新疆托帕水库工程坝址及坝型方案比选分析

2019-09-23刘录录

山西水利科技 2019年2期

刘录录

（新疆水利水电勘测设计研究院乌鲁木齐830000）

水库的坝址和坝型比选是工程可行性研究阶段的重要内容，也是新建水库设计中至关重要的环节。坝址和坝型选择的合理性关系到工程的安全、工程量、工程造价，也关系整个水库的投资效益，一般从工程地质、枢纽布置、建筑材料、施工条件、工程造价等方面进行比较[1-2]。通常每个坝址都有若干种坝型方案可供选择，而各个方案互有优缺点，坝型的比选通常遵循技术可行性、效益最大化、整体与具体相结合的原则。

恰克玛克河发源于新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县境内的吐尔尕特山，位于塔里木盆地西缘，是喀什噶尔河的支流之一。拟在恰克玛克河上修建一座水库，其作用是解决恰克玛克河流域灌溉区季节性缺水和流域防洪问题。本文以托帕水库工程为例，从地形地质条件、工程布置及工程量、淹没影响及工程投资几个方面对上、下坝址进行综合经济比较，选出更经济合理、技术可行的坝址，并在选定坝址的基础上优选合理的坝型。

1 坝址比选

托帕水库工程拟在托帕立交桥下游至恰克玛克河上游恰克玛克大桥之间的河段选择2 处坝址，分别位于巴音布鲁克提乡上、下游处，即为上坝址和下坝址。

1.1 地形条件

上坝址河流走向近南北向，河谷呈“U”型谷，自然边坡45°～65°，河谷底宽220～350 m 不等，河流坡降10‰～15‰，河漫滩极为发育，且生长有少量的次生林，两岸发育Ⅰ、Ⅱ级阶地，零星分布V 级残留阶地。左岸为一向西凸出的基岩山梁，山梁宽350～450 m，有利于布置泄洪建筑物。

下坝址河流由西北流向东南，河谷呈宽心型谷，河谷底宽450～670 m 不等，河床纵坡在1.5%左右，河水主流位于河床右侧，左岸岸坡走向在130°左右，岸坡基岩多为裸露山顶为一缓台，上部分布有少量第四系更新统砂砾石层，右岸略向北凸出，岸坡近直立。河道两岸地形近为顺直。

从地形条件比较，上坝址河谷较窄，左岸凸出山脊更有利于工程布置。从S212 道路改建地形条件比较，上坝址下游侧两岸山体陡峻，道路改建爬升较困难；下坝址下游侧两岸山势平缓，更有利于道路改建爬升布置。

1.2 工程地质条件

上、下坝址地质构造不发育，库区内无区域性断裂和大规模断裂穿过，工程地质条件较好无活动断裂通过，工程区处于相对稳定的地区。上、下坝址水文地质条件相近，上坝址河床覆盖层厚度80～101 m 左右，下坝址河床覆盖层厚度50～90 m。

1）上坝址

上坝址基岩岩性以灰岩和粉砂岩为主，为中—坚硬岩；河床宽度为220～300 m，正常高水位河谷宽度410 m，最大坝高61.5 m；基岩透水率界限:左坝肩为基岩面以下26.5～36.7 m，河床段为基岩面以下4.7～37.4 m，右坝肩为基岩面以下31.3～40.2 m；左岸坝肩自然边坡稳定，右岸坝肩山体高陡，总体稳定；泄洪冲沙洞、灌溉放水洞、溢洪洞洞室岩为灰岩、粉砂岩、围岩以Ⅲ、V 类为主；库区两岸均为基岩山体，未发现有大的不稳定体，库岩整体稳定。

2）下坝址

下坝址基岩岩性为钙砾岩和泥质胶结砾岩为主，为极软岩，泄水建筑物的衬砌厚度较上坝址厚。河床覆盖层厚度上坝址略厚，物质组成及物理力学性质相近。河床宽度为450～670 m，正常高水位河谷宽度600 m，最大坝高50 m；基岩透水率界限，左坝肩为基岩面以下11.5 m，河床段为基岩面以下4.2～22.5 m，右坝肩为基岩面以下4.2～34.4 m；左岸坝肩自然边坡稳定，岸坡平缓，山顶基岩面高于正常蓄水位仅3～8 m；右岸坝肩边坡高50～60 m，近直立，卸荷裂隙较发育，存在塌岸问题；泄洪冲沙洞、灌溉放水洞、溢洪道洞室围堰为泥质胶结砾岩，成岩差，围岩均为IV、V 类；库区两岸均为砾岩，以泥质胶结为主，库区两岸砾岩近直立，水库蓄水后将存在库岸再造问题。

从工程地质条件比选，上坝址除库盘条件较下坝址差、河床覆盖层较下坝址深、基岩透水率界限较下坝址深外，其他地址条件均优于下坝址。因此，上坝址工程地质条件略优于下坝址。

1.3 工程布置及工程量

上坝址坝线布置在河道最窄处，利用左岸向河道凸出山体集中布置溢洪洞、泄洪冲沙洞和灌溉放水洞，布置较紧凑，便利后期运行管理；下坝址坝线布置在阿克牙尔大桥处，该段河道较窄且较为顺直，溢洪道布置于左岸山顶缓台，泄洪冲沙洞和灌溉放水洞分别布置在右岸。上下坝址布置均合理。由于上坝址建筑物布置在同侧，下坝址建筑物布置在两侧，故上坝址工程量小于下坝址。从工程布置和工程量综合比较，上坝址较优。

1.4 工程施工

对上下坝址的导流方式、洪峰流量、泄洪洞设计、上下游围堰设计等方面进行比较，见表1。

表1 坝址比选施工导流布置对比表

通过比较后发现，上下坝址导流条件基本相同，根据水文资料及导流标准均采用10年一遇洪水标准，上坝址较下坝址施工导流洪峰流量小19.50 m3/s，经调洪演算上坝址导流孔口尺寸为4 m×5 m，下坝址为5 m×6 m。料场选择方面，坝体填筑料上坝址较下坝址方便，沥青混凝土骨料上坝址较下坝址运距近。施工交通方面上坝址较下坝址施工交通便利，且上坝址地形较宽阔易于生产生活区布置。

1.5 淹没影响

上坝址库区回水线范围内河谷以峡谷为主，分布零星居民点、少量耕地、林地及牧道草地，库区左岸有省道S212 通过，水库蓄水后将淹没影响省道长约5.89 km，需改建架空通讯光缆及电力线，影响11 户39 人。

下坝址库区回水线范围内河谷以峡谷为主，库尾左岸存在少量的浸没问题，水库蓄水后淹没涉及部分耕地、林地及草地，库区左岸有省道S212 通过，水库蓄水后将淹没影响省道长约4.47 km，淹没跨河大桥两座，需改建架空通讯光缆及电力线，影响约80 户320 人。

从淹没影响方面比较，下坝址征占地面积较上坝址大，影响人口比上坝址多，当地多为山区，移民安置难度大，影响实物类型比上坝址多。上坝址征地类型较为简单，征地补偿较下坝址少，上坝址较优。

1.6 工程投资

在拟定的坝址比选条件下，工程投资估算见表2。

表2 坝址比选工程投资对比表单位：万元

从工程投资来看，上坝址较下坝址投资少23 582万元，投资差额较大的分别是挡、泄水工程费和水库淹没补偿费，其他费用较接近。

综上所述，上坝址地形地质条件较优，有利于工程布置，且淹没损失小，投资较低，因此选择上坝址。

2 坝型比选

针对选定的上坝址，结合当地材料，选择沥青混凝土心墙坝和混凝土面板坝两种坝型参与方案比选。上坝址河谷呈“U”型，宽350 m，河床段覆盖层最大厚度约为110 m。坝址区筑坝材料储量丰富，质量满足要求。地形地质条件均能满足沥青混凝土心墙坝和混凝土面板坝建坝条件。

1）枢纽布置形式。沥青混凝土心墙坝左岸布置泄洪冲沙放水洞、溢洪洞；混凝土面板坝左岸布置溢洪洞，右岸布置泄洪冲沙放水洞。沥青混凝土心墙坝因泄水建筑物布置在一岸，后期运行管理更加便利。

2）施工条件。沥青混凝土心墙坝上游围堰与坝体结合布置，而混凝土面板坝上游围堰与坝体分离布置[3]，混凝土面板坝分离布置临建工程量大，工期比沥青混凝土心墙坝长4 个月，故沥青混凝土心墙坝方案较优。

3）工程风险。工程区属于寒冷地区，沥青混凝土心墙坝位于坝体内部，受气温影响较小。沥青混凝土抗剪强度高，抗疲劳损伤的能力强，具有较好的塑形和柔性，适应变形能力强；混凝土面板坝防渗体较薄，且位于坝体表面，要考虑防冻设计[4]。混凝土面板坝坝体不均匀沉降可能影响周边缝合板间缝的止水效果，面板的防裂问题要重视。

4）主要工程量和投资。坝型比选通过土方明挖、石方明挖、混凝土、混凝土防渗墙、坝体填筑等主要工程量进行投资对比。沥青混凝土心墙坝工程静态投资约为5.9亿元，混凝土面板坝工程静态投资约为6.6 亿元，沥青混凝土心墙坝比混凝土面板坝投资少0.7 亿元，且占坝体投资的12%左右，故采用沥青混凝土心墙坝方案作为推荐坝型。