瓦舍水库堆石坝坝址及坝型比选研究

张宏斌

（山西省水利建设开发中心，030002，太原）

堆石坝主体是用石料填筑，再配以防渗体建成，其优点是充分利用当地天然建筑材料，能适应不同地质条件，施工方法简便，抗震性能好。 沥青混凝土心墙坝和混凝土面板堆石坝都是堆石坝，作为柔性坝具有较高可靠性、耐久性、安全性，对不同地形地质条件有较强适应性，被广泛应用于各类水利枢纽中，尤其对深覆盖层地区优势明显。

以山西垣曲县瓦舍水库为例，通过对坝址地形地质条件、 环境影响、筑坝材料、对外交通条件和工程投资等方面进行比较研究，初定土石坝为基本坝型。 以下对沥青混凝土心墙堆石坝和混凝土面板堆石坝两种方案进行比较。

一、工程概况

瓦舍水库位于垣曲县城以北12 km 的瓦舍村南， 坝址位于黄河流域亳清河左家湾支流上，控制流域面积20.4 km2，流域总长3.42 km。 水库设计总库容108.72万m3，为小（1）型水库。 水库功能以农业灌溉为主，兼顾城市供水和生态用水。工程等别为IV 等，主要建筑物级别为4 级， 次要建筑物级别为5级。 主要建筑物设计防洪标准为30年一遇洪水设计、300年一遇洪水校核。

二、坝址选择

对亳清河沿线实地勘探，整个勘探河段地形条件差别较大，且河床内分布有自然村庄。 结合建坝地形地质条件、库容、枢纽布置等因素，初拟瓦舍村上游和下游两坝址方案比选，上下坝址相距450 m。上坝址位于瓦舍村东主河槽较窄处， 左岸大部分基岩裸露，河床底宽40 m。下坝址位于瓦舍村南原八一水库挡水坝下游， 右岸为山前坡冲洪积形成混合土卵石及卵石混合土，左岸为基岩，河床底宽60 m。

1.地形条件

库区位于中条山东南坡冲洪积扇前缘及亳清河上游支脉，属山区峡谷型地貌，河谷呈V 字形。工程区河谷不对称，左陡右缓，河谷两岸在正常蓄水位高程范围内上坝址左岸岸坡30°～45°，右岸岸坡25°～35°，右岸覆盖层最大厚度35 m。 下坝址左岸岸坡30°～35°，右岸岸坡35°～45°，右岸覆盖层最大厚度50 m， 上坝址岸坡坡度相对较缓，大坝岸坡处理难度相对较小。

2.枢纽布置

根据坝址条件，拟采用沥青混凝土心墙堆石坝对上、下游两坝址进行比较（表1）。 上游坝址枢纽布置方案由沥青混凝土心墙堆石坝、左岸溢洪道和泄洪洞组成，坝长212 m，溢洪道长303.12 m，泄洪洞长236.1 m。 下游坝址方案由沥青混凝土心墙堆石坝、右岸溢洪道和左岸泄洪洞组成，坝长355m，溢洪道长353m，泄洪洞长278m。上坝址各枢纽工程长度相对都较短。

从地形地貌、 地层岩性来看，两坝址工程地质条件近似，均有建坝条件。 下坝址坝轴线较上坝址长143 m，覆盖层厚度又较大，瓦舍村居民主要位于下坝址库区， 淹没居民区较多，带来较多移民；下坝址建库后，将截断垣曲到绛县的县级公路。 而上坝址有利于枢纽建筑物布置， 管理方便，淹没范围小且工程投资较少，综合分析后推荐采用上坝址方案。

三、坝型比选

从地形地质条件看，坝址处河谷宽浅，且左右岸不对称，右岸覆盖层最大厚度为35 m，此地基不宜修建拱坝、重力坝等刚性坝，但是满足修建堆石坝、土坝等柔性坝条件。 从建筑材料来看，库区石料丰富，隧洞、溢洪道开挖料也可作为大坝填筑料，满足堆石坝材料要求。

1.混凝土面板堆石坝

混凝土面板堆石坝坝顶高程718.5 m，坝顶长212 m，最大坝高30.5 m，坝顶宽8 m。上游坝坡坡比1∶1.6，下游坝坡坡比1∶1.5，坝体分区为混凝土面板、垫层区、过渡区、特殊垫层区、堆石区和下游护坡。 上游混凝土面板0.4 m， 下游坝坡采用干砌石块石防护，护坡厚0.3 m。 坝基处理挖除卵石混合土并清除强风化层， 基础防渗采用混凝土防渗墙加帷幕灌浆形式，帷幕灌浆深入相对不透水层以下5 m。

2.沥青混凝土心墙堆石坝

沥青混凝土心墙堆石坝坝顶高程718.5 m，坝顶长212 m，最大坝高30.5 m，坝顶宽8 m。坝体上游坝坡1∶2，下游坝坡1∶1.75， 坝体填筑分区自上游向下游分为上游干砌石护坡、砂砾石垫层、堆石体、心墙过渡层、碾压式沥青混凝土心墙和下游心墙过渡层、堆石、干砌石护坡。 上游干砌石护坡厚50 cm， 下游干砌石护坡厚30 cm，沥青混凝土心墙垂直等厚布置，厚60 cm。坝基处理挖除卵石混合土并清除强风化层，基础防渗采用混凝土防渗墙加帷幕灌浆形式，帷幕灌浆深入相对不透水层以下5 m。

3.坝型比较

（1）防渗措施

混凝土面板堆石坝的防渗措施需要沿坝脚线布置，而沥青混凝土心墙堆石坝是沿轴线布置，防渗线相对较短，防渗工程量较小。 从防渗措施考虑，沥青混凝土心墙堆石坝要优于混凝土面板堆石坝。

（2）材料

堆石料和砂砾石料分布面积广、储量大，开采条件较好，运输方便，满足坝体填筑需要。 沥青混凝土材料可购于成品料场，方便施工管理。 从筑坝材料比较，两种坝型无明显差异。

（3）工程布置

两种坝型均需设置与坝体分离的导流和泄洪系统，枢纽布置包括挡水大坝、溢洪道、泄洪洞及供水管，从枢纽布置方面来看两种坝型无明显差异。

（4）大坝渗透稳定性

混凝土面板堆石坝由混凝土面板和趾板承担防渗任务， 混凝土面板为刚性结构， 气温和湿度等因素变化会对面板产生变形影响，在工程施工、运行期间或发生地震时容易裂缝。 沥青混凝土心墙堆石坝中的沥青混凝土心墙是一种粘弹塑性材料， 具有一定的强度和黏性，即使心墙产生裂缝，其自身也会愈合并堵塞渗水通道， 坝体渗透稳定性较高，防渗设计相对简单。

（5）施工条件

工程所在地冬季比较寒冷，混凝土面板坝的面板冬季施工效果差，沥青混凝土心墙施工受冬季温度影响较小；施工工艺方面，面板坝靠上游混凝土面板进行防渗，对材料和施工质量有较高要求，而心墙坝的结构则较为简单；施工进度方面，沥青混凝土心墙与混凝土面板相比，可适应不同的气候条件，坝体可全年施工。

比选内容 沥青混凝土心墙堆石坝上坝址 下坝址地质条件 左岸部分基岩裸露， 右岸覆盖层厚度35 m左岸部分基岩裸露，右岸覆盖层厚度50 m地形条件 大坝工程量及河谷断面相对较小 大坝工程量及河谷断面较大枢纽布置 大坝、溢洪道和泄洪洞工程量相对较小 大坝、溢洪道和泄洪洞工程量较大水库淹没损失 淹没土地5.89 hm2， 移民搬迁151人，淹没公路0.35 km淹没土地12.6 hm2， 移民搬迁177户，淹没公路0.5km工程投资 3 238万元 5 073万元

项目名称 混凝土面板堆石坝 沥青混凝土心墙堆石坝坝体主要工程量（m3）清基 10 657 10 846土石方开挖 21 986 19 536混凝土面板 6 103坝体堆石料 150 774 149 324沥青混凝土 1 971干砌石 1 999 3 733帷幕灌浆 7 933 5 668防渗墙 8 898 7 863工程投资（万元）坝基处理工程 1 206 1 008坝体填筑工程 1 476 1 384导流泄洪洞及供水管工程 582 582溢洪道工程 1 195 1 195合计 4 459 4 169

（6）工程量及投资情况比较

由于溢洪道及泄洪洞布置相同，只对大坝填筑及防渗工程投资进行比较（表2）。

四、结 语

经综合比较，沥青混凝土心墙堆石坝在适应地形地质条件、 筑坝材料、施工及工程量和投资等方面均优于混凝土面板堆石坝。 沥青混凝土心墙堆石坝的防渗性能和抗冻性能相对优越，且建造技术成熟、结构简单。因此，瓦舍水库大坝坝型选定沥青混凝土心墙堆石坝。

沥青混凝土心墙坝防渗性能良好，适应变形能力强。 当选定坝址周围天然防渗土料缺乏时，土石坝的防渗心墙可以用沥青混凝土，当沥青含量在6%以上时， 孔隙率很容易压实在3%以下，降低沥青混凝土心墙的渗透系数。各种透水、半透水的砂石料或堆石可用在坝体两侧的坝壳中， 具有广泛的实用性， 在水利工程中有一定代表性。 对混凝土面板堆石坝和沥青混凝土心墙堆石坝两种方案的介绍说明， 以及比选中所取得的经验对其他同类设计工作有一定的参考价值。