永业水库拦河坝坝型比较与选择

刘子立 LIU Zi-li

（云南省水利水电勘测设计院，昆明 650021）

1 工程概况

永业水库位于西盟县怒江水系南康河（南康河上游称新厂河）左岸一级支流永业河上，坝址以上主河道长4.43km，控制流域面积7.3km2，河道平均比降72.10‰。工程是以解决农村人畜饮水和农业灌溉用水的综合利用水利工程，工程规模为中型，工程等别Ⅲ等，拦河坝建筑物级别为2 级，溢洪道、导流输水放空隧洞建筑物级别为3 级。大坝按50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。

2 坝址地形地质条件

坝址区属中山河谷地貌，河谷呈“V”型谷，主河道顺直，河流东西流向，横向河谷。河床宽5.0～16.0m，左岸地形坡度23～42°，右岸地形坡度28～34°，山坡地形较完整，表层分布为第四系碎石土层，下伏为薄层状石英片岩，走向与河流相近垂直，顺河向存在一定程度的褶皱构造，天然边坡基本～中等稳定。

坝址区出露地层主要为寒武系王雅组上段石英片岩，河谷及两岸坡分布第四系冲洪积、残坡积。坝址区河床冲洪积层厚2.5～5.2m，下伏基岩弱风化；左岸坡第四系坡积层厚1.6～3.0m，强风化基岩底界埋深11.7～26.0m，右岸坡第四系坡积层厚3.6～4.6m，强风化基岩底界埋深13.9～25.0m。

3 建筑材料条件

经对附近各种天然筑坝土石料的地质勘查和土工试验工作进行了分析研究，坝址附近能基本满足筑坝用料各项指标要求的天然土石料有：防渗土料、坝壳料、块石料。初步选定坝壳料场1 个，为块石、堆石料、过渡料、垫层料，混凝土粗细骨料料及沥青混凝土骨料料原地；填筑土料场1 个，用于址板坝基开挖回填；粘土防渗料场2 个。

①防渗土料：土Ⅰ料场位于坝址下游2.8km，运距2.8km。料场主要为斜坡地形，坡度一般为25～40°。料场用料为残坡积粘土、含砾粘土，平均有用层厚度3.3m，平均无用层厚度0.4m。下伏基岩为允沟组下段灰质白云质大理岩、条带状大理岩夹片岩、硅质板岩，岩石为弱风化。该料场面积较小、有用层厚度变化较大，土层结构单一，属Ⅱ类料场。土料场料场剥离量总计0.30×104m3，有用层推荐储量2.19×104m3，剥采比0.14。

土Ⅱ料场距坝址左岸顺河3.4km，需新修上坝道路5.3km。料场有用层厚度变化较小，土层结构较单一，属Ⅱ类料场。料场地形坡度为25～32°。料场用料为残坡积粘土、含砾粘土，平均有用层厚度3.3m，平均无用层厚度0.4m。下伏基岩为允沟组下段灰质白云质大理岩、条带状大理岩夹片岩、硅质板岩，岩石为强风化。土Ⅱ料场剥离层方量为2.68×104m3，有用层储量为24.56×104m3，剥采比0.11。土Ⅱ料场征占地补偿费用较高且运距较远。

土Ⅲ料场距坝址较远，需改扩建及新修上坝道路10.0km。料场坡度一般为10～30°。料场用料为残坡积、含砾粘土，平均有用层厚度5.0m，平均无用层厚度0.30m。下伏基岩为允沟组下段灰质白云质大理岩、条带状大理岩夹片岩、硅质板岩，岩石为强风化。土Ⅲ料场剥离层方量为4.64×104m3，有用层储量为64.31×104m3，剥采比0.07。土Ⅲ料场存在补偿费用较高且运距较远的问题。

②坝壳料：坝壳料场位于坝址下游左岸山坡，距坝址顺河下游约2.4km，需新修上坝道路2.6km。料场地形较陡，两侧冲沟切割较深，总体属Ⅱ类料场。坝壳料场高差约210m，坡度一般为25～50°，局部大于50°，料场区大部分地表出露强弱风化基岩，土层厚度小，一般厚度为0.5m～1.5m，料场下部开采位于地下水以下。坝壳料场岩性主要为允沟组下段灰质白云质大理岩、条带状大理岩。节理裂隙弱发育，岩体较硬，性脆，强度高。岩层倾向200～230°，倾角49～58°，走向与河流相垂直，为横向坡。料场地形较完整，有起伏，为Ⅱ类料场。料场有用层推荐储量292.79×104m3，剥采比0.05。

③石料：混凝土粗、细骨料、沥青混凝土骨料从坝壳料场自采，储量充足，距离坝址约2.6km，该料场储量充足，质量能满足粗、细骨料质量技术要求。

4 坝型方案设计

4.1 坝型初选

坝址区表层分布的Qalp、Qeld等松散堆积土体，虽然岩性成分各不相同、强度差异很大，但均具中～高压缩性，承载力低，存在压缩变形；下伏基岩表浅部为强～弱风化石英片岩，属软岩～中硬岩，两岸坡强风化带、强卸荷带厚度大，坝基断层、挤压破碎带发育，坝基不适宜修建重力坝、拱坝，考虑应优先选用当地材料作为筑坝材料的土石坝作为基本坝型。

坝址区附近大理岩石料、粘土料储量丰富，坝型拟定从粘土心墙堆石坝、沥青混凝土心墙堆石坝、混凝土面板石坝中进行方案比选，以选择最优坝型。

4.2 坝型方案设计

4.2.1 粘土心墙堆石坝

拦河坝最大坝高95.2m，坝轴线长389.65m，坝顶宽为10.0m，上游设高1.0m 的防浪墙。上游坝坡分三级，坡比从上至下为1∶1.9、1∶2.0、1∶2.2，上游坝坡设有2.0m 宽的混凝土上坝踏步；下游坝坡分三级，坡比分别为1∶1.8、1∶1.8、1∶2.0，上下坝坡各设置3.0m 宽的两台马道，坝体下游设排水区。粘土防渗心墙顶宽为4.0m，心墙最小底宽23.5m，满足设计规范要求，心墙上下游坡度为1∶0.25，心墙上下游侧各设2 层反滤层，水平宽度分别均为2.5m、3.0m。心墙坝基两岸采用帷幕灌浆处理及坝基采用固结灌浆处理。

4.2.2 沥青心墙堆石坝

拦河坝最大坝高95.2m，坝轴线长389.65m，坝顶宽为10.0m，上游设高1.0m 的防浪墙。上游坝坡分三级，坡比从上至下为1∶1.9、1∶2.0、1∶2.2，上游坝坡设有2.0m 宽的混凝土上坝踏步；下游坝坡分三级，坡比分别为1∶1.8、1∶1.8、1∶2.0，上下坝坡各设置3.0m 宽的两台马道，坝体下游设排水区。下游坝坡设有6.0m 宽的混凝土上坝踏步。沥青混凝土心墙轴线靠近上游，距大坝轴线2.0m，宽度为0.5～1.1m，在心墙与基础、岸坡的连接设置水泥混凝土基座，基座底宽8.0m，厚1.5m，基座与沥青混凝土连接处需涂抹阳离子乳化沥青再涂一层3cm 厚的砂质沥青玛蹄脂，并将基座混凝土与沥青混凝土接触面作凿毛处理，基座处沥青混凝土心墙扩大至2.3m。心墙坝基、两岸采用帷幕灌浆处理及坝基采用固结灌浆处理。

4.2.3 混凝土面板堆石坝

拦河坝最大坝高95.2m，坝轴线长379.1m，坝顶宽为10.0m。上游坝坡坡比为1∶1.4，下游坡分三台，各台坡比为1∶1.5，上游坡面设C30 混凝土防渗面板，厚度为0.3～0.6m，通过钢筋混凝土趾板与坝基连接，下游坝坡设两台2m 宽的马道。大坝面板底部趾板宽9m。坝体从上游到下游分为垫层区（水平宽3.0m）、过渡区（水平宽4.0m）、主堆石区，面板上游设坝前铺盖区，水平宽度5.0m；在周边缝下游侧设置特殊垫层区，坝体下游坡采用干砌块石护砌，厚度为0.4m，下游坝坡设有6.0m 宽的混凝土上坝踏步。大坝堆石料由推荐石料场进行开采，堆石料采用强溶蚀风化带中下部、裂隙溶蚀风化及弱微风化白云质大理岩。为加强趾板基础岩体完整性，对趾板基础进行固结灌浆，为保证大坝防渗效果，对坝基及两岸采用帷幕灌浆处理。

5 坝型比较

5．1 工程量及投资比较

各土石坝的枢纽布置基本一致，均需单独布置溢洪道和导流输水隧洞，枢纽工程投资主要取决于坝型投资，各坝型主要工程量及投资对比见表1。

表1 各坝型主要工程量及投资对比表

5.2 施工特点比较

混凝土面板坝、粘土心墙坝坝型应用广泛，施工技术成熟，沥青混凝土心墙坝施工工艺相对复杂，施工技术要求高，沥青心墙与坝基的连接是大坝防渗体系的薄弱环节，处理不好易发生渗漏。从施工难度分析，面板堆石坝、粘土心墙坝较优。

5.3 工程占地比较

沥青心墙坝所需堆石料填筑量大，面板堆石坝、粘土心墙坝堆石料用量小，粘土心墙坝需大量粘土料，经比较，沥青心墙坝料场所需占地范围大，其次为粘土心墙坝、面板堆石坝；沥青心墙坝、粘土心墙坝坝体轮廓大，永久占地范围大，面板堆石坝坝体轮廓小，永久占地范围小，综合比较占地范围及投资，面板堆石坝较优。

5.4 环境影响及水保方面比较

三种坝型坝壳料采用同一料场，沥青混凝土心墙坝、粘土心墙坝填筑量大，料场占地面积大，弃置剥离料的弃渣场占地范围也大；面板堆石坝趾板清基较深，开挖量较沥青心墙坝大，开挖料堆放的弃渣场占地范围也较大。经综合比较，沥青心墙坝、粘土心墙坝弃渣场较面板堆石坝弃渣场占地范围大，料场的开采扰动面积和所需恢复坝壳料场的投资较面板坝多，从环境影响及水土保持角度分析，推荐混凝土面板堆石坝方案。

5.5 综合比较

从地形地质条件、工程布置、工程量及投资、工程征地及移民安置、工程施工条件、环评水保、施工道路等方面进行综合比较，相关特性比较见表2。

表2 各坝型相关特性比较表

6 坝型比较结论

三种坝型在枢纽布置方面不存在大的差异，在地形地质条件、环境影响方面等没有重大制约因素。沥青混凝土心墙坝施工工艺相对复杂，施工技术要求较高，需专业队伍施工，沥青心墙与坝基的连接是大坝防渗体系的薄弱环节，处理不好易发生渗漏，沥青心墙本身不承受外部荷载，必须依靠心墙两侧的坝体填料来支撑，受坝体变形的影响较大，易产生的拱效应，也可能导致心墙产生渗漏，由于沥青心墙位于坝体中央，一旦出现变形过大引起开裂，不易查找渗漏点，检修困难，加固处理不易实施，影响防渗效果和坝体稳定。

相比沥青混凝土心墙坝，混凝土面板堆石坝、粘土心墙坝施工技术成熟，但粘土心墙坝土料场运距远，总体投资较高。坝址区残坡积覆盖层薄，趾板清基不深，工程区附近天然石料储量丰富，质量稳定，开采及运输条件较好，征占地范围小，三种坝型投资上混凝土面板堆石坝最小，因此推荐坝型为混凝土面板堆石坝。