清沙河水库的坝型比较与选择

2021-08-24陆宇

建材与装饰 2021年24期

陆宇

（贵州拓土资源开发有限公司，贵州贵阳 550000）

0 引言

清沙河水库工程位于我国贵州省息烽县永靖镇新萝村境内，通往水库区域的交通相对比较便利，水库工程所处的河流属于长江流域乌江水系息烽河支流，该流域内部多年平均降雨量保持在1100mm，同时水库大坝坝址以上的集雨面积大小为16.5km2。本次清沙河水库工程建设施工工程等级设计为IV等，水库工程大坝为重力坝结构坝顶部高层1235.5m，最大坝体高度为38.5m，水库大坝轴线长度为215m，大坝顶部宽度为5.0m，大坝底部宽度为31.50m，水库工程的总库容量达到361万m3，水库工程的正常蓄水量为290.5万m3，水库死库容量为32.6万m3。水库工程为500亩周围的农田区域提供出必要的灌溉用水，并且清沙河水库工程受到淹没水位等方面条件的限制和影响，在本阶段的设计工作过程中保证率大小为95%的条件下，可供水量可以达到405.5万m3，无法有效保证县城内部人们的日常用水需求。

1 水库大坝坝型对比和选择

1.1 水库大坝坝型适宜性分析

水库大坝的坝线位置位于新萝火车站月台上游区域，365m位置，横向河谷结构整个河谷的走向为西北方向，河床地势条件相对比较平坦不存在陡坡和跌水情况。河床高度在1207m条件下，河床宽度为3m，河床宽度和高度比例为6.0，左岸区域为斜向坡同时在1360m以下的地形坡角为35°～45°之间，右岸为斜向坡堤型坡角在35°～40°之间，两岸区域的坡地构成比较完整不存在软弱夹层结构，自然边坡结构稳定性相对较高，具备当地材料坝和刚性坝的施工条件。

1.2 当地材料坝的选择

通过工程从现场的实际勘查和调查工作之后发现，水库工程上游区域的芦稿坪附近距离坝址位置大约2.0km，而芦稿坪有便道直接通往大坝工程，整体的交通通行比较便利，料场的地形条件整体由北向东方向延伸，坡度角大约为40°上下。

1.3 刚性坝选择

正常的蓄水位高度达到1230.5m时，谷底部宽度为143m，宽高比例为6.0，并且根据实际的钻探工作结果进行分析，坝体区域的岩体分化程度各不相同，同时强风化垂直厚度在左右岸区域均保持在6～9m之间，河床因为受到河水长期冲刷因素的干扰，河床的强风化深度范围大约在6～9m之间。根据坝址的地质地形条件不宜建设拱坝，根据坝址轴线的地形地貌以及地质条件等相关情况，可以修建堆石混凝土重力坝或者混凝土面板堆石坝。因此，在本次实施工程建设项目当中，重点针对堆石混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝方案进行合理对比与分析。

2 C9015堆石混凝土重力坝方案

C9015堆石混凝土重力坝方案枢纽布置为：C9015堆石混凝土重力坝（拦河大坝）+无闸控制开敞式溢流表孔+放空、取水管+坝前取水口闸室等。

2.1 C9015堆石混凝土重力坝

大坝为4级建筑物，洪水标准按30年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。根据调洪成果，大坝设计洪水位（P=3.33%）1231.98m，最大下泄流量66.9m3/s，相应下游水位1208.48m大坝坝体的断面结构，整体呈三角形基础结构布局，根据不同的使用要求对使用剖面结构进行分析，并且根据调洪计算等级以及构造物的设计要求，非溢流段大坝顶部宽度设置为5.0m，同时大坝顶部高程为1233.5m，坝体上游从坝顶1233.50～1214.00m高程铅直，1214.00m高程至坝基坡比1:0.1；下游坝坡为1:0.75，起坡点高程为1226.35m，如表1所示。

表1 坝顶超高计算

2.2 溢洪道

溢洪道为无闸门控制的开敞式自由溢流表孔泄洪型式，布置于主河槽内，堰顶高程1230.50m，溢流堰分为三孔，单孔净宽6.0m，溢洪道宽22.0m，中墩及两侧边墩厚1.0m；堰顶设置宽5.0m的交通桥。溢流堰为WES型实用堰，由上游面曲线、下游面曲线、泄槽段、消能工等组成。大坝主要筑坝材料为C9015堆石混凝土，上游面为0.8～1.3m厚的C9015自密实混凝土，在大坝底部设1.0m厚的C15混凝土垫层，下游坝面采用大坝坝体自身材料防渗，下游溢流面为0.6m厚C25钢筋混凝土防冲蚀。溢洪道边墩、导墙采用C25钢筋混凝土。下游设置消力池，池长18.30m，宽20m，1.0～0.5m厚的C25钢筋混凝土结构。

2.3 取水兼放空建筑物

坝体右岸布置有取水建筑物，取水口底板高程为1214.00m，取水管直径为800mm，取水口布置于枢纽建筑物的右岸挡水坝段0+133.750处，结合枢纽总布置，取水设施由取水闸室、坝内埋管和下游闸阀室等组成。进水口型式布置成坝身式，由移动式拦污栅、喇叭口、闸门井、通气孔、渐变段等建筑物组成。取水口、闸门井均布置于重力坝坝体前，渐变段布置于坝体内，在坝顶设置取水口的启闭设备，取水口建筑物与坝体结构形成一个整体，不分结构缝。

2.4 导流建筑物

上游围堰轴线距大坝上游面约100.0m，经计算枯期5年一遇施工洪水QP＝20%=14.8m3/s，围堰堰体为土石围堰，迎水面坡比为1:1.8，背水面坡比为1:1.8，采用黏土心墙防渗。下游围堰布置于导流明渠与河床交汇处上游，轴线距大坝下游面约60m，下游围堰亦采用黏土心墙土石围堰，堰顶高程为1207.7m，堰长50m，最大堰高4m，顶宽3m，围堰采用黏土心墙防渗，上游边坡1:1.8，下游边坡1:1.8，下游围堰距离坝轴线103.7m，如表2所示。

表2 坝顶高程计算成果

3 坝型比选分析

（1）从地形地质条件方面进行对比和分析。坝址位于新罗火车站上游365m位置，整体呈不对称“U”型横向河谷，河床的地形结构比较平坦，不存在陡坎和跌水情况。两岸坡地地形比较完整，不存在软弱夹层，自然边坡结构稳定性相对较高，因此针对地形条件而言，面板堆石坝和重力坝都适宜修建。

（2）建筑材料对比选择。面板堆石坝和重力坝可以充分运用当地区域非常丰富的优质石材资源，最大限度减少水泥材料的使用量，同时进一步降低大坝水化热温度所产生的影响。从建筑施工材料角度进行分析，混凝土面板堆石坝和C9015堆石混凝土重力坝均能满足工程施工要求。

（3）从枢纽工程设置角度上进行对比和分析。该枢纽当中总共需要设置泄洪建筑物，放空建筑物以及引水建筑物等C9015堆石混凝土重力坝施工方案，可以将水库大坝设置成溢流坝结构，坝体内部可以设置放空和引水孔洞，枢纽建筑物需要采取因地制宜合理检测，有利于工程施工以及方便后续维护管理工作作为主要施工原则。面板堆石坝的枢纽布置，尽管坝体结构充分运用当地区域比较丰富的石材资源，但是坝体自身无法解决泄洪、放空以及取水等相关设施的设置工作，必须要采取其他收费方案，需要在两岸的山体位置设置出相应的建筑物，同时所选择的坝线两岸位置均存在比较重要的建筑物。左岸区域有川黔铁路通过，右岸区域有渝黔铁路通过，因此面板堆石坝在左右岸位置设置出溢洪道，对整个工程施工的干扰程度相对较大，对于枢纽布置工作以及运行管理工作而言，C9015堆石混凝土重力坝更加优于面板堆石坝施工方案。

（4）施工条件和施工工艺对比。从施工导流角度上进行分析，重力坝可以通过使用坝体导流，通常情况下不需要另外开导流隧洞，面板堆石坝则需要开挖导流隧洞施工导流，因此，重力坝施工优势相对较大。面板堆石坝要求工程施工机械化程度相对较高，整体的施工工艺流程相对比较简单，同时坝体填筑施工量过大、施工速率相对较快。C9015堆石混凝土重力坝在施工过程中的机械化程度也相对较高、施工效率更快，同时不会受到坝体温度测控所产生的影响，因此从整个工程施工工艺角度上进行分析，重力坝施工方案更加优于面板堆石坝施工方案。

（5）从投资经济性方面进行对比，根据两种不同的大坝方案工程量进行投资估算分析，C9015堆石混凝土重力坝施工方案，在工程施工总投资量上达到6025.5万元，面板堆石坝建筑工程施工总投资量为6450.5万元，从整体的投资情况来看混凝土重力坝相比于面板堆石坝施工效果更加明显。