新疆莫莫克水利枢纽工程坝型方案比选

张聚峰

（新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

新疆莫莫克水利枢纽工程，位于提孜那甫河中游山区河道上，正常蓄水位为1 894.0 m，水库总库容9 265 万m3，电站总装机容量26 MW，属Ⅲ等中型工程。工程主要建筑物由挡水坝、溢洪道、泄洪冲沙洞、发电引水系统及电站厂房等组成。该枢纽是提孜那甫河上的控制性工程，起着龙头水库的重要作用，主要承担防洪、灌溉兼顾发电的工程任务。

坝址区出露的地层主要为第四系下更新统西域组（Q1x）及第四系松散堆积物（Q2～Q4）。坝址区基岩主要为巨厚层西域砾岩，以泥质胶结为主，局部泥钙质胶结，属极软岩，属弱～微透水层。坝址岩体构造不发育。除坝址右岸分布崩塌体BT1外，坝址区无大的边坡稳定问题。坝址区河床覆盖层厚度12～16 m，为单一成因的砂卵砾石，无连续砂层分布，无地震液化问题，结构密实砂卵砾石属中～强透水层。

坝址区河谷呈“U”型，河谷底宽270 m，河床段覆盖层最大深度约15 m。下伏基岩为第三系西域砾岩，基岩强风化层厚3～5 m，弱风化层厚8～10 m。左岸出露地层岩性主要为第四系冲洪积低液限粉土、砂卵砾石和第三系西域砾岩。基岩强风化层厚3～5 m，弱风化层厚8～10 m。右岸岸坡高陡，坡高大于100 m，岸坡1 900 m 以下基岩裸露，岩性为第三系西域砾岩。

2 坝址比选

拟建坝址上下两坝线相距85 m，调节库容相同，枢纽承担的工程任务相同。交通条件、气候条件、施工条件基本相同，两坝线正常蓄水位相同，补偿费用基本相当。因此对上、下坝线从地形地质条件、枢纽布置、施工条件、及投资进行比较。

在地形地质条件上，下坝线河谷谷底宽度较上坝线河谷谷底狭窄，但正常蓄水位对应的上坝线河谷宽度较下坝线狭窄，两坝线处河床覆盖层均为15 m 左右；两坝线岩体完整性及坚硬程度基本相同；基岩透水率q＜3 Lu，上坝线较下坝线界限埋深浅；两坝线方案均存在右岸坝肩边坡高陡、处理工程量大，且施工困难的特点；两方案其它建筑物的布置基本一致，下坝线表孔溢洪道进口引渠，穿越阶地长度较长，处理难度相对较大。两坝线均具备建坝的工程地质条件，上坝线工程地质条件略优于下坝线。

从工程布置上看，上坝线沥青混凝土心墙坝坝长370 m，最大坝高75.0 m，左岸布置表孔溢洪道，泄洪冲沙洞及发电洞布置在右岸；下坝线沥青混凝土心墙坝坝长437.7 m，最大坝高70.0 m，左岸布置表孔溢洪道，泄洪冲沙洞及发电洞布置在右岸。上下坝线相距较近，下坝线相对较低，但坝线较长，表孔溢洪道布置于左坝肩，泄洪冲沙洞与发电引水系统布置于河道右岸，各建筑物进水口均不太顺直。

从施工条件分析，上下坝线仅相距85 m，其施工条件基本一样。施工生产、生活区、场内交通主要布置在左岸。右岸建筑物高边坡开挖高程相同，施工道路布置条件一样。

两坝线投资估算结果表明，上坝线工程投资151 825.35 万元，比下坝线工程投资153 357.83 万元，节省0.147 亿元。

综上所述，从地形地质条件、枢纽布置、施工条件、及投资估算等几方面比较，推荐采用上坝线。

3 坝型设计方案

3.1 混凝土面板坝（方案一）

枢纽布置型式。河谷较窄，建筑物布置不顺直。在主河床布置混凝土面板坝，在左岸布置表孔溢洪道，底孔、发电引水系统布置在右岸，采用地面厂房。

施工条件及工期。气温、降水和大风等气象条件，对面板坝施工影响较小；面板坝料场开采条件简单，但坝料种类多，分布范围较大。围堰与坝体分开，设计工期4 年。

建筑材料。混凝土骨料及砂砾料等建材资源丰富。从混凝土面板坝对当地气候的适应能力看，因面板位于坝体表面，虽然面板的裂缝影响混凝土的耐久性，但当地多年平均气温为11.1℃，较适宜修建混凝土面板坝。

抗震安全性。主堆石体在防渗面板的保护下处于干燥状态，能抵抗强震而产生的小变形，坝体稳定性好，面板开裂后易修复。

工程投资153 357.83 万元。

3.2 沥青混凝土心墙坝（方案二）

在主河床布置沥青混凝土心墙坝，其他建筑物布置与混凝土面板坝布置相同。建筑材料，混凝土骨料及砂砾料等建材资源丰富。碱性骨料采用外购、运距较远。

施工条件及工期。气温、降水和大风等气象条件对心墙坝施工影响因素较小；心墙坝料场开采条件简单，但坝料种类多，分布范围较大。施工围堰与坝体结合，设计工期4 年。

沥青混凝土心墙坝对当地气候适应能力。心墙位于坝体内部，受气温影响较小，沥青混凝土心墙适宜变形，对产生的裂缝有较强的自愈能力，沥青混凝土的耐久性较好。

抗震安全性。沥青混凝土抗剪强度高，抗疲劳损伤的能力强，具有较好的塑性与柔性。由于正常蓄水位对应的下坝线河谷宽度比上坝线略宽，表孔溢洪道布置于左坝肩、泄洪冲沙洞与发电引水系统布置于河道右岸，各建筑物进水口均不太顺直。

工程投资151 825.35 万元。

4 坝型比选分析

4.1 两坝型对地形地质条件的适应性

地形、地质条件对两种坝型没有制约性因素，具备修建沥青心墙坝和面板坝的地形地质条件，工程区附近填筑坝壳所用的砂砾石料的储量、质量均满足两种坝型要求，两种坝型工程地质条件差别不大。

4.2 两坝型坝轴线布置及枢纽布置

根据选定的坝线区的地形地质条件，碾压式沥青混凝土心墙坝和混凝土面板砂砾石坝，两种坝型方案采用相同的坝轴线，枢纽布置方案基本相同，在主河床布置拦河坝，在左岸布置表孔溢洪道、泄洪冲沙洞，发电引水系统布置在右岸，采用地面式厂房。

两方案不同之处在于碾压式沥青混凝土心墙坝方案，上游围堰与坝体结合；混凝土面板砂砾石坝方案，上游围堰与坝体未结合，泄洪冲沙洞进口引渠与上游围堰存在交叉，需修建挡墙围挡上游围堰。因此，混凝土面板砂砾石坝会比碾压式沥青混凝土心墙坝施工繁琐一些。

4.3 建筑材料及坝料制备

枢纽区有丰富的筑坝材料，4 个砂砾石料场（合计储量1 127 万m3）所选砂砾料储量较丰富，开采条件好，质量可满足坝壳料技术要求。在新藏公路93 km东侧，有叶城天山水泥有限公司矿场，可购买成品灰岩料，成品碱性骨料的岩性主要为厚层石灰岩，储量大，运距约120 km，交通条件便利。经两方案坝体结构设计，确定各方案的坝体填筑量和混凝土工程量，见表1。

表1 不同坝型主要工程量汇总表

从建筑材料和坝料的制备上，枢纽区的建筑材料均能满足不同坝型的需求，不存在制约条件。

4.4 施工条件

两种坝型在施工上均不存在无法克服的技术困难，可以按进度要求进行建设。面板坝和心墙坝施工在有效施工期内气候影响因素都比较小。但是由于面板坝趾板斜穿右岸陡边坡，右岸坝肩石方开挖；混凝土浇筑和基础处理较困难。而心墙坝围堰与坝体结合可节省导流工程量。并且在道路布置上，面板坝方案需布置3 座跨趾板施工临时钢桥，大大增加了施工的难度和复杂程度。因此，就施工而言，碾压式沥青混凝土心墙坝要优于混凝土面板堆石坝。

4.5 抗震性能

沥青混凝土是一种粘弹塑性材料，弹模较低，变形模量和动剪切模量大，抗疲劳性能强，变形能力强，可随坝体一起变形而不产生裂缝，即使在强震时沥青混凝土心墙产生了裂缝，后期也可自行愈合，防渗体是安全可靠的。构成坝体的坝壳料透水性较大，坝体稳定性较好。

混凝土面板砂砾石坝同样具有良好的抗震性能，主堆石体在混凝土防渗面板的保护下处于干燥状态，能抵抗强震而产生的小变形，坝体稳定性好。就抗震性能而言，两坝型方案均具备良好的抗震稳定性。

4.6 工程量

从工程量来说，沥青心墙坝坝坡较缓，大坝主体填筑量大于面板坝，不同坝型主要工程量汇总见表2。

表2 不同坝型主要工程量汇总表

4.7 工程投资

工程总投资。面板坝方案为15.33 亿元，沥青心墙坝方案为15.18 亿元，沥青心墙坝方案较面板坝方案低0.15 亿元左右。不同坝型投资对比具体见表3。

5 结论

结合以上分析，从投资估算看，下坝线混凝土面板坝比上坝线沥青混凝土心墙坝高0.15 亿元。两坝型在地形地质条件适应性、建筑材料及坝料制备、抗震性能、工程量四个方面差别不大。从两坝型的坝轴线布置及枢纽布置、施工条件、工程量这三个方面看，碾压式沥青混凝土心墙坝要优于混凝土面板堆石坝。综合上述分析，碾压式沥青混凝土心墙坝方案具有技术可靠，施工较简单，工程投资略优的特点，经综合分析，选定上坝线碾压式沥青混凝土心墙坝为推荐坝型。

表4 不同坝型投资对比表 单位：万元