紅沙灣水庫壩型比選

李爽潔

（深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

新疆紅沙灣水庫位于昌吉州塔西河，以灌溉、防洪為主，兼顧工業(yè)供水。總庫容1 884萬m3，調(diào)節(jié)庫容1 288 萬m3，死庫容412 萬m3，控制灌區(qū)灌溉面積2.72×104hm2。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，工程為Ⅲ等中型。工程實(shí)施后下游河道堤防的防洪能力提高到20 年一遇。根據(jù)1/400 萬《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》擬建工程場地50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.20 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，其相應(yīng)的地震基本烈度均為Ⅷ度。

2 壩型選擇

2.1 碾壓式黏土心墻砂礫石壩

最大壩高58.00 m，上游壩坡采用C25 混凝土板護(hù)坡，壩坡1∶2.50，下游壩坡采用30 mm 干砌石護(hù)坡，坡度為1∶2，設(shè)2級馬道，馬道寬2 m，黏土心墻采用正心墻，心墻防滲體軸線位于壩軸線上游1.50 m，頂高程830.00 m，頂寬6 m，兩側(cè)邊坡1∶0.30，心墻兩側(cè)布設(shè)反濾層水平寬為3 m，上游圍堰與壩體結(jié)合。水庫大壩處于強(qiáng)震區(qū)，采用適當(dāng)放緩上、下游壩坡的結(jié)構(gòu)型式，上游綜合壩坡為1∶2.60，下游綜合壩坡為1∶2.10，提高壩體的抗震性和穩(wěn)定性。見圖1。

圖1 碾壓式黏土心墻砂礫石壩圖

2.2 碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩

最大壩高為58.00 m，上游圍堰與壩體結(jié)合，水庫大壩處于強(qiáng)震區(qū)，采用適當(dāng)放緩上、下游壩坡的結(jié)構(gòu)型式，上游綜合壩坡為1∶2.60，下游綜合壩坡為1∶2.10，提高壩體的抗震性和穩(wěn)定性。根據(jù)《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計準(zhǔn)則》，瀝青混凝土心墻采用的配合比為：瀝青用量為6%～7.50%，填料用量占骨料的10%～14%，粗骨料最大粒徑為19 mm，級配指數(shù)選取0.35～0.44。

2.3 混凝土面板砂礫石壩

壩高58.50 m，設(shè)有3.70 m 高“L”型鋼筋混凝土防浪墻，上游壩坡為1∶1.60，下游布設(shè)兩級寬度為2 m的馬道，馬道間壩坡為1∶1.50，綜合壩坡為1∶1.59。上游布設(shè)鋼筋混凝土防滲面板，面板厚度為0.30 m，下游壩坡設(shè)0.30 m 干砌石護(hù)坡，混凝土趾板寬度分別為6 m 和8 m ，對應(yīng)的趾板厚度分別為0.60 m 和0.80 m。兩岸邊部位面板寬度為6 m，河床中部面板寬度為12 m，周邊縫設(shè)二道止水，兩岸邊部位的面板張性垂直縫設(shè)兩道止水，河床中部面板壓性垂直縫僅設(shè)一道止水，壩前混凝土面板796.00 m高程以下設(shè)防滲補(bǔ)強(qiáng)區(qū)。壩體內(nèi)設(shè)豎向排水體，河床部位設(shè)水平排水體與豎向排水體相連。

3 壩型比選分析

壩型比選對主要建筑物及臨建工程有差異部分比較。見表1。

表1 壩型比選表

3.1 對地形地質(zhì)條件的適應(yīng)性

心墻壩對地形的適應(yīng)能力好，基礎(chǔ)只需進(jìn)行少量開挖，就能滿足防滲心墻布設(shè)要求。混凝土面板堆石壩防滲體布設(shè)受到右岸深厚覆蓋層和左岸陡立邊坡的影響，趾板基礎(chǔ)開挖和邊坡處理工程量大，較前兩種壩型適應(yīng)能力較差。

3.2 壩體抗震性能和大壩的安全性

土質(zhì)防滲體土石壩具有較好的抗震性能，在強(qiáng)震區(qū)建壩，此種壩型較為安全可靠。瀝青混凝土耐久性性能遠(yuǎn)高于黏土心墻。瀝青混凝土的變形模量和動剪切模量大，能夠有效吸收地震荷載形變，抗疲勞性能強(qiáng)，加之上下游有過渡料保護(hù)，抗震安全性較好。混凝土面板壩，能抵抗強(qiáng)震，產(chǎn)生小變形裂縫，影響面板耐久性和安全性。結(jié)合新疆工程經(jīng)驗(yàn)，近年來高寒地區(qū)面板壩占比與碾壓式瀝青混凝土心墻壩相近。

3.3 施工條件

3.3.1 氣侯條件對施工的影響

①黏土心墻砂礫石壩。黏土填筑受氣候條件影響較大，降雨或低氣溫時須停止施工土料，有效施工天數(shù)延長，但由于項(xiàng)目區(qū)具有典型的大陸性氣候特征，降水量較少，對黏土心墻壩的填筑影響較小。②瀝青混凝土心墻壩方案。防滲體體積較小，雨雪和低溫天氣通過好的防護(hù)措施就能連續(xù)施工，受氣候條件影響較小。③混凝土面板壩方案。施工受氣候條件影響較大，為全面保障面板防滲體的強(qiáng)度、防滲、抗裂及防凍等要求，在施工過程中不但要避開低溫雨雪天氣，還要進(jìn)行專業(yè)的養(yǎng)護(hù)工作。

3.3.2 施工進(jìn)度

心墻壩施工進(jìn)度前期會受基坑處理的影響，后期會受到心墻壩填筑的影響，混凝土面板壩方案，趾板施工會影響上游壩體的交通，主堆石區(qū)前期上升速度較快，后期受混凝土面板澆筑影響，施工進(jìn)度較前期緩慢。

3.4 工程運(yùn)行條件

瀝青混凝土心墻在壩體內(nèi)部，周圍環(huán)境相對穩(wěn)定，瀝青混凝土具有良好的抗形變性能，運(yùn)行期間管理較為方面。混凝土面板壩防滲體在外部，受極端天氣和地震影響較大，裂縫問題始終未得到有效控制，影響大壩耐久性，運(yùn)行期間需要加大防滲體變形和開裂的監(jiān)測，運(yùn)行要求較高。

3.5 工程投資條件

經(jīng)投資計算，瀝青心墻壩方案壩體直接費(fèi)為13 340萬元，在三種壩型中最高，混凝土面板壩方案壩體直接費(fèi)為13 203萬元，處于中間價格，黏土心墻壩方案壩體直接費(fèi)13 177萬元，價格最低，黏土心墻壩方案比混凝土面板壩方案投資低26萬元，比瀝青混凝土心墻壩方案少163萬元，在控制投資方面，黏土心墻壩方案最優(yōu)。

4 結(jié)論

綜合以上分析，黏土心墻砂礫石壩對地形的適應(yīng)能力好，基礎(chǔ)處理簡單，開挖量少，抗震性能安全可靠，年內(nèi)施工時間保障高，填筑工期短，運(yùn)行期安全可靠，管理方便，投資最少，經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，故選取黏土心墻砂礫石壩作為優(yōu)選壩型。