新疆北部KST 水库坝型方案比选分析

王 飞

（淮安市水利勘测设计研究院有限公司新疆分公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 前言

新疆地域辽阔，戈壁广袤，筑坝材料较为丰富，当地材料坝具有安全、经济等优势，在新疆坝工建设中是应用最为广泛和发展最快的一种坝型。以KST 水库为例，就坝址处的地形、地质条件及筑坝材料等方面考虑，对碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝和混凝土面板砂砾石坝进行坝型比选分析，为干旱寒冷区筑坝提供理论和实践经验。

2 工程概况

KLS 水库位于北疆西部山区，属中温带大陆性半干旱，半荒漠草原气候，降雨较多，蒸发量较小，日照充足。水库总库容为843.16 万m3，下游控制灌溉面积4.8 万亩，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》［1]（SL 252-2017），确定本工程等别为Ⅳ等小（1）型工程，永久性主要建筑物大坝、溢洪道、导流兼放水洞4 级建筑物，两坝肩边坡处理工程为5 级建筑物，临时建筑物为5 级。库岸道路1.6 km, 采用公路Ⅳ建设标准。据1/400 万《中国地震动参数区划图》［2]（GB 18306-2015），本区50 a 超越概率为10%时地震动峰值加速度为0.2 g，相应地震基本烈度Ⅷ度，属区域构造稳定性差地段。

3 坝型比选

（1）混凝土面板砂砾石坝

砼面板堆石坝坝顶高程1214 m，坝高为68 m，坝顶长度448 m，坝顶宽度为8 m。坝顶设“L”形钢筋砼防浪墙，墙高3.0 m，墙顶高程1215 m。坝体上、下游坝坡根据筑坝材料性质和国内外已建工程经验拟定，上游坝坡为1∶1.6，下游坝坡为1∶1.6，设置1 层宽6 m 的马道，综合坡比为1∶1.76。坝体分区自上游至下游分别为上游铺盖保护区、钢筋砼面板、垫层区、坝体堆砂砾石填筑区以及下游坝坡预制砼板护坡。面板厚度0.4 m。河床部位趾板置于覆盖层上，通过连接板与上游混凝土防渗墙连接。两岸趾板置于基础泥岩强分化层下部。河床平趾板宽度6 m，厚0.6 m。两岸趾板宽度分为6 m，趾板厚度为0.6 m。趾板总长470 m。

（2）沥青混凝土心墙坝

坝顶高程为1214 m，坝顶宽度为8 m，沥青砼心墙坝最大坝高68 m，上游坡比为1∶2，下游坡比为1∶1.8，设置1 级马道，综合坡比为1∶1.95。坝顶上游侧设置“L”型钢筋混凝土防浪墙，心墙厚度0.6 m，底部与砼基座接触处厚度由0.6 m 渐变为1.8 m；心墙基座采用钢筋砼结构，宽度为4 m 连同两侧铺盖基础总宽度为12 m。基座厚度为1.3 m，砼强度等级为C25，抗渗等级为W8，抗冻等级为F250。沥青砼骨料采用大东沟石灰石料场开采加工制备料，运距60 km 以内。沥青砼中沥青采用克拉玛依水工沥青。

（3）粘土心墙坝堆石坝

初步拟定坝顶宽度为8 m，坝顶高程为1214 m。坝顶上游侧设置“L”型钢筋混凝土防浪墙，既起挡土作用，又起挡水作用，同时可以节省坝体填筑工程量。墙底高程1212 m，高出正常蓄水位1.22 m，墙顶高程1215 m，墙高3.0 m，坝顶以上墙高1.0 m。上、下游主坝体采用砂砾石料填筑，确定上游坡比为1∶2，下游坡比为1∶1.8，设置1 级马道，综合坡比为1∶1.95。坝体填筑分区从上游至下游分为：A1 上游堆砂砾石料区、B1 上游过渡料区、C 粘土心墙、B2 下游过渡料区、A2 下游堆砂砾石料区。由于该工程位于强震区，粘土心墙防渗体采用正心墙，心墙防渗体轴线位于坝轴线上游1.2 m，顶高程1213.000 m，顶宽4 m，粘土心墙防渗体两侧边坡为1∶0.25，河床建基面高程1146 m，粘土心墙最大底宽25 m。心墙防渗体坐在河床砂砾石层上，在建基面上浇筑0.5 m 厚的C20 混凝土盖板，将防渗体与河床砂砾石层分隔开来，以防止接触冲刷，心墙顶部与坝顶防浪墙紧密结合。

现从三种坝型的地形地质条件、枢纽布置条件、坝基处理、对当地气候适应能力、施工条件、防渗防冻处理、稳定性分析、工程投资等方面进行比较，见表1。

表1 坝型比选表

（4）比选分析

1）地形地质条件

根据坝址区地形、地质条件，参与坝型比较的沥青砼心墙堆砂砾石坝、粘土心墙堆砂砾石坝和砼面板堆砂砾石坝三种坝型均较为适宜，无明显优缺点。坝基河床覆盖层冲洪积壤土层和砂卵砾石层厚15 m～28 m，下部砂砾石层厚4 m～21 m，含有较多的漂石，基本无成层的砂土分布，存在砂土震动液化的可能性不大。砂卵砾石层承载力较高，抗变形能力较强，透水性强，挖除表部松散层后，下部密实层可作为坝基持力层。三种坝型均为当地材料坝，其基础防渗处理方式及坝基、坝肩的清基和削坡处理方案基本相同。

2）枢纽布置比较

三种坝型枢纽建筑物的布置格局基本相同。三种坝型坝基及坝肩的防渗及开挖工程量基本相当。

3）施工条件比较

三种坝型施工导流方式相同，即均采用河床一次断流、围堰挡水，导流洞导流的方案，上下围堰及导流洞布置格局基本相同。三种坝型均为碾压式土石坝，施工方法也基本相当。

砼面板堆砂砾石坝坝体填筑施工工序和施工工艺相对较为简单，施工干扰较小，受当地气候条件影响因素较少。

沥青砼心墙坝较砼面板坝其钢筋、砼等外运材料用量少，坝体上、下游护坡施工受坝体填筑影响较小。沥青砼心墙和坝体堆石料施工基本不受气候条件影响，在-25℃低温条件下可正常施工，可大大缩短施工工期，施工进度最快。

粘土心墙坝较砼面板坝其钢筋、砼等外运材料用量少。心墙土料施工受气候条件影响较大，本地土料粘粒含量偏低，需要爆破开采和机械破碎泥岩，心墙土料制备费用高，对大坝投资影响较大。

4）主要工程量及投资比较

三种坝型沥青砼心墙砂砾石坝总投资12162.47 万元，粘土心墙砂砾石坝总投资12309.83 万元，砼面板坝总投资12275.54 万元。工程投资方面比较分析，采用沥青砼心墙相对砼面板坝和粘土心墙砂砾石坝，坝体投资相对低。

4 结论

通过从地形地质条件、枢纽建筑物布置、施工条件及工程投资等方面综合比较分析，沥青砼心墙堆石坝具有技术可靠，抗震性能好，基础地质条件适应性强，施工简单，工期短等优点，本次坝型选择初拟沥青砼心墙坝作为推荐坝型。