水庫大壩壩型優化比選設計研究

摘 要：某水庫工程是以農田灌溉為主，兼有引水發電、城市供水和城市防洪等功能的水資源綜合利用水利工程。在設計階段，結合壩址地形地質條件和壩址比選結論，對工程擬定混凝土重力壩和面板堆石壩兩個方案進行技術經濟比較，優化技術上可行、經濟上合理的混凝土重力壩壩型，以提高工程投資建設的經濟效益。

關鍵詞：水庫；混凝土重力壩；面板堆石壩；建基面

1 工程概況

某水庫工程任務以農業灌溉為主，兼顧引水發電和城市防洪功能[ 1 ]。壩址集水面積5.7km2，壩址斷面多年平均流量0.076m3/s，多年平均徑流量為1892萬m3。水庫校核洪水位（P=0.5%）800.50m，總庫容101.8萬m3，正常蓄水位797.30m，死水位772.50m，興利庫容83.5萬m3。水庫工程等別為V等，屬于小（2）型水庫[ 1 ]。

2 壩址優化比選成果

上、下壩址處于不同地質單元，上壩址區出露地層為峨眉山玄武巖（P2 β），下壩址區出露地層為三疊系下統大冶組（T1d）。下壩址河床覆蓋層厚達32～36m，結構松散，剛性壩建基面須置于強風化中上部巖體，開挖工程量及開挖難度較大，柔性壩建基面可置于覆蓋層中下部，但處理工程量及難度也較大。且下壩址受F1斷層影響較大，巖體較破碎，裂隙較發育。故在下壩址修建大壩地基及防滲處理不僅投資巨大，且存在很大的風險。推薦采用上壩址方案進行大壩樞紐布置。

3 可建壩型基本選擇

壩址處出露地層為玄武巖（P2 β），巖石堅硬，兩岸地形對稱，柔性壩和剛性壩均適合修建。由于區域內土料不豐富，且厚薄差異較大、含水量較高、顆粒級配較差。因此，柔性壩以面板堆石壩為代表壩型；上壩址河谷寬高比為4.7，無建拱壩的有利地形地質條件，因此，剛性壩以重力壩為代表壩型。

對重力壩壩體材料來說，用漿砌石和混凝土均實用。如采用漿砌石壩，施工時需動用較多的人力，管理極不方便，故選擇混凝土作為筑壩材料。目前大壩混凝土往往采用四級配，骨料最大粒徑可達到15cm，由于工藝簡單，減少了施工環節，可以大大縮短工期。因此，選用C15四級配常態混凝土為筑壩材料。

綜上所述，選擇C15四級配常態混凝土重力壩和面板堆石壩兩種壩型進行比選。

4 水庫大壩壩型優化比選

4.1 混凝土重力壩方案

大壩混凝土重力壩方案樞紐布置為：C15四級配常態混凝土重力壩+壩頂開敞式溢洪道+取水兼放空管。混凝土重力壩，壩軸線長205.87m，壩頂高程802.50m，建基面高程761.70m，壩高40.80m，壩頂寬6.0m，最大壩底寬度30.68m，上游面鉛直；下游面坡比1∶0.75。

溢洪道布置于壩頂中部，樁號壩0+107.65m～壩0+183.70m，采用壩頂單孔開敞式泄流，堰頂高程802.50m，總凈寬6.0m，邊墩厚0.8m，頂部設C20鋼筋混凝土板梁交通橋與非溢流壩段相連。

取水兼放空管位于大壩中部（壩0+103.20），為壩內埋管，進口中心線高程781.20m，長51m，管徑0.8m，采用Q235焊接鋼管，壁厚10mm，管周邊采用0.8m厚的C15常態混凝土包裹。

4.2 面板堆石壩方案

上壩址面板堆石壩方案樞紐布置為：混凝土面板堆石壩+左岸岸坡溢洪道+右岸取水放水隧洞。

混凝土面板堆石壩最大壩高40.8m，壩頂高程802.50m，防浪墻頂高程803.50m，壩頂寬度6.0m，壩頂長205.87m，壩底寬117.50m，混凝土趾板基礎進入強風化巖體中下部，最低高程759.20m。上、下游壩坡均為1∶1.4。混凝土面板厚度為0.4m的等厚面板。壩頂設置鋼筋混凝土L型防浪墻，防浪墻壩頂以上高1.0m。墻頂高程取為803.70m，壩頂高程取為802.50m，高于校核洪水位，滿足規范要求。

正槽式溢洪道緊鄰左岸壩肩，單孔布置，由引渠段、控制段、泄槽段、消力池段組成，總長149.25m。溢洪道凈寬5.0m，堰頂高程為797.30m。泄槽段采用矩形斷面，泄槽長72.84m，底坡為i=0.295，末端設消力池消能，消力池長16m，池深2m。

取水兼放空隧洞布置于右岸，洞長143.02m，進口底板高程為777.30m，出口底板高程為775.90m，坡降i=1%，隧洞內徑為1.8m，采用C20鋼筋砼襯砌，厚度為350mm。

4.3 水庫大壩壩型優化比選結論

4.3.1地形地質條件比較

壩址區覆蓋層不深，出露地層為峨眉山玄武巖（P2 β），巖體較完整，抗壓強度較高。兩種壩型布置都可行，條件基本相當。

4.3.2樞紐布置比較

對于混凝土重力壩，采用壩頂溢洪道泄洪和壩身埋管取水，泄洪、取水系統易于布置，且工程較小。混凝土面板堆石壩的防洪標準比混凝土重力壩高，防洪建筑物規模略大，采用岸邊式溢洪道和取水隧洞，布置不緊湊，稍顯復雜。混凝土重力壩方案略優。

4.3.3工程占地比較

混凝土重力壩布置緊湊，首部樞紐永久占地面積為7.6畝，施工臨時占地為69.5畝，而混凝土面板堆石壩占地面積為23.7畝，施工臨時占地為77.3畝，增加投資67.36萬元。混凝土重力壩方案略優。

4.3.4施工條件比較

混凝土重力壩壩基開挖較深，棄渣量較大，混凝土骨料對料場要求較高，大壩施工較方便，施工要求較高，施工工期22個月。混凝土面板堆石壩由于對建基面要求低，壩基深度較重力壩淺，但開挖面較寬，填筑量較大，其導流和渡汛條件相對較差。施工工期23個月。兩種壩型條件基本相當。

4.3.5工程投資比較

混凝土重力壩方案較面板壩方案省63.11萬元，故混凝土重力壩方案略優。

5 結語

綜合考慮樞紐布置、工程占地、施工條件及工程投資等方面的內容，混凝土重力壩方案均優于混凝土面板堆石壩方案，所以設計推薦混凝土重力壩方案，確保工程安全可靠、節能經濟的高效優質施工建設。

參考文獻：

[1] 霍曉娟.介休市石口子水庫壩型方案優化比選[J].山西水土保持科技，2015（01）：24-25.

[2] 陳志強，侍克斌.水利樞紐工程壩型選擇影響因素的分析[J].中國農村水利水電，2007（08）：62-66.

作者簡介：鄭洪宇（1976-），女，漢族，內蒙古赤峰人，碩士研究生（高級工程師），主要從事水利水電工程設計、咨詢工作。