陜西省韓城市侯家峪水庫大壩壩型比較與選擇

張 蕊，郭 華

(渭南市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，陜西 渭南 714000)

韓城市侯家峪水庫是一座具有城鎮(zhèn)居民生活供水和農(nóng)業(yè)灌溉功能的Ⅳ等小(1)型水利樞紐工程。水庫距韓城市區(qū)16 km，壩址位于涺水河一級(jí)支流侯家峪胡凹村附近。壩址以上控制流域面積34.6 km2，多年平均徑流量320萬 m3。水庫建成后，興利庫容161.0萬 m3，總庫容317萬 m3；年可供水量130萬 m3，可解決1.5萬人的城鎮(zhèn)居民生活用水及0.7萬畝的灌溉用水。

1 工程地質(zhì)條件

依據(jù)地勘資料，水庫壩址區(qū)域地貌單元屬渭北土石山區(qū)，溝谷發(fā)育，地形破碎，一般切割深度達(dá)100～150 m。壩址區(qū)河谷呈不對(duì)稱的“U”型發(fā)育，兩岸地形及地層不對(duì)稱：左壩肩為基巖斜坡及黃土斜坡，斜坡坡腳24°～34°；右壩肩為二級(jí)階地及黃土梁，相對(duì)平緩，坡腳28°～45°。工程區(qū)屬構(gòu)造穩(wěn)定地區(qū)，適宜興建水利樞紐工程。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2015)標(biāo)準(zhǔn)，地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，相對(duì)應(yīng)的地震烈度為Ⅶ度。

庫盆巖石為下三疊系砂巖、泥巖、頁巖，上部為第四系更新統(tǒng)黃土、黃土狀壤土。砂、泥巖表面強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度2～5 m，下部弱風(fēng)化砂巖巖體級(jí)別為Ⅲ級(jí)，泥巖巖體級(jí)別為Ⅳ級(jí)，河床出露以弱風(fēng)化巖石為主。壤土及黃土均為高壓縮性土，且黃土具有自重濕陷性，弱～微透水性。礫石及礫石土相對(duì)密實(shí)，強(qiáng)透水性。

壩基主要由一、二級(jí)階地及河床三疊系T1砂、泥(頁)巖互層構(gòu)成河谷基底，長100 m。一、二級(jí)階地上部堆積的粉質(zhì)壤土層厚1.50～2.5 m，下部堆積的卵礫石層厚分別為1.40～1.60 m，滲透系數(shù)K20=1.24×10-2cm/s，屬強(qiáng)透水性。壩基巖體上部強(qiáng)風(fēng)化帶垂直厚度0.5～6.9 m；強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體透水率q=3.29～7.71 Lu，屬弱透水性，厚度15～20 m；下部巖體透水率q<5 Lu，可視為相對(duì)隔水層。

左壩肩為坡積斜坡，坡積碎石土厚1.1～7.3 m，其下為泥巖、砂巖，強(qiáng)風(fēng)化帶垂直厚度2.74～13.6 m，強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體透水率q=1.25～37.49 Lu，屬弱～中等透水性，厚度14.8～28.0 m。下部巖體透水率q<5 Lu，可視為相對(duì)隔水層。

右壩肩為黃土斜坡，地層巖性主要由黃土、古土壤及洪積壤土組成，堆積層厚度9～30 m，斜坡10°～50°，邊坡穩(wěn)定。下部洪積堆積的壤土層在右壩肩最大厚度為22.5 m，壓縮系數(shù)a1-2=0.32 MPa-1，屬中等壓縮性，濕陷系數(shù)小于0.015，不具濕陷性，干密度ρd=1.62 g/cm3。下部為三疊系T2砂巖，強(qiáng)風(fēng)化帶垂直厚度2～10 m，強(qiáng)弱風(fēng)化帶厚9～20 m，透水率q>5 Lu。

2 大壩壩型方案

2.1 均質(zhì)土壩方案

筑壩土料可采用壩址左岸上游600 m處的1#土料場(chǎng)和壩址下游400 m處的2#土料場(chǎng)，土料的物理力學(xué)指標(biāo)除天然含水率略低于最優(yōu)含水率，其余指標(biāo)均符合《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》(SL251-2015)對(duì)均質(zhì)土壩土料質(zhì)量的技術(shù)要求。儲(chǔ)量可以滿足設(shè)計(jì)要求，便于機(jī)械化施工。兩處土料場(chǎng)沿左岸施工道路均可直達(dá)壩址交通條件便利。

結(jié)合放水、泄洪等主要建筑物設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮施工等因素計(jì)算該方案總體填筑土方110萬 m3，樞紐工程永久占地276.7畝，臨時(shí)占地385.7畝。

2.2 砼重力壩方案

工程區(qū)內(nèi)基巖為砂巖、泥巖互層，壩基巖體強(qiáng)風(fēng)化帶垂直厚度1～15 m，弱風(fēng)化基巖垂直厚度在14.0～46.0 m，巖石飽和抗壓強(qiáng)度R6=46.6～172.0 MPa，建議承載力特征值fak=550 KPa，左岸壩基上部黃土承載力特征值fak=150 KPa，經(jīng)基礎(chǔ)處理后可作為建基面，基本具備建砼重力壩的基礎(chǔ)條件。

工程區(qū)內(nèi)砂巖夾泥巖，層狀分布，其中泥巖易風(fēng)化破碎、失水干裂、遇水崩解，強(qiáng)度低，石料開采條件差，分揀難度大，不具備大量開采條件，石料需外運(yùn)。本次選擇并推薦砼骨料為韓城市以東的象山人工碎石料場(chǎng)的砂礫料，料場(chǎng)距離工程區(qū)20 km，巖性為三疊系青灰色厚層長石砂巖。該石料場(chǎng)弱風(fēng)化砂砂礫料質(zhì)量滿足要求。

通過不同堰寬和壩高的方案比較，并結(jié)合主河床寬度確定泄流槽寬度，選用壩頂高程563.10 m、溢流段堰寬21 m的砼重力壩方案進(jìn)行工程布置。

壩體采用C20砼澆筑，外包C30砼，壩上游面設(shè)C30·W8·F150鋼筋混凝土防滲面層，頂厚1.0 m，底厚2.0 m。溢流壩段的堰面為C30·W8·F150鋼筋混凝土面層，厚度0.5 m。

灌漿和排水廊道采用城門洞型斷面，寬2.0 m，高3.0 m，最低高程為515 m，在517 m高程設(shè)檢查廊道，廊道斷面亦采用城門洞型斷面，寬2.0 m，高3.0 m。

壩基采用單排帷幕灌漿。帷幕灌漿深度以q<5 Lu控制，帷幕灌漿深度15～42 m；灌漿孔距2 m，孔徑φ60 mm，共布設(shè)225孔；灌漿漿液的材料選用水泥漿。帷幕灌漿總進(jìn)尺4 246 m。

壩體右壩肩為黃土地層，地基承載力不足，采用現(xiàn)澆C25砼灌注樁進(jìn)行地基加固，樁徑60 cm，樁距1.5 m，梅花形布置，樁總長度8 694 m。

樞紐工程總體石方13萬 m3，砼30萬 m3，壩體占地217畝。

2.3 大壩壩型比選

2.3.1 建壩條件及筑壩材料

壩址處地質(zhì)、地形條件均滿足均質(zhì)土壩、砼重力壩的建壩條件。均質(zhì)土壩筑壩土料運(yùn)距短，交通條件好，指標(biāo)符合設(shè)計(jì)質(zhì)量要求，但含水量偏低，需進(jìn)行人工配水。區(qū)內(nèi)巖石為砂巖夾泥巖，強(qiáng)度低，不具備建砼重力壩的材料條件，滿足質(zhì)量要求的外運(yùn)砼骨料運(yùn)距遠(yuǎn)。

2.3.2 壩體工程量及施工條件

均質(zhì)土壩方案土方量較大，但土料場(chǎng)緊鄰大壩兩岸，運(yùn)輸距離短。壩體填筑材料單一，易于機(jī)械化施工，工期時(shí)間短，質(zhì)量易于控制。施工導(dǎo)流需考慮壩體度汛方案，導(dǎo)流費(fèi)用高。

砼重力壩可在汛期直接溢流，導(dǎo)流方便且導(dǎo)流費(fèi)用低。主體筑壩材料量小，但筑壩材料需要外購，運(yùn)距較遠(yuǎn)。施工中砼澆筑時(shí)需控制溫度應(yīng)力，技術(shù)要求高。

2.3.3 工程投資

經(jīng)投資估算，砼重力壩方案總投資為1.85億元，均質(zhì)土壩方案總投資為1.21億元，兩者相差0.64億元，均質(zhì)土壩的工程投資較省。

推薦壩型方案

從上述比較可以看出，均質(zhì)土壩施工簡便，質(zhì)量容易控制，工期短，投資省，是該區(qū)比較適合的壩型方案，因此，推薦采用均質(zhì)土壩方案。兩壩型方案比較見表1。

表1 兩壩型方案比較

3 結(jié)語

大壩壩型選擇是水庫樞紐工程設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，本文通過對(duì)侯家峪水庫大壩壩型選擇，并分別從建壩條件及筑壩材料、壩體工程量及施工條件、工程投資等方面分析比較，推薦采用均質(zhì)土壩為適宜壩型。