介休市石口子水库坝型方案优化比选

霍晓娟

（山西省水利水电勘测设计研究院）

1 工程概况

石口子水库位于介休市东南约12 km的龙凤河峡谷中下游段，坝址距峡谷出口黑雨坪约2.5 km，控制流域面积341.5 km2，总库容245万m3。工程等别为Ⅳ等，工程规模为小（一）型水库，主要建筑物级别为Ⅳ级，临时建筑物级别为Ⅴ级。防洪标准为30年一遇设计，200年一遇校核。

2 坝型方案比选

综合地形、地质条件及筑坝材料，比较适合的坝型为重力坝和混凝土面板堆石坝。重力坝型中的堆石混凝土重力坝，由于其筑坝用的堆石混凝土比常态混凝土更经济，同时具有低标号水泥用量与低水化热、高密实度和高强度保证率，能显著提高工效，缩短工期，降低施工成本等特点，在国内目前被广泛推荐应用。设计过程中，在满足水库工程建设任务的前提下，选取堆石混凝土重力坝、混凝土面板堆石坝两种坝型进行方案比较。

2.1 混凝土面板堆石坝

2.1.1 大坝

混凝土面板堆石坝轴线在堆石混凝土重力坝轴线下游20 m，两坝轴线相互平行。枢纽工程由大坝、左岸泄洪隧洞及供水管道组成。混凝土面板堆石坝，坝顶长112 m，坝顶宽5.0 m，坝顶高程 1 020 m，坝趾面最低高程955 m，最大坝高65 m。坝顶上游侧设L型C20钢筋混凝土防浪墙，墙顶高程1 021.2 m，高出坝顶 1.2 m。墙高 4.0 m，顶宽 0.7 m，底板为带角撑的断面宽4 m，防浪墙上游侧底部设置宽0.8 m的小道，其高程为 1 017.7 m，高于正常蓄水位 3.2 m，以利检查行走。坝顶下游侧设预制混凝土块路缘石，坝顶为水库内部交通道路，采用沥青混凝土路面，厚0.5 m，其下设0.3 m厚水泥稳定碎石垫层。坝坡选择根据已建工程采用类比法确定，上下游坝坡均为1∶1.4，下游坝坡每14 m设一马道，马道宽2 m。坝体堆石分区填筑，分区碾压，上游到下游依次分为垫层区（2A）、特殊垫层区（2B）、过渡区（3A）、主堆石区（3B）、下游堆石区（3C）和下游护坡区（3D）。

为提高基岩的整体性和抗渗能力，对趾板的岩石地基进行固结和帷幕灌浆处理。沿趾板中部布置双排帷幕灌浆，孔距2 m，帷幕灌浆采用封闭式，平均灌浆深度25 m，左右岸坝头帷幕灌浆沿坝轴线向外延伸12m。对趾板下坝基进行固结灌浆，灌浆深度8 m，梅花形布置，孔距为3 m。面板采用等厚0.4 m，配筋采用单层双向配筋。

大坝周边缝宽12 mm，缝间填浸沥青木板。周边缝设三道止水，即底部“F”型铜片止水，中间设φ20氯丁橡胶棒止水，顶部缝口设凸体φ50氯丁橡胶棒止水，表面设置橡胶增强型SR防渗盖罩封闭，盖罩内充填性能良好的SR－2塑性止水填料，缝间填厚12 mm的沥青杉板。

2.1.2 导流泄洪洞及供水管道

由于坝址处河谷较窄，两岸山体基岩陡立，高差大，库区周边又无适宜的地形布置岸边溢洪道，因此选择泄洪隧洞作为泄水建筑物，并且有利于排沙。在水库左岸山体内布置2条导流泄洪洞，洞轴线相距30 m，分别由引渠段、进口有压洞段、进水塔段、无压洞段和出口消能段组成，两条洞总长分别为230 m和280 m。进口有压洞段断面均为圆形，洞径5.1 m；无压隧洞断面均为城门洞形，洞长分别为210 m和245 m，洞宽 5.1 m，高 7.0 m；进口底高程均为973 m，出口底高程分别为972 m和971.5 m，设计纵坡1∶200。隧洞进水塔段布置平板检修闸门和平板工作闸门，隧洞出口设消能段，采用挑流消能方式。

供水管道布设于左侧的泄洪洞内，长210 m，从泄洪洞闸门后靠近洞顶位置设取水口，将0.6 m压力钢管沿泄洪洞埋设于底板岩体内，管道从泄洪洞出口引出并防护。

2.2 堆石混凝土重力坝

2.2.1 大坝

堆石混凝土重力坝轴线在混凝土面板堆石坝轴线上游20 m处，两坝轴线相互平行。枢纽工程由大坝、泄洪冲沙底孔、溢流表孔及坝内预埋供水管道组成。堆石混凝土重力坝总长97 m，坝顶宽6 m，坝顶高程1 020 m，最大坝高66 m。坝体由4个坝段组成，从左到右分别为左岸挡水坝段、坝内预埋供水管及泄洪冲沙底孔坝段、溢流表孔坝段、右岸挡水坝段，长度分别为16 m、29.5 m、29.5 m和22 m。大坝上游983 m高程以上为铅直面，以下坝坡坡率为1∶0.3，下游1 011.76 m高程以上为铅直面，以下坝坡坡率为 1∶0.8。

溢流表孔坝段位于大坝右侧，采用开敞式溢流堰，堰顶高程1 014.5 m，设3孔，孔口净宽8.5 m。溢流面由堰顶曲线段、斜坡直线段及衔接反弧段组成。

为减少坝基渗漏，降低渗透压力，提高坝基抗滑稳定性，依据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005），在坝轴线上游3 m处坝基设置防渗帷幕。该重力坝坝高66 m，属于中坝，中坝的防渗帷幕应深入透水率q为3-5 Lμ的相对隔水层。根据地质资料，帷幕灌浆设计底高程为929 m，灌浆最大深度为25 m。为提高坝基岩石整体性和强度，对坝基底高程954 m及坝肩高程994 m以下范围内的大坝基础采用固结灌浆加固，灌浆孔间、排距均为3.0 m，梅花形布置；灌浆深度为上、下游深入基岩10 m，中部深入基岩5 m。固结灌浆范围沿坝基范围上、下游各外扩3 m。

2.2.2 泄洪冲沙底孔

泄洪冲沙底孔位于左岸坝段，中心桩号为大坝0+039.50，主要由进水塔、孔身段、出口闸室及出口挑流消能段组成，全长57.055 m。泄洪冲沙底孔进口紧贴大坝上游坝坡设置进水塔，进水塔为C25钢筋混凝土结构，塔身顺水流方向长6.13 m，垂直水流方向宽9.9 m，塔筒高43.0 m。塔筒上部设检修平台及启闭机室，检修平台高程1 020 m，启闭平台高程1 031.2 m。孔身段长26 m，由进口渐变段、圆形有压孔段、出口渐变段等组成。进口渐变段长8 m，由6 m×6 m的方形断面渐变为直径6 m的圆形。圆形有压孔段长10 m，直径6 m，出口渐变段长8 m，由直径6 m的圆形渐变为4.8 m×4.8 m的方形断面。孔身表层内衬0.5 m厚C40抗磨蚀钢筋混凝土。

出口闸室长5.6 m，宽8.0 m，内设弧形工作闸门，孔口尺寸4.8 m×4.8 m。闸室内底高程为977 m，启闭机平台高程992 m。出口挑流消能段长21.35 m，自上游至下游依次布置直线段和反弧段，反弧半径16 m，挑角25°，挑流鼻坎顶高程978.5 m。

2.2.3 坝内预埋供水管道

坝内预埋供水管道取水口2个，分别为高低两个不同高程的取水口，可实现不同库水位取水。

高位取水口坝内预埋供水管道布置于左岸挡水坝段，中心桩号为大坝0+023.00，主要由进口检修阀室段、坝内预埋供水管及出口控制阀室组成，全长52.5 m。进口检修阀室底高程为997.8 m，阀室为城门洞形，净宽4.5 m，净高4.5 m，长5 m。坝内预埋供水管由水平段、竖向弧段、斜坡段等组成，全长44.4 m，为直径1.0 m的压力钢管预埋设于大坝混凝土中而成，出口设2.5 m长渐变管，管径由1.0 m渐变为0.5 m。管道出口中心高程为978 m，出口接入控制阀室。

低位取水口设在泄洪冲沙圆形有压孔段靠下游孔身表面的靠上位置，在坝体内埋设直径1 m压力钢管，长18 m，出口设2.5 m长渐变管，管径由1.0 m渐变为0.5 m。管道出口中心高程为978 m，出口接入控制阀室。

3 坝型比选

混凝土面板堆石坝方案从地形地质上来讲，坝址区位于龙凤河谷的平顺段，不利于泄洪隧洞进口布置，上游右岸覆盖层较厚，布设面板和趾板时开挖量比较大；从运用管理上来讲，混凝土面板堆石坝运用管理比较复杂，运行中需注意对混凝土面板的维修。从投资上来讲，混凝土面板堆石坝方案的建筑工程投资6 321万元，堆石混凝土重力坝方案的建筑工程投资5 550万元，混凝土面板堆石坝方案投资比较大。两种坝型方案综合比较，堆石混凝土重力坝方案较优。两种坝型技术经济指标比较见表1。

4 结语

堆石混凝土重力坝，采用目前比较先进的自密性混凝土筑坝技术筑坝，不需要振捣，避免了人工干预，施工质量容易保证。大体积块石的使用，减少了水泥用量，节约了成本，施工速度快，投资较小。经比较分析，堆石混凝土重力坝方案作为最终选择坝型。

表1 两种坝型技术经济指标比较表