马兰口水库大坝坝型设计方案比选
2016-02-05王肖迪
王肖迪
(1.太原理工大学,山西 太原030024;2.山西省水利建设开发中心,山西 太原030002)
马兰口水库大坝坝型设计方案比选
王肖迪1,2
(1.太原理工大学,山西 太原030024;2.山西省水利建设开发中心,山西 太原030002)
介绍了马兰口水库工程概况,依据坝址区地形地质及气象等条件,选择当地材料坝作为比选坝型,并从地形地质条件、建筑材料及坝料制备、渗透稳定主要工程量和造价等方面对比选坝型进行了综合比较,选出技术上可行、经济上合理的坝型。
坝型设计;方案比选;马兰口水库
1 工程概况
马兰口水库地处应县下马峪乡马岚口村南约1.5 km,工程区北距下马峪乡约5 km。坝址以上控制流域面积62.5 km2,总库容275万m3,工程主要任务是农业灌溉和畜牧养殖业供水。建筑物主要由挡水大坝、溢洪道、导流泄洪排沙洞(兼供水洞)组成。工程等级为Ⅳ等,工程规模为小(一)型。
2 工程区气象及地质条件
2.1 气候条件
工程区地处塞外高原,属北温带大陆性季风气候,春季雨量小,风沙大,易干旱;夏季暖热,雨量大且集中;秋季短暂,气候凉爽;冬季多风少雨,寒冷干燥。多年平均气温6.9℃,平均降水量626~674mm。
2.2 地质条件
库区位于马兰峪河中上游河段,属中山河谷地貌,河谷呈“U”型。河谷左岸山顶海拔高程1 285m,岸坡约40°左右,局部陡立,基岩裸露,局部有坡积物,基岩为太古界五台群台子底组牛还段的恒山杂岩,岩性以灰白色斜长角闪片麻岩为主,在基岩山体上植被发育一般。坝址区前后各发育1组冲沟,冲沟宽3~15m,坝后冲沟长度大于500m,沟底高程1 185~1 265m;坝前冲沟长约100m,沟底高程1 193~1 300m,冲沟内堆积有第四系全新统冲积物,岩性为卵石混合土,含少量漂石。
河谷右岸山顶海拔高程1 342m,岸坡约30°,基岩裸露,基岩为太古界五台群台子底组牛还段的恒山杂岩,岩性以灰白色斜长角闪片麻岩为主,在基岩山体上植被发育一般。坝址区前后各发育1组冲沟,冲沟宽3~15m,坝后冲沟长度大于500m,沟底高程1 184~ 1 375m;坝前冲沟长度大于500m,沟底高程1 194~ 1 320m,冲沟内堆积有第四系全新统冲积物,岩性为卵石混合土,含少量漂石。
3 坝型方案设计
工程坝址区所处河床高宽比较大,且河床覆盖层较厚,岩石弱风化层埋深20~25m,工程区1 km范围内砂砾石料储量丰富,具备修建重力坝及当地材料坝的建材条件。由于地质条件因素制约,修建重力坝投资远高于当地材料坝。因此,马兰口水库工程选择当地材料坝作为比选坝型,参与比选的当地材料坝型为沥青混凝土心墙砂砾石坝和混凝土砂砾石面板坝。
3.1 混凝土砂砾石面板坝
混凝土砂砾石面板坝枢纽布置方案为拦河布置土石坝,导流泄洪灌溉供水洞布置在左岸山体内,溢洪道布置在右岸岸坡上。大坝坝顶长170m,坝顶宽6m,坝顶高程1 225.3m,最大坝高42.3m,设3m防浪墙。上下游坝坡均为1∶1.6,上游面板采用高性能混凝土,厚度40 cm,在混凝土面板距表面15 cm处设一层钢筋网,双向布置,河床部位受压区面板宽10m,岸坡部位受拉区面板宽6m,下游坝坡采用C20混凝土框格内填30 cm厚干砌石护坡。左右岸趾板设于强风化层下限,首先清除坡积碎石土,再开挖岩石,趾板上游侧按1∶0.5边坡开挖,局部设系统锚杆,保证边坡稳定,下游侧按1∶1.6边坡开挖。左右岸趾板基础趾板上下游各布置孔距2m的固结灌浆,灌浆深度8m;帷幕灌浆孔布置在固结灌浆孔中间,孔距2m,灌浆深度为河床27m,左坝肩37m,右坝肩40m。
3.2 沥青混凝土心墙砂砾石坝
沥青混凝土心墙砂砾石坝布置方案与混凝土砂砾石面板坝极为相近,除坝体部分有区别外,其余建筑物基本相同。
坝顶长169.1m,坝顶高程1 225.1m,最大坝高42.43m。坝顶宽6m,设2.5m高钢筋混凝土防浪墙。沥青心墙厚40~50 cm;坝壳区为河床砂砾石料;大坝上游坝坡坡比1∶2.0,设20 cm厚现浇混凝土板护坡,上游坝脚设挡水围堰,围堰上游坡面设干砌石护坡,下铺复合土工膜防渗。大坝下游坝坡坡比1∶1.8,预制混凝土框格内铺30 cm厚干砌石护坡,下游坝脚为堆石料。沥青混凝土心墙及左右两岸建于弱风化基岩坝肩,河床部分建于砂砾石覆盖层。心墙下覆盖层地基设混凝土防渗墙,心墙和防渗墙下基岩地基设单排帷幕灌浆,孔距2.0m,最大灌浆深度35m,左、右两坝端各向两岸延伸30m。
3.3 坝型比较
3.3.1 地形地质条件
从坝址处地形地质条件看,两岸基岩的自然边坡均可满足面板坝、心墙坝这两种坝型,对坝体轮廓线内的卵砾石层,表层清除1m后再对坝基进行碾压处理。从防渗体基础开挖方面考虑,砂砾石坝面板坝防渗线相对较长,两岸趾板基础开挖深度较深,存在较高的边坡,开挖及支护量大。
3.3.2 建筑材料及坝料制备
坝址区有丰富的筑坝土料和砂砾料,满足两种坝型建设对坝料的需求。心墙坝的坝料填筑采用天然砂砾石料,石灰石成品料场位于朔州市水泥厂,运距95 km,交通便利、储量丰富,沥青由山阴县沥青库供应,运距45 km,混凝土骨料从成品料场拉运,运距4 km;面板坝坝料填筑均采用天然砂砾石料场料,面板所需钢筋从应县购买,运距35 km,混凝土骨料从成品料场拉运,运距4 km。
3.3.3 坝体稳定性
从防渗体的抗渗能力、抗冲蚀能力、渗漏量以及防渗体与坝壳料之间的层间关系等坝体渗流控制的因素比较,两种土石坝坝型渗漏稳定性较好。
3.3.4 施工方面
施工季节方面,工程区属严寒地区,两坝型坝体填筑部分均可全年进行,除心墙坝雨天不能施工,面板坝面板施工需尽量避开冬季外,其余时段可作为有效工期施工;从临时工程规模方面,心墙坝围堰可与坝体相结合,临时工程规模小,面板坝围堰与坝体分离,临时工程规模较大。
施工工艺方面,面板坝防渗结构(含基础帷幕灌浆)与坝体填筑施工相互干扰小,而心墙坝则需先完成坝基防渗后再填筑坝体。
在施工现场管理方面,面板坝由于对施工材料及工艺等要求较高,施工时需要进行更为严格细致的管理,心墙坝坝体结构较面板坝相对简单,但由于心墙及过渡料的施工工艺与堆石体不同,工序存在一定干扰,在工序搭接、组织流水施工方面要求较高。
3.3.5 主要工程量及投资比较
心墙坝、面板坝两种坝型的泄水建筑物、导流建筑物的布置与形式基本相同,工程量的比较仅对挡水建筑物、上游围堰及截流堤等临时工程进行,结果见表1。
表1 主要工程量及投资对比表
4 结论
通过对地形地质条件、建筑材料及坝料制备、施工条件、主要建筑物工程量及工程投资等方面的综合比较,认为沥青混凝土心墙砂砾石坝和混凝土面板砂砾石坝均有建坝条件,但沥青混凝土心墙砂砾石坝具有更好的地形适应性、防渗性能和抗冻能力,且坝体结构简单、技术可靠、投资相对较少。因此,本次比选拟定沥青混凝土心墙砂砾石坝作为马兰口水库大坝设计坝型。
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]1004-7042(2016)08-0042-02
王肖迪(1989-),男,太原理工大学计算机专业硕士研究生在读。
2016-06-16;
2016-07-24