2.23萬人的飲水安全問題，對改善當地農業生產條件，保障糧食生產安全和鄉村供水安全，促進當地經濟社會發展具有重要作用。

本文主要結合觀文水庫現狀實際情況對瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板堆石壩兩種壩型進行經濟技術比較，最終確定采用哪種壩型。

2 方案初選

根據該階段地質資料，壩址附近塊石、石渣料儲量豐富，其儲量和質量均能滿足設計需用，且運距近，開采條件較好。堆石料選用灰巖，儲量質量均能滿足要求；混凝土粗、細骨料儲量豐富，運距較近，質量較好。從天然建筑材料分布和儲量分析，適宜修建，可充分利用當地建筑材料的當地材料壩和剛性壩。故就建壩條件而言，兩種壩型均適合。

從工程布置上看，以碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩和混凝土面板堆石壩為代表的當地材料壩，工程布置、施工條件基本相近；兩壩型選用的陰陽山料場距壩址約1.60 km，儲量足，開采方便可充分利用當地建材，還可利用大壩等樞紐建筑物開挖料作為壩體填筑料；而碾壓混凝土重力壩雖不必另行布置泄水建筑物，可避免修建泄水建筑物帶來的高邊坡治理問題，但對壩基及壩肩地質條件要求更高，相應的基礎處理費用更大，且混凝土填筑量大、單價高、土建工程投資較大。當地材料壩具有比剛性壩更易于適應地質條件、可充分利用當地建筑材料和樞紐建筑物開挖料、投資更省等優點，故文章不再對剛性壩（碾壓式混凝土重力壩）做進一步分析比較，初選更能適應地質條件、可充分利用當地建材、綜合技術經濟指標更優越的當地材料壩。對混凝土面板堆石壩與瀝青混凝土心墻堆石壩兩種壩型做進一步分析比較。

3 碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩方案

攔河壩為碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩，由上游混凝土預制塊護坡、上游級配碎石墊層、上游堆石料、上游過渡層、瀝青混凝土心墻、下游過渡層、下游石渣料、下游堆石料、老壩壩體和下游干砌塊石護坡組成。攔河壩壩頂高程1094 m，壩頂寬7 m，壩頂長168.68 m，最大壩高46 m。上游壩坡坡率為5：8，在死水位高程1 071.50 m處設一2.50 m寬馬道；下游壩坡坡率為1：2，在高程1 085、1 076 m處分別設置馬道，馬道寬度均為2.50 m，在高程1 068 m設一大平臺銜接老壩體。

3.1 大壩上游壩殼采用以新鮮灰巖為主的堆石料填筑

下游高程1 055 m以下采用以新鮮灰巖為主的堆石料填筑，高程1 056 m以上采用以強風化和弱風化石渣料填筑，堆石料與風化石渣料之間設1 m厚的過渡層。老壩壩體1 068 m高程以上壩體拆除，為充分利用老壩，將1 068 m高程以下的老壩壩體作為新建大壩的下游排水體不再進行拆除，為便于排水通暢，從老壩上游河槽段中部垂直開通一排水廊道，城門洞形斷面（2 m×3 m），洞壁采用混凝土襯砌，洞口局部做碎石反濾。

大壩防滲體為碾壓式瀝青混凝土心墻，心墻軸線位于壩軸線上游2m。心墻頂高程1 092.45 m，底部最深處高程1 048 m。心墻設計厚度為50～60 cm，采用階梯式，以1 070 m高程為界，上部厚度為50 cm，下部厚度為60 cm。瀝青混凝土心墻兩側各設3 m厚過渡料層。心墻及過渡帶底部設C25混凝土基座，寬8.10 m、厚2 m。心墻基座嵌入基巖，坐落于弱風化巖層，并對其基礎進行固結和帷幕灌漿處理。固結灌漿布置2排，深入基巖內5 m，孔距2 m；帷幕灌漿深度設計深入透水率＜5 Lu巖體內5 m，帷幕灌漿設2排，排距1.60 m，孔距2 m。兩岸帷幕分別向山體延伸至正常蓄水位與巖體透水率5 Lu線的交匯處。

上游護坡采用混凝土預制塊護坡，厚度0.30 m，下設0.30 m厚的級配碎石墊層；下游護坡采用干砌塊石護坡，厚0.50 m。壩頂以上山體永久開挖邊坡1:0.75，采用錨桿掛網噴C20混凝土支護。

3.2 溢洪道位于大壩左岸，總長194.00 m，為側槽開敞式無閘控制溢洪道

側槽溢洪道溢流堰采用WES實用堰型，側槽長20 m，堰頂高程1 090 m；側槽首端寬4 m漸變至槽末端寬8 m，后接18 m長水平調整段，調整段末端設寬8 m交通橋，泄槽前端長60 m，底坡0.05，陡槽段長72 m，底寬由8 m漸變為6 m，底坡0.40，后接10 m長挑流鼻坎，反弧半徑為13 m，挑角為15°，在挑流鼻坎后設置15 m長護坦，護坦厚1 m。

取水（兼放空）隧洞布置在大壩左岸，溢洪道左側，采用塔式進水口，施工期先建設導流洞及取水隧洞平洞段用作施工導流，施工后期對導流洞進口封堵，將進水塔與平洞連接，以“龍抬頭”形式建設取水隧洞，承擔取水及放空任務。取水隧洞由進口段、進水塔段、洞身段和出口消能段等組成，取水隧洞洞線全長332.90 m。取水隧洞進口底高程1 068.50 m，平洞段底坡1/40，斷面凈尺寸為2.50 m×3.75 m（城門洞型，含上部半圓拱），取水隧洞出口設節制閘，配合干渠輸水灌溉；生態及放空水經消力池消能后通過明渠進入下游河道。

4 混凝土面板堆石壩方案

攔河壩為混凝土面板堆石壩，設計壩頂高程1 094 m，壩頂寬7 m，長168.68 m，最大壩高46.50 m，大壩下游坡與原壩體連接，最大壩底寬度200 m。大壩壩體自上游到下游分別為混凝土面板、墊層區、過渡區、主堆石區和下游混合石渣料區、老壩壩體和下游干砌塊石護坡。大壩上游邊坡5：8，下游邊坡為1：2。

4.1 大壩防滲體系由上游混凝土防浪墻、混凝土面板、趾板及趾板基礎帷幕灌漿組成

4.1.1 防浪墻

墻高4 m，墻底高程1 091.20 m，墻頂高程1 095.20 m，墻為L形，C25鋼筋混凝土結構，基礎底寬3.20 m，厚0.30～0.70 m，壩頂以上墻體厚0.30 m。

4.1.2 混凝土面板

面板設計為等厚度，厚度0.40 m，采用C30混凝土，抗滲等級W8，抗凍等級F100。為控制溫度和干縮裂縫，并能適應不均勻沉降所產生的應力，面板配置雙層雙向鋼筋，順坡向配筋率為0.40%，水平向配筋率為0.30%。混凝土面板重直伸縮縫間距河槽段面板受壓區為12 m、岸坡段拉應力區為6 m。

4.1.3 混凝土趾板

趾板位于面板上游，弱風化巖體上，主河槽趾板頂高程1 047.50 m，兩岸趾板頂高程隨岸坡高程逐漸升高，混凝土等級為C25、W8、F100，趾板寬6 m，厚0.50 m，底部與基巖連接時設錨筋。

在面板上游面死水位以下設土質斜墻鋪蓋及其蓋重區。河槽段粘性土鋪蓋用粉質壤土填筑，頂部高程為1071.50 m，頂寬3 m，邊坡4:7。外層蓋重用廢石渣任意料填筑，頂部高程1071.50m，頂寬3m，外邊坡2：5。

墊層料、過渡料和主堆石區均采用微風化、新鮮灰巖石料，為連續級配料。石渣料區采用強風化和弱風化的灰岸石料，為連續級配料。

4.2.1 周邊縫下游側設置特殊墊層區

特殊墊層區頂寬4 m，高3 m，采用最大粒徑≥40 mm且內部穩定的反濾料薄層碾壓壓實。大壩下游壩坡設計邊坡1:2，采用500 mm厚干砌塊石護坡。在高程1 085、1 076 m處分別設置馬道，寬度均為2.50 m。老壩壩體1 068 m高程以上拆除，將1 068 m高程以下的老壩壩體作為新建大壩的下游排水體不再進行拆除。同時老壩上游漿砌條石面板底河槽段中部垂直老壩軸線開通一排水廊道至下游河道。

4.2.2 壩基置于泥灰巖、灰巖上

趾板基礎及兩壩肩防滲采用帷幕灌漿，總長度362 m，防滲帷幕沿趾板中心線、壩軸線延長線共布置2排，間距2 m，排距為1.60 m，帷幕深度設計伸入透水率q≤5Lu巖體界線以下5 m，水平延伸長度與岸坡相對隔水層相接并進入相對隔水層以內適當深度，最大帷幕灌漿深度50 m。

（3）夯擊沉管時，當樁的傾斜度超過1.5%時，拔管填孔重打，出現樁孔斜移、樁靴損壞等情況，及時回填擠密重打，成孔拔管后應及時檢查樁尖。

對趾板下基巖進行固結灌漿，河槽段及兩岸岸坡段均在帷幕灌漿上下游各布置1排，排距4 m，孔距2 m，孔深深入基巖內5 m。為加強趾板與基巖連接，趾板底部設錨桿連接，采用φ28鋼筋，長度4 m，排距、孔距均為1.50 m，呈梅花形布置。

溢洪道、取水隧洞設計方案同碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩方案，不再詳述。

5 壩型比較

5.1 地形、地質條件比較

從壩址的地形、地質條件看，2種壩型都是可行的。

5.2 天然建材

兩種壩型所需的壩體填筑料大部分均取自陰陽山石料場及大壩、溢洪道、取水隧洞開挖料源。根據本階段地勘報告，距壩址下游約1.60 km的陰陽山料場詳查勘察儲量＞100×104m3，遠大于設計需求量。故從天然建材上，兩壩型相當。

5.3 樞紐布置比較

兩種壩型均屬于當地材料壩，具有充分利用開挖料、減少棄渣、各建筑物互不干擾、施工方便等優點。根據地質資料，混凝土面板壩的趾板深度大于瀝青心墻堆石壩，因此較碾壓瀝青混凝土心墻堆石壩開挖工程量大、混凝土方量及鋼筋用量大；另外，面板壩對質量較好的塊石需求量大，相應的料場開采量大，棄渣多，外運材料也較多。所以從樞紐布置上，瀝青混凝土心墻堆石壩占優。

5.4 施工條件比較

碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩方案和混凝土面板堆石壩方案對外交通條件和場地條件類似，主要施工場地均布置在進場公路兩側附近坡上臺地。因該工程壩址處呈“V”型峽谷，均采用圍堰擋水、隧洞導流施工的導流方式，導流建筑物規模相當。

混凝土面板壩壩殼分區簡單，施工工作面大，略占優勢。瀝青心墻壩的優勢在于，瀝青心墻可與壩體填筑和上游坡面的砌筑同步上升，大壩汛期臨時擋水時不必在上游坡面采取臨時防護措施，既可減少投資，也減少了施工難度，而面板壩則需要采取臨時防護措施。因此，心墻壩的施工相對較為方便。

所以從施工條件上綜合來看，瀝青混凝土心墻堆石壩占優。

5.5 運行管理比較

碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩的心墻位于壩體內部，運行環境條件穩定，受外部荷載等影響因素較小，墻體耐久性能好，變形均勻，但萬一基座處出現滲漏問題，處理起來難度相對較大；混凝土面板堆石壩的面板分縫較多，在日曬氣溫變化等外因作用下，易出現裂縫破壞等，后期維修工作量大，但處理起來相對容易。故從運行管理上瀝青混凝土心墻堆石壩占優，只是出現滲漏問題處理難度上混凝土面板堆石壩占優。

5.6 工程投資比較

碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩方案與混凝土面板堆石壩方案由于泄洪供水工程方案相同，所以僅比較大壩部分工程投資。混凝土面板堆石壩大壩部分工程投資3 183.75萬元，瀝青混凝土心墻壩大壩部分工程投資2 997.08萬元，從大壩工程投資看，碾壓瀝青混凝土心墻堆石壩方案較混凝土面板堆石壩方案省186.67萬元。

6 結論

綜合以上分析，從工程布置、建筑材料、工程施工、運行管理、工程投資等方面比較，瀝青混凝土心墻堆石壩方案都占優勢。瀝青混凝土心墻堆石壩只是在接觸帶出現滲漏時處理難度大。實際上，瀝青混凝土心墻壩作為一種成熟壩型，心墻本身不會滲漏，接觸帶在采取嚴密的灌漿處理措施后也不成問題。只要是專業施工隊伍，加強施工管理，出現滲漏問題的概率很低。觀文水庫大壩壩高＜50 m，又位于6°地震區，運行過程中可不考慮地震帶來的不利影響。而且，只要把心墻基座適當擴大，萬一出現滲漏，后期進行處理技術上也是可行的。因此，推薦碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩方案。

（責任編輯：邢博輝）

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