某水利樞紐壩址及壩型方案比選

楊 振

(山東淮海水利工程有限公司，濟南，250000)

1 引言

水利樞紐工程具有防洪、發電、蓄水等作用，有利于改善當地生態環境、促進經濟發展、維護社會穩定[1-3]。大壩屬于水利工程最為重要的建筑物，除了施工、設計因素外，壩址也是影響大壩穩定性的另一個重要因素[4，5]。由于水利樞紐工程多建設于山區，屬于地質構造活動較為強烈的區域，因此，合理選取壩址是十分重要的，不但可以節約工程投資，也可以在一定程度上保證工程的安全。本文結合西藏湘河水利樞紐工程，對壩址及壩型方案選取進行分析。

2 工程概況

湘河水利樞紐位于我國西北地區，水庫總庫容1.134×108m3，電站裝機容量40MW，基巖為第三系中粒斑狀黑云二長花崗巖(E2H)，據鉆孔揭露，第四系覆蓋層上部為全新統沖積(Q4al)、崩坡積(Q4dl+col)和少量的洪積(Q4pl)，中下部為更新統沖洪積(Q3al+pl)和冰水沉積層(Q4fgl)、(Q2gl)。

3 壩址及壩型比選

3.1 壩址及廠址比選

3.1.1 壩址比選

根據樞紐布置方案，擬定上、下兩條壩線比較，兩壩線相距約115m。從上、下兩條壩線的基本工程地質條件(如：河谷形態、地層結構與巖體工程特性、水文地質、巖體風化、不良地質現象等)及存在的主要工程地質問題(岸坡穩定、深厚覆蓋層滲漏、滲透穩定、振動液化、不均勻沉降等)對建筑物影響等方面進行比較，見表1。

表1 壩址比選

綜上所述，受兩岸地形地貌，工程地質條件限制，壩線選擇余地不大，擬定的上壩線與下壩線工程地質條件總體差別較小，均具備修建當地材料壩的條件。但從巖體透水性、水工建筑布置后邊坡穩定條件等方面比較，上壩線工程地質條件略優于下壩線，綜合考慮水工建筑物布置對邊坡穩定的影響、處理工程難度、工程投資概算情況等因素，本階段推薦上壩線作為本工程的推薦壩線。

3.1.2 廠址比選

水電站廠址布置有兩種方案，方案一布置于左岸平行河流方向，呈一字型；方案二位于河床，于壩軸線平行。兩者地質都為砂礫卵石層，結構中密為主，分布較均勻，砂礫卵石具有強透水性，存在基坑開挖后滲水及邊坡穩定等問題，工程地質條件較差。

方案一因位于岸邊基巖埋深較淺，考慮基坑排水問題，在廠房左、右側及靠河床側，采用高噴帷幕灌漿防滲，防滲軸線長度247m，最大防滲深度59m，可以實現帷幕封閉，該方案廠房基坑滲水量11206m3/d(467m3/h)。廠房基坑抽排強度按滲水量的1.5倍考慮為701m3/h，揚程16m，設2臺6SA-SB型水泵(22kW)，抽排至圍堰下游，為保證抽排效率，另外備用2臺水泵。

方案二因位于河床，基巖埋深較深，考慮基坑排水問題，在左側在導流泄洪洞海曼底部高程4051m以下采取高噴灌漿防滲，防滲長度191m，深度20m；右側岸坡采取高噴灌漿防滲，防滲長度89m，深度20m；河床部位布設圍堰，圍堰高度3.5m，圍堰長度134.5m，堰體采用復合土工膜防滲，下部采用高噴灌漿防滲，深度20m；圍堰上游布設一截水池，尺寸74m×45m×5m，底部高程4050m，水位高程控制在4052m，方量7500m3；廠房基坑開挖外邊線以外2m設1梯形截水溝，底寬2m，深1m，邊坡1∶2，長度279m。

方案二截水池及廠房基坑日總滲水量35371m3/d(1473m3/h)，其中截水池滲水量20173m3/d(840m3/h)，廠房基坑滲水量15198m3/d(633m3/h)。截水池抽排強度按滲水量的1.5倍考慮為2211m3/h，揚程5m，設2臺6SA-SB型水泵(22kW)，抽排至圍堰下游。廠房基坑抽排強度按滲水量的1.5倍考慮為950m3/h，揚程16m，設2臺6SA-SB型水泵(22kW)，抽排至截水溝，自流至截水池，為保證抽排效率，另外備用2臺水泵

兩種廠址方案都能滿足廠房布置及發電要求，但從基坑排水和施工上，方案一要優于方案二，本階段推薦方案一為選定方案廠址。

3.2 壩型比選

3.2.1 碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩方案

攔河壩為碾壓瀝青心墻砂礫石壩。大壩壩頂高程4104.00m，防浪墻頂高程4105.20m，壩頂寬8.0m，最大壩高51.0m，壩頂長566.80m。壩體上游坡采用三級坡，坡度為1∶2.25～1∶2.5，在高程4092.00m、4080.10m處分別設有2m、10m寬的馬道；壩體下游坡采用三級坡，坡度均為1∶2.25，在高程4089.00m、4074.00m處設有2m寬的馬道。上游壩坡4092.00m上采用漿砌鵝卵石護坡，上游壩坡4092.00m下采用干砌石護坡；下游坡采用框格梁干切鵝卵石護坡，分別護至壩腳。壩頂設“L”型混凝土防浪墻，防浪墻高2.65m，底座與瀝青混凝土心墻相連接。瀝青混凝土心墻中心線位于壩軸線上游1.50m處，心墻頂高程4103.45m。瀝青混凝土心墻采用等厚度設計，厚度0.7m，底部3.5m高的瀝青混凝土心墻截面由0.7m擴大到1.6m。瀝青心墻兩側設3m～4m厚的砂礫石過渡帶，瀝青混凝土心墻與基礎混凝土防滲墻采用混凝土底座連接，另外在砂礫石心墻壩背水面高程4074.00m以下設有50m寬的棄渣蓋重區。

基礎防滲軸線沿瀝青心墻軸線布置，采用混凝土防滲墻的全封閉防滲方案，混凝土防滲墻深入基巖1m，墻下接一排帷幕灌漿，幕底深入5Lu巖體3m。大壩典型剖面見圖1。

圖1 碾壓瀝青心墻砂礫石壩大壩典型剖面

3.2.2 鋼筋混凝土面板砂礫石壩方案

壩頂高程4104.80m，防浪墻頂高程4106.00m，最大壩高51.00m，壩頂全長584.00m，壩頂寬8.0m。壩體上游坡度為1∶1.8(參考新疆吉林臺一級水電站)；壩體下游坡采用三級坡，坡度均為1∶1.7，在高程4089.80m、4074.80m處各設有2m寬的馬道，下游壩面采用干砌石護坡，護坡厚0.40m，護至下游壩腳。干砌石護坡下設0.30m厚碎石墊層。下游高程4094.80m以上設有抗震土工格柵，格柵按0.8m設一層，設在距壩頂10m范圍內，水平方向布置。壩頂設“L”型混凝土防浪墻，防浪墻高3.40m。混凝土面板頂部與防浪墻底座相連，底部與混凝土趾板相接，混凝土面板頂部厚度0.5m，混凝土面板單層雙向配筋，各向配筋率均為0.4%。面板下設4.0m厚墊層和5.0m厚過渡排水層，壩基設6.0m厚水平排水體與面板下5.0m厚過渡排水層相接。另在周邊縫下游設特殊墊層區。壩體采用砂礫石填筑。面板受壓區分縫寬度14.0m，受拉區分縫寬度7.0m。面板周邊縫及面板垂直縫均設二道止水，即底部銅片止水和表面SR-3塑性填料，面板與防浪墻接縫設一道銅片止水，縫面亦采用SR-3塑性填料封堵。右岸與河床中部鋼筋混凝土趾板建在砂礫石基礎上，左岸岸坡趾板建在巖基上。河床部位趾板寬7.0m，厚1.0m，前設連接板，長7m，厚1m，趾板分段長度與面板垂直分縫一致，采用表面雙向配筋，單向配筋率0.4%。另外在面板迎水面高程4075.00m和背水面高程4074.80以下設有各30m寬和50m寬的棄渣蓋重區。

基礎防滲軸線在河床及岸坡部位沿趾板“X”線布置，至左、右壩頭沿壩軸線布置。河漫灘壩基覆蓋層最大厚達135.1m，河床壩基覆蓋層，均采用混凝土防滲墻的全封閉防滲方案。混凝土防滲墻深入基巖1m，防滲墻最深為136.1m；趾板及防滲墻下接一排帷幕灌漿，幕底深入5Lu巖體3m。大壩典型剖面見圖2。

3.2.3 壩型方案比選

根據上述的兩種壩型方案，從地質、工程布置、條件適宜性、施工以及經濟5個方面進行比選。見表2。

圖2 鋼筋混凝土面板砂礫石壩典型剖面

表2 壩型比選

經綜合比較，考慮到工程位于高寒高海拔地區，瀝青心墻壩相對面板壩能較好地適應當地氣候條件，且工程投資少2061萬元，因此，選擇瀝青混凝土心墻壩為選擇壩型。

4 結論

通過現場調查，初步選取兩處壩軸、兩處廠址，從地質、經濟等多方面進行比選，選取上壩線，廠址選擇方案一作為推薦方案，通過對比，瀝青混凝土心墻砂礫石壩更適應西藏地區的條件，且工程投資較低，初步選取瀝青混凝土心墻砂礫石壩作為湘河水利樞紐推薦壩型。