某水利枢纽坝址及坝型方案比选

杨 振

(山东淮海水利工程有限公司，济南，250000)

1 引言

水利枢纽工程具有防洪、发电、蓄水等作用，有利于改善当地生态环境、促进经济发展、维护社会稳定[1-3]。大坝属于水利工程最为重要的建筑物，除了施工、设计因素外，坝址也是影响大坝稳定性的另一个重要因素[4，5]。由于水利枢纽工程多建设于山区，属于地质构造活动较为强烈的区域，因此，合理选取坝址是十分重要的，不但可以节约工程投资，也可以在一定程度上保证工程的安全。本文结合西藏湘河水利枢纽工程，对坝址及坝型方案选取进行分析。

2 工程概况

湘河水利枢纽位于我国西北地区，水库总库容1.134×108m3，电站装机容量40MW，基岩为第三系中粒斑状黑云二长花岗岩(E2H)，据钻孔揭露，第四系覆盖层上部为全新统冲积(Q4al)、崩坡积(Q4dl+col)和少量的洪积(Q4pl)，中下部为更新统冲洪积(Q3al+pl)和冰水沉积层(Q4fgl)、(Q2gl)。

3 坝址及坝型比选

3.1 坝址及厂址比选

3.1.1 坝址比选

根据枢纽布置方案，拟定上、下两条坝线比较，两坝线相距约115m。从上、下两条坝线的基本工程地质条件(如：河谷形态、地层结构与岩体工程特性、水文地质、岩体风化、不良地质现象等)及存在的主要工程地质问题(岸坡稳定、深厚覆盖层渗漏、渗透稳定、振动液化、不均匀沉降等)对建筑物影响等方面进行比较，见表1。

表1 坝址比选

综上所述，受两岸地形地貌，工程地质条件限制，坝线选择余地不大，拟定的上坝线与下坝线工程地质条件总体差别较小，均具备修建当地材料坝的条件。但从岩体透水性、水工建筑布置后边坡稳定条件等方面比较，上坝线工程地质条件略优于下坝线，综合考虑水工建筑物布置对边坡稳定的影响、处理工程难度、工程投资概算情况等因素，本阶段推荐上坝线作为本工程的推荐坝线。

3.1.2 厂址比选

水电站厂址布置有两种方案，方案一布置于左岸平行河流方向，呈一字型；方案二位于河床，于坝轴线平行。两者地质都为砂砾卵石层，结构中密为主，分布较均匀，砂砾卵石具有强透水性，存在基坑开挖后渗水及边坡稳定等问题，工程地质条件较差。

方案一因位于岸边基岩埋深较浅，考虑基坑排水问题，在厂房左、右侧及靠河床侧，采用高喷帷幕灌浆防渗，防渗轴线长度247m，最大防渗深度59m，可以实现帷幕封闭，该方案厂房基坑渗水量11206m3/d(467m3/h)。厂房基坑抽排强度按渗水量的1.5倍考虑为701m3/h，扬程16m，设2台6SA-SB型水泵(22kW)，抽排至围堰下游，为保证抽排效率，另外备用2台水泵。

方案二因位于河床，基岩埋深较深，考虑基坑排水问题，在左侧在导流泄洪洞海曼底部高程4051m以下采取高喷灌浆防渗，防渗长度191m，深度20m；右侧岸坡采取高喷灌浆防渗，防渗长度89m，深度20m；河床部位布设围堰，围堰高度3.5m，围堰长度134.5m，堰体采用复合土工膜防渗，下部采用高喷灌浆防渗，深度20m；围堰上游布设一截水池，尺寸74m×45m×5m，底部高程4050m，水位高程控制在4052m，方量7500m3；厂房基坑开挖外边线以外2m设1梯形截水沟，底宽2m，深1m，边坡1∶2，长度279m。

方案二截水池及厂房基坑日总渗水量35371m3/d(1473m3/h)，其中截水池渗水量20173m3/d(840m3/h)，厂房基坑渗水量15198m3/d(633m3/h)。截水池抽排强度按渗水量的1.5倍考虑为2211m3/h，扬程5m，设2台6SA-SB型水泵(22kW)，抽排至围堰下游。厂房基坑抽排强度按渗水量的1.5倍考虑为950m3/h，扬程16m，设2台6SA-SB型水泵(22kW)，抽排至截水沟，自流至截水池，为保证抽排效率，另外备用2台水泵

两种厂址方案都能满足厂房布置及发电要求，但从基坑排水和施工上，方案一要优于方案二，本阶段推荐方案一为选定方案厂址。

3.2 坝型比选

3.2.1 碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝方案

拦河坝为碾压沥青心墙砂砾石坝。大坝坝顶高程4104.00m，防浪墙顶高程4105.20m，坝顶宽8.0m，最大坝高51.0m，坝顶长566.80m。坝体上游坡采用三级坡，坡度为1∶2.25～1∶2.5，在高程4092.00m、4080.10m处分别设有2m、10m宽的马道；坝体下游坡采用三级坡，坡度均为1∶2.25，在高程4089.00m、4074.00m处设有2m宽的马道。上游坝坡4092.00m上采用浆砌鹅卵石护坡，上游坝坡4092.00m下采用干砌石护坡；下游坡采用框格梁干切鹅卵石护坡，分别护至坝脚。坝顶设“L”型混凝土防浪墙，防浪墙高2.65m，底座与沥青混凝土心墙相连接。沥青混凝土心墙中心线位于坝轴线上游1.50m处，心墙顶高程4103.45m。沥青混凝土心墙采用等厚度设计，厚度0.7m，底部3.5m高的沥青混凝土心墙截面由0.7m扩大到1.6m。沥青心墙两侧设3m～4m厚的砂砾石过渡带，沥青混凝土心墙与基础混凝土防渗墙采用混凝土底座连接，另外在砂砾石心墙坝背水面高程4074.00m以下设有50m宽的弃渣盖重区。

基础防渗轴线沿沥青心墙轴线布置，采用混凝土防渗墙的全封闭防渗方案，混凝土防渗墙深入基岩1m，墙下接一排帷幕灌浆，幕底深入5Lu岩体3m。大坝典型剖面见图1。

图1 碾压沥青心墙砂砾石坝大坝典型剖面

3.2.2 钢筋混凝土面板砂砾石坝方案

坝顶高程4104.80m，防浪墙顶高程4106.00m，最大坝高51.00m，坝顶全长584.00m，坝顶宽8.0m。坝体上游坡度为1∶1.8(参考新疆吉林台一级水电站)；坝体下游坡采用三级坡，坡度均为1∶1.7，在高程4089.80m、4074.80m处各设有2m宽的马道，下游坝面采用干砌石护坡，护坡厚0.40m，护至下游坝脚。干砌石护坡下设0.30m厚碎石垫层。下游高程4094.80m以上设有抗震土工格栅，格栅按0.8m设一层，设在距坝顶10m范围内，水平方向布置。坝顶设“L”型混凝土防浪墙，防浪墙高3.40m。混凝土面板顶部与防浪墙底座相连，底部与混凝土趾板相接，混凝土面板顶部厚度0.5m，混凝土面板单层双向配筋，各向配筋率均为0.4%。面板下设4.0m厚垫层和5.0m厚过渡排水层，坝基设6.0m厚水平排水体与面板下5.0m厚过渡排水层相接。另在周边缝下游设特殊垫层区。坝体采用砂砾石填筑。面板受压区分缝宽度14.0m，受拉区分缝宽度7.0m。面板周边缝及面板垂直缝均设二道止水，即底部铜片止水和表面SR-3塑性填料，面板与防浪墙接缝设一道铜片止水，缝面亦采用SR-3塑性填料封堵。右岸与河床中部钢筋混凝土趾板建在砂砾石基础上，左岸岸坡趾板建在岩基上。河床部位趾板宽7.0m，厚1.0m，前设连接板，长7m，厚1m，趾板分段长度与面板垂直分缝一致，采用表面双向配筋，单向配筋率0.4%。另外在面板迎水面高程4075.00m和背水面高程4074.80以下设有各30m宽和50m宽的弃渣盖重区。

基础防渗轴线在河床及岸坡部位沿趾板“X”线布置，至左、右坝头沿坝轴线布置。河漫滩坝基覆盖层最大厚达135.1m，河床坝基覆盖层，均采用混凝土防渗墙的全封闭防渗方案。混凝土防渗墙深入基岩1m，防渗墙最深为136.1m；趾板及防渗墙下接一排帷幕灌浆，幕底深入5Lu岩体3m。大坝典型剖面见图2。

3.2.3 坝型方案比选

根据上述的两种坝型方案，从地质、工程布置、条件适宜性、施工以及经济5个方面进行比选。见表2。

图2 钢筋混凝土面板砂砾石坝典型剖面

表2 坝型比选

经综合比较，考虑到工程位于高寒高海拔地区，沥青心墙坝相对面板坝能较好地适应当地气候条件，且工程投资少2061万元，因此，选择沥青混凝土心墙坝为选择坝型。

4 结论

通过现场调查，初步选取两处坝轴、两处厂址，从地质、经济等多方面进行比选，选取上坝线，厂址选择方案一作为推荐方案，通过对比，沥青混凝土心墙砂砾石坝更适应西藏地区的条件，且工程投资较低，初步选取沥青混凝土心墙砂砾石坝作为湘河水利枢纽推荐坝型。