月潭水库工程坝型方案的比较与选择

(黄山市水电勘测设计院，安徽 黄山 245000)

1 概 述

安徽省黄山市月潭水库工程是国务院第48次常务会议确定的近两年和“十三五”期间分步建设纳入规划的172项重大水利工程之一。建成后，可有效调控洪水，削减洪峰，与下游堤防及河道整治工程相结合，将黄山市中心城区的防洪标准从25年一遇提高到100年一遇，可为黄山市城乡生活工业用水及其下游灌区提供可靠的水源，可合理利用水力资源，向当地电网提供清洁能源。本文主要通过对拟定的混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝两种方案从投资、工程布置、安全性、施工条件及工期、环境影响等方面进行综合分析和比较，最终确定合理的坝型。

2 工程概况

月潭水库地处新安江主源率水河中上游，坝址位于黄山市休宁县海阳镇首村下琳溪组下游约500m处。距休宁县城18.50km，距黄山市区29km。水库控制流域面积908km2，多年平均流量35.40m3/s，多年平均径流量为11.10亿m3。月潭水库主体工程由混凝土重力坝挡水坝段、泄水坝段、发电引水坝段、生态放水管、鱼道等组成。水库正常蓄水位为165.00m，电站装机2台10MW轴流转桨式水轮发电机组，总库容1.57亿m3。月潭水库是一座以防洪为主，结合城镇供水和发电，兼顾灌溉的Ⅱ等、大(2)型综合水利枢纽工程。

3 坝型的选定

坝轴线处河床底宽约100m，左侧滩地宽约25m，按40m坝高计，坝顶直线长度220m左右，坝址河谷宽高比为5.50。坝址基岩主要岩性为千枚状粉砂岩及粉砂质绢云母千枚岩，局部夹强度相对较低的绢云母绿泥千枚岩，坝基岩性不均一，岩层走向与河流方向交角较大，以陡倾角倾下游偏右岸，新鲜的粉砂质绢云母千枚岩饱和抗压强度30～32MPa，变形模量6～7GPa，强度中等偏软，变形模量大，地质条件亦不宜修建拱坝。坝址区附近土料分布零散，缺乏土料料源，下游5km处月潭村率水河右岸山坡岩性主要为石英砂岩和硅质砾岩，可作为堆石坝主堆石区料源；当地材料坝型可考虑混凝土面板堆石坝。故月潭水库拦河坝坝型选取混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝进行比选。

3.1 混凝土重力坝

坝型为混凝土重力坝方案时，坝顶高程173.60m。最大坝高36.60m，坝顶长214m，坝顶宽7m。大坝上游面直立，下游坡1∶0.8，非溢流段最大坝基厚度29.28m。下游面在156.50m高程设置宽1.50m的巡视马道。距坝轴线下游3m坝体内设置灌浆廊道，底高程140.00m，城门洞形断面，尺寸为3m×3.5m(宽×高)。坝体大体积混凝土强度等级采用C15，坝基垫层1.0m及上游面2.0m厚度采用C20混凝土，廊道周边1.0m厚度、溢流堰面、闸墩等过流面采用C25混凝土。坝体结构见图1。

泄洪建筑物采用3底孔+4中孔+2表孔的间隔布置方案，布置3个有压泄水底孔，进口底板高程144.80m，尺寸6m×6m(宽×高)。泄洪中孔布置为4孔，堰顶高程平汛限水位160.50m，孔口尺寸8m×6m(宽×高)。泄洪表孔布置为2孔，堰顶高程平正常蓄水位165.0m。下游消能采用底流消能，消力池底高程134.50m，净宽87m，池长100m，尾坎与下游河床平。1000年一遇校核洪水位172.10m情况下，泄洪建筑物最大下泄流量4226m3/s。

引水发电系统采用左岸坝后式厂房型式，发电引水管道布置于泄洪底孔左侧坝块，为2孔直径4.50m的坝内埋管，进口底板高程为147.00m，事故检修闸门井和拦污栅布置于坝顶的上游侧。发电厂房及升压开关站位于坝后，根据进厂交通要求，安装间布置于厂房的右侧，副厂房和升压开关站布置于厂房与坝体之间。

3.2 面板堆石坝

坝型为面板堆石坝方案时，坝顶高程172.50m，最大坝高36.70m，最大坝基宽111.20m，坝顶长188m，坝顶宽7m。混凝土面板坝上下游边坡1∶1.4，上游钢筋混凝土面板厚度0.40m。上游面在趾板上设6m高的黏土防渗体，防渗体顶宽3m，上游坡1∶2，防渗体上游侧采用任意料防护，防护体顶宽2m，上游坡1∶3。下游面在160.20m和151.20m高程设置宽2m马道，145.00m高程设置宽5m马道，145.00m高程以下下游坡1∶1.5。面板堆石坝垫层区、过渡区、主堆石区采用月潭料场的石英砂岩或硅质砾岩。在下游144.00m高程以上设置次堆石区，次堆石区利用溢洪道开挖新鲜千枚岩或千枚状粉砂岩料。坝体结构见图2。

泄洪建筑物利用左岸山体开挖溢洪道。左岸溢洪道布置5孔，每孔净宽15m，采用宽顶堰型式，布置弧门控制。溢洪道底板高程为156.00m，闸门顶高程172.00m，控制段后泄槽宽85m，底坡为1∶4，尾部设60m长消力池，池底高程141.50m，池宽85m，尾坎高4.50m。2000年一遇校核洪水位171.90m情况下，溢洪道最大下泄流量5036m3/s。

引水发电系统采用隧洞引水式布置，发电引水隧洞布置于右岸山体内，利用导流隧洞改建而成。岸塔式进水口设置双层过流通道，下层通道考虑导流需要，底高程为142.00m，上层发电进水口底高程150.00m，后期封堵下层通道形成发电隧洞进水口。洞身段采用城门洞形断面，断面尺寸8.0m×9.0m(宽×高)，总长339.24m。厂房布置在右岸山体后水口村，采用地面式厂房，升压开关站布置在安装间上游侧。大坝下游500m处布置跨河交通桥。

4 坝型的比较与选择

4.1 工程量及投资对比

根据两种坝型的枢纽建筑物布置和结构尺寸，分别进行工程量和投资计算。各坝型主要工程量及投资对比详见表1。

表1 混凝土重力坝与面板堆石坝方案主要工程量及可比投资对比

从两种坝型方案的可比投资看，重力坝方案为29183万元，面板堆石坝方案为38771万元，比重力坝方案投资多9588万元，重力坝坝型在投资上明显优于面板堆石坝。

4.2 工程总体布置对比

从工程总体布置上看，重力坝方案采用表孔、中孔以及底孔泄洪，泄洪可由坝身自身解决，表孔、中孔及底孔间隔布置在河流主河道，水流平顺，消能型式布置灵活。面板坝方案坝身无法布置泄洪设施，需在左岸开挖岸边式溢洪道。重力坝方案可将引水道置于坝身，厂房置于坝后，直接从原左岸公路进厂，交通方便，建筑物布置紧凑，运行管理方便。面板堆石坝方案发电引水系统采用右岸隧洞引水式布置，溢洪道与发电引水系统分布两岸，还需在下游修建跨河交通桥，总体布置较为分散，运行管理不便。重力坝方案工程总体布置较合理。

4.3 工程安全性能对比

从建筑物安全性看，混凝土重力坝安全性高，在我国建成的重力坝较多，具有较丰富的设计、施工、运行经验，不存在重大的技术难题。面板堆石坝安全性较混凝土重力坝低，尤其采用软岩料填筑，坝体易产生不均匀沉降，引起混凝土面板断裂，更降低面板坝的安全度。

4.4 施工条件及工期对比

从工程施工条件看，重力坝方案施工的灵活性大，风险性小。重力坝方案可以利用泄洪底孔分期导流，施工导流分两期，一期右岸老河床导流，进行纵向混凝土围堰及发电厂房基础开挖施工；后阶段利用上下游横向土石围堰及纵向混凝土围堰束窄河道，明渠导流，进行溢流坝段主体结构工程施工，为后期底孔导流做准备。二期利用底孔导流，进行厂房坝段及发电厂房主体结构工程施工，直至全部导流底孔下闸蓄水。

面板堆石坝方案施工导流需增设右岸导流隧洞，工程施工全过程均需导流隧洞导流，并后期改建为发电引水隧洞。施工度汛导流方面重力坝坝型比面板堆石坝坝型优越得多。面板堆石坝方案坝体填筑量大，施工时有一定干扰，对施工组织和施工技术水平要求较高。溢洪道开挖边坡高达60多米，处理难度大。隧洞洞径较大，位于千枚状粉砂岩与粉砂质绢云千枚岩互层岩层内，均为Ⅲ～Ⅳ类围岩，开挖难度较大、风险较高。重力坝坝型施工安全性比面板堆石坝坝型优越。

从工期看，重力坝利用主河道和坝身底孔分期导流，主体工程施工工期30个月。面板堆石坝方案采用导流洞导流，导流洞完成后需改建为发电洞，再进行厂房的施工，主体工程施工工期约36个月。

4.5 环境影响对比

从对环境影响程度看，重力坝方案坝基开挖弃渣量小，粗骨料从石料场外购，砂料采用库区内料场河砂，对工程区环境影响较小。面板堆石坝方案溢洪道开挖弃渣达120万m3，主堆石料32.60万m3需从下游5km的料场开采，对环境影响较大。故重力坝方案对环境的影响较小。

5 结 论

通过对月潭水库工程量及投资、工程总体布置、工程安全性能、施工条件及工期、环境影响的对比分析，混凝土重力坝方案和面板堆石坝方案具有不同的优缺点。

混凝土重力坝方案具有如下优点：工程投资较省；总体布置紧凑，泄水建筑物布置及运用灵活，运行管理方便；施工工期较短；对工程区环境影响小。

面板堆石坝方案具有如下缺点：工程投资较大；枢纽下泄流量大，泄洪建筑物布置较重力坝协调性差；坝体填筑量大，填筑强度高，施工时有一定干扰，因此，对施工组织和施工技术水平要求较高；运行管理不便，施工工期较长；对工程区环境影响较大。

通过上述各方面比较，混凝土重力坝明显优于面板堆石坝，因此，月潭水库最终选定混凝土重力坝。