淺析某水庫大壩壩型選擇

戴登奎

【摘要】某水庫大壩選型擬定了三種壩型，分別從地形地質(zhì)條件、樞紐建筑物布置條件、抗震安全性、對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻倪m應(yīng)能力、施工條件及工程投資等方面進(jìn)行比較，選擇了瀝青混凝土心墻砂礫石壩作為推薦壩型。

【關(guān)鍵詞】瀝青混凝土心墻砂礫石壩；混凝土面板砂礫石壩；粘土心墻砂礫石壩

1、工程概況

擬建的某水庫壩址位于四川省內(nèi)，該水庫工程主要由攔河大壩、開敞式溢洪道、輸水洞、導(dǎo)流兼放空洞組成，屬Ⅳ等小（1）型工程。工程建設(shè)任務(wù)是以人畜生活及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)供水、灌溉為主，兼顧防洪。

2、壩體設(shè)計(jì)

2.1壩型擬定

壩軸線位于河流出山口上游，河谷狹窄，呈“V”型，谷底寬一般為65～85m，河床覆蓋層厚度9.3～13m。兩岸壩肩及壩基基巖為砂巖，巖塊致密堅(jiān)硬，兩岸巖體中小斷層發(fā)育稀疏，裂隙較為發(fā)育，規(guī)模一般不大，邊坡整體穩(wěn)定。右岸壩肩2100m高程以上岸坡陡峻，基本無強(qiáng)風(fēng)化，弱風(fēng)化厚度15～20m；強(qiáng)卸荷巖體較少，水平深度2～4m。左岸壩肩基本無強(qiáng)卸荷巖體，弱卸荷水平深度為1～3m。

根據(jù)地勘建議，因壩址區(qū)花崗巖包含蜂窩狀捕擄體，物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，局部存在地質(zhì)缺陷，在該壩址區(qū)不建議修建混凝土重力壩。而距壩軸線上游山前丘陵區(qū)上，有適宜筑壩的砂石料和心墻土料，儲(chǔ)量豐富，場區(qū)平坦寬闊，開采無地下水干擾，運(yùn)輸較為方便。因此，該壩址適宜修建當(dāng)?shù)夭牧蠅危倦A段選擇瀝青混凝土心墻砂礫石壩、混凝土面板砂礫石壩、粘土心墻砂礫石壩進(jìn)行壩型比較。

2.2壩型比選

三種壩型方案中，壩的布置格局完全相同，即輸水洞、導(dǎo)流兼放空洞布置于右岸，溢洪道布置在左岸。工程區(qū)天然建筑材料儲(chǔ)量豐富，開采運(yùn)輸方便，壩址區(qū)地形、地質(zhì)條件相對(duì)較好。工程建設(shè)條件對(duì)三種壩型均無限制因素，但三種壩型各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)從地形地質(zhì)條件、樞紐建筑物布置條件、抗震安全性、對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻倪m應(yīng)能力、施工條件及工程投資等方面進(jìn)行綜合比較。

2.2.1地形地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)測繪，河漫灘表層為砂壤土，含草根，結(jié)構(gòu)疏松，層厚0.2～0.3m，不宜作為壩基礎(chǔ)，需全部清除。河床含漂石砂卵礫石厚度8.0～13.0m，地層連續(xù)、結(jié)構(gòu)單一，無成層的砂層分布，局部夾雞窩狀砂層透鏡體，存在砂土振動(dòng)液化的可能性不大。下伏基巖為凝灰質(zhì)砂巖，表部強(qiáng)風(fēng)化厚度3～5m，弱風(fēng)化厚度10～15m，根據(jù)壓水試驗(yàn)中等～強(qiáng)風(fēng)化層為中等透水層，透水率14.3～48.26Lu，微風(fēng)化～新鮮巖石為弱透水，透水率2.7～6.91Lu，巖體中無規(guī)模較大的控制性軟弱結(jié)構(gòu)面分布，小斷層及長大裂隙發(fā)育稀疏，其余裂隙規(guī)模較小，多短小、閉合，連通性差。含漂石砂卵礫石層承載力較高（0.4～0.45MPa），抗變形能力較強(qiáng)（35～45MPa），透水性強(qiáng)，挖除表部松散層后，下部密實(shí)層可作為土石壩壩基持力層，但存在滲漏和滲透破壞問題。建議挖除河床覆蓋層及巖體表部強(qiáng)風(fēng)化層，將基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體之上，或設(shè)防滲墻，墻體入弱風(fēng)化巖體1.0m為宜。并采取必要的補(bǔ)強(qiáng)加固處理。上述條件對(duì)當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚慕Y(jié)構(gòu)和布置影響程度相當(dāng)。兩岸及河床心墻或趾板均建在強(qiáng)風(fēng)化下限或弱風(fēng)化基巖上，并設(shè)帷幕灌漿防滲。

因而從地質(zhì)條件看，對(duì)三種碾壓土石壩在本工程區(qū)受到的影響和制約不大。

2.2.2樞紐布置比較

三種壩型為同一壩軸線，樞紐建筑物布置格局完全相同，位置、尺寸、規(guī)模完全相同。即左岸布置溢洪道，右岸布置輸水洞、導(dǎo)流兼放空洞。瀝青心墻壩和粘土心墻壩方案上游圍堰可與壩體結(jié)合布置，節(jié)省投資，而混凝土面板壩需要在壩體上游填筑臨時(shí)圍堰。從樞紐布置上來看，各方案基本一致。

2.2.3天然建筑材料

壩址區(qū)有豐富砂礫料，質(zhì)量和儲(chǔ)量滿足壩體填筑料和混凝土骨料的設(shè)計(jì)要求，均有C1砂礫料場提供，平均運(yùn)距6.0km。

從天然建筑材料條件上，三種方案基本相同。

2.2.4抗震安全性

瀝青混凝土是一種粘彈性材料，工程實(shí)踐和試驗(yàn)表明，其抗?jié)B性和抗沖蝕性能遠(yuǎn)高于粘土。瀝青混凝土的變形模量和動(dòng)剪切模量大，抗疲勞性能強(qiáng)，強(qiáng)震不易產(chǎn)生破壞，上下游有過渡料保護(hù)，抗震安全性較好。

混凝土面板壩方案具有良好的抗震安全性能，主堆石體在混凝土防滲面板的保護(hù)下處于干燥狀態(tài)，能抵抗強(qiáng)震而產(chǎn)生小的變形，壩體穩(wěn)定性好。

粘土心墻壩防滲土料采用T1料場土料，粘粒含量平均為11.5%，在反濾保護(hù)下即使出現(xiàn)裂縫也容易自愈。粘土心墻體積較大，具有較強(qiáng)的抗震能力，在高震區(qū)修建的大壩多采用粘土心墻壩壩型，該壩型經(jīng)歷了地震的考驗(yàn)，運(yùn)行良好。

因此，三種壩型均有較好的抗震安全性。

2.2.5設(shè)計(jì)與施工技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)

土力學(xué)理論的發(fā)展，放寬了土石壩對(duì)建筑材料的限制，增大了利用當(dāng)?shù)夭牧现蔚目赡苄裕淮笮屯潦綑C(jī)械的使用，加快了土石壩的施工速度，使得土石壩的造價(jià)降低，在經(jīng)濟(jì)上占了優(yōu)勢，從而使土石壩獲得了蓬勃的發(fā)展，并因此而積累了大量設(shè)計(jì)與施工的經(jīng)驗(yàn)。

因而三種壩型在設(shè)計(jì)與施工的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)方面均不存在制約瓶頸。

2.2.6基礎(chǔ)條件

土石壩壩方案兩岸及河床壩坡的心墻、趾板基礎(chǔ)均置于開挖至強(qiáng)風(fēng)化下部弱風(fēng)化上部，心墻及趾板底部進(jìn)行固結(jié)灌漿，帷幕灌漿深度按q≤5Lu作為控制標(biāo)準(zhǔn)，雙排設(shè)置。

因此，對(duì)于上述三種壩型而言，壩基處理均不存在制約條件。

2.2.7工程施工

對(duì)混凝土面板砂礫石壩、瀝青混凝土心墻砂礫石壩及粘土心墻砂礫石壩三種壩型，從施工道路布置、壩料運(yùn)輸、施工度汛、工程投資等方面進(jìn)行對(duì)比分析，選出施工條件較好的壩型。

（1）施工道路布置

三種壩型的施工交通布置方式基本相同，面板壩方案趾防滲體的施工（包括壩基灌漿）對(duì)施工交通帶來一定的干擾，心墻壩方案的施工過程不會(huì)對(duì)施工交通帶來干擾。

（2）壩料運(yùn)輸條件

壩殼料和土料均位于壩址上游，心墻壩心墻上游壩料需跨越心墻；混凝土面板砂礫石壩，趾板位于壩殼上游，壩料從上游運(yùn)輸，需要跨越趾板，運(yùn)輸環(huán)節(jié)應(yīng)與混凝土澆筑差峰，運(yùn)輸強(qiáng)度及運(yùn)輸量相對(duì)較低。

從壩料運(yùn)輸條件看，混凝土面板砂礫石壩優(yōu)于心墻砂礫石壩方案。

（3）工程投資

瀝青混凝土心墻壩方案直接費(fèi)為3865.08萬元，混凝土面板壩體直接費(fèi)為3817.98萬元，粘土心墻壩直接費(fèi)為3834.77萬元。

3、結(jié)論

綜合以上分析，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較結(jié)果看，瀝青心墻壩投資相對(duì)較高。

相比之下，混凝土面板砂礫石壩投資較低，但對(duì)施工交通帶來一定的干擾；粘土心墻壩雖然投資不高，但粘土料的制備施工質(zhì)量較難控制，且項(xiàng)目區(qū)夏季雨水較多，對(duì)粘土心墻填筑影響較大，且粘土心墻與基礎(chǔ)防滲墻的連接可靠性較差。因此，本階段初擬瀝青心墻壩作為推薦壩型。

參考文獻(xiàn)：

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