下壩司水庫壩址及壩型比選研究

全志平

（沿河自治縣水務(wù)局,貴州 沿河 565300）

1 引言

水庫大壩是水庫工程的重要攔水建筑物,壩址確定和壩型選取對工程建設(shè)的費用及工程安全影響較大。在工程實際中,需要結(jié)合工程需求及實際情況選取適宜的壩址及合理的壩型,從而提高工程效益[1-3]。

2 壩址選擇

根據(jù)下壩司水庫實際情況,從以下幾個條件進(jìn)行比較。

（1）成庫條件

下壩司水庫工程庫盆位于三疊系夜郎組地層,巖性為砂巖和灰?guī)r等,為相對隔水層,地形地層封閉條件好,滲漏的可能性較小,水庫蓄水條件好。

（2）地質(zhì)、地形條件

由于下壩司小河整條河流較短,地質(zhì)條件變化不大,上、中、下段河道地質(zhì)條件相當(dāng),工程庫岸為三疊系夜郎組（T1y2）和三疊系夜郎組（T1y1）砂巖和灰?guī)r地層,岸坡地形較平直,穩(wěn)定條件較好。工程建設(shè)不會形成較大的危害,但施工期應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測,本工程建庫后,除局部段受庫水浸泡及浪蝕作用,可能產(chǎn)生少量坍塌及覆蓋層較厚段向庫內(nèi)滑移現(xiàn)象外,庫岸坡整體穩(wěn)定。

下壩司小河上、中段河谷為不對稱的“U”型谷,地形開闊,谷底寬一般25 m～70 m,覆蓋層又較厚,不適宜建壩。下段河道為“V”型谷,尤其是老壩下游300 m范圍內(nèi),谷底寬3 m～10 m,覆蓋層較薄,是理想建壩區(qū)域。

（3）樞紐布置

老壩上游河段,由于老壩淤積嚴(yán)重（已基本淤積至老壩壩頂處）,覆蓋層很厚,同時河道很寬,建壩后壩基開挖量將成倍增加,但同高程下庫容有所減少；老壩下游300 m范圍內(nèi)河道相對較窄,成深V型,同時地基覆蓋層較薄,適于建設(shè)重力壩和土石壩,同時供水管道布設(shè)起來也較短。但土石壩泄水建筑物、供水建筑物及其他建筑物同壩型比較布置相對較難。再下段河道逐漸開闊,兩岸分布有民房,不宜建壩。

（4）施工條件

水庫距興仁縣城約51.0 km,有鄉(xiāng)村便道通至壩址,交通較方便,石料場位于興仁縣回龍鎮(zhèn)計屯村附近,距壩址距離約4.5 km,運輸距離較短。壩址左岸及上下游處地勢較開闊,便于施工布置。

（5）水庫淹沒

下壩司小河兩岸村寨較少（水鴨子,大壩田）,其所在地高程相對較高（1454.00 m～1495.00 m,大壩田村寨坐落于1475.00 m高程以上）,移民搬遷人數(shù)會隨著水庫水位的升高而增大。故在相同規(guī)模情況下,選擇壩址不宜太靠上游河段,下段河道是理想壩址。

綜上,為滿足要求,擬選下壩司水庫壩址為老壩下游河道300 m范圍內(nèi)。該河段處河床覆蓋層淺,河道相對平緩,其離納壁鄉(xiāng)村公路也最近,交通條件相對較好；并且在同等規(guī)模下,下段集水面積最大,淹沒面積最小,所需要壩高最小。但為了更好地進(jìn)行樞紐布置,擬選壩址距離老壩約120 m（樞紐布置避開老壩影響）,壩址唯一。壩址以上流域集水面積7.5 km2、主河道長5.9 km,主河道坡降為29.37‰。

3 壩型選擇

3.1 代表壩型選擇

下壩司水庫壩址河流流向西南～東北,蜿蜒曲折,壩址為一典型橫向“V”型谷,兩岸山體高大雄厚僅基本對稱,巖性為碎屑巖,屬于侵蝕～剝蝕中低山地貌,具有侵蝕地貌類型。河谷高程1410 m～1425 m。谷底寬一般10 m～20 m,兩岸坡地形坡度35°～46°,山頂高程左岸1560 m、右岸1530 m,覆蓋層分布于低洼溝谷中。兩岸山頭高出河床120 m～150 m,自然邊坡基本穩(wěn)定,局部出現(xiàn)小面積殘坡積層坍塌外,其它不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育。正常蓄水位1452.00 m時河谷寬118 m,其寬高比為3.16,壩址河谷地形寬高比較大,要求拱壩壩體較厚。且兩岸拱座厚薄不一,不利于壩體穩(wěn)定,因此本壩址不適合建拱壩。單從地形、地質(zhì)上來看土石壩和重力壩受地形限制較小,該壩址可以滿足土石壩和重力壩的建壩要求,因此設(shè)計選擇土石壩和重力壩兩種壩型進(jìn)行比選。

3.1.1 土石壩代表壩型推選

土石壩有均質(zhì)土壩、土石混合壩和堆石壩,從當(dāng)?shù)靥烊唤ㄖ牧戏治?壩址附近無土料,因此不宜修建土壩。而項目區(qū)距壩址約4.5 km的計屯村附近石料豐富,儲量達(dá)83.2萬m3,開采及運輸條件較好,材質(zhì)佳,因此本階段選擇混凝土面板堆石壩作為土石壩的代表壩型進(jìn)行設(shè)計比選。

3.1.2 重力壩代表壩型推選

重力壩按建筑材料劃分有混凝土重力壩、混凝土埋石重力壩和砌石重力壩等,重力壩的總體布置基本一樣,從壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定方面考慮,三種壩型的體型結(jié)構(gòu)相差不大；從項目區(qū)的石料分布情況來看,石料均能滿足以上壩型的建設(shè)；從施工方面考慮,混凝土重力壩和混凝土埋石重力壩要求的機(jī)械化程度相對要高,施工要求的溫控相對較嚴(yán),施工難度相對較大；從投資指標(biāo)方面考慮,混凝土重力壩和混凝土埋石重力壩相對較高。由于本工程規(guī)模較小,要求施工的機(jī)械化程度不高,為充分利用當(dāng)?shù)氐慕ㄖ牧?盡可能地減小施工難度,減少工程投資,本階段選擇C15細(xì)石混凝土砌毛石重力壩作為重力壩的代表壩型。

綜合以上因素,本階段擬定C15細(xì)石混凝土砌毛石重力壩和混凝土面板堆石壩兩種壩型進(jìn)行同等深度的綜合比較論證,選出基本壩型。

3.2 C15細(xì)石混凝土砌毛石重力壩方案

砌石重力壩方案樞紐布置為：該方案樞紐由C15細(xì)石混凝土砌毛石重力壩、壩身溢洪道、左岸取水兼放空建筑物等組成。

大壩為C15細(xì)石混凝土砌毛石重力壩,最大壩高48.80 m,壩頂高程1454.80 m,護(hù)欄頂高程1456.00 m,壩頂寬度5.00 m,壩頂長133.00 m,河床壩段建基面高程為1406.00 m,壩底寬48.40 m,上游面高程1454.80m至1438.00 m鉛直,高程1438.00至1408.00 m坡比為1∶0.2,1408.00 m至1405.00 m為防滲面板基礎(chǔ)；下游面高程1454.80 m至1452.00 m鉛直,高程1452.00 m至1408.00 m坡比為1∶0.80,1408.00 m至1406.00 m為壩體墊層基礎(chǔ),墊層采用C15混凝土澆筑。溢流壩段總寬度24.00 m,堰頂高程為452.00 m,溢流堰為3孔,凈寬為18.00 m,堰上最大水深為1.91 m,溢流壩上設(shè)置交通橋,橋面寬度5.00 m,泄槽邊墻以5°收縮角向中心進(jìn)行收縮,收縮至樁號YK0+033.96 m處（泄槽邊墻與消力池邊墻頂部交點）,溢洪道下游采用底流消能,消力池底板高程1411.20 m,消力池凈寬15.93 m,池長22.00 m,后設(shè)尾坎,尾坎頂寬1.50 m,高1.80 m,尾坎后開挖區(qū)域采用鋼筋石籠進(jìn)行回填處理。壩體上游采用C20W6F50防滲砼面板進(jìn)行加固防滲,防滲砼面板高程1454.80 m至1438.00m等厚為80 cm,高程1438.00至1408.00 m外坡比為1∶0.2、內(nèi)坡比為1∶0.14逐漸加厚。

3.3 混凝土面板堆石壩方案

下壩址面板堆石壩方案樞紐布置為：該方案樞紐由面板堆石壩、岸坡溢洪道、取水兼放空隧洞等構(gòu)成。

大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩,最大壩高45.60 m,壩頂高程1454.60 m,壩頂寬度6.00 m,壩頂長128.00 m,河床壩段趾板建基面高程為1409.00 m。壩頂上游側(cè)設(shè)L型混凝土防浪墻,高度為3.80 m,防浪墻頂高程1455.80 m,底部高程1452.00 m,頂部寬度為0.50 m,底部寬度為3.50 m,在1452.80 m設(shè)1.00 m寬的檢修小道。上游壩坡選用1∶1.4,上游壩坡高程1427.00 m處設(shè)寬5.00 m馬道,在1427.00 m高程以下設(shè)蓋重區(qū),粘土鋪蓋頂部水平寬2.00 m,上游坡度1∶1.4,石渣蓋重頂部水平寬3.00 m,上游坡度1∶2.5。下游高程1436.60 m處及高程1417.60 m處設(shè)置寬2.00 m馬道,內(nèi)側(cè)均設(shè)排水溝,下游壩坡坡比均為1∶1.4。馬道內(nèi)側(cè)排水溝與壩肩排水連成一體,匯合至排水棱體下游排水溝后排至壩體外15 m。

壩體填筑分為8 個分區(qū),即上游石渣蓋重區(qū)1 B、粘土鋪蓋區(qū)1 A、墊層區(qū)2 A、特殊墊層區(qū)2 B、過渡區(qū)3 A、主堆石區(qū)3 B、下游堆石區(qū)3 C及排水棱體區(qū)3E。石渣蓋重區(qū)頂部寬度3.00 m,上游坡比1∶2.5；粘土鋪蓋區(qū)頂部寬度為2.00 m,上游坡比為1∶1.4；墊層區(qū)水平寬度為3.0 m,在趾板下游側(cè)增設(shè)特殊墊層區(qū)；過渡區(qū)水平寬度3.0 m；主堆石區(qū)為面板的主要支撐體,在壩軸線上游側(cè)除了墊層區(qū)和過渡區(qū)以外包括壩軸線下游側(cè)高程1447.00 m以上部分均為主堆石區(qū)；下游堆石區(qū)為壩軸線下游側(cè)高程1447.00 以下部分,與主堆石區(qū)分界線為向下游1∶0.2 的坡線,底部高程為1417.00 m。下游堆石區(qū)底以下高程除排水棱體部分也為主堆石區(qū)材料。排水棱體頂高程1417.00 m,頂寬2.00 m,上下游坡比均為1∶1.4,底高程為1410.00 m。

趾板寬度按巖石地基容許水利梯度確定,經(jīng)布置和計算,趾板寬度統(tǒng)一取為5.00 m,河床及兩岸趾板每隔35.00 m左右設(shè)一條伸縮縫,趾板厚0.50 m。趾板混凝土采用C25,抗?jié)B等級W6,抗凍等級F50。

面板厚度根據(jù)T=0.30+（0.002～0.0035）H計算,因本工程壩高小于70.00 m,采用等厚面板,面板厚度為0.40 m,面板混凝土采用C25,抗?jié)B等級W6,抗凍等級F50。混凝土面板設(shè)單層雙向鋼筋,縱、橫向鋼筋配筋率均為0.4%。

4 壩型方案比選

根據(jù)以上壩型方案設(shè)計進(jìn)行壩型比選,見表1。

表1 壩型綜合比較表

由表1綜合兩種壩型的優(yōu)缺點及適應(yīng)性,C15細(xì)石混凝土砌毛石重力壩優(yōu)于面板堆石壩。

5 結(jié)論

為滿足要求,擬選下壩司水庫壩址為老壩下游河道300m范圍內(nèi),該河段處河床覆蓋層淺,河道相對平緩,其離納壁鄉(xiāng)村公路也最近,交通條件相對較好；并且在同等規(guī)模下,下段集水面積最大,淹沒面積最小,所需要壩高最小。但為了更好地進(jìn)行樞紐布置,擬選壩址距離老壩約120m（樞紐布置避開老壩影響）,壩址唯一。為方便施工,節(jié)約工程造價,減少后期管理與維護(hù)費用,推薦壩址壩型為C15細(xì)石混凝土砌毛石重力壩。