剑河县打脑水库坝型比选设计探讨

裴师虎

（贵州海河建设工程有限公司，贵州 贵阳 550000）

1 工程案例

打脑水库混凝土重力坝最大坝高38m，总库容112m3；面板堆石坝最大坝高35.0m，总库容112万m3；打脑水库为剑河县新城区居民生活供水量149.10万m3/年，下放生态水26.90万m3/年。

2 坝型比选

本工程筑坝材料均为购买，考虑采用养门砂石料场作为料场该料场，可采储量为30.0万m3，完全满足本工程所需。从经济角度，C15混凝土重力坝投资为2063.76万元，而C15埋石混凝土重力坝的投资为2045.70万元，C15埋石混凝土重力坝比C15混凝土重力坝节省18.06万元，但埋石混凝土重力坝，由于施工速度较慢，工期长，导致工程总工期增加，进而影响施工期的成本，同时也增加了不可抗力或不利气候条件对施工的影响，所以，本次考虑在下坝线修建C15混凝土重力坝，并与面板堆石坝做比选后确定最终坝型。

2.1 地形地质条件比较

坝址处河谷断面呈对称的“V”型河谷，谷宽15m，河床高程510～514m，宽高比为1.7，正常蓄水位河宽73m。，两岸坡顶高程在670~700m，山体宽厚，河床高程在510~514m，相对高差160～186m；两岸冲沟发育，山体宽厚，总体较完整，山脊和宽谷大致呈北西向平行相间布列；两岸自然坡度30°～55°，自然边坡较稳定，坝址所在河流直段长224m，该坝址可布置混凝土重力坝与面板坝。

从地形上看，坝址河谷两岸较对称，河谷较宽，适宜修建埋石重力坝和面板堆石坝，但考虑大坝两岸较为陡峭，无天然垭口，不利面板堆石坝方案泄洪建筑物布置。

弱风化中部基岩地基允许承载力1～1.5MPa，泊松比0.28，其强度相对较低，抗变形能力较弱，修建重力坝存在一定的风险。面板堆石坝岩体承载力要求相对较低，坝基的适应性较强，修建面板堆石坝风险性相对于重力坝低。

由于本工程大坝下游已被回填，不利用布置泄洪建筑物，就布置而言，重力坝体型相对于面板坝较小，有利于结合施工布置，重力坝略优一些。从地质条件考虑，面板堆石坝对地基要求较低，而重力坝对地基要求较高，存在抗滑稳定等较复杂的工程地质问题，在地质条件方面，混凝土面板堆石坝方案优于重力坝方案。

2.2 枢纽布置比较

重力坝方案枢纽布置为C15混凝土重力坝+“龙抬头”式明流无压溢洪隧洞+坝后井筒式取水和放空；挡水建筑物为C15混凝土重力坝，坝顶全长85.75m，全由非溢流坝段组成，全长85.75m。坝顶高程为542.0m，河床段及岸坝段坝基置于弱风化基岩中上部，建基面高程为504.00m，最大坝高38m，坝顶宽5m，坝底最大宽度31.8m，坝顶设置高1.2m防浪墙；溢流前缘净宽12m，水平面为圆弧形状，圆弧半径35m，中心角19.644°，圆弧中心坐标为X：2959586.2393，Y：545069.0674，堰面曲线由上游双圆弧曲线和下游面WES曲线组成，曲线末端接坝面泄槽段，泄槽末端经渐变后直接接入隧洞。上游堰头曲线为用3:1斜坡+圆弧组成；下游面曲线方程为y=0.316x1.836；泄槽段平面长度30.76m，斜面长度33.411，底坡坡度i=0.5547，底板宽度由11m收缩至3.752m，后接渐变段，渐变段水平长度1.94m，斜面长度2.331m，底坡为0.5547，底板宽度右3.752m渐变至3.5m，渐变段侧墙平面采用圆弧形收缩，圆弧半径为15m，平面转角位7.428°；渐变段后接斜面直线段和反弧段隧洞标准断面，斜面直线段平面长度4.99m，斜面长度6m，反弧段反弧半径15m，中心角31.245°，圆弧长8.18m，反弧段后接隧洞洞身，隧洞洞身长675.47m，底坡i=0.4266，采用圆拱直墙形断面，断面净宽3.5m净高4.6m，直墙段高3.8m，顶拱中心角98.269°，顶拱半径2.314m，洞身末端为隧洞出口段，为2m长导向墙，再接17m箱涵穿过滨江公路，箱涵净断面5m×5m，箱涵末端接面流消能跌坎，跌坎长11m，宽5m，高7m，表孔溢流面、导墙、溢流头均，隧洞洞身、出口箱涵及消能跌坎均采用C30钢筋混凝土浇筑，临时支护及边坡支护采用挂网喷锚支护，重力坝枢纽建筑物枢纽布置参见图1。

图1 C15混凝土重力坝平面布置

面板堆石坝方案枢纽布置为混凝土面板堆石坝+“龙抬头”式明流无压溢洪隧洞+库内井筒式取水和放空；坝为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高35m，坝顶高程543.00m，坝顶宽度5m，坝顶长109.15m，河床坝段趾板建基面高程为508.00m。坝顶上游侧设L型混凝土防浪墙，高度为3.4m；洪建筑物布置于库区右岸，采用“龙抬头”式泄洪方案，溢流前缘净宽12m，水平面为圆弧形状，圆弧半径35m，中心角19.644°，圆弧中心坐标为X：2959586.2393，Y：545069.0674，堰面曲线由上游双圆弧曲线和下游面WES曲线组成，曲线末端接坝面泄槽段，泄槽末端经渐变后直接接入隧洞。上游堰头曲线为用3:1斜坡+圆弧组成；下游面曲线方程为y=0.316x1.836；泄槽段平面长度30.76m，斜面长度33.411，底坡坡度i=0.5547，底板宽度由11m收缩至3.752m，后接渐变段，渐变段水平长度1.94m，斜面长度2.331m，底坡为0.5547，底板宽度右3.752m渐变至3.5m，渐变段侧墙平面采用圆弧形收缩，圆弧半径为15m，平面转角位7.428°；渐变段后接斜面直线段和反弧段隧洞标准断面，斜面直线段平面长度4.99m，斜面长度6m，反弧段反弧半径15m，中心角31.245°，圆弧长8.18m，反弧段后接隧洞洞身，隧洞洞身长675.47m，底坡i=0.4266，采用圆拱直墙形断面，断面净宽3.5m净高4.6m，直墙段高3.8m，顶拱中心角98.269°，顶拱半径2.314m，洞身末端为隧洞出口段，为2m长导向墙，再接17m箱涵穿过滨江公路，箱涵净断面5m×5m，箱涵末端接面流消能跌坎，跌坎长11m，宽5m，高7m，表孔溢流面、导墙、溢流头均，隧洞洞身、出口箱涵及消能跌坎均采用C30钢筋混凝土浇筑，临时支护及边坡支护采用挂网喷锚支护，下坝线面板堆石坝平面布置图参见图2。

图2 下坝线面板堆石坝平面布置图（总库容112万m3）

就枢纽布置而言，重力坝方案较面板堆石坝方案优。

综上所述，从枢纽布置上来说，重力坝优于面板堆石坝。

2.3 施工条件比较

重力坝坝体填筑量小，施工技术简单，渡汛条件好，隧洞较短，对筑坝材料运输强度要求低，施工较为方便，但开挖基础深度大，坝基开挖量大，施工工期为20个月。

面板坝由于对建基面要求低，坝基开挖量少；但坝体填筑量大，施工技术要求较高，隧洞较长，渡汛条件相对较差，对筑坝材料运输强度要求高，施工工期为23个月。

从施工条件来说，重力坝优面板堆石坝。

2.4 运行管理比较

（1）重力坝及面板坝均采用库内泄洪的方式，泄洪方式相同，运行管理的工作相当。但是当出现超标洪水时，重力坝能抵抗短期洪水翻坝；而面板坝将发生溃坝，这对下游江北新城区居民将产生重大影响。

（2）在后期的运行中，面板坝的上游面板易发生裂缝，从而增加水库的后期运行管理费用。

从运行管理来说，重力坝优于面板堆石坝。

2.5 工程量和投资比较

因两坝型方案泄洪隧洞、放空布置一致，仅对大坝枢纽与取水建筑物进行投资比较，两坝型方案及取水方案直接投资比较见表1。

表1 两坝型方案枢纽投资比较 单位：万元

3 结语

综上分析，两种坝型各有优劣，从地形条件来看，重力坝坝优于面板堆石坝；从地质条件来看，面板堆石坝优于重力坝；从枢纽布置来看，重力坝坝优于面板堆石坝；从施工条件来说，重力坝优于面板堆石坝，特别是考虑到本工程面板堆石坝坝高较小，坝体填筑量太小，对合格的施工队伍的吸引力较小，故不易找到合格的施工队伍，重力坝施工条件简单，施工工期短；从运行管理方面来说，重力坝优于面板坝；从淹没占地方面来说，重力坝占地面积远小于面板坝；从投资方面来说，两个方案经济投资相当。

综合以上考虑，本阶段选定重力坝作为选定坝型。