奮斗水庫工程壩型分析比較

周 龍

(牡丹江市水務科學研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

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奮斗水庫工程壩型分析比較

周 龍

(牡丹江市水務科學研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

奮斗水庫位于黑龍江省穆棱市穆棱鎮穆棱河干流上游，河谷呈對稱“U”字型，奮斗水庫工程是以城鎮供水為主、結合防洪、兼顧灌溉和發電等綜合利用的大型水利樞紐工程。水庫的規模為大(2)型，根據壩址地形及地質條件，選取4種壩型，結合地質條件、施工、工程占地、環境影響、水土保持、工程運行條件、工程量及投資等因素進一步分析，對壩型做進一步比選。

水庫；樞紐布置；壩型；造價

1 工程概況

奮斗水庫隸屬黑龍江省穆棱市，距穆棱鎮14.1km，工程位于穆棱河干流上游，壩址以上流域面積1740km2。奮斗水庫工程是以城鎮供水為主、結合防洪、兼顧灌溉和發電等綜合利用的大型水利樞紐工程。水庫的規模為大(2)型，水庫總庫容為1.91×108m3，為多年調節庫容。設計灌溉面積1.16萬hm2，城鎮供水量11630×104m3，電站總裝機容量5.12MW。

2 壩型方案比選

壩址位于穆棱鎮振興村西南約3km的穆棱河轉彎處，壩址處比較狹窄，河谷寬約150m，左岸相對較陡，右岸呈相對舒緩的臺階狀，穆棱河主槽寬30m左右。

地貌主要由現代河床及漫灘、階地、臺地和低山丘陵構成，第四系松散層厚度4.3-5.2m，低山丘陵為華力西中晚期花崗巖，壩肩巖體為弱-中等透水巖體，河床部弱風化巖體為弱透水巖體。左壩肩有兩條斷層，右壩肩有一處構造破碎帶，斷層及破碎帶對壩肩穩定影響不大。

根據壩址地形及地質條件，選取黏土心墻堆石壩、瀝青混凝土心墻堆石壩、混凝土面板堆石壩、碾壓混凝土重力壩4種壩型，結合地質條件、建筑材料、施工導流、工程占地、環境影響等因素進一步分析，對壩型做進一步比選。

2.1 地形地質條件

從地形條件壩線河谷呈對稱“U”字型，河谷漫灘狹窄，左岸相對較陡，右岸呈相對舒緩的臺階狀，壩線較短，布置土石壩、重力壩均可，但壩址區無天然埡口布置溢洪道，在岸邊布置溢洪道需開挖泄水渠，挖方大，因此，布置重力壩更為有利。

從地質條件壩址處覆蓋層較薄，壩軸線左岸為低山丘陵，漫灘與左岸低山丘陵呈陡坎接觸，漫灘部位已開挖成長約105m，寬20m的深槽，現為魚池，施工期可減少開挖量。壩基巖體以陡傾角張節理為主，并以70°或90°傾角居多，少量50°，壩基大部分巖體較完整，壩基巖體主要由花崗巖及二長花崗巖組成，中硬巖體，壩基大部分弱風化花崗巖巖體容許承載力[R]=2000kpa,壩基河床部位的卵礫石、人工填筑的含砂低液限黏土抗滑穩定性差，全風化及強風化帶巖體承載力較低[R]=150kpa,適合建土石壩，重力壩應將該層清除，土石壩應清除人工填筑的含砂低液限黏土部分。

除左壩肩有厚1.0m的全風化帶外，壩軸線處強風化帶厚度在河床及河灘地處較薄，1.5m左右，在右岸臺地處厚度在1.5-7.3m，左壩肩強風化帶厚度9m，右壩肩強風化帶厚度4.5m。弱風化巖體較完整，穩定性校好，距離壩肩較遠處存在一斷層破碎帶，厚度1.0m，構造破碎帶傾向與坡向相反，陡傾角，由于距離壩肩較遠，不會對壩肩穩定產生不利影響。壩肩總滲漏量不大，但集中從壩肩滲出，距離右壩肩較遠處的斷層破碎帶宜進行適當防滲處理。地質條件布置土石壩、重力壩均可。

2.2 工程總體布置

2.2.1 黏土心墻堆石壩

樞紐主要建筑物包括：攔河壩、溢洪道、引水隧洞、岸邊式水電站等。攔河壩采用黏土心墻堆石壩，壩頂高程387.90m，防浪墻頂高程389.10m，壩長443m，壩頂寬7.0m，上下游坡均為1∶1.8，上下游坡在高程372.90m處均設置馬道，馬道寬3.0m，黏土心墻防滲，心墻頂寬3.0m，上下游邊坡均為1∶0.25，兩側設兩層反濾過渡帶，水平厚分別為1.0m，2.0m，上游干砌石護坡，壩基防滲采取截水槽與帷幕灌漿結合的型式。根據溢洪道位置布置情況，經方案比較，最終確定右岸。溢洪道堰頂高程375.00m，堰型為駝峰堰，分3孔，每孔凈寬8m。發電隧洞布置左岸，進口與導流洞結合；廠房采用岸邊式，布置在左岸壩下128m引水隧洞出口處。

2.2.2 瀝青混凝土心墻堆石壩

樞紐主要建筑物包括：攔河壩、溢洪道、引水隧洞、岸邊式水電站等。瀝青混凝土心墻堆石壩方案中，攔河壩采用碾壓瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂高程、防浪墻頂高程、壩長、壩頂寬度、上下游坡及馬道設置均與黏土心墻堆石壩方案相同，壩頂設L型混凝土防浪墻，防浪墻底座與瀝青混凝土心墻相連，心墻1/3以上采用厚度0.5m，以下采用0.8m，底部2m高的瀝青混凝土心墻厚度由0.8m擴大到1.2m，瀝青心墻兩側設砂礫石過渡帶厚3.0m,壩基防滲采取瀝青心墻與帷幕灌漿相結合的形式。 溢洪道布置、左岸引水隧道、岸邊式水電站、廠房布置與黏土心墻堆石壩方案相同。

2.2.3 混凝土面板堆石壩

樞紐主要建筑物包括：攔河壩、溢洪道、引水隧洞、岸邊式水電站等。混凝土面板堆石壩方案中，壩頂高程、防浪墻頂高程、壩長、壩頂寬度與黏土心墻堆石壩方案相同，在壩頂上游側設置4.6m高的C25鋼筋混凝土防浪墻，高出壩頂1.2m。上下游坡均為1:1.4，壩體采用0.4m厚的C25鋼筋混凝土面板防滲，在面板上游高程345.0m處設厚度分別為1.5m和1.2m的黏土和石渣料蓋重區，上游坡無馬道，下游坡高程372.90m處設馬道，馬道寬3.0m。壩基防滲采取防滲趾板與固結灌漿、帷幕灌漿相結合的形式。 溢洪道布置、左岸引水隧道、岸邊式水電站、廠房布置與黏土心墻堆石壩方案相同。

2.2.4 重力壩

樞紐主要建筑物包括：攔河壩、溢流壩、進水口、壩后式廠房等。

攔河壩采用全斷面碾壓混凝土重力壩，壩頂高程385.90m，防浪墻頂高程387.10m，以弱風化巖體中部為建基面，壩長406m，最大壩高45.9m，壩頂寬度6.5m，基礎座落在弱風化層中部花崗巖，布置在兩岸，壩基進行固結灌漿和帷幕灌漿。溢流壩段位于主河床壩段，分3孔，每孔凈寬10m，中墩厚3m，邊墩厚2.5m，溢流壩段總寬41m，溢流壩堰面采用WES型冪曲線，下游采用挑流消能。

水電站壩式進水口布置在主河槽偏左側非溢流壩段，引水道穿過壩體，為壩內埋管。進水口采用單機單管的壩前引水方式。進水口段總長13m，總寬34m，進水口分15孔，其中12孔為水電站進水口，3孔為供水、排水孔。壩后式水電站廠房布置在溢流壩左側壩段。

2.3 施工因素

4種壩型比較施工因素，將從施工條件、料場的選擇與開采、施工導截流、主體工程施工、施工總布置和施工總進度等方面進行分析。經分析比較結論：①壩址處缺乏水工瀝青混凝土堿性骨料；黏土料場的地類為耕地，征地難度大。②施工期間，黏土心墻堆石壩抵御超標準洪水的能力最差，瀝青混凝土心墻堆石壩嚴禁壩頂過流。③施工導流期間，混凝土面板堆石壩可以利用堆石壩體攔擋超標洪水。④黏土心墻、混凝土面板堆石壩及瀝青混凝土心墻堆石壩的施工導流費用稍高。⑤瀝青貨源選用距離較近的遼寧盤錦遼河油田。基于以上5點，尤其從降低施工導流風險角度考慮，碾壓混凝土重力壩最優，其次混凝土面板堆石壩，再次瀝青混凝土心墻堆石壩，黏土心墻壩最差。

2.4 占地分析

黏土心墻堆石壩工程占地面積最大，黏土料位于壩下游，破壞和占用耕地較多，征地費用2908萬元。瀝青混凝土心墻堆石壩工程占地面積大，破壞和占用耕地相對少，征地費用2849萬元。混凝土面板堆石壩工程占地面積較大，破壞和占用耕地相對少，征地費用2806萬元。重力壩工程占地面積小，不破壞耕地，征地費用2020萬元。

2.5 環境影響

壩址周圍環境相同，沒用大的制約因素，淹沒居民戶數、淹沒土地面積相等，僅在施工高峰人數、建筑材料和環境投資上有所差別，黏土心墻堆石壩利用當地材料，料場開采如采取措施不到位易破壞周圍環境；瀝青混凝土心墻壩建筑材料部分外購，所需瀝青量較大，在瀝青施工過程中對當地的環境空氣產生的影響最大；混凝土面板堆石壩建筑材料部分外購，利用當地材料，料場開采如采取措施不到位易破壞周圍環境；碾壓混凝土重力壩建筑材料部分外購，施工混凝土工程量較大，對當地環境破壞不大。從環保投資來看，碾壓混凝土重力壩環保投資較黏土心墻壩、混凝土面板堆石壩環保投資分別少345萬元、364萬元，因此從環境角度來說，推薦碾壓式重力壩。

2.6 水土保持

4種壩型施工建設產生水土流失影響的差別主要體現在棄土棄渣量、擾動土地面積等因素。

碾壓混凝土重力壩的型式壩體較短，同時該壩型以混凝土量回填為主，土石方量開挖、回填均較少，棄土棄渣量也相對較少，產生水土流失量及危害也相對較小。其它3個壩型的土石方開挖量和回填量均較大，由于受土石方量的利用限制，其它3個壩型相比重力壩，棄渣量均較大。

在4個壩型方案中，其永久工程占地面積很接近，主要區別于臨時占地中的取料場占地；黏土心墻堆石壩的建設，需要征用大量的黏土料場和石料場，增加了擾動面積，也增加了占地費用和治理費用；瀝青混凝土心墻堆石壩和混凝土面板堆石壩雖然降低了黏土料場的使用，但仍然需要大量的石方填筑，對石料場的擾動和破壞仍然造成大量的水土流失危害；碾壓式混凝土重力壩填筑料場以混凝土為主，無需黏土料場和石料場，僅對砂礫石料場的破壞較大，砂礫料場處于庫區河道附近，無需新增料場的征地，不會破壞項目區周邊的生態環境。

2.7 運行條件

黏土心墻堆石壩方案結構簡單，對質條件要求相對較低，能適應地基變形，便于維修和加高、擴建，但工程地處寒冷地區，護坡抗破壞能力差，年年需要進行維修。瀝青心墻堆石壩中瀝青混凝土心墻柔性大，適應變形能力強，一旦發生裂縫，在水流沖刷下，不容易修復。面板堆石壩體能直接擋水或過水，簡化了施工導流與度汛，樞紐布置緊湊，充分利用了當地材料。面板壩可以分期施工，便于機械化施工，施工受氣候條件的影響較小。但工程地處寒冷地區，面板易發生凍脹裂縫，在水流沖刷下，由于堆石體斷面小，易危及壩體安全。重力壩筑壩材料強度高，耐久性好，對洪水漫頂、抵抗滲漏、地震破壞能力比較強。

2.8 工程量及投資

4個壩型中，重力壩方案總工程量最少為69.77×104m3。黏土心墻堆石壩方案總工程量最多為216.72×104m3。瀝青混凝土心墻堆石壩方案工程量較多為210×104m3。混凝土面板堆石壩工程量較多為187.18×104m3。重力壩方案靜態總投資最少為44718萬元，黏土心墻堆石壩方案靜態總投資為49734萬元，瀝青混凝土心墻堆石壩靜態總投資為50424萬元，混凝土面板堆石壩靜態總投資為50623萬元，黏土心墻堆石壩較重力壩方案工程投資多5015萬元。

2.9 結論

碾壓式混凝土重力壩與土石壩相比較的優點：樞紐布置緊湊，結構安全可靠，壩體方量大幅縮減，筑壩材料強度高，耐久性好，因而抵抗滲漏、洪水漫頂、地震和戰爭破壞的能力都比較強。壓力管道和輸水管道短，進水塔可緊貼壩面修建。填筑方量少，減少對耕地占用，可減少對環境的影響，減少施工運輸量和施工灰塵，施工允許壩頂過流。建成后維修費用少，工程造價低。缺點是：壩體應力較低，材料強度不能充分發揮。壩體體積大，施工期混凝土的溫度應力和收縮應力較大，在施工期對混凝土溫度控制要求較高。

黏土心墻堆石壩方案的工程總投資為138835萬元，重力壩方案的總投資為131348萬元，黏土心墻壩堆石壩方案工程總投資在土石壩方案總最省，較重力壩方案工程總投資多7486萬元。綜合以上考慮，確定重力壩壩型。

[1]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省穆棱市奮斗水庫工程可行性研究報告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2014.

1007-7596(2017)02-0072-03

2017-02-14

周龍(1975-)，男，黑龍江牡丹江人，高級工程師。

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