溢洪道工程布置结合坝壳料开采利用研究

董 荣

(临沧市水利水电勘测设计研究院，云南 临沧 677000)

随着国家高度重视生态环境保护，同时还要保障粮食生产安全，相关部门也制定了保护范围和政策，如生态红线、自然保护区和基本农田等措施推动可持续发展。为保障粮食生产安全，提高粮食单位面积产量，水利基础设施也相应加大投入建设，但在建设过程中会对生态环境有一定影响或占用基本农田，应当采取相应措施减少对环境的破坏和占用。

岔河水库拦河坝为混凝土面板堆石坝，坝壳料总回填总量为68.5万m3，在前期勘察过程中，就需要规划充足的坝壳料。料场开采和建筑物开挖的无粘性土(包括砂、砾石、卵石、漂石等)、石料和风化料、砾石土均可作为坝壳料，并应根据材料性质用于坝壳的不同部位[1]。在实施过程中，我们应当优先利用建筑物开挖料，不足部分再开采坝壳料场堆石料，并按照不同料性分别回填于主堆区和次堆区；并考虑建筑物工程布置是否能够与料场开挖相结合，减少对生态环境破坏。

1 基本情况

1.1 坝型选择

坝址处河流流向N65°E，河床底宽5～10m，河谷呈“V”字型，左岸地形坡度35°～60°，右岸地形坡度30°～50°。坝基河床为第四系洪冲积漂石、砂砾卵石层，下伏基岩为块状流纹斑岩及后期侵入的辉绿岩脉、凝灰熔岩岩脉，弱风化层厚为22.0～67.0m。坝址区位于拿鱼河断裂和澜沧江断裂之间的经向构造带内，断层、裂隙较发育，主要发育F3、F4、F5、F6、F8断层。重力坝坝高为50～100m时，可建在微风化至弱风化中部基岩上[2]，由于断层及弱风化层较厚等地质原因，不适宜建混凝土高坝，因地制宜，可以兴建当地材料坝。库区范围主要分布为粘土料、堆石料、块石料等当地建筑材料，砂料缺乏且距工程区较远，根据地质条件及当地建筑材料，选择对坝基岩体要求相对较低的混凝土面板堆石坝作为优选坝型，避开了坝型选择存在的地质风险[3]。

1.2 坝壳料场情况

混凝土面板堆石坝壳料主要回填料为堆石，按照回填料性分区进行填筑，分为主堆区和次堆区。工程枢纽区及附近地层岩性为蚀变流纹斑岩、玄武安山岩。本着因料设计，就近取材原则，在坝址上、下游附近基岩大面积祼露区选定堆石料场，分别为Ⅰ坝壳和Ⅱ坝壳料场，堆石料总储量为231.01万m3，目前均无公路，料场类别属于Ⅱ类。Ⅰ坝壳料场位于坝址上游左岸，强、弱风化基岩出露，有用层总储量197.7万m3，运距约2.0～2.5km；Ⅱ坝壳料场位于坝址下游右岸，强、弱风化基岩出露，有用层总储量33.4万m3，运距约0.5～0.8km。

1.3 岔河水库基本情况

岔河水库位于云南省云县浪坝山村，距云县城72km。水库径流区属澜沧江流域右岸一级支流拿鱼河上游，水库控制径流面积145km2，多年平均径流量11668万m3，总库容4906.2万m3。

岔河水库拦河坝采用混凝土面板堆石坝，坝顶高程1823.50m，坝顶宽10m，最大坝高86m，坝轴线长201.0m。坝顶上游设1.2m高防浪墙，防浪墙底部与混凝土面板连接组成整体防渗体系。拦河坝最上游为混凝土面板，在死水位以下部分铺粘土铺盖以及使用渣料盖重来保护趾板及面板。面板下游依次是垫层料、过渡料、主堆区、次堆区及护坡。下游坝坡分为三级坡，坡比均为1∶1.4，高程1823.5～1793.5m为一级坡，高程1793.5～1763.5m为二级坡，高程1763.5m以下为三级坡。在高程1793.5、1763.5m处设置宽2m的马道。溢洪道位于右岸坝肩，为正槽开敞式溢洪道，由进口段、控制堰段、泄槽Ⅰ、Ⅱ段、消能段、护坦段组成，全长476.7m，最大下泄流量为160.0m3/s。输水放空隧洞布置于左岸，由进口段、进口有压洞段、竖井段、龙抬头段、导流输水共用段、闸室段、陡槽段、出口消能段组成，全长500.8m，设计流量Q=8.1m3/s。

2 溢洪道工程布置比选

根据工程特点，水库泄洪经过多方案进行比选，确定岔河水库泄洪方式采用溢洪道单独泄洪。枢纽区左、右岸地形坡度均较陡，左岸陡于右岸，坝壳石料场位于右岸下游，导流放空隧洞布置于左岸，溢洪道工程布置结合枢纽区地形地质、工程特点和枢纽布置等条件，在左、右岸均布置溢洪道轴线进行比较。开始规划思路只是尽量减少溢洪道开挖量并充分利用开挖料回填于拦河坝，后期规划思路考虑右岸溢洪道工程布置结合下游坝壳料场开挖。溢洪道主要布置方案有：左岸开敞式洞式溢洪道，左岸侧槽式洞式溢洪道，左岸侧槽开敞式溢洪道和右岸开敞式溢洪道，对4个方案进行比较，见表4。

(1)方案一：左岸开敞式洞式溢洪道布置于左岸，由进口明渠段、控制堰段、泄槽洞段、消能明渠段、护坦明渠段组成，全长414.9m，土石方开挖量18.0万m3。

(2)方案二：左岸侧槽式洞式溢洪道布置于左岸，由侧堰段、进口明渠段、泄槽洞段、消能明渠段、护坦段组成，全长329.5m，土石方开挖量19.7万m3。

(3)方案三：左岸侧槽开敞式溢洪道布置于左岸，由侧堰段、进口明渠段、泄槽明渠段、消能明渠段、护坦段组成，全长329.5m，土石方开挖量41.6万m3。

(4)方案四：右岸开敞式溢洪道布置于右岸，由进口段、控制堰段、泄槽Ⅰ、Ⅱ段、消能段、护坦段组成，全长476.7m，土石方开挖量66.8万m3。

通过综合比选，方案四相对较优，具有弃渣量少、弃渣占用面积和投资最省等优点。拦河坝坝壳料总回填总量为68.5万m3，产生以上节省的主要原因是在开采拦河坝壳料过程中，原规划需从Ⅰ坝壳料场开采量为27.1万m3，从Ⅱ坝壳料场开采量为33.4万m3，导流放空隧洞开挖料可利用量为4.3万m3(主要为隧洞洞身开挖量)，拦河坝基础开挖料可利用量为3.7万m3(主要为趾板基础开挖量)。但经过设计优化后，溢洪道与坝壳料场开挖结合后，只需从Ⅰ堆石料场开采量为7.1万m3，导流放空隧洞开挖料可利用量为4.3万m3，拦河坝基础开挖料可利用量为3.7万m3，溢洪道开挖料可利用量为53.4万m3，可以减少坝壳料运距；同时也对溢洪道边坡基础进行开挖，可以减少溢洪道重复开挖量，溢洪道开挖料也作为坝壳料回填于混凝土面板堆石料中，减少土地占用，特别是减少生态红线和基本农田占用，最大程度的减少对生态环境的破坏。

3 溢洪道与坝壳料开采规划

3.1 坝壳料主堆区和次堆区开采规划

由于溢洪道工程布置结合坝壳料场开采，故溢洪道在开挖过程中，施工组织设计上就需要认真做好开采规划。首先对料场植被及灌木等进行人工砍伐，覆盖层、腐殖土采用人工配合挖掘机土机进行剥离、堆集，产生的弃渣料可就近集中堆放，并集中运至弃渣场。坝壳料场主要为强、弱风化基岩出露，本着好料用于关键部位、低料低用、高料高用、多点进料的原则，混凝土面板堆石坝壳料又分为主堆区和次堆区，主堆区主要回填弱、微风化堆石，次堆区主要回填强、弱风化堆石，开挖过程中就要对主堆区料和次堆区料进行合理堆放，实现好料用在刀刃上。

表2- 1 溢洪道工程布置比较表

因为次堆区主要位于拦河坝坝体后区，在高程1752.3m以下先回填主堆区(此区域位于浸润线以下，需要回填较好坝壳料，提高排水效果，尽量避免岩石长期被水浸泡后软化影响坝体稳定)，采用弱、微风化堆石进行找平；在高程1752.3m以后才开始回填次堆区(此区域位于浸润线以上，可以回填差料，提高工程经济性)，但料场开挖需自上而下进行开挖，强、弱风化堆石先堆放于拦河坝下游右岸平坦开阔处，回填高度不宜高于3.0m，防止粗细颗粒分离，后期进行二次搬运(采用挖掘机拌和后才进行装运)至拦河坝；开挖至弱、微风化基岩后，把满足设计要求的堆石填筑于主堆区；后期采取主堆区和次堆区同时上坝，满足施工程序和进度要求。

3.2 溢洪道开采规划

溢洪道规划分为两期开挖，主要是考虑先满足堆石坝填筑进度要求，后期才对溢洪道基础进行开挖。

(1)一期开挖填坝：溢洪道一期开挖主要用于坝体填筑，堆石料场采用潜孔钻梯段爆破开采，开采前应做好详细周密的开采计划，复核好开采用量及溢洪道结构开挖相结合，做到尽量不多挖也不少挖，即满足坝体填筑需求，又控制不影响溢洪道后期布置结构需要，开采用挖掘机挖料，装自卸汽车运0.5～0.8km至拦河坝进行填筑。

(2)二期开挖槽挖：采用自上而下分层进行，采用风钻钻孔进行光面爆破，开采用挖掘机挖料，装自卸汽车运0.5～0.8km至拦河坝进行填筑。开挖完成后及时进行喷锚支护，并布设排水沟。

4 结论

在做前期规划中不但要做好工程布置规划，还要做好料场开采规划，特别是工程建设过程中会产生大量的开挖弃渣料，如何利用开挖料，减少弃渣量，最终减少耕地占用，特别是减少生态红线、基本农田和自然保护区等重点区域占地。在工程布置和确定建筑物结构可以参照如下步骤进行选择。

(1)根据项目区地形地质条件、项目区主要当地建筑材料和工程任务等选择基本坝型，选择建土石坝还是混凝土坝，或者其它取水设施，并结合工程进行相应布置。

(2)如果工程区条件满足建混凝土坝要求，泄水和输水建筑物工程布置就可以和混凝土坝结合，可以利用部分基础开挖料作为混凝土骨料加工料源。

(3)如果工程区条件满足建土石坝要求，泄水和输水建筑物工程布置就可以考虑与料场结合，还可以利用开挖料作为坝壳料并按照不同料性分区回填，部分开挖料可以作为混凝土骨料加工料源。

(4)根据选定的坝型和工程布置方式，做好料场开采规划。采取好料用于关键部位、低料低用、高料高用、多点进料的原则，如果需要进行二次搬运料场，就要做好临时堆料场设计，并做好临时保护措施。