永業水庫攔河壩壩型比較與選擇

劉子立 LIU Zi-li

（云南省水利水電勘測設計院，昆明 650021）

1 工程概況

永業水庫位于西盟縣怒江水系南康河（南康河上游稱新廠河）左岸一級支流永業河上，壩址以上主河道長4.43km，控制流域面積7.3km2，河道平均比降72.10‰。工程是以解決農村人畜飲水和農業灌溉用水的綜合利用水利工程，工程規模為中型，工程等別Ⅲ等，攔河壩建筑物級別為2 級，溢洪道、導流輸水放空隧洞建筑物級別為3 級。大壩按50年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核。

2 壩址地形地質條件

壩址區屬中山河谷地貌，河谷呈“V”型谷，主河道順直，河流東西流向，橫向河谷。河床寬5.0～16.0m，左岸地形坡度23～42°，右岸地形坡度28～34°，山坡地形較完整，表層分布為第四系碎石土層，下伏為薄層狀石英片巖，走向與河流相近垂直，順河向存在一定程度的褶皺構造，天然邊坡基本～中等穩定。

壩址區出露地層主要為寒武系王雅組上段石英片巖，河谷及兩岸坡分布第四系沖洪積、殘坡積。壩址區河床沖洪積層厚2.5～5.2m，下伏基巖弱風化；左岸坡第四系坡積層厚1.6～3.0m，強風化基巖底界埋深11.7～26.0m，右岸坡第四系坡積層厚3.6～4.6m，強風化基巖底界埋深13.9～25.0m。

3 建筑材料條件

經對附近各種天然筑壩土石料的地質勘查和土工試驗工作進行了分析研究，壩址附近能基本滿足筑壩用料各項指標要求的天然土石料有：防滲土料、壩殼料、塊石料。初步選定壩殼料場1 個，為塊石、堆石料、過渡料、墊層料，混凝土粗細骨料料及瀝青混凝土骨料料原地；填筑土料場1 個，用于址板壩基開挖回填；粘土防滲料場2 個。

①防滲土料：土Ⅰ料場位于壩址下游2.8km，運距2.8km。料場主要為斜坡地形，坡度一般為25～40°。料場用料為殘坡積粘土、含礫粘土，平均有用層厚度3.3m，平均無用層厚度0.4m。下伏基巖為允溝組下段灰質白云質大理巖、條帶狀大理巖夾片巖、硅質板巖，巖石為弱風化。該料場面積較小、有用層厚度變化較大，土層結構單一，屬Ⅱ類料場。土料場料場剝離量總計0.30×104m3，有用層推薦儲量2.19×104m3，剝采比0.14。

土Ⅱ料場距壩址左岸順河3.4km，需新修上壩道路5.3km。料場有用層厚度變化較小，土層結構較單一，屬Ⅱ類料場。料場地形坡度為25～32°。料場用料為殘坡積粘土、含礫粘土，平均有用層厚度3.3m，平均無用層厚度0.4m。下伏基巖為允溝組下段灰質白云質大理巖、條帶狀大理巖夾片巖、硅質板巖，巖石為強風化。土Ⅱ料場剝離層方量為2.68×104m3，有用層儲量為24.56×104m3，剝采比0.11。土Ⅱ料場征占地補償費用較高且運距較遠。

土Ⅲ料場距壩址較遠，需改擴建及新修上壩道路10.0km。料場坡度一般為10～30°。料場用料為殘坡積、含礫粘土，平均有用層厚度5.0m，平均無用層厚度0.30m。下伏基巖為允溝組下段灰質白云質大理巖、條帶狀大理巖夾片巖、硅質板巖，巖石為強風化。土Ⅲ料場剝離層方量為4.64×104m3，有用層儲量為64.31×104m3，剝采比0.07。土Ⅲ料場存在補償費用較高且運距較遠的問題。

②壩殼料：壩殼料場位于壩址下游左岸山坡，距壩址順河下游約2.4km，需新修上壩道路2.6km。料場地形較陡，兩側沖溝切割較深，總體屬Ⅱ類料場。壩殼料場高差約210m，坡度一般為25～50°，局部大于50°，料場區大部分地表出露強弱風化基巖，土層厚度小，一般厚度為0.5m～1.5m，料場下部開采位于地下水以下。壩殼料場巖性主要為允溝組下段灰質白云質大理巖、條帶狀大理巖。節理裂隙弱發育，巖體較硬，性脆，強度高。巖層傾向200～230°，傾角49～58°，走向與河流相垂直，為橫向坡。料場地形較完整，有起伏，為Ⅱ類料場。料場有用層推薦儲量292.79×104m3，剝采比0.05。

③石料：混凝土粗、細骨料、瀝青混凝土骨料從壩殼料場自采，儲量充足，距離壩址約2.6km，該料場儲量充足，質量能滿足粗、細骨料質量技術要求。

4 壩型方案設計

4.1 壩型初選

壩址區表層分布的Qalp、Qeld等松散堆積土體，雖然巖性成分各不相同、強度差異很大，但均具中～高壓縮性，承載力低，存在壓縮變形；下伏基巖表淺部為強～弱風化石英片巖，屬軟巖～中硬巖，兩岸坡強風化帶、強卸荷帶厚度大，壩基斷層、擠壓破碎帶發育，壩基不適宜修建重力壩、拱壩，考慮應優先選用當地材料作為筑壩材料的土石壩作為基本壩型。

壩址區附近大理巖石料、粘土料儲量豐富，壩型擬定從粘土心墻堆石壩、瀝青混凝土心墻堆石壩、混凝土面板石壩中進行方案比選，以選擇最優壩型。

4.2 壩型方案設計

4.2.1 粘土心墻堆石壩

攔河壩最大壩高95.2m，壩軸線長389.65m，壩頂寬為10.0m，上游設高1.0m 的防浪墻。上游壩坡分三級，坡比從上至下為1∶1.9、1∶2.0、1∶2.2，上游壩坡設有2.0m 寬的混凝土上壩踏步；下游壩坡分三級，坡比分別為1∶1.8、1∶1.8、1∶2.0，上下壩坡各設置3.0m 寬的兩臺馬道，壩體下游設排水區。粘土防滲心墻頂寬為4.0m，心墻最小底寬23.5m，滿足設計規范要求，心墻上下游坡度為1∶0.25，心墻上下游側各設2 層反濾層，水平寬度分別均為2.5m、3.0m。心墻壩基兩岸采用帷幕灌漿處理及壩基采用固結灌漿處理。

4.2.2 瀝青心墻堆石壩

攔河壩最大壩高95.2m，壩軸線長389.65m，壩頂寬為10.0m，上游設高1.0m 的防浪墻。上游壩坡分三級，坡比從上至下為1∶1.9、1∶2.0、1∶2.2，上游壩坡設有2.0m 寬的混凝土上壩踏步；下游壩坡分三級，坡比分別為1∶1.8、1∶1.8、1∶2.0，上下壩坡各設置3.0m 寬的兩臺馬道，壩體下游設排水區。下游壩坡設有6.0m 寬的混凝土上壩踏步。瀝青混凝土心墻軸線靠近上游，距大壩軸線2.0m，寬度為0.5～1.1m，在心墻與基礎、岸坡的連接設置水泥混凝土基座，基座底寬8.0m，厚1.5m，基座與瀝青混凝土連接處需涂抹陽離子乳化瀝青再涂一層3cm 厚的砂質瀝青瑪蹄脂，并將基座混凝土與瀝青混凝土接觸面作鑿毛處理，基座處瀝青混凝土心墻擴大至2.3m。心墻壩基、兩岸采用帷幕灌漿處理及壩基采用固結灌漿處理。

4.2.3 混凝土面板堆石壩

攔河壩最大壩高95.2m，壩軸線長379.1m，壩頂寬為10.0m。上游壩坡坡比為1∶1.4，下游坡分三臺，各臺坡比為1∶1.5，上游坡面設C30 混凝土防滲面板，厚度為0.3～0.6m，通過鋼筋混凝土趾板與壩基連接，下游壩坡設兩臺2m 寬的馬道。大壩面板底部趾板寬9m。壩體從上游到下游分為墊層區（水平寬3.0m）、過渡區（水平寬4.0m）、主堆石區，面板上游設壩前鋪蓋區，水平寬度5.0m；在周邊縫下游側設置特殊墊層區，壩體下游坡采用干砌塊石護砌，厚度為0.4m，下游壩坡設有6.0m 寬的混凝土上壩踏步。大壩堆石料由推薦石料場進行開采，堆石料采用強溶蝕風化帶中下部、裂隙溶蝕風化及弱微風化白云質大理巖。為加強趾板基礎巖體完整性，對趾板基礎進行固結灌漿，為保證大壩防滲效果，對壩基及兩岸采用帷幕灌漿處理。

5 壩型比較

5．1 工程量及投資比較

各土石壩的樞紐布置基本一致，均需單獨布置溢洪道和導流輸水隧洞，樞紐工程投資主要取決于壩型投資，各壩型主要工程量及投資對比見表1。

表1 各壩型主要工程量及投資對比表

5.2 施工特點比較

混凝土面板壩、粘土心墻壩壩型應用廣泛，施工技術成熟，瀝青混凝土心墻壩施工工藝相對復雜，施工技術要求高，瀝青心墻與壩基的連接是大壩防滲體系的薄弱環節，處理不好易發生滲漏。從施工難度分析，面板堆石壩、粘土心墻壩較優。

5.3 工程占地比較

瀝青心墻壩所需堆石料填筑量大，面板堆石壩、粘土心墻壩堆石料用量小，粘土心墻壩需大量粘土料，經比較，瀝青心墻壩料場所需占地范圍大，其次為粘土心墻壩、面板堆石壩；瀝青心墻壩、粘土心墻壩壩體輪廓大，永久占地范圍大，面板堆石壩壩體輪廓小，永久占地范圍小，綜合比較占地范圍及投資，面板堆石壩較優。

5.4 環境影響及水保方面比較

三種壩型壩殼料采用同一料場，瀝青混凝土心墻壩、粘土心墻壩填筑量大，料場占地面積大，棄置剝離料的棄渣場占地范圍也大；面板堆石壩趾板清基較深，開挖量較瀝青心墻壩大，開挖料堆放的棄渣場占地范圍也較大。經綜合比較，瀝青心墻壩、粘土心墻壩棄渣場較面板堆石壩棄渣場占地范圍大，料場的開采擾動面積和所需恢復壩殼料場的投資較面板壩多，從環境影響及水土保持角度分析，推薦混凝土面板堆石壩方案。

5.5 綜合比較

從地形地質條件、工程布置、工程量及投資、工程征地及移民安置、工程施工條件、環評水保、施工道路等方面進行綜合比較，相關特性比較見表2。

表2 各壩型相關特性比較表

6 壩型比較結論

三種壩型在樞紐布置方面不存在大的差異，在地形地質條件、環境影響方面等沒有重大制約因素。瀝青混凝土心墻壩施工工藝相對復雜，施工技術要求較高，需專業隊伍施工，瀝青心墻與壩基的連接是大壩防滲體系的薄弱環節，處理不好易發生滲漏，瀝青心墻本身不承受外部荷載，必須依靠心墻兩側的壩體填料來支撐，受壩體變形的影響較大，易產生的拱效應，也可能導致心墻產生滲漏，由于瀝青心墻位于壩體中央，一旦出現變形過大引起開裂，不易查找滲漏點，檢修困難，加固處理不易實施，影響防滲效果和壩體穩定。

相比瀝青混凝土心墻壩，混凝土面板堆石壩、粘土心墻壩施工技術成熟，但粘土心墻壩土料場運距遠，總體投資較高。壩址區殘坡積覆蓋層薄，趾板清基不深，工程區附近天然石料儲量豐富，質量穩定，開采及運輸條件較好，征占地范圍小，三種壩型投資上混凝土面板堆石壩最小，因此推薦壩型為混凝土面板堆石壩。