南安山水庫擋水建筑物的壩型比選

張壽紅，李 星

（銅仁市水利電力勘測設計院有限公司，貴州銅仁 554300）

1 工程概況

擬建南安山水庫位于石阡縣五德鎮團結村所在地，地理位置為東經108°37′42″，北緯27°25′30″。水庫位于石阡河水系一級支流爛溝河上，交通較為方便。南安山水庫工程是以灌溉、集鎮供水為主，兼有周邊農村人畜飲水等功能的水利工程；水庫大壩樞紐工程由混凝土面板堆石壩、左岸溢洪道、左岸取水兼放空建筑物等組成；水庫正常水位846.0m，校核洪水位848.45m，總庫容182萬m3，灌溉面積9070畝，工程等別為Ⅳ等，工程規模屬小（一）型。

2 水庫區地質條件

南安山水庫正常高蓄水位846m，水庫四周高山環繞，分水嶺雄厚。庫區左岸最高高程1022.5m（尖山），右岸最高高程為1129m（滾牛水），河床最低高程778m（下游爛溝村），庫盆最大相對高差170～300m。為碎屑巖地區遭受風化、剝蝕形成的中低山峽谷地貌。南安山水庫庫區位于爛溝河上游河段團結村，該段河流蜿蜒曲折、流向多變，為較典型的山區河谷。河流方向總體由南東流向北西，庫區內各支溝密布，其中右岸較大一條支溝為巖底下支流，爛溝河中另二支溝在平面上呈“Y”型分布；右岸支溝相對較小。庫區河谷深切，河床高程820～840m，河床寬窄差異變化大，長年水面河床寬3～6m，兩岸高出河床1～2m臺地上分布大量糧田，糧田臺地區寬10～40m，兩岸分水嶺地形高程左岸990～1103.2m，右岸990～1108.5m。庫區為碎屑巖分布，河床多寬谷緩坡，河谷最寬達35m，岸坡坡度35°～65°，多呈“U”或“倒梯形”型谷，該水庫地形封閉條件較好，無低矮埡口分布，兩岸山體雄厚，分水嶺厚度達0.6～1.2km。河床岸邊凸岸為河流堆積岸，多有沖洪積堆積河漫灘；凹岸為河流沖刷岸，少有沖積堆積物，階地發育不明顯，岸坡植被較好。

3 壩址工程地質條件

3.1 壩址的選擇

與當地的壩址對比選擇結果進行結合分析時，發現爛田至茶園河段以及毛寨坡至爛溝坡河段等，基本上都存在非常嚴重的不良地質問題。并不適合建壩，甘家壩至巖底下段庫壩區主要是以泥質灰巖夾頁巖為主，根據實際勘測結果可以看出，其自身的巖溶發育相對比較弱，成庫條件比較良好，比較適合建壩。與目前勘察設計結果進行結合分析，建壩河段在整個勘察中，與現有的各種不同類型地質條件進行對比分析，與壩址技術以及經濟指標等進行結合分析，最終確定甘家壩至巖底下段河段是比較適合建壩的場所。

3.2 壩址工程地質條件

壩址是處于五德河一級支流爛溝河的上方，與河流的實際情況進行結合分析時，發現河流呈現蜿蜒曲折的狀態，河流的總體走向是NW，河床的整個高程在經過準確測量之后確定其為815～822m。該河段的總共流長是550m，河床比降12%。除此之外，河面的寬度控制在3.5～106m的范圍內，兩岸最高高程可以達到1126m，相互之間的相對高差是130m。經過一系列的勘測和分析，發現階地的整個狀態并不屬于發育狀態，正常的高蓄水位如果達到846m時，河谷的寬度可以達到1.5m。左岸在地形的平頂上會呈現出工字形的狀態，河床的整個高層可以達到819m，基巖會逐漸出露。河床以上一直到825m的高程地形的整個坡度在經過計算之后確定為5°～15°，為了能夠從根本上實現對地形的緩坡處理，覆蓋層的整個厚度控制在1～3m。基巖呈現零星出露的狀態，825m以上的高層一直到875m，地形坡度通常會控制在45°～60°。這種形式下的地形坡度，通常都是相對比較險峻的地形。壩軸線下游坡面是一臺階式土臺，其自身的分布高程在經過統計測量之后確定為818～830m。壩軸線的上游100m左右位置處，主要是從五德至巖底下通村路到河床為止，跨人行橋一直到右岸沿底下村寨。整個公路呈S形的狀態，繞過左岸之后直接上坡，一直能夠達到五德至芩鞏縣道。壩軸線的下游河段呈現出彎曲狀態，整個地形具有一定的復雜性，如圖1、表1所示。

圖1 左、右岸巖性分層統計

表1 現場巖性分層統計

在針對整個地層巖性進行分析時，發現其主要分為人工堆積坡積堆積、沖擊堆積等不同類型。首先人工堆積直接分布在上河床以上的左岸坡，主要是指左岸坡公路在建設時開發出來的一系列碎石堆積。其自身的整個厚度可以達到0.5～3m，分布高程可以控制在840～900m的范圍內，屬于零星分布的狀態。而右岸坡的人工堆積土以及日常生活中的棄渣，基本上都是直接分布在巖底下村寨的附近位置處。其次，在坡積堆積方面，左岸坡820～835m高程位置處，自身的寬緩臺地以及對應的左岸坡寬太低，基本上都是分布在第4系坡積黏土加少量碎石當中，與勘測結果進行結合分析，左岸的厚度控制在0.5～2.0m范圍內，而右岸的厚度則控制在1～4m范圍內。沖擊堆積主要是指第4系沖積物分布在河床以及兩岸的坡腳位置處，通常情況下都是直接由砂卵礫石等相互組合而成。粒徑一般通常情況下會控制在5～30cm的范圍之內，而厚度則可以達到0～2m。奧陶系下統湄潭組第三段的壩址路基巖通常情況下是以灰色或者深灰色的薄層泥質灰巖等為主，根據薄片鑒定報告結果可以得出，頁巖主要是以黑色頁巖為主。其自身主要是由泥質相互組合而成，在整個全巖當中的占比可以達到60%～70%，而粉砂質頁巖主要是由泥質和石英石相互組合而成。構成巖石時，應在全巖當中的占比可以達到40%～50%，而泥質的占比可以達到30%～40%。含粉砂質頁巖主要是由泥質組合而成，在整個全巖當中的占比可以達到80%～92%，粉砂質英石在其中的占比可以達到5%～10%。

通過現場分層統計表可知，壩區薄層泥質灰巖、頁巖互層，其中頁巖占41.5%，泥灰巖占58.5%。

3.3 壩型比選

與目前的壩址區地形地質條件等相關因素進行結合分析時，發現泥質灰巖以及頁巖巖石飽和抗壓強度分別是65MPa、29MPa。根據現場巖性的分層統計結果可以看出，頁巖在其中的占比可以達到41.52%，泥灰巖在其中的占比可以達到58.5%。巖石的整個強度存在非常明顯的差異性，在實踐中，主要是利用混凝土面板堆石以及重力壩進行對比分析。

與兩種壩型方案進行對比分析之后，發現兩者之間存在一定的差異性，各自具有非常明顯的優勢特點，要與實際情況進行結合，這樣才能夠充分發揮各自的特點。壩址區巖性是以薄層泥質類巖、頁巖為主，呈現互層狀態，巖石自身的強度具有非常明顯的差異性。面板對石壩的壩體面積相對比較大，其自身的基底應力相對比較小，對于地基要求并不是很高。在某種程度上會允許一定變形情況的發生，重力壩自身存在淺層以及深層抗滑穩定性的問題。由此可以看出，在這一方面面板堆石壩自身具有非常明顯的優勢特點。面板堆石壩溢流通常情況下會直接以右岸坡溢流道溢流的方式進行溢流，而左岸則采取隧洞的方式對其進行導流兼取水。由于左岸地形具有一定的陡峭特點，也就是保存了這類巖、頁巖相互之間呈現出互層狀態。所以整個隧洞為沿的類別是IV類，對于重力壩而言，則主要是以壩項溢流的方式為主，壩身取水整個施工過程相對比較明顯。由此可以看出，重力壩與面板堆石壩相比在溢流方面的優勢特點相對比較明顯。將天然建筑材料作為出發點進行對比分析時，發現石料場地距離壩址區域的位置是1.5km，面板堆石壩建材的用量與重力壩相比要更高一些。重力壩在天然建筑材料方面與面板堆石壩相比具有一定的優勢特點，與目前的工程地質現狀進行結合分析時，發現壩址基本上都可以實現對面板堆石壩以及重力壩的建設，地質條件具有非常明顯的優勢特點。與最終的結果進行結合，確定面板堆石壩為最終的基本壩線。

4 結語

現有的基本條件可以滿足實際要求，兩種不同類型的壩型工程基本都可以實現合理利用。因此要結合現實要求對水工詳細設計以及技術、經濟分析等進行綜合分析，與各種因素條件的對比結果進行結合，這樣才能夠確定基本的壩型。