太平水库坝型方案比选

2011-05-19赵海军

山西水利 2011年4期

关键词：坝型趾板重力坝

赵海军

1 工程概况

太平水库位于寿阳县太平河下游西丰头村东约1km，控制流域面积60.7km2。水库主要任务是拦蓄径流，向寿阳县提供工业和城市生活用水并兼顾防洪。

水库下坝址位于西丰头村东1km的太平河河谷上。谷底高程987～988m，河谷底宽35m左右，设计正常蓄水位1022.00m，高程处河谷宽度160m。两岸山顶高程1057m，相对高差70m，属低中山区。

下坝址设计正常蓄水位高程处河谷宽约347m。谷底基岩裸露，坝基岩为第六岩组中粗粒长石砂岩夹含砾砂岩及砂质泥岩，厚度10.5～13.9m。

2 坝型分析

坝型比较是在坝址比较结论的基础上，对推荐坝址的不同坝型进行综合比较和论证。

根据推荐坝址处的工程地质条件、地形条件，坝址处两岸发育有堆积阶地，基岩裸露且河谷较宽，不具备建拱坝的条件，适宜建设当地材料坝和重力坝。由于当地有丰富的土石料，但土料开采的料场区部分为耕地，如果大面积开采，存在征地问题，故选择适宜建设的当地材料坝为混凝土面板堆石坝。建设浆砌石重力坝除施工机械化程度低、工期较长外，当地石料不适宜做浆砌石筑坝材料，需外运，筑坝材料运距较远，使得成本增加。综合以上分析，本次设计对推荐坝址拟定了目前国内技术成熟且应用较多的两种坝型，即混凝土面板堆石坝和碾压混凝土重力坝分别代表当地材料坝和重力坝进行了比较。其中，两种坝型方案的泄水设施、供水工程基本相同，主要是对挡水建筑物、泄洪建筑物的工程布置和主要技术经济指标进行方案比较。

3 各方案工程布置

3.1 混凝土面板堆石坝方案

3.1.1 工程布置

混凝土面板堆石坝方案在工程布置时，泄水建筑物根据地形曾考虑在大坝左岸同时布置导流洞和溢洪道，溢洪道堰顶高程经洪水调节确定为1022m，但地形高程为1060m，开挖深度最高达到40m，势必增加工程投资，综合考虑工程运行和施工条件，确定混凝土面板堆石坝方案经济合理的枢纽布置方案为挡水大坝、导流泄洪洞。

大坝采用碾压堆石坝体、混凝土面板防渗，坝顶高程为1024.50m，坝顶长175.0m，最大坝高42.5m，最大坝底宽度150.0m，上游坝坡为1∶1.5，下游坝坡为1∶1.6，坝顶宽度为8.0m。下游坝坡在高程1005.00m处设一条马道，马道宽2.0m。

导流泄洪洞布置在大坝左岸岸边上，洞径6m，洞长169.97m，隧洞进口设平板检修闸门，出口设弧形工作闸门，采用挑流消能。

3.1.2 大坝设计

大坝坝体分区主要由垫层、过渡层、主堆石区、下游堆石区组成。大坝坝顶高程1024.50m，主堆石区顶部高程1021.70m，坝顶设钢筋混凝土防浪墙，墙顶高程1025.70m，墙底与主堆石区顶齐平。

混凝土防渗面板顶高程1022.20m，与坝顶防浪墙相接，顶部厚度0.4m，底部与趾板采用铰接，厚度0.4m。为防止表面温度应力，在面板表面配有单层双向分布筋。最大斜长60.3m，设纵向缝及周边缝，纵向缝又分为靠近岸边的张拉缝和靠近主河床的挤压缝，分缝均进行止水处理。

1.2.2 覆膜对啤酒大麦生长的影响测定采用全膜覆盖种植方式，于2017年3月27日种植。用0.006mm厚规格的超薄膜，穴播，每带6行，行距15 cm，穴距8～10 cm，每穴7～8粒，播种量75 000穴/hm2，525万～600万粒/hm2，种植小区面积20 m2，设3个重复，以露地种植方式为对照（CK），7月上旬收获。

3.1.3 坝基处理

混凝土面板堆石坝的基础座落在河床强风化基岩的下限，需将河床表层1～2m厚的厚强风化层清除，再筑坝。趾板置于弱风化层上限，即全部挖除上层局部松散砂卵石土层和3～5m厚强风化层，采用伸入强风化基岩的混凝土趾板，以保证坝坡上游混凝土面板的稳定，趾板宽8.0m，厚1.0m，沿坝趾线布置，全长220m。趾板下设锚杆与基岩连接，锚杆为直径25mm的螺纹钢，长5m，间距、排距各1.5m。坝基防渗处理采用帷幕灌浆，深度为基岩内50m，采用单排孔，孔距2.0m。帷幕灌浆轴线位于混凝土趾板下。

3.2 碾压混凝土重力坝方案

3.2.1 工程布置及大坝设计

碾压混凝土重力坝由挡水坝段和底孔坝段组成，此外还有坝身排水管、坝下埋管段等设施。大坝挡水坝段采用碾压混凝土重力式断面，坝顶高程1025.00m，坝顶宽 10.0m，大坝上游边坡 1∶0.2，下游边坡 1∶0.9；底孔坝段中部长15m，左侧挡水坝段90m，右侧挡水坝段70m，总坝长175m。大坝最大坝高47.5m，最大坝底宽度49.88m。

3.2.2 坝基处理

碾压混凝土重力坝的基础座落在河床弱风化基岩的中部，需将河床表层1～10m厚的松散砂卵石土层及强风化基岩清除，对坝基建基面进行固结灌浆，坝基防渗方式采用上游帷幕灌浆，灌浆轴线距坝轴线4.5m，灌浆孔底高程954.50m。

4 主要工程量及技术指标

为使工程方案更加合理，对下坝址不同坝型方案的主要工程量及投资进行了比较。其主要工程量、技术指标及投资对比见表1、表2。

表1 坝型主要工程量比较表

表2 坝型技术经济指标对比表

由表1和表2可知，面板堆石坝方案的土石方工程量远大于混凝土重力坝方案，但混凝土及钢筋混凝土量又小于混凝土重力坝方案。两方案库容条件和供水量基本相同，投资相差较大，且面板堆石坝可充分利用当地材料，碾压混凝土重力坝由于当地缺乏混凝土粗细骨料，需外购，增加了投资。因此在相同库容条件及相同供水量情况下，本着技术经济的原则，面板堆石坝方案具有一定的优越性。

5 坝型选择

上述两种坝型，面板坝建在强风化基岩上，坝轴线长度为175.0m；碾压混凝土重力坝建在弱风化基岩上部，坝轴线长度175.0m。

5.1 混凝土面板堆石坝

混凝土面板要求趾板有较高的稳定性，所以对坝基的要求很高，趾板基础必须建在较好的基岩上；当坝址附近有较丰富的石料和混凝土骨料，应首先考虑建这种坝型，为减少坝体沉降，坝体填筑密实度要求高，筑坝堆石料要求强度高、级配好，以减小坝体断面、提高稳定性；该坝型在水库水压力作用下有很高的抵抗力，坝体填筑时可同时进行趾板及防渗帷幕施工；由于大坝主体是堆石料，可在冬季、雨季施工；面板施工技术要求高，堆石填筑必须采用振动碾碾压，以达到较高的密实度；在水库水位迅速降落和变化幅度较大时，不会降低坝坡的稳定性；由于大坝主体为松散材料，不利于与泄水建筑物连接，需另外设置岸边溢洪道和泄洪洞。

5.2 碾压混凝土重力坝

碾压混凝土重力坝建在基岩上，坝体全部为混凝土，其强度高，耐久性好，因而大坝抵抗水的渗漏、抗御超标准洪水及抗震能力都较强，是一种安全度较高的坝型。

碾压混凝土重力坝可以将泄洪、冲沙建筑物与大坝相结合来进行布置；水库建成后，其坝体维护、维修工作量小；碾压混凝土重力坝由于掺入粉煤灰并采用碾压式筑坝的方法，因而具有施工速度快、水泥用量少、水泥水化热低等优点。主要缺点是在冬季或雨季会对大坝产生一定的影响。本工程坝址附近由于缺少混凝土粗细骨料，所以这种坝型对本工程而言，不具有优越性。