基于和靜縣莫呼查汗水庫壩型比選研究

宋成剛

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測設計院，新疆 巴音郭楞 841000)

基于和靜縣莫呼查汗水庫壩型比選研究

宋成剛

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測設計院，新疆 巴音郭楞 841000)

莫呼查汗水庫位于巴州和靜縣境內、莫呼查汗河引水樞紐上游5.5km處，壩址距和靜縣71km。文章對該水庫工程基本概況、地質條件、樞紐布置條件、采用的壩型、施工工期、工程量和投資等方面進比較分析，通過擇優選定，最后確定莫呼查汗水庫以瀝青混凝土心墻砂礫石壩為優選壩型方案。

水庫工程；壩址區；壩型選型；比較分析

1 工程概況

莫呼查汗水庫位于巴州和靜縣境內、莫呼查汗河引水樞紐上游5.5km處，壩址距和靜縣71km。該水庫正常蓄水位為2288.05m，總庫容為650.21萬m3，灌溉面積為3350hm2。工程規模為Ⅳ等小(1)型工程，主要建筑物攔河壩及泄水建筑物級別為4級，次要建筑物和臨時建筑物級別均為5級。主要建筑物的設計洪水標準為50a一遇，校核洪水標準為1000a一遇，主要建筑物的地震設防烈度為7度。主河槽布置大壩，壩高為55.15m，壩長為233m，基礎為混凝土防滲墻，最大深度為20m，溢洪道和導流兼沖沙放水隧洞均布置在大壩右岸，其中溢洪道設計泄洪流量為176.82m3/s，校核泄洪流量為368.07m3/s。導流兼沖沙放水隧洞不參與泄洪，洞身斷面為圓形，直徑為3.1m，設計導流流量為68.23m3/s，灌溉支洞從隧洞出口閘室引出，采用Dg800鋼管引水[1]。

2 水庫壩型比選研究

2.1 壩型設計方案

目前，堆石混凝土心墻壩工程實例極少，設計、施工經驗還有待積累，工程投資超出瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板砂礫石壩較多，考慮新疆自治區“富民興牧”原則要求及項目區的社會經濟發展水平，結合《關于對和靜縣莫呼查汗水庫工程可行性研究報告的審查意見》(新水規計[2011]4號文)，僅對瀝青混凝土心墻砂礫石壩和混凝土面板砂礫石壩兩種壩型進行方案設計研究[2]。

2.2 壩型比選研究

通過對瀝青混凝土心墻砂礫石壩(以下簡稱為瀝青心墻壩)和混凝土面板砂礫石壩(以下簡稱為混凝土面板壩)兩種當地材料壩進行技術經濟比較[3]。根據地形地質條件，瀝青心墻壩和混凝土面板壩各建筑物的布置基本相同，即主河床布置大壩，開敞式側堰溢洪道布置在右岸，導流兼沖沙放水隧洞布置在右岸，河床右岸自左至右依次為導流兼沖沙放水隧洞和溢洪道。壩址的地形地質條件對這兩種壩型均適合。本次壩型比選從地形、工程地質、樞紐布置、基礎處理、防滲體的耐久性和可靠性、工程施工、工程投資等方面對上述兩種壩型進行綜合比較。

2.2.1 地形條件

工程區位于天山褶隆帶額爾賓山南部中低山區、莫呼查汗河下游河段，河谷呈“U”型，山體海拔2500-2800m，兩岸基巖裸露，岸坡自然坡度40°-60°，現代河床寬100-120m，在壩址區河谷下部收縮變窄，為15-31m。河谷兩岸分布有Ⅰ-Ⅵ級階地，其中Ⅱ、Ⅲ級階地分布連續，階面寬約100-120m，階地前緣為高10-15m的基巖陡坡，階地后緣為高聳的基巖山體。

從地形條件比選，壩址處的地形條件適于布置瀝青心墻壩和混凝土面板壩，兩種壩型的可比性不強[4]。

2.2.2 地質條件

2.2.2.1 瀝青心墻壩

1)左岸壩肩段(0+000-0+133)：邊坡高度約260m，岸坡坡度為35°-50°，巖性為花崗巖，強風化層厚度為1-3m，弱風化層厚度為3-5m，巖體透水率q≤10Lu的界線在基巖面1m以下。左岸坡腳處堆積全新統崩坡積和洪積塊石、碎石土，厚度為3-10m。左岸Ⅱ級基座階地中部發育一處頂寬為15-20m、底寬為5-15m、切割深度為28-30m古河槽，槽內堆積沖積卵礫石層，結構密實，透水性強。

2)河床壩基段(0+133-0+166)：現代河床寬約31m，河床覆蓋層厚度18.6m，下伏基巖為花崗巖，強風化層厚度為1-3m，弱風化層厚度為3-5m，巖體透水率q≤10Lu的界線在基巖面1m以下。

3)右岸壩肩段(0+166-0+235)：邊坡高度約260m，岸坡坡度為40°-60°，基巖裸露巖性，為花崗巖，強風化層厚度為1-3m，弱風化層厚度為3-5m，巖體透水率q≤10Lu的界線在基巖面1m以下。高程2253m和2280m處分別發育有Ⅱ、Ⅲ級基座階地，階地沖積卵礫石層厚度為3-5m，坡腳處和岸坡崩坡積塊石、碎石土厚度為1-5m。右岸坡發育有NE和NW兩組小規模斷層，對邊坡穩定無大的影響，右壩肩邊坡整體穩定[4]。

2.2.2.2 混凝土面板壩

1)左岸趾板段(0-027-0+112)：沿線均為厚3-6.5m的崩坡積和洪積塊石、碎石土覆蓋，下部基巖為花崗巖，強風化層厚1-3m，弱風化層厚度3-5m，巖體透水率q≤10Lu的界線在基巖面1m以下。

2)河床段(0+112-0+195)：現代河床寬約83m，河床沖積漂卵礫石層厚度18.6m左右，結構密實。下伏基巖為花崗巖，強風化層厚1-3m；弱風化層厚度3-5m，巖體透水率q≤10Lu的界線在基巖面1m以下。

3)右岸趾板段(0+195-0+335)：沿線基巖裸露，局部有薄層崩坡積含土塊碎石覆蓋，基巖為花崗巖，強風化層厚1-3m，弱風化層厚度3-5m，巖體透水率q≤10Lu的界線在基巖面1m以下。

從地質條件比選，上述條件對當地材料壩的結構和布置影響程度相當。瀝青心墻或趾板建在強風化中部或弱風化基巖上，由于防滲結構尺寸不同，混凝土面板壩的基礎開挖量相對瀝青心墻壩較大，防滲范圍也較瀝青心墻壩大，瀝青心墻壩優于混凝土面板壩。

2.2.3 樞紐布置

1)瀝青心墻壩由瀝青心墻壩、溢洪道及導流兼沖沙放水隧洞等建筑物組成，樞紐布置為：主河床布置瀝青心墻壩，開敞式側堰溢洪道布置在右岸，導流兼沖沙放水隧洞布置在右岸，河床右岸自左至右依次為導流兼沖沙放水隧洞和溢洪道。

2)混凝土面板壩由混凝土面板壩、溢洪道及導流兼沖沙放水隧洞等建筑物組成，樞紐布置為：主河床布置混凝土面板砂礫石壩，開敞式側堰溢洪道布置在右岸，導流兼沖沙放水隧洞布置在右岸，河床右岸自左至右依次為導流兼沖沙放水隧洞和溢洪道。

3)從樞紐布置比選，兩種壩型的樞紐布置均合理可行，可比性不強。

2.2.4 基礎處理

1)瀝青心墻壩基礎處理方式為：①防滲體基礎處理：河床和古河槽段心墻基座建基于覆蓋層上，基座下部采用混凝土防滲墻防滲，防滲墻厚度為0.6m，底部嵌入基巖0.5m，頂部嵌入心墻基座0.3m，防滲墻最大深度：古河槽段為16m，河床段為21m。其余壩段心墻基座建基與強風化層中部；②壩殼基礎處理：河床部分為清除表面松散層1m。左右岸部分為挖去不穩定體，將表層松散體和崩坡積物全部清除后再向下清基1m；③過渡料基礎處理：同壩殼基礎處理方式；④固結灌漿：固結灌漿范圍為除河床及古河槽以外的心墻基座下部，河床及古河槽部位不進行固結灌漿。在瀝青混凝土心墻底部澆筑厚0.6m、寬2m的混凝土基座，布設2排固結灌漿，排距為1.5m，孔距為3m，孔深為6m；⑤斷層處理：采用回填混凝土、灌漿加密等處理方式。

2)混凝土面板壩基礎處理方式如下：①防滲體基礎處理：趾板、墊層基礎建在覆蓋層上，采用槽孔混凝土防滲墻防滲，防滲墻厚度為0.6m，底部嵌入基巖0.5m，防滲墻最大深度為16m；②壩殼基礎處理：河床部分為清除表面松散層1m。左右岸趾板、墊層基礎置于強風化層下部；③固結灌漿：固結灌漿范圍為兩岸趾板下部，河床部位不進行固結灌漿。布設2排固結灌漿，排距為1.5m，孔距為3m，孔深為6m；④斷層處理：采用開挖回填混凝土、灌漿加密等處理方式。

從基礎處理比選：兩種壩型的基礎處理方式基本相同，瀝青心墻壩處理深度較大但處理范圍較小，混凝土面板壩處理深度較淺但處理范圍較大，利用現有技術均可進行處理，瀝青心墻壩略優于混凝土面板壩。

2.2.5 防滲體的耐久性和可靠性

工程區極端最低氣溫為-30℃°，最大凍土深度為119cm。瀝青心墻壩防滲體防滲性能較好，且具有獨特的裂縫自愈能力。由于防滲體位于壩體內部，受外界影響較小，防滲體的耐久性和可靠性均較好。壩址兩岸邊坡較陡，防滲體在受到重物或不穩定巖體撞擊時，因防滲體位于壩體內部故防滲體可靠性較好，但檢查和維修不便。混凝土面板壩防滲體(混凝土面板)防滲性能較好。位于壩體表面，受等外界影響較大，防滲體容易發生裂縫。防滲體受邊坡較陡的影響較大，因此需要對壩體兩岸邊坡進行認真處理。但混凝土面板壩防滲體位于上游表面，檢查和維修較為方便。從防滲體的耐久性和可靠性比選：兩種壩型的防滲體都具有防滲性能較好且較為可靠的優點，但瀝青心墻壩防滲體受高陡邊坡的影響較小，因此瀝青心墻壩優于混凝土面板壩[5]。

2.2.6 工程施工

瀝青心墻壩防滲體施工工藝較為簡單，瀝青心墻壩體填筑采用與上游圍堰相結合的方式，上游圍堰在導流期承擔導流任務，后期作為壩體的一部分，可節約部分工程投資。防滲體澆筑與壩體填筑同時進行且有一定的高差限制，施工時會發生一定干擾。因熱拌瀝青混合料溫度較高，勞動環境較差。混凝土面板壩的防滲體采用滑模施工，后期需進行養護及保溫，施工工藝較為復雜。混凝土面板壩體填筑采用不能與上游圍堰相結合，上游圍堰在壩體完工后需要拆除，另外右岸邊坡較陡，趾板開挖及施工較為困難。防滲體澆筑與壩體填筑不同時進行，施工干擾小。混凝土澆筑無需高溫作業，勞動環境較好。從工程施工比選：兩種壩型在工程施工上各有優缺點，但均不存在不可克服的技術困難，瀝青心墻壩體與上游圍堰相結合，導流費用較少，瀝青心墻壩優于混凝土面板壩。

2.2.7 工程投資

瀝青混凝土心墻砂礫石壩擋水建筑物直接費為3372.02萬元(含材差)，混凝土面板砂礫石壩擋水建筑物直接費為3561.21萬元(含材差)。從工程投資比選：瀝青混凝土心墻砂礫石壩比混凝土面板砂礫石壩投資節省189.19萬元，瀝青混凝土心墻砂礫石壩優于混凝土面板砂礫石壩。

2.3 壩型對比分析評價

綜上所述，通過瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩壩型比選，對比情況見下表1。

表1 瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩壩型比選匯總表

續表1 瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩壩型比選匯總表

3 結 語

擬建的莫呼查汗水庫工程兩種壩型均不存在嚴重的制約因素，從地形條件、工程地質、樞紐布置、基礎處理、防滲體的耐久性和可靠性、工程施工、工程投資等方面進行綜合比選，瀝青混凝土心墻砂礫石壩優于混凝土面板砂礫石壩，因此推薦壩型為瀝青混凝土心墻砂礫石壩。

[1]張云，侯鍇.鬧德海水庫防洪標準復核評價分析[J].黑龍江水利科技，2009(03)：134-136.

[2]馬傳華.孟家店水庫防洪標準復核分析[J].黑龍江水利科技，2014(10)：12-14.

[3]項瓊.希尼爾水庫大壩結構安全分析[J].水利規劃與設計，2015(08)：68-71.

[4]張艷麗.海龍川水庫溢洪道加固設計與計算分析[J].水利技術監督，2015(01)：49-51.

[5]邢喜梅.卡爾塔水庫大壩抗震安全評價[J].水利技術監督，2014(01)：13-15.

1007-7596(2017)06-0094-04

2017-05-24

宋成剛(1974-)，男，新疆庫爾勒人，工程師，從事水利水電工程工作。

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