某水库工程坝型方案比选

2022-06-24梁春秀

广西水利水电 2022年3期

梁春秀

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 工程概况

拟建的某水库位于桂林市内，坝址距桂林市区约92 km。主要工程任务是对水库下游3000亩农田进行灌溉，同时为附近3个村屯提供人饮供水，供水人口2000 人（设计水平年为2025 年），远景待附近的工业园区建设后转为工业园区应急备用水源[1]。水库正常蓄水位为160 m，总库容139.40万m3，兴利库容130万m3。人饮供水流量为0.005 m3/s，农田灌溉用水最大引水流量0.28 m3/s；放入原河道的生态基流枯水期（10 月～次年3 月）为0.007 m3/s，汛期（4月～9月）为0.023 m3/s[2]。

拟建水库是以人饮供水和灌溉为主的综合利用水库，主要由挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、供水建筑物、交通工程及附属建筑物等组成。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017），确定本工程为小（1）型水库，Ⅳ等工程。水库挡水建筑物为土石坝，泄水建筑物为溢洪道、放空洞（兼导流隧洞）、消力池以及排洪渠，引水建筑物为引水隧洞，供水建筑物为进水塔、供水管道等。其中土石坝、溢洪道、放空洞（兼导流隧洞）、引水隧洞、进水塔及供水管道为主要建筑物，消力池及排洪渠距大坝较远，失事后对大坝安全无影响，属于次要建筑物。土石坝、溢洪道及进水塔的设计洪水标准为30 a 一遇，校核洪水标准为300 a一遇，相应设计洪水位为162.37 m，校核洪水位为162.89 m[2]。

2 坝型比选

可行性研究阶段对土石坝、重力坝及拱坝进行比较，推荐土石坝作为本工程的基本坝型。根据拟建水库的工程实际，在土石坝各类坝型中，不适合选择修建均质土坝。主要原因如下：①坝体断面较大，而该水库工程库区较小，坝体占用较多库容，同时下游侧河道纵坡较大，地形条件不适合布置。②所需土料的量较大，导致土料场挖采面非常大，对环境影响较大。同时坝区位于桂林市风景名胜区红线范围内，不允许在坝区附近取料，而红线范围外的土料储量有限，大部分土料需到邻县开采，不但运距较远，还涉及两个县的协调问题。③相对于堆石坝，均质土坝坝坡要求更缓，溢洪道泄槽段长度相对堆石坝方案更长，由于没有天然垭口，在岸边开挖溢洪道会导致溢洪道工程量增加较多，施工导流隧洞长度也有所增加。

水库坝区为灰岩地区，石料丰富，质量较好，适合修建堆石坝，根据初步估算及分析，各建筑物开挖石料可基本满足填筑坝体的质量及数量要求。对于沥青混凝土心墙堆石坝，由于沥青混凝土单价较高，投资上不具备优势，本阶段选择黏土心墙堆石坝和混凝土面板堆石坝进行综合比选，以选定经济、合理的坝型。

2.1 黏土心墙堆石坝方案

拦河坝坝顶长150.0 m，坝顶高程164.1 m，坝顶宽6.0 m，最大坝高34.8 m。坝体断面结构由上游堆石区、黏土心墙、下游堆石Ⅰ区、下游堆石Ⅱ区、排水棱体、过渡层、反滤层、护坡及坝顶结构等组成。

防渗体采用黏土心墙，心墙顶高程为163.0 m，校核洪水位162.89 m。心墙顶宽4.5 m，底宽17.9 m，上下游侧边坡均为1∶0.2，采用1.5 m 厚反滤层，反滤层与坝体堆石区之间设1.5 m厚过渡层。心墙底部设置混凝土基座，基础防渗采用帷幕灌浆。

防渗体上游侧为上游堆石区，上游坝坡坡比1∶1.75，采用干砌石护坡。140.0 m高程以下采用堰坝结合的方式，上游围堰作为坝体的一部分，在此高程设置一平台，宽6.0 m，围堰上游采用黏土斜墙+截水槽防渗，斜墙上游侧设置干砌石护坡，厚0.5 m，护坡与斜墙之间设0.5 m厚砂砾石反滤层，斜墙与上游堆石区之间设0.5 m厚砂砾石反滤层。防渗体下游侧由下游堆石Ⅰ区和下游堆石Ⅱ区组成，同时在坝下游坡脚设置排水棱体。下游坝坡坡比为1∶1.75，在153.1 m 高程设宽3.0 m 的马道。排水棱体顶宽3.0 m，顶高程138.0 m，上游侧边坡1∶1，下游侧边坡1∶2。

黏土心墙堆石坝方案坝体典型横断面如图1所示。

图1 黏土心墙堆石坝方案坝体典型横断图

混凝土骨料、过渡料、反滤料及干砌石护坡等，均到附近县城灰岩采石场购买，运距约15 km；坝壳填筑料采用溢洪道、放空洞、引水隧洞及交通工程开挖的灰岩石料；防渗心墙黏土料取自本县城土料场，运距约4.5 km。

2.2 混凝土面板堆石坝方案

拦河坝坝顶总长为150.0 m，坝顶宽6.0 m，坝顶高程为164.1 m，趾板建基面最低高程130.2 m，最大坝高为33.9 m，上游坝坡坡比1∶1.4；下游坝面分别在153.0 m 高程和138.0 m 高程（排水棱体顶高程）设置宽3.0 m的马道，下坝坡均为1∶1.6。

坝体材料分区从上游往下游依次分为：上游盖重区、上游铺盖区、混凝土面板（厚0.4 m）、垫层区（水平宽3.0 m）、特殊垫层区、过渡区（水平宽3.0 m）、主堆石区、次堆石区及下游干砌石护坡（厚0.3 m）等。

混凝土面板与趾板相连接，趾板顺水流向宽6.0 m，厚1.0 m，河床部位趾板座落在弱风化灰岩基础上，其余部位趾板落于全风化灰岩基础上，趾板下设帷幕灌浆及固结灌浆。

混凝土面板堆石坝方案坝体典型横断面如图2所示。

2.3 坝型选择

两种坝型方案均布置在同一条坝轴线上，地形地质条件相同，工程总布置、运行管理方式及施工总工期等方面基本相同，坝型比较主要从坝体防渗可靠性、基础处理难易程度、坝料料源供应条件、施工条件、施工导流、对环境影响程度及工程投资等方面进行比选。

（1）防渗可靠性。黏土心墙堆石坝方案因防渗心墙位于坝体中部，受坝体变形影响较小，且心墙为整体结构，没有接缝，防渗效果可靠，也便于与岸坡连接；混凝土面板堆石坝方案的防渗面板位于上游坝面，受坝体沉降变形的影响，易造成面板开裂漏水。因此，从防渗可靠性而言，黏土心墙堆石坝方案优于混凝土面板堆石坝方案。

图2 混凝土面板堆石坝方案坝体典型横断图

（2）基础处理难易程度。大坝基础座落在厚层～巨厚层状灰岩地层上。混凝土面板堆石坝方案河床部位趾板建基面开挖至弱风化上部，其余部位趾板建基面开挖至全风化上部，由于趾板对基础的要求相对较高，故趾板基础需进行帷幕灌浆和固结灌浆以满足防渗要求；而黏土心墙堆石坝除防渗体下部布置一道坝基防渗帷幕外，不需进行坝基固结灌浆。因此，在基础处理方面黏土心墙堆石坝方案占优。

（3）坝料料源供应条件。经土石方平衡计算，两个方案坝壳料（堆石区）均利用溢洪道、放空洞、引水隧洞及交通工程开挖的灰岩石料，混凝土骨料、垫层料、过渡料及干砌石护坡等，均到附近县灰岩采石场购买，黏土心墙堆石坝方案需购买2.85万m3，混凝土面板堆石坝方案需购买3.14万m3。此外黏土心墙堆石坝方案还需从新厂土料场开采3.24万m3土料用于心墙填筑，运距约5.6 km。从土石料数据可以看出，对于石料的供应两个方案相差无几，但黏土心墙堆石坝方案还需另外开采一个土料场，临时占用耕地面积相对较大。因此，坝料料源供应条件方面，以混凝土面板堆石坝方案较优。

（4）施工条件。黏土心墙堆石坝方案黏土心墙施工与两侧坝壳料填筑存在一定的干扰。与黏土心墙堆石坝相比，混凝土面板堆石坝工序间相互干扰小，但混凝土面板施工期易产生温度裂缝，面板接缝止水、周边缝止水及面板温度裂缝控制等施工工艺较为复杂，施工技术要求较高，增加了施工难度。因此，施工条件两个方案各有优缺点。

（5）施工导流条件。两个方案均采用一次拦断河床、隧洞导流的导流方式，黏土心墙堆石坝方案上游围堰采用堰坝相结合的方式，而混凝土面板堆石坝方案需在坝体上游填筑一道上游围堰，使施工导流工程量及投资较黏土心墙堆石坝大。因此，施工导流条件以黏土心墙堆石坝方案为优。

（6）对环境影响程度。黏土心墙堆石坝方案需要土料场开采土料，对环境影响较混凝土面板堆石坝方案大。

（7）工程总投资。经计算，黏土心墙堆石坝方案比混凝土面板堆石坝方案少273.62万元，黏土心墙堆石坝方案占优。