新疆白楊河水庫壩型比選分析

賀佩君

（新疆塔城地區白楊河引水工程建設管理局,新疆 塔城 834700）

1 工程概況

白楊河水庫總庫容為4463×104m3,根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000）[1]，該水庫屬中型工程，工程等別為Ⅲ等,永久性主要建筑物級別為3級，永久性次要建筑物級別為4級，臨時性水工建筑物級別為5級。水庫工程設計洪水標準重現期為50年，洪峰流量290 m3/s，校核洪水標準重現期1000年，洪峰流量531 m3/s。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306-2001）[2]及新疆斷層地震工程安全研究院編制的《塔城地區白楊河引水工程場地地震安全性評價報告》，工程區地震動峰值加速度為0.052 g，地震動反應普特征周期為0.35 s,相應于地震基本烈度為Ⅵ度。

2 壩型比選

本次壩型比較根據地形地質條件、樞紐布置、施工條件擬定混凝土面板砂礫石壩和碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩兩種壩型進行比較，以選擇較優壩型。

兩種壩型其它建筑物型式基本相同，均由輸水隧洞、溢洪洞和導流沖沙隧洞組成，因此引、泄水建筑物不參與壩型比選，主要對大壩及施工導流方案進行比較。

2.1 砼面板砂礫石壩

大壩壩型為砼面板砂礫石壩，正常蓄水位955.14 m，設計洪水位956.12 m，校核洪水位956.55 m，壩頂寬8 m，長310 m，壩頂鋪設步行磚路面，路面自上游向下游傾斜，坡度為2%。防浪墻頂高程959.88 m，壩頂高程958.68 m，最大壩高66.47 m。大壩上游采用C30F300W8不等厚砼面板，大壩高程在905 m以上時面板厚度為40 cm，高程在905 m以下時面板厚度為45 cm，上游壩坡為1∶1.5，下游壩坡為1∶1.45；下游壩坡護坡采用邊長20 cm、厚6 cm的預制砼六棱塊。為便于安放檢測設施，在下游壩坡上設置兩級馬道，馬道寬2 m，高程分別為912 m、935 m。壩頂上游側設防浪墻，墻高3.2 m，厚0.3 m，采用砼現澆，壩頂下游側設路沿石，橫斷面尺寸為0.5 m×0.2 m，路沿石高出壩頂0.2 m，材料為C25砼，在路沿石上設1 m高的防護欄桿。

砼面板砂礫石壩方案施工導流圍堰與壩體分離，在大壩壩腳上游85m處修建導流圍堰，導流圍堰壩型為砂礫石壩，防滲采用往復式高壓噴射灌漿防滲墻和土工膜相結合型式防滲。堰頂寬6 m，長255 m，上游壩坡為1∶2.0，下游壩坡為1∶1.85。

根據《砼面板堆石壩設計規范》（SL 228-98）[3]的要求，壩體填筑從大的方面可分九個區：混凝土面板、上游鋪蓋區、蓋重區、墊層區、過渡區、砂礫石區、排水區、下游護坡和濾水壩趾區。

2.2 瀝青砼心墻砂礫石壩

瀝青砼心墻壩軸線與砼面板砂礫石壩軸線相同，其洪水標準、樞紐布置、引、泄水建筑物及發電廠房等均同砼面板砂礫石壩，但上游圍堰與壩體結合。大壩正常蓄水位955.14 m，設計洪水位956.12 m，校核洪水位956.55 m，大壩全長300 m，壩頂高程958.09 m，防浪墻頂高程959.29 m，壩頂寬8m，最大壩高63.20 m。壩頂上游側設置L形C25鋼筋砼防浪墻，防浪墻頂高程959.29 m，墻高3.0 m，墻頂高出壩頂1.2 m，厚0.3 m，瀝青砼心墻墻頂與防浪墻底緊密結合。壩頂鋪設步行磚路面，壩頂下游側設C25預制砼路沿石，路沿石尺寸為0.5 m×0.2 m,路沿石高出壩頂0.2 m，在路沿石上設1 m高的防護欄桿。大壩上游壩坡1∶2.0，上游圍堰與壩體結合，圍堰頂高程922.9 4 m，圍堰頂寬8m，圍堰上游壩坡1∶2.0，下壩坡為1∶2.0；大壩下游壩坡1∶2.2，并在下游坡927.60 m設3 m寬的馬道。上游護坡為C25 現澆砼護坡板，板厚0.2 m；下游壩坡采用預制六棱塊護坡，六棱塊厚0.06 m，邊長0.2 m。

壩殼料采用砂礫料填筑，壩體填筑分為瀝青混凝土心墻區（防滲體）、過渡料、砂礫料區。

以上分別對兩種壩型的設計情況進行了闡述，現從兩種壩型的地形地質條件、樞紐布置、施工條件、壩體適應變形能力及投資等方面進行比較，見表1。

壩型項目方案砼面板砂礫石壩 瀝青砼心墻砂礫石壩地形地質條件河谷呈“V”型，河谷寬200 m～500 m，河床段覆蓋層最大厚度約為3.3 m～6.8 m。下伏基巖為含輝石英安巖，主河床段基巖強風化帶厚度0～2.9m，左岸強風化帶厚4.7 m左右，右岸強風化帶厚2.9 m～6.4 m.壩址區主壩材料儲量豐富，質量滿足要求。地形地質條件均能滿足瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩建壩條件。樞紐布置型式大壩防滲施工條件及工期對當地氣候適應能力右岸布置導流沖砂洞、左岸布置溢洪洞；輸水隧洞、發電系統和地面廠房，圍堰與大壩分離，樞紐布置簡單可行。對于河床覆蓋層清基0.5 m，趾板建在強風化層底線（基巖面以下2 m），以趾板作為灌漿的蓋重進行固結灌漿和帷幕灌漿,最大固結灌漿深度為5 m，帷幕灌漿深度為11.52 m～36.91 m。帷幕灌漿總進尺7556.04 m，造孔深度為7783.40 m。施工場地較為開闊，交通條件較為便利，壩體填筑施工較為簡單，壩體施工進度和質量相對較好控制，施工技術相對成熟，工期2 年。面板防滲體較薄，而且位于壩體表面，惡劣的氣候對面板混凝土和止水系統的防凍設計提出了更高的要求，但其出現問題容易修復。建筑物布置與混凝土面板砂礫石壩方案布置相同，但上游圍堰布置與大壩結合。對于河床覆蓋層清基0.5 m，心墻底與混凝土基座相連，基座置于強風化層底線（基巖面以下3 m～5 m），以基座作為灌漿的蓋重，進行固結灌漿和帷幕灌漿,最大固結灌漿深度為5m, 帷幕灌漿深度為8.81 m～21.83 m。帷幕灌漿總進尺4173.53 m，造孔深度為4807.31 m。壩殼與心墻基本同步上升，相互之間在施工中存在交叉作業，相互干擾較大。此壩型需增設一套瀝青混凝土骨料的破碎系統及拌合系統，工期2 年。心墻位于壩體內部，受氣溫影響較小，但其防滲體出現問題不容易維修。適應變形能力 壩體不均勻沉降可能影響周邊縫和板間縫的止水效果。面板的防裂問題要引起足夠的重視[4-5]。瀝青混凝土抗剪強度高，抗疲勞損傷的能力強，具有較好的塑性和柔性，適應變形能力強[6]。主要工程量大壩清基：21062.1 m3基巖開挖：30704 m3大壩砂礫石填筑：123.45×104m3混凝土護坡：5284.42 m3混凝土基座：2933.73 m3鋼筋混凝土防浪墻：621 m3瀝青混凝土心墻：8491.25 m3鋼筋：48.81 t固結灌漿：2150.35 m；帷幕灌漿：4173.53 m投資 大壩：6024.45萬元，圍堰：1190.03萬元，合計7214.48萬元大壩清基：107126 m3基巖開挖：38780.7 m3大壩砂礫石填筑：85.08×104m3鋼筋混凝土面板：9583.97 m3鋼筋混凝土趾板：1330.55 m3鋼筋混凝土防浪墻：833.90 m3鋼筋：751.84 t固結灌漿：3062.5 m；帷幕灌漿：7556.04 m 7488.62萬元（圍堰為壩體一部分）

2.3 比選分析

綜合以上論證，對兩種壩型綜合比較的結論如下：

（1）地形地質方面，壩址地形地質條件均能滿足兩種壩型建壩要求和樞紐布置的要求。

（2）樞紐布置方面，兩壩型樞紐布置基本一致，在主河床布置攔河壩，在右岸布置導流兼泄洪沖沙洞，在左岸布置溢洪洞、輸水發電系統和地面式廠房。

（3）施工條件方面，兩種壩型在施工上均不存在制約條件，但瀝青心墻壩壩殼與心墻基本同步上升，相互之間在施工中存在交叉作業，瀝青混凝土施工缺陷不容易檢查和處理。

（4）壩體變形方面，由于兩岸岸坡坡度較陡，主河床壩段的壩體不均勻沉降可能會影響面板壩的周邊縫和板間縫的止水效果。瀝青混凝土抗剪強度高，抗疲勞損傷的能力強，具有較好的塑性和柔性，適應變形能力強。

（5）工程總投資砼面板砂礫石壩方案為7214.48 萬元，瀝青砼心墻砂礫石壩方案為7488.62 萬元，瀝青砼心墻砂礫石壩方案比砼面板砂礫石壩方案多274.14 萬元。砼面板壩防滲主體是上游面板，材料為常規的鋼筋及砼，價格相對穩定，瀝青砼心墻壩防滲主體是瀝青砼心墻，由于瀝青近幾年來市場價格波動大，有不可預見的投資增加風險，對工程投資影響較大。

（6）白楊河水庫主要功能是為和豐工業園區、魯能電廠提供工業用水，供水量大，保證率高，受水區依賴性強，若水庫防滲體出現問題，對工業園區、魯能電廠影響較大。由于面板壩防滲體在表面，檢修非常方便，即使出現問題也可迅速在短時間內進行維修處理，可在日常運行期間經常檢查以防患于未然。瀝青心墻壩防滲體在中間，若防滲體發生滲漏等重大問題，處理非常困難，對瀝青心墻的處理需要時間長，影響水庫的供水保證率。

3 結論

通過從地形地質條件、樞紐布置型式、大壩防滲、施工條件及工期、對當地氣候適應能力、適應變形能力、主要工程量、工程投資等方面進行對比分析，面板砂礫石壩具有施工工藝簡單、工程量少、投資少、運行管理方便、防滲體易于維護等優勢，因此白楊河水庫選擇砼面板砂礫石壩作為建設壩型。