咸丰县龙洞湾水库工程坝型设计及选定

秦乙洪，覃方义，田 柳

(咸丰县水利水产局，湖北 恩施 445600)

1 工程概述

1.1 基本概况

龙洞湾水库位于野猫河上游，该水系上游以伏流为主。流域山顶高程1200.00～1800.00 m，谷底高程795.00 m，相对高差1000.00 m左右，地势总体上南西高，北东低，溪流时隐时现，由南西流向北东。山脉和水系受构造线控制，呈北东南西向展布。

龙洞湾水库大坝坝顶高程833.00 m，防浪墙高程834.00 m，坝顶宽度6.00 m，河床趾板建基面高程793.00 m，最大坝高40.00 m，坝顶长度261.66 m。水库正常蓄水位831.00 m，死水位809.00 m，总库容926万m3，调节库容657万m3，死库容196万m3。该项目实施后，可覆盖农田灌溉面积1466.67余公顷，其中基本烟田灌溉面积933.33 hm2，规划供水人口达2.18万人，大牲畜约3.4万头。咸丰县龙洞湾水库以灌溉为主，该工程的兴建不仅对促进区域社会经济的快速发展具有重要意义，同时兼有人畜饮水，可以解决咸丰县曲江镇近3.2万人饮水困难及1333.33 hm2农田灌溉问题，水资源得到充分利用，大部分农田灌溉得以保障，确保当地农民旱涝保收[1]。

1.2 地层岩性

龙洞湾水库工程主要出露寒武系—二迭系的碳酸盐岩、砂页岩等地层。沿河谷地带有零星的第四系松散堆积物分布，区域地层岩性如下。

(1)第四系冲积、残坡积堆积：岩性以松散的砂性土、黏性土、土夹石为主。沿河谷地带，山麓坡脚分布。厚度2～10 m。

(2)古生界二迭系：岩性以碳酸盐岩、炭质页岩为主。分布于区域北西一侧。

(3)古生界志留系(地层上部泥盆系、石炭系地层出露不全)：岩性以砂页岩为主。分布于曲江河一带。

(4)古生界寒武、奥陶系：岩性以碳酸盐为主。

该区岩石物理力学指标如表1所示。

表1 岩石物理力学指标

1.3 地质构造

龙洞湾水库工程所处一级构造单元为新华夏系第三隆起带——湘黔鄂隆起褶皱带的北端，次一级构造为NE向的背斜和大断裂。由于受东西向构造带的影响，区内主要构造行迹为NE～SW向，斜列式较宽缓的褶皱和伴随产生的北北东向至北东向压性和压扭性断裂，其次是不发育的北西向短小的张性和张扭性断裂[2]。该区坝址区覆盖层厚度如表2所示。

表2 坝址区覆盖层厚度表

2 坝型的选定

根据相关研究成果，选定了沥青混凝土心墙土石坝和面板堆石坝的两种不同设计方案，根据两种方案的工程布置描述，从地形地质条件、施工条件、征地移民、投资等方面对两种不同坝型的设计方案进行比较。

根据实际的地形地质条件，工程区左右岸山坡基岩裸露，零星覆盖层较薄，均为块石、碎石夹黏土，因山坡黏土料源缺乏，虽有60 hm2水田可提供约10×104m3的壤土，可做黏土心墙坝，但鄂西南山地，降雨量达1450 mm，心墙坝一年有100多天不能施工，比面板坝多一年施工期，且毁坏山区很宝贵的土地资源，故该地不宜修建黏土心墙坝[3]。故本阶段选取沥青混凝土心墙土石坝与面板堆石坝进行进一步比选，由于本工程的单一性，两种坝型的最终选择又与地形地质条件、施工条件、移民征地、导流方式等紧密相关，需要经过综合的技术经济比较确定。

根据地形地质条件，初选沥青混凝土心墙土石坝和面板堆石坝两种坝型，由于两种坝型均为土石坝[4]，溢洪道和输水洞等布置均相同，故仅对大坝进行比较，现对两种坝型的大坝布置初步选定以下两种方案进行比较。

2.1 方案一的初定

方案一为面板堆石坝+右岸溢洪道+左岸导流输水洞(以下简称面板坝方案)。

混凝土面板堆石坝坝顶高程833.00 m，防浪墙高程834.00 m，坝顶宽度6.00 m，河床趾板建基面高程793.00 m，最大坝高40.00 m，坝顶长度261.66 m，最大坝底宽123.75 m，上、下游坝坡均为1∶1.3，下游在814.00 m高程设一马道，马道宽2.00 m。上游坝面通过趾板与岸坡连接，趾板均落在微风化和弱风化岩基上。大坝填筑料为白云岩或白云质岩，料场位于大坝右侧300.00～900.00 m处，能满足块石料或人工骨料强度要求，可供工程选用。而导流洞、溢洪道等建筑物的开挖料也可加工后上坝，其质量满足大坝填筑要求，堆石料场在1.0 km内。

2.2 方案二的初定

方案二为沥青混凝土心墙土石坝+右岸溢洪道+左岸导流输水洞(以下简称心墙坝方案)。

沥青混凝土心墙土石坝坝顶高程833.00 m，防浪墙高程834.00 m，坝顶宽度6.00 m，河床趾板建基面高程793.00 m，最大坝高40.00 m，坝顶长度261.66 m，最大坝底宽162.90 m。上游坝坡为1∶2，在813.00 m高程设一马道，马道宽2.00 m，为20.00 cm厚现浇混凝土护坡，下设0.10 m厚砂石垫层。下游坝坡坡比为1∶2，在813.00 m高程设一马道，马道宽2.00 m，为0.30 m厚浆砌石护坡，下设10 cm厚砂石垫层。大坝坝轴线处设0.80 m厚沥青混凝土心墙，心墙上、下游侧各设2.00 m宽的反滤料和过渡料，心墙底部开挖至基岩，下接帷幕灌浆[5]。大坝填筑料为白云岩或白云质岩，料场位于大坝右侧300.00～900.00 m处，能满足块石料或人工骨料强度要求，可供工程选用。而导流洞、溢洪道等建筑物的开挖料也可加工后上坝，其质量满足大坝填筑要求，堆石料场在1.0 km内。防渗沥青需选用专用的水工建筑物沥青，目前生产厂家较少，需从外地购买。

3 方案比选

根据以上两个方案的工程布置描述，现从地形地质条件、施工条件、征地移民、投资、工期要求等方面对两种坝型进行比选。

3.1 地形地质条件

从地形上来看，两个坝型都比较适合，坝址岩体较完整坚硬，力学强度较高，地基可满足建坝要求[6]。虽然沥青混凝土心墙坝对地质要求较面板坝略低，但由于坝址处基岩出露较浅，坝址处没有大的地质缺陷，故面板坝趾板及心墙坝防渗体均较容易布置，从地形地质条件看，两方案相当。

3.2 施工条件

(1)施工工期。面板堆石坝采用先回填至坝顶高程，待预沉降完成后一次性进行面板浇筑。心墙坝则为沥青混凝土心墙，施工时应该随坝体升高同步上升。虽然面板坝面板浇筑较碾压沥青混凝土心墙略复杂，但由于沥青心墙摊铺对气候要求更严格，特别是雨季无法施工，工程所在鄂西南山地，降雨量达1450 mm，心墙坝一年有100多天不能施工，沥青心墙坝较面板堆石坝工期晚三个月。

(2)施工导流。对施工导流而言，面板坝上、下游围堰设计标准为抵挡枯水期5 a一遇设计洪水考虑，第一个汛期坝体已经上升至坝顶高程，超过枯水期5 a一遇洪水由已建坝体挡水。心墙坝受前期需进行心墙同步碾压、雨季不能施工及需进行基础帷幕灌浆的影响[7]，坝体在汛期前无法达到遭遇全年20 a一遇设计洪水时坝前水位821.51 m高程，故需增大导流洞尺寸及加高上、下游围堰的堰顶高程。从施工导流来看，心墙坝施工导流风险更大，投资更多。

(3)施工难度。据统计，湖北省混凝土面板坝坝型采用较多，技术较成熟。特别是面板的结构优化和施工水平通过一系列项目的实践和创新，施工速度快，面板防渗质量好，施工机械也比较好采购或租赁。

沥青心墙坝在湖北省也有使用，但省内实例还较少，技术还处于借鉴、摸索期，有过相关施工经验的施工单位还较少。特别是沥青心墙的摊铺，采用人工摊铺效率较低；采用机械摊铺，需要购置专门的摊铺设备，且国内摊铺设备生产近几年才起步，购买有难度或需要进口。如湖北省已经实施代表性的三峡工程副坝茅坪溪沥青混凝土心墙土石坝，采用的就是从国外进口的摊铺机。

(4)施工条件综合比较。以上施工条件综合比较可以看出，施工方面面板坝型式优势较明显。

3.3 征地移民

两个方案库区征地移民指标基本相同，受坝坡坡比影响，坝区征地范围心墙坝方案略大于面板坝方案。从移民征地指标上看面板坝方案略优。

3.4 总投资

本工程投资概算编制方法主要执行《水利水电工程设计概(估)算编制规定》。建筑工程执行《水利建筑工程概算定额》和《水利工程施工机械台时费定额》。设备安装工程执行《水利水电设备安装工程概算定额》。

3.4.1 基础单价

(1)人工预算单价。工资标准执行水总〔2014〕429号文规定，枢纽工程按枢纽工程类别二类区分别计取各等级工人人工工时预算单价：工长11.98元/工时，高级工11.09元/工时，中级工9.33元/工时，初级工6.55元/工时。

灌溉工程按河道工程类别二类区分别计取各等级工人人工工时预算单价：工长8.31元/工时，高级工7.70元/工时，中级工6.46元/工时，初级工4.55元/工时。

(2)材料预算价格。主要材料预算价参照2016年一季度咸丰地区市场价格计算材料预算价。水泥32.5：393.11元/t，水泥42.5：413.71元/t，钢筋：2723.01元/t，板枋材：1293.20元/m3，柴油5800.00元/t，汽油6745.00元/t。

砂石料：人工石料。其中砂在市场采购，砂90.00元/m3；根据施工组织设计提供的工艺流程，枢纽工程按相应取费标准计算出，碎石63.45元/m3，块石58.23元/m3；灌溉工程直接在市场购买砂石料，砂85.00元/m3，碎石80.00元/m3，块石65.00元/m3。按有关规定，材料价格高于限价的以限价进入单价：水泥300.00元/t；钢筋3000.00元/t；柴油3500.00元/t；汽油3600.00元/t ；砂70.00元/m3。超出部分计取税金后列入工程单价之中。施工用风、水、电价：根据施工组织设计提供的资料计算，枢纽工程风0.20元/m3，水0.63元/m3，施工用电1.08元/kW·h；灌溉工程风0.22元/m3，水 0.64元/m3，施工用电1.37元/kW·h。

(3)机电及金属结构。设备价主要设备采用现行的行业价和生产厂家报价，其中闸门10 500元/t；埋件10 000元/t；卷扬启闭机16 000元/t。设备的采购、保管、运杂费率按设备费的4.728%计取。

3.4.2 费用标准

(1)枢纽工程单价中的费率执行水总〔2014〕429号文规定按枢纽工程类别计取。

其他直接费：按基本直接费的百分率计算，建筑工程取7.0%，安装工程取7.7%。

间接费：以直接费为计算基础的土方工程为7.0%，石方工程为11.0%，混凝土浇筑工程8.0%，模板工程按8.0%，钻孔灌浆和其他工程9.0%。设备安装工程按人工费的75.0%。

利润按直接费与间接费之和的7.0%计算。

税金按直接费与间接费、利润之和的3.28%计算。

(2)灌溉工程单价中的费率执行水总〔2014〕429号文规定按河道工程类别计取。

其他直接费：按基本直接费的百分率计算，建筑工程取4.0%，安装工程取4.7%。

间接费：以直接费为计算基础的土方工程为3.0%，石方工程为7.0%，混凝土浇筑工程6.0%，模板工程按5.0%，钻孔灌浆工程取8.0%，其他工程取6.0%。设备安装工程按人工费的70.0%。

利润按直接费与间接费之和的7.0%计算。

税金按直接费与间接费、利润之和的3.28%计算。

根据不同方案的主要工程量进行比较，见表3。两个方案的主要投资项目比较见表3。

表3 各方案主要工程量及项目投资比较

根据工程实际情况，对初步选定的两种方案面板堆石坝方案和沥青混凝土心墙坝方案的枢纽工程投资、金属结构设备及安装工程投资、机电结构设备及安装工程投资、临时工程投资、征地补偿、移民安置以及环境保护工程等方面计算出：面板坝方案总投资20 979.22万元，心墙坝方案21 411.01万元，面板堆石坝方案总投资略优于沥青混凝土心墙坝方案。

4 方案比选结果

经过比选，面板坝方案在施工条件、工程投资等方面有明显优势，特别是技术稳定成熟和施工方便上看，面板坝更优[8]。故推荐面板堆石坝+右岸溢洪道+左岸导流输水洞方案。

推荐方案枢纽布置初拟为：主河道布置挡水建筑物，坝体采用混凝土面板堆石坝；坝顶高程833.00 m，防浪墙顶高程834.00 m，河床趾板建基面高程793.00 m，最大坝高40.00 m，坝顶长度261.66 m，最大坝底宽123.75 m。右岸山包与山体之间垭口布置泄水建筑物，溢洪道为开敞式平底闸型式，校核泄量638 m3/s(P=0.1%)，设计泄量506 m3/s(P=2.0%)，溢洪道由进口段、闸室段、泄槽段、消能段、尾水渠等组成。输水洞(兼导流放空洞)布置于左岸，进口底板高程为805.0 m。