麻桿溝水庫Ⅱ庫大壩方案比選及施工設計分析

覃清波

（新疆伊犁州水利電力勘測設計研究院，新疆 伊寧 835000）

1 工程概況

新建麻桿溝水庫Ⅱ庫位于伊犁哈薩克自治州霍城縣境內，為一座灌注式水庫。由果子溝東干渠引水入庫，主要是為下游新開發的2 萬畝飼草料基地提供灌溉，設計提供灌溉水量為699.55 萬m3/a。麻桿溝水庫Ⅱ庫規模為Ⅳ等小（一）型，總庫容583 萬m3，死庫容112 萬m3，興利庫容439 萬m3，調洪庫容32 萬m3。水庫洪水標準按50 年一遇設計，工程區地震基本烈度為Ⅶ度，水工建筑物抗震設防類別為乙類，設防烈度為7 度。

2 壩型比選分析

水庫壩址河谷溝底寬60 cm～80 m，地層主要為第四系覆蓋物，表層為1 m～3 m 粉土層，下部為深厚砂礫卵石層。從地形、地質條件及建筑材料方面考慮，可排除砼壩；工程所需砂礫石需從6 km 外果子溝河灘地采集，成本較高，故排除砂礫石壩。壩址區附近有豐富土料，開采利用成本低，因此擬建壩型有兩個方案：①碾壓均質土壩；②水力沖填壩。

2.1 施工條件及質量控制對比

兩種方案壩型位置相同，施工交通條件一樣。其中水力沖填壩方案所采用的機械設備與勞動力相對較少，但施工用水量大，且易受氣候影響，施工工期較長，工序較多且工藝較復雜。

碾壓均質土壩可通過試驗壩體土料壓實度來控制壩體土層填筑質量；而水力沖填壩則通過嚴格控制土料起始含水率和壩體填筑時間來控制填筑質量，難度較大。從這方面考慮，碾壓均質土壩方案更為有利[1]。

2.2 工程量及投資對比

上述兩方案主要工程量及投資對比見表1。由表1 可知：水力沖填壩相對碾壓均質土壩的總工程量高，但由于壩體及壩肩填筑單價高，因此其總投資反而少437.56 萬元。單從這方面考慮，水力沖填壩更有利。

2.3 建設經驗對比

（1）水力充填壩被廣泛應用于黃土高原地區小型水庫中低壩體項目。伊犁州風積黃土分布廣泛，且在1976 年～1993 年間建成的倒須溝水庫、麻桿溝Ⅰ庫、卡桑布拉克水庫等均采用該方案，運行情況良好，有著一定的工程經驗。

（2）碾壓均質土壩方案在伊犁州也建設了三岔口水庫、涼三宮水庫、大柳樹水庫等小型水庫，主要分布在河道中下游平原地區。壩體料以當地黃土料為主，壩基堅固，筑壩條件相對較好。

綜合分析：從兩個方案適應性、工程難度、質量控制、工期要求、投資成本等方面考慮，本項目最終推薦采用碾壓均質土壩壩型。

表1 各壩型方案主要工程量及投資對比表

3 水庫大壩設計及施工分析

本項目碾壓均質土壩兩側壩肩楔入兩岸坡體內，最大壩高38.5 m，頂寬6.0 m，頂長426 m。設計壩體上游壩坡1∶2.5，下游壩坡1∶2.25。壩基和壩體設計及施工要點分析如下：

3.1 壩基處理分析

（1）基礎清理

本項目采用2.0 m3挖掘機、118 kW 推土機、8 t～15 t 自卸車和人工結合，清除壩肩、壩基表層腐土、雜草、植物根系，平均清除厚度1.0 m，清基方量為6.41 萬m3，清基料運至指定棄料場堆放。

（2）壩基截水槽施工設計

本項目壩基截水槽以導流明渠為界分為左右兩段，在此采取分段施工，先施工左岸一側截水槽，待左側截水槽施工完成后沿左岸坡底一側開挖導流渠，導流后再施工右岸一側壩基截水槽。

截水槽設計挖深12 m（要求挖穿Q4層直至Q2層以下3 m），分二次開挖成型，表層開挖土料沿上游一側堆放，用于基槽填筑；下部開挖砂礫料運至后壩基部位用于填筑壩基。槽底寬6 m，基坑邊坡1∶1.5，清槽后由基槽底部分層填筑黃土層，分層碾壓夯實，壓實度不小于0.97[2]。

（3）壩肩處理

根據設計要求，首先將左右壩肩表層10 m 濕陷性土層清除，可作為壩體填筑土料。開挖過程中要求逐段檢測開挖面以下土質，不得出現一處濕陷性土層。壩肩土方開挖與壩肩上游庫岸消坡同步進行，一次開挖、消坡到位。

3.2 壩體填筑分析

本項目壩體填筑主要包括：均質土料填筑、墊層料填筑、過渡料填筑、堆石料填筑、壩體土方填筑，總填筑量約96.21 萬m3，具體施工方法及要求如下：

（1）墊層料、過渡料填筑

①墊層料設于砼護坡板下部，水平寬度4 m，墊層料要求Dmax≤80 mm。墊層料填筑隨著壩體填筑工程逐步實施，利用2.8 kW 蛙式打夯機分層夯實[3]；

②反濾料層自下而上分層填筑，嚴格控制每一層濾料規格，人工分層鋪填,機械碾壓夯實，嚴禁混料，坡腳處棱體采用人工砌筑，嚴格控制密實度和平整度；

③褥墊式排水體過渡料設于壩體下游，順河道長度80 m，水平寬度106 m，過渡料要求Dmax≤100 mm，設計要求自下而上分5 層鋪設。大面積用13 t～14 t 振動碾分層碾壓，邊角部分用2.8 kW 蛙式打夯機分層夯實[4]。

（2）壩體均質土方填筑

①本項目壩體填土要求含水率為15%～17%，不夠該值的土料要求分層灑水制備。壩體要求分層填筑（碾壓厚度不超0.4 m）；

②碾壓時沿壩軸線方向，相鄰兩端交接帶碾跡應彼此搭接，垂直碾壓方向搭接帶寬度不小于0.5 m，順碾壓方向搭接帶寬度不小于1.5 m；

③填筑施工時，如需短時間停工，其表層灑水濕潤，保持含水率在控制范圍內；如需長時間停工，則鋪設保護層，復工時予以清除[5]。

4 壩體安全穩定性分析

4.1 壩體滲流穩定性分析

本項目壩體滲流計算采用北京理正軟件設計研究院滲流分析軟件5.3 版，選取壩體最大斷面（0+240 斷面）為計算標準，各項參數見表2。

表2 穩定滲流期計算參數

程序計算結果見表3，由表3 可知：兩種工況下豎向排水體上游均質壩土料溢出點比降為0.08，溢出點高程為921.1 m，在有反濾保護情況下，不會發生滲透破壞；下游排水體溢出點比降為0.07，小于砂礫石允許出逸比降，因此壩體不會發生滲透破壞[6]。

表3 穩定滲流期計算結果

4.2 壩體最大沉降穩定性計算

壩體最大沉降量發生在壩軸線，在此以軸線斷面計算結果作為壩體最大的沉降量。本項目采用分層總和法計算，見式（1）[7]，其中沉降量計算結果和填筑土料e-p 壓縮曲線分別見表4 和圖1。經計算：壩體最大沉降量為205 mm，小于壩體預留沉降量225 mm，因此沉降穩定性符合要求。

式中：S 為土層最終沉降量，mm；a 為壓縮系數，取值0.00014；h為分層計算的土層厚度，cm；e 為設計初始孔隙比；p 為分層計算的巖層重力，kPa。

5 結語

大壩是水庫工程的核心組成部分，工程量大，且對施工質量要求高。麻桿溝水庫Ⅱ庫在設計時充分考慮現場施工條件，選擇較為保守的方案，質量容易控制，且有效保證了工期。水庫壩體設計是一項綜合性工作，必須考慮各方面情況，不可盲目追求經濟性和技術性方案，否則日后出現質量問題會造成很大的社會及經濟效益損失。

表4 壩體最終沉降量計算

圖1 麻桿溝水庫Ⅱ庫大壩填筑土料e-p 壓縮曲線圖