东阳水库坝型选择初步探讨

(四川沃土项目投资管理有限公司，成都，610096)

1 工程概况及基本资料

1.1 工程概况

东阳水库坝址以上集水面积65.5km2，河道平均比降50.9‰，多年平均年来水量4090万m3。工程开发任务是以农业灌溉、乡村供水等综合利用的小(1)型水利工程。水库正常蓄水位932.00m，正常库容532万m3，总库容717万m3，死水位为911.00m，死库容108万m3，兴利库容424万m3。大坝坝顶高程939.50m，坝顶宽6.00m，最大坝高66.5m，由于工程地处Ⅷ度地震区，大坝按3级建筑物设计，其它永久主要建筑物按4级设计，次要建筑物按5级设计。

1.2 基本资料

1.2.1 水文气象基本资料

(1)水文基本资料

大坝设计洪水重现期为50年，相应洪峰流量564m3/s；校核洪水重现期为500年，相应洪峰流量910m3/s；消能防冲设计洪水标准为20年一遇，相应洪峰流量425m3/s。

(2)气象资料

工程所在地多年平均气温13.7℃，历年极端最高气温36.2℃，历年极端最低气温为-9.2℃；多年平均相对湿度76%；多年平均年降水量993.2mm，多年平均年蒸发量1066.8mm；多年平均风速1.3m/s。

1.2.2 坝址区地质条件

坝区出露地层有：①崩坡积堆积层(Q4col+dl)，物质组成为孤块碎石夹粉土，厚0～10m；②冲积堆积层(Q4al)，物质组成为漂卵砾石夹砂，厚9m～20m；③下古生界前泥盆系碧口群第四段(AnDbi4)石英片岩，深灰至灰绿色，薄层状构造，局部为厚层状，多含白色石英条带和团块。

经N120原位测试，河床部位上部0～4m为砂夹卵砾石，结构松散，N120平均击数小于1击/10cm；其下为漂卵砾石夹砂层，其中厚度0.8m～2.0m，平均击数为5.5击/10cm，为稍密层；下部N120平均击数大于30击，为中密至密实层。

对弱风化和新鲜片岩分别进行了垂直层面和平行层面两种试验，试验成果表明坝区强风化、弱风化、新鲜片岩饱和抗压强度平均值分别为7.5 MPa、13.2MPa、25.6MPa，风化岩体属软质岩，新鲜岩体属较软岩。

2 各阶段坝型比选和推荐坝型的提出

2.1 可研阶段坝型比较

由于受自然保护区核心区和水库开发任务限制边界条件影响，坝址坝线选择空间不大。可研阶段已基本选定的坝址不存在明显制约建筑物布置的地质问题，同时拟定了以沥青混凝土心墙石渣坝为代表的当地材料坝与以埋石混凝土重力坝和混凝土双曲拱坝为代表的刚性坝进行比较，择优选择了埋石混凝土重力坝。

2.2 初步设计阶段坝型比选

初步设计阶段在可研阶段基础上，布置两条坝线进行比较，上坝线主要研究沥青混凝土心墙石渣坝和钢筋混凝土面板坝，下坝线主要研究沥青混凝土心墙石渣坝、钢筋混凝土面板坝和碾压混凝土双曲拱坝。

由于可研阶段和初步设计阶段均很难比选出最优坝型，本文将可研阶段的埋石混凝土重力坝，初设阶段的沥青混凝土心墙石渣坝、钢筋混凝土面板坝和混凝土双曲拱坝，以及增加粘土心墙坝一同进行优劣分析，确定最终选定坝型。

2.3 各坝型主要技术条件比较

2.3.1 地质条件

(1)地质构造条件

工程区位于青川断裂北侧4km，该断裂于三锅乡穿过，推测具有晚更新世的活动性，全新世无明显活动迹象，坝址区未来50年超越概率为10%地震动峰值加速度为192cm/s2，相应地震基本烈度为Ⅷ度。虽然断裂带距坝址较近，但对大坝的安全不构成大的影响。从抗震性能来讲，该工程区适宜建柔性坝，不宜建刚性坝，即宜建土石坝，不宜建混凝土重力坝，因拱坝结构抗震性能近年来已得到认可，故拱坝在坝型选择范围内。

(2)地基条件

由于坝区岩体为薄层状片岩，坝肩弱风化岩体平均饱和抗压强度13.2MPa，坝基岩体质量为CⅤ类；微新岩体平均饱和抗压强度25.5MPa，坝基岩体质量为CⅢ类。修建坝高大于50m的刚性坝适宜性较差。重力坝主要靠自身重量维持坝体稳定，重力坝地基岩石强度要求高，故在较软岩基础上筑坝较为不适宜。就拱坝而言，两坝肩缓倾下游的贯通性结构面较为发育，左右岸均发现5条裂隙，加之拱坝拱座对坝肩岩体强度和完整性要求更高，对拱座极为不利，因此，若选择拱坝，需对两坝肩采取必要的加固处理措施，从而加大工程投资。而沥青混凝土和土质心墙坝以及钢筋混凝土面板坝主要是解决防渗体系基础问题。在本工程中，心墙基座和趾板下部为砂卵石密实层，可作为土石坝基础，并进行防渗处理以达到防渗设计要求。

同时，坝址区覆盖层为漂卵石层，埋深9.25m～20.4m，松散及稍密层深度5m～6m，覆盖层下部强风化带岩体中裂隙发育，岩体完整性差，岩体质量差，岩体质量属CⅤ类，不宜作地基持力层。土石坝的心墙、混凝土趾板地基可清除上部5m～6m松散及稍密层，对下部覆盖层采用混凝土防渗墙处理并进行帷幕灌浆处理。重力坝和拱坝在此条件下筑坝，应全部清除覆盖层，开挖工程量大，且基坑排水工程量大，不利于投资控制和施工。

从地基条件而言，心墙坝和面板坝条件较为优越，重力坝和拱坝地基条件较差，需进行大规模开挖，仍需进行基础处理，同时对坝体填筑期间的施工排水较为不利。

2.3.2 工程布置条件

根据坝址区地形、地质条件，由于河谷呈较为狭窄的“V”形谷，适宜布置拱坝。两岸岸坡地形坡度为60°～70°，大多呈陡崖状，不利于心墙坝混凝土基座和面板坝趾板的布置。

本工程若选用土石坝，其溢洪道均需对左岸或右岸山体进行大规模开挖，但开挖料可作为土石坝的石渣料利用，面板坝堆石区石料不能利用该开挖料，故心墙石渣坝优于面板坝；本工程若选用重力坝或拱坝，泄洪方式均可采用坝身泄流形式，可有效解决因水文条件需要的大规模开挖问题，施工导流可采用岸边导流洞方式进行导流，其两岸开挖料仅能作为弃料，不能利用，但工程布置较土石坝简单方便，较土石坝优。从工程布置条件看，重力坝和拱坝优于土石坝。

2.3.3 建材条件

工程区内天然砂砾石零星分布，储量较少，不能满足重力坝或拱坝的用量要求；根据坝址区岩石力学试验成果，岩石属较软岩，其抗压强度不能满足重力坝和拱坝要求；由于重力坝和拱坝用量较土石坝用量相差较大，采用购买或者外地开采，不经济。面板堆石坝所需的堆石料，需从38km外的料场开采灰岩料，运距较远，费用高；心墙石渣坝方案所需石渣料可就近开采，料源丰富，运距近，开采条件较好。作为沥青混凝土骨料，由于其用量较小，可在外地利用灰岩进行人工骨料加工得以满足；粘土心墙坝相对于沥青心墙坝施工难度较小，对外部环境要求不高，所以粘土心墙坝优于沥青心墙坝。故从建材条件来说，土石坝可利用当地建材优势，节约投资，较为经济，优于重力坝和拱坝；土石坝中，心墙坝较为经济，优于面板坝。

2.3.4 施工条件

心墙石渣坝与面板坝只需要将防渗体开挖至基岩或弱风化岩体，而拱坝需将整个坝基开挖至弱风化岩体，由于坝基覆盖层厚度较大(最大深度20.4m)，重力坝和拱坝的开挖量均大于心墙坝及面板坝。

各种坝型对外交通条件和场地条件类似，施工生产生活设施布置相当。沥青混凝土心墙石渣坝和钢筋混凝土面板堆石坝施工技术简单，易于机械化施工，施工工艺和技术较成熟。混凝土双曲拱坝和拱坝几何形状复杂，施工难度大，技术要求高，且温度控制要求较严格，需对坝体进行通水冷却，临建工程投资大。

沥青混凝土心墙石渣坝填筑可利用开挖料，弃渣量相对较小，混凝土面板坝及拱坝枢纽建筑物开挖料无法利用，渣场规模相对较大。

沥青混凝土心墙石渣坝和钢筋面板堆石坝采用枯期围堰挡水，总工期分别为32个月和30个月；混凝土双曲拱坝采用枯期围堰挡水，汛期坝体缺口导流，总工期为30个月；三种坝型施工工期条件基本相当。

3 结论

就地质条件、布置条件、建材条件和施工条件而言，本工程修建心墙石渣坝较优，可建面板堆石坝，不宜建重力坝和拱坝。根据目前基础处理技术条件，完全能满足本工程基础处理技术要求，且采用心墙坝既可减少坝基深覆盖层开挖工程量，又可充分利用当地材料和开挖料进行筑坝，既解决了抗震安全性问题，又解决了刚性坝深覆盖层开挖和坝基岩石为软弱岩石的问题，同时还解决了外购堆石料的问题。

在设计阶段的坝型选择中，应充分考虑坝型对地形、地质条件的适应性，充分考虑工程安全性，充分利用当地材料选择合适的坝型，后期对坝型选择研究中，亦可考虑适用于本工程的新型材料坝型。本文通过对各种坝型技术经济的初步比较，积累了坝型选择经验，为今后的设计工作起到了良好的指导作用。