南安山水库挡水建筑物的坝型比选

2021-08-24张寿红

建材与装饰 2021年24期

张寿红，李星

（铜仁市水利电力勘测设计院有限公司，贵州铜仁 554300）

1 工程概况

拟建南安山水库位于石阡县五德镇团结村所在地，地理位置为东经108°37′42″，北纬27°25′30″。水库位于石阡河水系一级支流烂沟河上，交通较为方便。南安山水库工程是以灌溉、集镇供水为主，兼有周边农村人畜饮水等功能的水利工程；水库大坝枢纽工程由混凝土面板堆石坝、左岸溢洪道、左岸取水兼放空建筑物等组成；水库正常水位846.0m，校核洪水位848.45m，总库容182万m3，灌溉面积9070亩，工程等别为Ⅳ等，工程规模属小（一）型。

2 水库区地质条件

南安山水库正常高蓄水位846m，水库四周高山环绕，分水岭雄厚。库区左岸最高高程1022.5m（尖山），右岸最高高程为1129m（滚牛水），河床最低高程778m（下游烂沟村），库盆最大相对高差170～300m。为碎屑岩地区遭受风化、剥蚀形成的中低山峡谷地貌。南安山水库库区位于烂沟河上游河段团结村，该段河流蜿蜒曲折、流向多变，为较典型的山区河谷。河流方向总体由南东流向北西，库区内各支沟密布，其中右岸较大一条支沟为岩底下支流，烂沟河中另二支沟在平面上呈“Y”型分布；右岸支沟相对较小。库区河谷深切，河床高程820～840m，河床宽窄差异变化大，长年水面河床宽3～6m，两岸高出河床1～2m台地上分布大量粮田，粮田台地区宽10～40m，两岸分水岭地形高程左岸990～1103.2m，右岸990～1108.5m。库区为碎屑岩分布，河床多宽谷缓坡，河谷最宽达35m，岸坡坡度35°～65°，多呈“U”或“倒梯形”型谷，该水库地形封闭条件较好，无低矮垭口分布，两岸山体雄厚，分水岭厚度达0.6～1.2km。河床岸边凸岸为河流堆积岸，多有冲洪积堆积河漫滩；凹岸为河流冲刷岸，少有冲积堆积物，阶地发育不明显，岸坡植被较好。

3 坝址工程地质条件

3.1 坝址的选择

与当地的坝址对比选择结果进行结合分析时，发现烂田至茶园河段以及毛寨坡至烂沟坡河段等，基本上都存在非常严重的不良地质问题。并不适合建坝，甘家坝至岩底下段库坝区主要是以泥质灰岩夹页岩为主，根据实际勘测结果可以看出，其自身的岩溶发育相对比较弱，成库条件比较良好，比较适合建坝。与目前勘察设计结果进行结合分析，建坝河段在整个勘察中，与现有的各种不同类型地质条件进行对比分析，与坝址技术以及经济指标等进行结合分析，最终确定甘家坝至岩底下段河段是比较适合建坝的场所。

3.2 坝址工程地质条件

坝址是处于五德河一级支流烂沟河的上方，与河流的实际情况进行结合分析时，发现河流呈现蜿蜒曲折的状态，河流的总体走向是NW，河床的整个高程在经过准确测量之后确定其为815～822m。该河段的总共流长是550m，河床比降12%。除此之外，河面的宽度控制在3.5～106m的范围内，两岸最高高程可以达到1126m，相互之间的相对高差是130m。经过一系列的勘测和分析，发现阶地的整个状态并不属于发育状态，正常的高蓄水位如果达到846m时，河谷的宽度可以达到1.5m。左岸在地形的平顶上会呈现出工字形的状态，河床的整个高层可以达到819m，基岩会逐渐出露。河床以上一直到825m的高程地形的整个坡度在经过计算之后确定为5°～15°，为了能够从根本上实现对地形的缓坡处理，覆盖层的整个厚度控制在1～3m。基岩呈现零星出露的状态，825m以上的高层一直到875m，地形坡度通常会控制在45°～60°。这种形式下的地形坡度，通常都是相对比较险峻的地形。坝轴线下游坡面是一台阶式土台，其自身的分布高程在经过统计测量之后确定为818～830m。坝轴线的上游100m左右位置处，主要是从五德至岩底下通村路到河床为止，跨人行桥一直到右岸沿底下村寨。整个公路呈S形的状态，绕过左岸之后直接上坡，一直能够达到五德至芩巩县道。坝轴线的下游河段呈现出弯曲状态，整个地形具有一定的复杂性，如图1、表1所示。

图1 左、右岸岩性分层统计

表1 现场岩性分层统计

在针对整个地层岩性进行分析时，发现其主要分为人工堆积坡积堆积、冲击堆积等不同类型。首先人工堆积直接分布在上河床以上的左岸坡，主要是指左岸坡公路在建设时开发出来的一系列碎石堆积。其自身的整个厚度可以达到0.5～3m，分布高程可以控制在840～900m的范围内，属于零星分布的状态。而右岸坡的人工堆积土以及日常生活中的弃渣，基本上都是直接分布在岩底下村寨的附近位置处。其次，在坡积堆积方面，左岸坡820～835m高程位置处，自身的宽缓台地以及对应的左岸坡宽太低，基本上都是分布在第4系坡积黏土加少量碎石当中，与勘测结果进行结合分析，左岸的厚度控制在0.5～2.0m范围内，而右岸的厚度则控制在1～4m范围内。冲击堆积主要是指第4系冲积物分布在河床以及两岸的坡脚位置处，通常情况下都是直接由砂卵砾石等相互组合而成。粒径一般通常情况下会控制在5～30cm的范围之内，而厚度则可以达到0～2m。奥陶系下统湄潭组第三段的坝址路基岩通常情况下是以灰色或者深灰色的薄层泥质灰岩等为主，根据薄片鉴定报告结果可以得出，页岩主要是以黑色页岩为主。其自身主要是由泥质相互组合而成，在整个全岩当中的占比可以达到60%～70%，而粉砂质页岩主要是由泥质和石英石相互组合而成。构成岩石时，应在全岩当中的占比可以达到40%～50%，而泥质的占比可以达到30%～40%。含粉砂质页岩主要是由泥质组合而成，在整个全岩当中的占比可以达到80%～92%，粉砂质英石在其中的占比可以达到5%～10%。

通过现场分层统计表可知，坝区薄层泥质灰岩、页岩互层，其中页岩占41.5%，泥灰岩占58.5%。

3.3 坝型比选

与目前的坝址区地形地质条件等相关因素进行结合分析时，发现泥质灰岩以及页岩岩石饱和抗压强度分别是65MPa、29MPa。根据现场岩性的分层统计结果可以看出，页岩在其中的占比可以达到41.52%，泥灰岩在其中的占比可以达到58.5%。岩石的整个强度存在非常明显的差异性，在实践中，主要是利用混凝土面板堆石以及重力坝进行对比分析。

与两种坝型方案进行对比分析之后，发现两者之间存在一定的差异性，各自具有非常明显的优势特点，要与实际情况进行结合，这样才能够充分发挥各自的特点。坝址区岩性是以薄层泥质类岩、页岩为主，呈现互层状态，岩石自身的强度具有非常明显的差异性。面板对石坝的坝体面积相对比较大，其自身的基底应力相对比较小，对于地基要求并不是很高。在某种程度上会允许一定变形情况的发生，重力坝自身存在浅层以及深层抗滑稳定性的问题。由此可以看出，在这一方面面板堆石坝自身具有非常明显的优势特点。面板堆石坝溢流通常情况下会直接以右岸坡溢流道溢流的方式进行溢流，而左岸则采取隧洞的方式对其进行导流兼取水。由于左岸地形具有一定的陡峭特点，也就是保存了这类岩、页岩相互之间呈现出互层状态。所以整个隧洞为沿的类别是IV类，对于重力坝而言，则主要是以坝项溢流的方式为主，坝身取水整个施工过程相对比较明显。由此可以看出，重力坝与面板堆石坝相比在溢流方面的优势特点相对比较明显。将天然建筑材料作为出发点进行对比分析时，发现石料场地距离坝址区域的位置是1.5km，面板堆石坝建材的用量与重力坝相比要更高一些。重力坝在天然建筑材料方面与面板堆石坝相比具有一定的优势特点，与目前的工程地质现状进行结合分析时，发现坝址基本上都可以实现对面板堆石坝以及重力坝的建设，地质条件具有非常明显的优势特点。与最终的结果进行结合，确定面板堆石坝为最终的基本坝线。