檀山溝水庫建筑物選型探討

王 煒

（太原市水利技術推廣服務站，山西 太原030002）

1 工程概況

檀山溝水庫位于山西省陽泉市盂縣梁家寨鄉檀山溝村，地處縣城北部的滹沱河畔，東靠河北平山，北連忻州、五臺，西至下社鄉，東南毗上社鎮距縣城72 km。水庫所在流域面積64.35 km2，多年平均年徑流量398.30 萬m3，壩址處平均年徑流量（50%）286.70 萬m3，壩址處年徑流量（75%）154.60 萬m3。24 h 設計洪水洪量（P=3.33%）473.20 萬m3，24 h 校核洪水流量（P=0.33%）1102.8 萬m3。水庫校核洪水位1299.2 m，設計洪水位1297.4 m，正常蓄水位1295.7 m，死水位1292.32 m，正常蓄水位時水庫面積17.89 km2，回水長度0.74 km，總庫容（校核洪水位以下庫容）189.5 萬m3，興利庫容（正常蓄水位至死水位）52.15 萬m3，死庫容（死水位以下）65.00 萬m3，校核洪水位時最大泄量（P=0.33%）613 m3/s，設計洪水位時最大泄量（P=3.33%）323 m3/s。檀山溝水庫設計灌溉面積0.16 萬畝。檀山溝水庫壩址所處地理位置見圖1。

圖1 檀山溝水庫壩址地理位置示意圖

2 水庫樞紐建筑物選型

據工程地質勘察，壩址區附近無土料場及天然砼骨料場，天然筑壩材料主要包括初步確定距壩址區約1 km 處的采石場，為爆破石料。下壩址區覆蓋層有第四系上更新統坡洪層（Q3dpl），巖性為含碎、塊石淺黃色低液限粉土，厚0～5 m，全新統洪沖積，巖性為卵石混合土、級配不良礫，厚0～2 m。據鉆孔揭露及地表勘察，壩址區基巖為中生界龍華河群榆林坪組巖層，巖性以變質二長花崗巖為主，夾有少量黑云角閃斜長片麻巖。

2.1 水庫樞紐建筑物方案

按照工程場區地形地貌條件及天然建筑材料分布情況，本次設計選擇瀝青砼心墻堆石壩、砼面板堆石壩、混凝土重力壩進行方案比選。

2.1.1 方案一：瀝青砼心墻堆石壩

（1）樞紐布置

下壩址瀝青砼心墻砂礫石壩方案樞紐由左岸泄洪洞、瀝青砼心墻砂礫石壩及右岸導流兼泄洪洞等建筑物組成。根據壩址地形地質條件，壩軸線垂直于河道布置。溢洪道布置在左岸山體中，導流兼泄洪洞布置右岸山體。

（2）擋水建筑物

攔河大壩為瀝青砼心墻堆石壩，設計壩頂高程475.85 m，最大壩高41.35 m，壩頂長118.8 m，寬6.0 m。上游壩坡坡比1∶2.25，下游壩坡坡比1∶2.0。上游壩坡為砼板互坡，板厚20 cm，下游壩坡采用干砌石石護坡。

防滲體為瀝青砼心墻，墻體軸線偏向上游，距壩軸線2.2 m，心墻頂高程473.05 m，心墻建基面高程434.5 m，最大高度38.55 m。按照《土石壩瀝青砼面板和心墻設計規范》（SL 501-2010）規定，“瀝青砼心墻的最大厚度為壩高的1/70～1/110，心墻頂部最小厚度不宜小于0.4 m”[1]，在距心墻底部建基面2.0 m 處開始設2 級階梯狀放大基礎，每級高1.0 m，兩側寬度各擴大0.3 m與0.4 m，至建基面心墻最大底寬為1.8 m。心墻上下游均設置過濾層，上、下游過渡層的水平寬度均為2.0 m，過渡層緊貼心墻兩側。該工程堆石料透水性能較好，故該壩殼中不設排水體。

（3）壩基及兩岸壩坡基礎處理

壩基基巖為變質二長花崗巖及少量黑云角閃斜長片麻巖，中厚～厚層狀結構，結構面陡直，不發育～較發育，走向與壩軸近于垂直，巖體堅硬，巖層傾角5°～8°，較為平緩，且傾向上游，由于河流下游無臨空面存在，巖層不存在向下游滑移的自由空間，總體分析壩基的穩定性較好，本次設計僅對覆蓋層進行挖除。

2.1.2 方案二：砼面板堆石壩

（1）樞紐布置

下壩址瀝青砼心墻砂礫石壩方案樞紐由左岸泄洪洞、瀝青砼心墻砂礫石壩及右岸導流兼泄洪洞等建筑物組成。根據壩址地形地質條件，壩軸線垂直于河道布置。溢洪道布置在左岸山體中，導流兼泄洪洞布置右岸山體。

（2）攔河大壩

壩型為砼面板堆石壩。壩頂高程475.30 m，防浪墻頂高程476.50 m。最大壩高40.5 m，壩頂長114.6 m，壩頂寬6.0 m，上游壩坡1∶1.4，下游壩坡1∶1.4。壩面采用砼面板防滲，面板厚度0.3 m。根據壩體變形及施工條件，采用整體式鋼筋混凝土面板，面板垂直縫間距8.0 m，面板內設置單層雙向鋼筋，配筋率按截面面積的0.3%控制[2]，不設橫縫，板間縫與周邊縫均設兩道止水，頂止水與底止水。周邊縫采用紫銅片、瀝青杉木板及SR-3 防滲填料等材料進行防滲處理，板間縫采用PVR 墊片、瀝青杉木板及SR-3 防滲填料等材料進行防滲處理。河床段趾板坐落在巖石層上，兩岸采用貼坡趾板，基礎座落在基巖上。河床段混凝土趾板寬度4.0 m，厚0.45 m，兩岸岸坡段趾板寬4.0 m，厚0.45 m。面板和趾板砼標號C25F250W8，下游壩坡采用干砌石護坡。

2.1.3 方案三：混凝土重力壩

（1）樞紐布置

壩軸線和砼面板壩、心墻壩的軸線選用同一條壩軸線，樞紐由自密實砼堆石重力壩、導流兼泄洪洞、溢洪道等建筑物組成。兩岸及壩基基巖為變質二長花崗巖及少量黑云角閃斜長片麻巖，不發育～較發育，巖體堅硬。壩體為剛性體，沉降量較小，泄水建筑物均布置在壩體內，導流兼泄洪洞位于壩體中部，采用部分壩段壩頂溢流形式作為溢洪道。

（2）壩體結構設計

壩頂高程為475.99 m，最大壩高47.99 m，壩頂長度126.5 m。壩頂寬6.0 m，壩頂設2%坡傾向下游。上游壩面上部采用鉛直面，死水位以下坡度1∶0.15，下游壩坡1∶0.85。在壩體底部，沿壩軸線方向布設縱向廊道，兼顧灌漿、排水。檢查的作用，廊道采用城門洞型，尺寸2.5 m×3.5 m。同時沿壩軸線法線方向布置橫向排水廊道，與縱向廊道連通，廊道也采用城門洞型，尺寸1.5 m×2.2 m。

表1 壩型方案工程特性及主要工程量

在壩體上游防滲層下游面側設置豎向排水管，間距3 m，管徑20 cm，壩頂設置排水與壩內豎向排水管相接，壩體設置橫縫，橫縫間距30 m，橫縫設兩道止水，其間設一道瀝青井，止水采用銅片，第一道止水至上游壩面的橫縫內貼瀝青油氈，第二道止水下游設排水孔。

2.2 工程特性及主要工程量

檀山溝水庫瀝青砼心墻堆石壩、砼面板砂礫石壩、砼重力壩三種壩型工程特性及主要工程量情況見表1。

3 推薦壩址壩型方案比選

三種壩型除了工程特性及主要工程量不同外，本階段還對瀝青砼心墻堆石壩、砼面板砂礫石壩、砼重力壩三種壩型從壩體設計、壩基防滲、施工經驗、工程量及工程安全性、投資、抗震性能等方面進行了同等深度的比較論證[3]，深入地研究和比較各方案的特點，見表2。

表2 壩址壩型方案比選

通過以上分析，對三種壩型從地形地質條件、樞紐布置方案、天然建材分布特點、抗震性能、施工條件及施工周期、對環境的影響、工程投資等多方面進行比較，面板堆石壩相對優勢較強。因此，本次設計推薦采用砼面板堆石壩。

4 結論

綜上所述，檀山溝水庫樞紐建筑物壩型的選型在綜合考慮工程特性、主要工程量、壩體設計、壩基防滲、施工經驗及工程安全性、投資、抗震性能等方面后，選擇砼面板堆石壩，由于河床覆蓋層達0～16 m 深，而本工程河床面以上壩高約20 m 左右，覆蓋層厚度與河床面以上壩高比值達到0.8∶1，為降低基礎開挖和壩體回填的工程量，可將面板壩殼基礎坐落在河床砂礫卵石層上，采用防滲墻形式對壩基覆蓋層進行處理，可極大的降低工程投資。此外，為了保證壩型設計運行達到預期效果，還必須注重施工條件、施工工藝、建筑材料的選取等方面。