水庫工程壩型選擇研究

【摘要】水利工程建設規模比較大，而且施工環境比較復雜，因此，在水利工程施工中，必須嚴格依據施工規范開展作業。在水利工程設計階段，壩型選擇至關重要，科學合理的壩型選擇不僅能夠有效減少建設成本投入，而且有利于節省工期，提高工程安全性。對此，本文將以樹寨溝水庫為研究對象，對其壩型選擇進行詳細探究。

【關鍵詞】樹寨溝水庫；壩址；選擇

1、引言

在壩型選擇方面，需要綜合考慮各項因素，包括施工條件、工期、水利生態環境、施工技術方案、施工材料、后期工程維護管理等等。因此，壩型選擇難度較大，對此進行詳細探究具有十分重要的現實意義。

2、水庫工程常見壩型

2.1 重力壩

重力壩是由混凝土或者漿砌石修筑而成的，重力壩的剖面為直角三角形，重力壩整體是由很多個壩段所組成的。在水壓力以及其他荷載的作用下，重力壩能夠有效依靠自身重力所產生的抗滑力提高穩定性，與此同時，其還能夠有效依靠壩體自身重量抵消由水壓力所產生的拉應力。在實際施工過程中，重力壩的應用優勢主要體現在以下幾點：（1）重力壩安全性較好，耐久性較好，防滲性能優，在抵御地震災害以及戰爭破壞方面應用優勢十分明顯。（2）重力壩設計施工十分便捷，在實際施工過程中可以采用機械化施工方法。（3）重力壩對于不同地形條件的適應力均比較強，對于任何山谷地形，都可以應用重力壩。（4）在重力壩壩體上，可以設置引水、泄水孔口，因此能夠有效解決施工導流問題。但是，重力壩也有應用缺陷，主要體現在以下幾點：（1）壩體應力比較低，在實際施工過程中，材料強度往往很難得到有效發揮。（2）重力壩體積比較大，因此在施工過程中需要耗費大量水泥材料。（3）在重力壩施工過程中，容易受到溫度應力和收縮應力的影響，因此，對于施工溫度控制要求比較高。

2.2 拱壩

拱壩是一種攔水壩，一般被應用于峽谷中，通常做成水平拱形，并且兩端緊貼著峽谷壁。具體而言，拱壩平面上向上游彎曲，能夠將部分水平荷載傳遞至兩岸擋水建筑上。與重力壩相比，其應用優勢在于在水壓力作用下，壩體不需要依靠自身重量維持自身穩定性，而是能夠有效利用拱端基巖的反作用來提升穩定性。另外，拱圈截面可以承受軸向反力，因此，安全性和可靠性較高。但是，拱壩的應用缺點在于其施工建設對于地基地形的要求比較高。

2.3 土石壩

土石壩也是一種常見的水利水電工程壩型，土石壩的應用優勢主要體現在以下幾點：（1）其施工能夠就地取材，因此，在節約施工材料方面優勢明顯。（2）結構形式簡單，在養護管理以及擴建方面優勢明顯。（3）土石壩壩身是土石散粒體結構，因此，能夠變形適應力比較高，對于地基的要求比較低。（4）土石壩施工便捷，施工工序較少。但是，土石壩也有一定的應用缺陷，如壩身一般不能溢流，施工導流難度較大等等。

3、樹寨溝水庫工程概況

樹寨溝水庫位于金沙縣桂花鄉境內，是金沙縣在貴州省骨干水源建設規劃中提出的小（1）型水庫水源點。水庫流域屬于長江流域赤水河水系二道河的支流雨下河的中游。

壩址處本流域控制集水面積6.3km2，多年平均徑流量為272萬m3，多年平均流量Q=86.4L/s。本階段推薦樞紐工程由混凝土面板堆石壩、右岸開敞式溢洪道、右岸放水建筑物及供水管路系統組成。水庫正常蓄水位1180m，最大壩高37.3m，水庫總庫容204萬m3，興利庫容159.7萬m3，正常蓄水位以下庫容167萬m3，水庫為多年調節水庫。

水庫開發的主要任務是解決桂花鄉及石場鄉1.43萬畝的灌溉用水，同時兼顧石場鄉及灌區內的1.158萬人安全飲水問題。即水庫以灌溉為主，兼顧鄉鎮和農村人飲。

4、樹寨溝水庫壩型選擇

在可研階段，對適合本水庫壩址地形地質條件的兩種壩型進行比較，即對混凝土面板堆石壩和混凝土重力壩進行比較。因兩種壩型對基礎要求不同，重力壩對巖石基礎力學指標要求較面板壩高，因此開挖深度較大，雖然面板壩方案征地移民投資、施工導流及溢洪道投資較重力壩方案稍大，但總投資小于重力壩方案。

初設階段對可研階段推薦壩線的混凝土重力壩方案進行了深化設計，將重力壩壩基提升至弱風化層頂部，壩頂高程1182.63m，壩底高程1144.77m，最大壩高37.86m，壩頂寬5m，上游邊坡1175.0m高程以下1：0.2，以上垂直，下游邊坡1179.62m高程以下1：0.8，以上垂直，壩頂長183.0m；壩頂溢流，進口凈寬1（孔）×6m，堰頂高程1180.0m，底流消能。引水建筑布置在大壩右岸，取水口位于大壩上游河床。引水建筑考慮與施工導流相結合，為導流兼引水涵洞，引水涵洞直徑根據施工期導流要求，采用2m，涵洞從進口至出口總長35.98m。進口設取水塔，閘門孔口尺寸2.0m×2.0m。閘門檢修間與閘門啟閉間之間設一鋼筋混凝土樓梯連接，取水塔位于壩頂上游。出口埋設鋼管，管徑為1200mm，壁厚10mm，壩內埋鋼管長5.28m，壩外進入閘閥室前的16.00m為鋼筋混凝土襯護，經大壩右側壩體至壩后閘閥室。鋼管末端設錐形閥，用于下泄生態用水和水庫沖沙放空。錐形閥前設直徑0.5m鋼岔管，接灌溉供水主管，在閘閥室內設蝶形閥控制供水主管。

經復核，重力壩正常高水位等與面板堆石壩相同，重力壩溢流堰為實用堰，堰寬6m，經調洪演算，設計洪水位1181.83（P=3.33%），校核洪水位1182.43（P=0.5%），因壩頂設1.2m高防浪墻，故壩頂取略高于校核洪水位0.2m高程，即1182.63m。

抗滑穩定和應力計算

（1）荷載組合

抗滑穩定和應力計算的荷載組合分基本組合和特殊組合兩種，結合本工程實際，本工程考慮以下三種荷載組合情況。

基本組合1：自重+正常蓄水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力

基本組合2：自重+設計洪水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力

特殊組合1：自重+校核洪水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力

（2）應力計算

經復核，根據規范，壩體應力計算采用材料力學法計算，根據《混凝土重力壩設計規范》（SL319-2005）的規定，在各種荷載組合下，壩基面垂直正應力小于混凝土容許壓應力和地基的容許承載力；壩基面最小垂直正應力為壓應力，壩體最大主應力應小于混凝土容許壓應力。計算公式如下：

經計算，應力分析計算壩體上游面不出現拉應力，壩基最大壓應力為0.48Mpa，壩體第一主應力0.79Mpa。滿足設計規范要求。

（3）壩體抗滑穩定計算：

根據《混凝土重力壩設計規范》（SL319-2005），基本組合情況kˊ>3.0，K>1.05；特殊組合情況kˊ>2.5，K>1.0，從計算成果看，壩體抗滑穩定滿足規范要求。

經計算，重力壩特殊荷載組合大壩抗滑穩定安全系數為2.66，基本荷載組合大壩抗滑穩定安全系數為3.01。

初設階段對混凝土重力壩工程量進行了復核，并作出混凝土重力壩工程概算，灌區建筑物的投資相同。通過計算不包括灌區建筑物，混凝土重力壩比混凝土面板壩建筑物增加投資693.03萬元。經初設階段復核，可研階段設計推薦、審查同意的混凝土面板堆石壩壩型是經濟合理的。

5、結語

綜上所述，在水庫工程設計階段，壩型必選問題較為常見。在壩型選擇方面，有些設計單位僅僅參考了壩址地形，但是沒有進行深入的地質勘查，而這就會大大增加工程投資和建設風險。因此，在水庫工程設計階段，必須高度重視壩型選擇工作，加強地質勘查，對各項壩型選擇方案進行綜合必選分析，進而選出經濟、技術可行性較高的壩型，這樣才能夠有效優化工程建設方案，提升工程投資效益。

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