云首水库工程坝址比选与坝型确定

上官丽霞

（晋城市水利局水产站，山西 晋城 048000）

1 工程概况

云首水库位于晋城市沁水县固县乡云首村村北，属黄河流域沁河水系端氏河支流十里河。十里河发源于海拔约1 500 m左右的雨井山、灰菜岭一带，坝址以上控制流域总面积218 km2。拟建大坝坝型为堆石混凝土重力坝，设计最大坝高37 m，坝顶高程794.00 m，总库容174.3万m3，是一座以供水、灌溉为主，防洪为辅的小（一）型水库。

根据晋城市大水网规划，云首水库为晋城市“两纵两横”“井”字型大水网第一纵骨干工程的起点，供水包括工业供水和农业灌溉，工业供水范围为端氏、嘉峰工业园区的工矿企业，农业灌溉供水范围包括固县乡云首水库下游附近的村庄。

2 工程选址

云首水库工程位于沁水县固县河上，根据流域地形地质条件，选择上下两坝址进行比选，两坝址相距520 m。上下两坝址的地形地貌、地层岩性及水文地质条件基本相同。

2.1 地形地质条件

上坝址谷底宽约40 m，设计正常蓄水位处河谷宽约130 m。谷底基岩埋深较浅，地质条件较好，但左坝段黄土台地宽底较宽，约70 m，覆盖层埋深厚于下坝址。下坝址地面高程相对高差128 m，为低山区，基岩岸坡较陡，土质岸坡相对较缓，坝轴线处河床85 m。上游150 m处为一较大的冲沟，展布方向与河流基本垂直，长2 km，沟口宽40 m。左岸为堆积岸，岸坡呈梯田分布，卵石（块石）混合土、低液限黏土大面积覆盖。坝址区河床宽30～80 m。河漫滩主要分布在河床左侧，宽40～70 m，高出河床1～2 m，堆积物由卵石混合土、漂石混合土、粉土质砂、低液限粉土组成。

从坝址区地形条件看，上、下坝址河段顺直，岸坡较稳定，均具有筑坝条件。河谷底宽上坝址窄、下坝址宽，上坝址河床高程高于下坝址河床高程，在两坝址处地面控制建筑建坝条件下，上坝址地面以上大坝高度较下坝址稍高。

总体而言，两坝址地质条件基本相同，地形一宽一窄，坝址均为“U”型横向谷，且为同一地层。

2.2 枢纽布置及工程投资

上坝线方案坝顶长161 m，非溢流坝段长89 m，溢流坝长72 m，最大坝高29 m。该坝址校核水位以下库容106万m3。总投资4 810.78万元。下坝线方案坝顶长204 m，沿坝轴线从左至右依次为左岸非溢流坝段、引水坝段、冲砂坝段、溢流坝段及右岸非溢流坝段。非溢流坝段长102 m，溢流坝长102 m。该坝址校核水位以下库容174.3万m3。总投资5 729.67万元。

从枢纽布置看，上、下坝址重力坝方案布置基本相同，该工程的主要任务是供水，两坝址的引水坝段均布置于大坝左岸，冲砂底孔及冲砂闸布置于引水坝段右侧，坝顶表孔泄洪，枢纽布置紧凑，管理方便。从结构布置上看，两坝址相差不大。

从工程投资分析，上坝址坝体工程量较小，整个枢纽的静态投资较下坝址少918.89万元。

2.3 水库综合效益

上坝址兴利库容43万m3，下坝址兴利库容68.2万m3，下坝址较能满足综合开发任务要求。下坝址调节库容60.3万m3，较上坝址调节库容多17.30万m3，调节性能较好。因此，从水库综合利用效益看，下坝址优于上坝址。

2.4 库区淹没损失

上、下坝址库区淹没耕地分别为15.69 hm2和9.69 hm2，淹没林地4.55 hm2和2.78 hm2，淹没公路0.8 km和0.3 km，淹没电线2.6 km和1.5 km；上坝址淹没范围在某高程处有一煤层气抽气站，抽气设备及电路、管线等费用为430万元，每年产气收入100万元，淹没补偿费用较大，且调解难度大。水库淹没处理补偿投资上、下坝址分别为825.58万元和243.82万元，从淹没补偿费用比较，下坝址优于上坝址。

2.5 施工导流及建设工期

上下坝址地质、水文条件及主要建筑物型式和布置的差异较小，仅坝体工程量因大坝建基面高程不同，河床宽窄不同差异较大。上坝址河床较窄，采用导流洞导流，开挖量较大，下坝址河床较宽，采用分期围堰导流，围堰可利用开挖土方，开挖量较小，施工总布置差别不大，建设工期相当。

综上所述，上、下坝址地质条件基本相同，均具备修建重力坝的条件，由于下坝址有利于枢纽建筑物布置，管理方便，兴利库容大，较能满足综合开发任务的要求，调节库容较上坝址方案多17.3万m3，调节性能较好，且下坝址淹没损失较小，施工方便。经综合分析，推荐采用下坝址。

3 坝型选择

3.1 坝型初选

从坝址地形上看，两岸地形大体对称，覆盖层较深，随高程的增长，两岸河谷趋于平坦，河谷宽高比约9.1，不具备兴建拱坝的地形。坝址区附近缺少土料和砂卵石，两岸坡虽较缓，但地形上没有可供溢洪的垭口。该水库200年一遇洪峰流量1 483 m3/s，30年一遇洪峰流量788 m3/s，设置溢洪道需要考虑深边坡开挖，对山体破坏严重，且工程占地较大，增大投资；如采用坝身设溢洪道的溢流面板堆石坝，溢洪道单宽泄量达50 m3/s，单宽泄量较大，由于工程地处Ⅶ度地震区，溢洪道建在以松散介质为材料、人工碾压填筑的堆石体上，一旦大坝和溢洪道沉降变形过大，坝身高速泄洪时溢洪道将发生渗透破坏，进而对大坝安全带来严重威胁，故不宜采用面板堆石坝。

从坝址地质条件上看，坝基岩性主要为细砂岩，岩石较坚硬，不存在软弱结构面,产状为N10°～30°E·NW∠3°～5°，倾向上游，在岩层结构上不存在不稳定因素，坝基总体稳定性较好；左、右坝肩岸坡岩质坡度较陡，岩体强度较高，不存在软弱夹层，大多数节理裂隙面倾向与临空面相反或大角度相交，节理面倾角一般大于临空面倾角，对稳定影响不大，故左、右坝肩整体稳定性较好，适宜建重力坝。

从筑坝材料上看，坝址位于石山区，坝址附近石料贮量丰富，适宜修建以石料为主的坝型。

根据以上分析，坝型初选浆砌石重力坝和堆石混凝土重力坝两种坝型进行比较。

3.2 重力坝坝型比较

重力坝坝型确定后，在对坝体材料、施工技术进行调查的基础上，提出采用自密实混凝土、块石作为主要筑坝材料的自密实混凝土重力坝方案，通过与浆砌石重力坝进行技术比较，确定坝体材料。

从工程量及投资上来看，两种坝型结构设计相同，但混凝土用量堆石混凝土方案较浆砌石方案工程量较大，砌石方量较浆砌石坝方案小，其他工程量相当。在工程投资上，二者主体工程相差222.7万元，占主体工程投资的3.8%。

浆砌石坝施工技术简单，但砌体需要人工砌筑，施工质量不均匀，工期较长，需人工振捣，受人为因素影响大，且在沁水地区人工费较晋城其他地区偏高。

堆石混凝土采用自密实混凝土浇筑，靠自身重力填充空隙，施工过程简单，最大限度地降低了混凝土仓面的施工人员和机械工作量，现场控制管理更加简便易行；自密实混凝土避免了混凝土振捣密实的过程，消除了人为的不利干扰，施工质量和稳定性更加容易保证；自密实混凝土施工工艺简单，能够提高大仓面混凝土的施工效率、缩短工期；单位体积堆石混凝土的水泥含量少，因此水化温升小，温控比较容易；自密实堆石混凝土具有大块岩石稳定堆积构成的骨架，具有优良的体积稳定性，体积收缩小；自密实堆石混凝土可减少或免除凿毛工序，提高施工速度，但对混凝土配合比要求尤为严格。

自密实混凝土方案所需骨料均可从当地石料场购买，减少了部分征地手续，价格相对便宜；两方案由于块石料无法外购，必须自采，从而增加了部分料场征地。

由于该工程河谷较宽，施工作业面大，适合机械化施工，经比较，推荐自密实混凝土重力坝方案。

4 结论

经综合分析比较，选用下坝址作为首选坝址，坝型选用堆石混凝土重力坝坝型。该工程的兴建，不仅可以解决端氏、嘉峰工业园区部分工矿企业用水，还可解决固县乡云首水库下游附近的村庄农业用水。