新疆白杨河水库坝型比选分析

贺佩君

（新疆塔城地区白杨河引水工程建设管理局,新疆 塔城 834700）

1 工程概况

白杨河水库总库容为4463×104m3,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000）[1]，该水库属中型工程，工程等别为Ⅲ等,永久性主要建筑物级别为3级，永久性次要建筑物级别为4级，临时性水工建筑物级别为5级。水库工程设计洪水标准重现期为50年，洪峰流量290 m3/s，校核洪水标准重现期1000年，洪峰流量531 m3/s。根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2001）[2]及新疆断层地震工程安全研究院编制的《塔城地区白杨河引水工程场地地震安全性评价报告》，工程区地震动峰值加速度为0.052 g，地震动反应普特征周期为0.35 s,相应于地震基本烈度为Ⅵ度。

2 坝型比选

本次坝型比较根据地形地质条件、枢纽布置、施工条件拟定混凝土面板砂砾石坝和碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝两种坝型进行比较，以选择较优坝型。

两种坝型其它建筑物型式基本相同，均由输水隧洞、溢洪洞和导流冲沙隧洞组成，因此引、泄水建筑物不参与坝型比选，主要对大坝及施工导流方案进行比较。

2.1 砼面板砂砾石坝

大坝坝型为砼面板砂砾石坝，正常蓄水位955.14 m，设计洪水位956.12 m，校核洪水位956.55 m，坝顶宽8 m，长310 m，坝顶铺设步行砖路面，路面自上游向下游倾斜，坡度为2%。防浪墙顶高程959.88 m，坝顶高程958.68 m，最大坝高66.47 m。大坝上游采用C30F300W8不等厚砼面板，大坝高程在905 m以上时面板厚度为40 cm，高程在905 m以下时面板厚度为45 cm，上游坝坡为1∶1.5，下游坝坡为1∶1.45；下游坝坡护坡采用边长20 cm、厚6 cm的预制砼六棱块。为便于安放检测设施，在下游坝坡上设置两级马道，马道宽2 m，高程分别为912 m、935 m。坝顶上游侧设防浪墙，墙高3.2 m，厚0.3 m，采用砼现浇，坝顶下游侧设路沿石，横断面尺寸为0.5 m×0.2 m，路沿石高出坝顶0.2 m，材料为C25砼，在路沿石上设1 m高的防护栏杆。

砼面板砂砾石坝方案施工导流围堰与坝体分离，在大坝坝脚上游85m处修建导流围堰，导流围堰坝型为砂砾石坝，防渗采用往复式高压喷射灌浆防渗墙和土工膜相结合型式防渗。堰顶宽6 m，长255 m，上游坝坡为1∶2.0，下游坝坡为1∶1.85。

根据《砼面板堆石坝设计规范》（SL 228-98）[3]的要求，坝体填筑从大的方面可分九个区：混凝土面板、上游铺盖区、盖重区、垫层区、过渡区、砂砾石区、排水区、下游护坡和滤水坝趾区。

2.2 沥青砼心墙砂砾石坝

沥青砼心墙坝轴线与砼面板砂砾石坝轴线相同，其洪水标准、枢纽布置、引、泄水建筑物及发电厂房等均同砼面板砂砾石坝，但上游围堰与坝体结合。大坝正常蓄水位955.14 m，设计洪水位956.12 m，校核洪水位956.55 m，大坝全长300 m，坝顶高程958.09 m，防浪墙顶高程959.29 m，坝顶宽8m，最大坝高63.20 m。坝顶上游侧设置L形C25钢筋砼防浪墙，防浪墙顶高程959.29 m，墙高3.0 m，墙顶高出坝顶1.2 m，厚0.3 m，沥青砼心墙墙顶与防浪墙底紧密结合。坝顶铺设步行砖路面，坝顶下游侧设C25预制砼路沿石，路沿石尺寸为0.5 m×0.2 m,路沿石高出坝顶0.2 m，在路沿石上设1 m高的防护栏杆。大坝上游坝坡1∶2.0，上游围堰与坝体结合，围堰顶高程922.9 4 m，围堰顶宽8m，围堰上游坝坡1∶2.0，下坝坡为1∶2.0；大坝下游坝坡1∶2.2，并在下游坡927.60 m设3 m宽的马道。上游护坡为C25 现浇砼护坡板，板厚0.2 m；下游坝坡采用预制六棱块护坡，六棱块厚0.06 m，边长0.2 m。

坝壳料采用砂砾料填筑，坝体填筑分为沥青混凝土心墙区（防渗体）、过渡料、砂砾料区。

以上分别对两种坝型的设计情况进行了阐述，现从两种坝型的地形地质条件、枢纽布置、施工条件、坝体适应变形能力及投资等方面进行比较，见表1。

坝型项目方案砼面板砂砾石坝 沥青砼心墙砂砾石坝地形地质条件河谷呈“V”型，河谷宽200 m～500 m，河床段覆盖层最大厚度约为3.3 m～6.8 m。下伏基岩为含辉石英安岩，主河床段基岩强风化带厚度0～2.9m，左岸强风化带厚4.7 m左右，右岸强风化带厚2.9 m～6.4 m.坝址区主坝材料储量丰富，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。枢纽布置型式大坝防渗施工条件及工期对当地气候适应能力右岸布置导流冲砂洞、左岸布置溢洪洞；输水隧洞、发电系统和地面厂房，围堰与大坝分离，枢纽布置简单可行。对于河床覆盖层清基0.5 m，趾板建在强风化层底线（基岩面以下2 m），以趾板作为灌浆的盖重进行固结灌浆和帷幕灌浆,最大固结灌浆深度为5 m，帷幕灌浆深度为11.52 m～36.91 m。帷幕灌浆总进尺7556.04 m，造孔深度为7783.40 m。施工场地较为开阔，交通条件较为便利，坝体填筑施工较为简单，坝体施工进度和质量相对较好控制，施工技术相对成熟，工期2 年。面板防渗体较薄，而且位于坝体表面，恶劣的气候对面板混凝土和止水系统的防冻设计提出了更高的要求，但其出现问题容易修复。建筑物布置与混凝土面板砂砾石坝方案布置相同，但上游围堰布置与大坝结合。对于河床覆盖层清基0.5 m，心墙底与混凝土基座相连，基座置于强风化层底线（基岩面以下3 m～5 m），以基座作为灌浆的盖重，进行固结灌浆和帷幕灌浆,最大固结灌浆深度为5m, 帷幕灌浆深度为8.81 m～21.83 m。帷幕灌浆总进尺4173.53 m，造孔深度为4807.31 m。坝壳与心墙基本同步上升，相互之间在施工中存在交叉作业，相互干扰较大。此坝型需增设一套沥青混凝土骨料的破碎系统及拌合系统，工期2 年。心墙位于坝体内部，受气温影响较小，但其防渗体出现问题不容易维修。适应变形能力 坝体不均匀沉降可能影响周边缝和板间缝的止水效果。面板的防裂问题要引起足够的重视[4-5]。沥青混凝土抗剪强度高，抗疲劳损伤的能力强，具有较好的塑性和柔性，适应变形能力强[6]。主要工程量大坝清基：21062.1 m3基岩开挖：30704 m3大坝砂砾石填筑：123.45×104m3混凝土护坡：5284.42 m3混凝土基座：2933.73 m3钢筋混凝土防浪墙：621 m3沥青混凝土心墙：8491.25 m3钢筋：48.81 t固结灌浆：2150.35 m；帷幕灌浆：4173.53 m投资 大坝：6024.45万元，围堰：1190.03万元，合计7214.48万元大坝清基：107126 m3基岩开挖：38780.7 m3大坝砂砾石填筑：85.08×104m3钢筋混凝土面板：9583.97 m3钢筋混凝土趾板：1330.55 m3钢筋混凝土防浪墙：833.90 m3钢筋：751.84 t固结灌浆：3062.5 m；帷幕灌浆：7556.04 m 7488.62万元（围堰为坝体一部分）

2.3 比选分析

综合以上论证，对两种坝型综合比较的结论如下：

（1）地形地质方面，坝址地形地质条件均能满足两种坝型建坝要求和枢纽布置的要求。

（2）枢纽布置方面，两坝型枢纽布置基本一致，在主河床布置拦河坝，在右岸布置导流兼泄洪冲沙洞，在左岸布置溢洪洞、输水发电系统和地面式厂房。

（3）施工条件方面，两种坝型在施工上均不存在制约条件，但沥青心墙坝坝壳与心墙基本同步上升，相互之间在施工中存在交叉作业，沥青混凝土施工缺陷不容易检查和处理。

（4）坝体变形方面，由于两岸岸坡坡度较陡，主河床坝段的坝体不均匀沉降可能会影响面板坝的周边缝和板间缝的止水效果。沥青混凝土抗剪强度高，抗疲劳损伤的能力强，具有较好的塑性和柔性，适应变形能力强。

（5）工程总投资砼面板砂砾石坝方案为7214.48 万元，沥青砼心墙砂砾石坝方案为7488.62 万元，沥青砼心墙砂砾石坝方案比砼面板砂砾石坝方案多274.14 万元。砼面板坝防渗主体是上游面板，材料为常规的钢筋及砼，价格相对稳定，沥青砼心墙坝防渗主体是沥青砼心墙，由于沥青近几年来市场价格波动大，有不可预见的投资增加风险，对工程投资影响较大。

（6）白杨河水库主要功能是为和丰工业园区、鲁能电厂提供工业用水，供水量大，保证率高，受水区依赖性强，若水库防渗体出现问题，对工业园区、鲁能电厂影响较大。由于面板坝防渗体在表面，检修非常方便，即使出现问题也可迅速在短时间内进行维修处理，可在日常运行期间经常检查以防患于未然。沥青心墙坝防渗体在中间，若防渗体发生渗漏等重大问题，处理非常困难，对沥青心墙的处理需要时间长，影响水库的供水保证率。

3 结论

通过从地形地质条件、枢纽布置型式、大坝防渗、施工条件及工期、对当地气候适应能力、适应变形能力、主要工程量、工程投资等方面进行对比分析，面板砂砾石坝具有施工工艺简单、工程量少、投资少、运行管理方便、防渗体易于维护等优势，因此白杨河水库选择砼面板砂砾石坝作为建设坝型。