某工程枢纽水库坝型比选

程彦文

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 工程概况

甘肃迭部县某工程是以城乡生活供水、工业供水及生态环境用水为主，兼有发电、防洪等综合功能的大型跨流域调水工程。工程枢纽大坝位于甘肃省迭部县，B江干流与其支流L沟交汇处下游，此处21世纪初已建成1座小型水库大坝，仍在正常运行，工程枢纽大坝若开工实施，需对原有水库大坝进行拆除。

水库为水源水库，总库容为5.20亿m3，年供水量9.60亿m3，工程规模属于大(2)型。其中混凝土面板堆石坝按500年一遇洪水设计，5 000年一遇洪水校核，相应的设计洪水洪峰流量为2 028 m3/s，校核洪水洪峰流量为2 819 m3/s；混凝土重力坝与混凝土拱坝按500年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核，相应的设计洪水洪峰流量为2 028 m3/s，校核洪水洪峰流量为2 501 m3/s。

2 坝址地形地质条件

B江与其支流L沟一起在坝址区附近形成“Y”字型地貌形态，坝址段河谷狭窄，河水位高程1 665 m，水面宽约20 m，水深2～4 m。峡谷两岸山体雄厚，海拔高程3 000 m以上，相对高差>1 000 m，左岸基岩裸露，1 780 m高程以下自然岸坡坡度60°，以上36°左右；右岸1 726 m高程以下表层为厚3～8 m的坡积块石碎石土覆盖，自然岸坡角22°，1 726 m高程以上基岩裸露，坡度42°左右。水边基岩裸露，河床覆盖层厚3～5 m。坝址区出露华力西期细粒似斑状黑云母花岗闪长岩(γδ4)和志留系中上统卓乌阔组板岩(Szw)。坝址区范围内没有规模较大断层通过，仅发育一些小断层。坝址区左右岸岩体风化程度有一定差异，左岸强风化仅在缓坡表层出露，厚度2～3 m，弱风化水平厚度5～8 m，右岸强风化带局部出露，因构造影响弱风化的厚度20～30 m，河床无强风化带，弱风化厚度<10 m。

坝址区地下水类型主要为基岩裂隙性潜水，又可细分为风化裂隙水和构造裂隙水2种。风化裂隙水贮存于花岗闪长岩的风化壳裂隙中，以孔隙裂隙潜水为主，局部可能有微承压性，主要含水层为强、弱风化带，富水性较差。构造裂隙水贮存于花岗闪长岩的断裂和节理裂隙中，其富水性远较风化裂隙水好，不具统一的地下水位，局部可能有承压性。地下水受大气降水补给，其储存与排泄主要受构造的控制，在以构造裂隙水为主时，地下水的不均一性十分显著，无统一的潜水面。坝址两岸的岩体因构造发育程度不同，地下水的分布明显不同，左岸节理较少，岩体完整，地下水位较高，水力坡降大，右岸山体受构造带影响，岩体透水性好，地下水位接近于河水位。弱风化岩体以中等～弱透水为主，微风化～新鲜岩体以弱～微透水为主，坝址区相对隔水层的顶界线(<5 Lu)低于弱风化岩体底界线。

3 坝型比选分析

根据枢纽坝址区的地形、地质条件，在坝址上下300 m左右的峡谷范围内，岩体风化程度、构造发育程度无明显差别，坝基开挖选择在弱风化岩体上，大部分属于II1～III类岩体，其承载力可满足修建各类坝型的要求。

坝址区附近堆石料储量丰富，主要分布在坝址主河道和支沟交汇处，砂砾石料缺乏。拟建坝体高度约160 m，初步选用当地材料坝与混凝土坝进行比较，当地块石料储量多，可就近开采，但土料分布较少，因此当地材料坝拟采用混凝土面板堆石坝；根据坝址处的地形地质条件，河道为比较狭窄的U形河谷，两岸基岩裸露，河床覆盖层也较浅，适合建碾压高混凝土坝与混凝土拱坝，根据坝址区河谷宽高比，拟定混凝土坝采用碾压混凝土重力坝与混凝土拱坝进行方案比选，2种坝型技术发展成熟，施工工艺简单。

3.1 碾压混凝土重力坝方案

坝轴线位于坝址区顺直河段，距上游B江与L沟交汇处约300 m。碾压混凝土重力坝最大坝高165 m，坝顶高程1 820.00 m，坝顶宽度10 m，坝顶长度373 m，共分13个坝段。坝体基本断面为三角形断面，坝体上游面在1 715.00 m高程以上垂直，以下设坡度1∶0.20，下游面在1 802.00 m高程以上垂直，以下设坡度1∶0.75。大坝典型横断面见图1。

图1 碾压混凝土重力坝典型横断面图

溢洪道位于河床坝段，设3孔弧形工作门，单孔尺寸8 m×13 m(宽×高)，最大泄洪流量1 737 m3/s。溢流面采用WES曲线，堰顶高程1 807.00 m，下接直线段，纵坡1∶0.75，后接反弧段，反弧半径16 m，挑角30°，挑流鼻坎高程1 679.43 m。

溢洪道右侧设一道泄洪冲沙中孔，底板高程1 740.00 m，进口设平板检修门，孔口尺寸4 m×6 m(宽×高)，后接平直段和压坡段，后设弧形工作门，闸孔尺寸4 m×5 m(宽×高)，末端接反弧段，反弧半径25 m，挑角15°，挑流鼻坎高程为1 740.30 m，最大泄洪流量655 m3/s。

溢流道及泄洪冲沙中孔均采用挑流消能，消能区范围内河道顺直，地质条件良好，冲坑最深处位于河道中部，冲刷对左岸基本没有影响，对右岸下游阶地部分产生冲刷，不会引起大的山体滑塌等问题，故此工程消能区防护主要是对坝趾下游河道两岸校核洪水位以下岩体局部破碎的地方进行锚杆挂网喷护处理。

坝基面以上设2 m厚C20常态混凝土垫层，大坝上游面设4～10 m厚碾压混凝土防渗层，下游面校核洪水位以下设3.50 m碾压混凝土防渗层，坝顶设1.00 m厚C20常态混凝土，坝体内部采用三级配碾压混凝土，大坝泄洪建筑物过流表面设C40抗冲耐磨混凝土。

大坝坝基采用固结灌浆加固处理，灌浆孔间排距2 m，孔深8 m。靠近大坝上游侧设主副2道防渗帷幕，帷幕下游沿水流方向共设置4道排水孔。

大坝施工利用现状原有大坝作为上游围堰，下游围堰采用土石围堰，导流洞设于大坝左岸，采用一次断流、全年施工的导流方式，施工总工期78个月。

3.2 混凝土拱坝方案

拱坝位于坝址区河道转弯段，坝轴线距上游B江与L沟交汇处约70 m。大坝采用C25常态混凝土，最大坝高165 m，坝顶高程1 820.00 m，坝顶宽度10 m，坝顶弧长325.90 m，共分16个坝段。坝体采用双曲拱坝，厚高比0.26，最大中心角85°，最大厚度43 m。大坝典型横断面见图2。

图2 混凝土拱坝典型横断面图

溢洪道位于河床坝段，开孔数和孔口尺寸与重力坝方案相同，溢流面采用WES曲线，堰顶高程1 807.00 m，堰面曲线后接半径15 m，夹角45°圆弧段，射流鼻坎高程1 794.39 m。与重力坝类似，在溢洪道右侧设置一道泄洪冲沙中孔，具体参数与重力坝基本相同，大坝泄洪建筑物过流表面设C40抗冲耐磨混凝土。

大坝采用跌流消能，坝趾下游设水垫塘，复式梯形断面，底板顶高程1 654 m，底宽32 m，底板厚3 m，水垫塘末端设二道坝，最大坝高20 m，坝顶高程1 681 m，二道坝下游设20 m长混凝土护坦。

大坝坝基采用固结灌浆加固处理，灌浆孔间排距2 m，孔深8 m。靠近大坝上游侧设主副两道防渗帷幕，帷幕下游设排水孔。

拱坝施工需拆除现状原有大坝，在大坝上游主河道和L沟分别设置上游围堰，下游只需1道围堰，均为土石围堰，主河道导流洞设于大坝右岸，L沟导流洞设于大坝左岸，采用1次断流、全年施工的导流方式，施工总工期79个月。

3.3 混凝土面板堆石坝方案

该方案坝轴线位于碾压混凝土重力坝坝轴线下游约100 m，混凝土面板堆石坝最大坝高1 56.50 m，坝顶高程1 820.00 m，坝顶宽度12 m，坝顶长度408 m，上游坝坡1∶1.45，下游坝坡上部为1∶1.50，下部为1∶1.40。大坝上游面设置C30混凝土面板，面板上游侧下部设碎石土盖重和粉细砂铺盖，面板后设水平宽度分别为4.00 m和6.00 m的垫层料和过渡料，其后为主堆石区，后坝坡采用干砌块石护坡，坝体底部顺水流方向总长度为454.57 m。大坝典型横断面见图3。

图3 混凝土面板堆石坝典型横断面图

溢洪道位于左岸山坡，沿地形开挖而成，上游设置了229.71 m长的引水渠，渠底高程为1 803.30 m，设3孔弧形闸门，孔口尺寸为8×14.20 m，溢流堰顶高程1 805.80 m，泄槽段水平长214.20 m，纵坡为54.89%和43.49%，出口采用挑流消能，鼻坎高程1 694.28 m，最大泄洪流量2 044 m3/s。

泄洪冲沙洞布置在左岸山体中，部分利用施工导流洞，进口高程1 740.00 m，闸室为竖井结构，设置检修平板门和弧形工作门；闸后无压洞长682.90 m，出口消能采用挑流消能，最大泄洪流量655 m3/s。

在混凝土面板与坝基岩体接触位置设混凝土趾板，对趾板下基岩进行固结灌浆，并沿趾板布置防渗帷幕。

大坝施工利用现状原有大坝作为上游围堰，下游围堰采用土石围堰，导流洞设于大坝左岸，采用一次断流、全年施工的导流方式，施工总工期60个月。

3.4 比选结果

3种坝型方案的大坝枢纽布置都是可行的，各有特点，没有技术上的制约因素。各方案具体的优缺点比较见表1。

表1 各方案枢纽布置优缺点比较表

4 结语

通过对该工程碾压混凝土重力坝、拱坝和面板堆石坝3种坝型方案的地形地质条件、工程布置、工程量、施工条件和工程投资等方面综合比较可知，面板堆石坝方案要优于重力坝和拱坝方案，故设计初选混凝土面板堆石坝为推荐坝型。