下坝司水库坝址及坝型比选研究

全志平

（沿河自治县水务局,贵州 沿河 565300）

1 引言

水库大坝是水库工程的重要拦水建筑物,坝址确定和坝型选取对工程建设的费用及工程安全影响较大。在工程实际中,需要结合工程需求及实际情况选取适宜的坝址及合理的坝型,从而提高工程效益[1-3]。

2 坝址选择

根据下坝司水库实际情况,从以下几个条件进行比较。

（1）成库条件

下坝司水库工程库盆位于三叠系夜郎组地层,岩性为砂岩和灰岩等,为相对隔水层,地形地层封闭条件好,渗漏的可能性较小,水库蓄水条件好。

（2）地质、地形条件

由于下坝司小河整条河流较短,地质条件变化不大,上、中、下段河道地质条件相当,工程库岸为三叠系夜郎组（T1y2）和三叠系夜郎组（T1y1）砂岩和灰岩地层,岸坡地形较平直,稳定条件较好。工程建设不会形成较大的危害,但施工期应加强监测,本工程建库后,除局部段受库水浸泡及浪蚀作用,可能产生少量坍塌及覆盖层较厚段向库内滑移现象外,库岸坡整体稳定。

下坝司小河上、中段河谷为不对称的“U”型谷,地形开阔,谷底宽一般25 m～70 m,覆盖层又较厚,不适宜建坝。下段河道为“V”型谷,尤其是老坝下游300 m范围内,谷底宽3 m～10 m,覆盖层较薄,是理想建坝区域。

（3）枢纽布置

老坝上游河段,由于老坝淤积严重（已基本淤积至老坝坝顶处）,覆盖层很厚,同时河道很宽,建坝后坝基开挖量将成倍增加,但同高程下库容有所减少；老坝下游300 m范围内河道相对较窄,成深V型,同时地基覆盖层较薄,适于建设重力坝和土石坝,同时供水管道布设起来也较短。但土石坝泄水建筑物、供水建筑物及其他建筑物同坝型比较布置相对较难。再下段河道逐渐开阔,两岸分布有民房,不宜建坝。

（4）施工条件

水库距兴仁县城约51.0 km,有乡村便道通至坝址,交通较方便,石料场位于兴仁县回龙镇计屯村附近,距坝址距离约4.5 km,运输距离较短。坝址左岸及上下游处地势较开阔,便于施工布置。

（5）水库淹没

下坝司小河两岸村寨较少（水鸭子,大坝田）,其所在地高程相对较高（1454.00 m～1495.00 m,大坝田村寨坐落于1475.00 m高程以上）,移民搬迁人数会随着水库水位的升高而增大。故在相同规模情况下,选择坝址不宜太靠上游河段,下段河道是理想坝址。

综上,为满足要求,拟选下坝司水库坝址为老坝下游河道300 m范围内。该河段处河床覆盖层浅,河道相对平缓,其离纳壁乡村公路也最近,交通条件相对较好；并且在同等规模下,下段集水面积最大,淹没面积最小,所需要坝高最小。但为了更好地进行枢纽布置,拟选坝址距离老坝约120 m（枢纽布置避开老坝影响）,坝址唯一。坝址以上流域集水面积7.5 km2、主河道长5.9 km,主河道坡降为29.37‰。

3 坝型选择

3.1 代表坝型选择

下坝司水库坝址河流流向西南～东北,蜿蜒曲折,坝址为一典型横向“V”型谷,两岸山体高大雄厚仅基本对称,岩性为碎屑岩,属于侵蚀～剥蚀中低山地貌,具有侵蚀地貌类型。河谷高程1410 m～1425 m。谷底宽一般10 m～20 m,两岸坡地形坡度35°～46°,山顶高程左岸1560 m、右岸1530 m,覆盖层分布于低洼沟谷中。两岸山头高出河床120 m～150 m,自然边坡基本稳定,局部出现小面积残坡积层坍塌外,其它不良地质现象不发育。正常蓄水位1452.00 m时河谷宽118 m,其宽高比为3.16,坝址河谷地形宽高比较大,要求拱坝坝体较厚。且两岸拱座厚薄不一,不利于坝体稳定,因此本坝址不适合建拱坝。单从地形、地质上来看土石坝和重力坝受地形限制较小,该坝址可以满足土石坝和重力坝的建坝要求,因此设计选择土石坝和重力坝两种坝型进行比选。

3.1.1 土石坝代表坝型推选

土石坝有均质土坝、土石混合坝和堆石坝,从当地天然建筑材料分析,坝址附近无土料,因此不宜修建土坝。而项目区距坝址约4.5 km的计屯村附近石料丰富,储量达83.2万m3,开采及运输条件较好,材质佳,因此本阶段选择混凝土面板堆石坝作为土石坝的代表坝型进行设计比选。

3.1.2 重力坝代表坝型推选

重力坝按建筑材料划分有混凝土重力坝、混凝土埋石重力坝和砌石重力坝等,重力坝的总体布置基本一样,从坝体结构稳定方面考虑,三种坝型的体型结构相差不大；从项目区的石料分布情况来看,石料均能满足以上坝型的建设；从施工方面考虑,混凝土重力坝和混凝土埋石重力坝要求的机械化程度相对要高,施工要求的温控相对较严,施工难度相对较大；从投资指标方面考虑,混凝土重力坝和混凝土埋石重力坝相对较高。由于本工程规模较小,要求施工的机械化程度不高,为充分利用当地的建筑材料,尽可能地减小施工难度,减少工程投资,本阶段选择C15细石混凝土砌毛石重力坝作为重力坝的代表坝型。

综合以上因素,本阶段拟定C15细石混凝土砌毛石重力坝和混凝土面板堆石坝两种坝型进行同等深度的综合比较论证,选出基本坝型。

3.2 C15细石混凝土砌毛石重力坝方案

砌石重力坝方案枢纽布置为：该方案枢纽由C15细石混凝土砌毛石重力坝、坝身溢洪道、左岸取水兼放空建筑物等组成。

大坝为C15细石混凝土砌毛石重力坝,最大坝高48.80 m,坝顶高程1454.80 m,护栏顶高程1456.00 m,坝顶宽度5.00 m,坝顶长133.00 m,河床坝段建基面高程为1406.00 m,坝底宽48.40 m,上游面高程1454.80m至1438.00 m铅直,高程1438.00至1408.00 m坡比为1∶0.2,1408.00 m至1405.00 m为防渗面板基础；下游面高程1454.80 m至1452.00 m铅直,高程1452.00 m至1408.00 m坡比为1∶0.80,1408.00 m至1406.00 m为坝体垫层基础,垫层采用C15混凝土浇筑。溢流坝段总宽度24.00 m,堰顶高程为452.00 m,溢流堰为3孔,净宽为18.00 m,堰上最大水深为1.91 m,溢流坝上设置交通桥,桥面宽度5.00 m,泄槽边墙以5°收缩角向中心进行收缩,收缩至桩号YK0+033.96 m处（泄槽边墙与消力池边墙顶部交点）,溢洪道下游采用底流消能,消力池底板高程1411.20 m,消力池净宽15.93 m,池长22.00 m,后设尾坎,尾坎顶宽1.50 m,高1.80 m,尾坎后开挖区域采用钢筋石笼进行回填处理。坝体上游采用C20W6F50防渗砼面板进行加固防渗,防渗砼面板高程1454.80 m至1438.00m等厚为80 cm,高程1438.00至1408.00 m外坡比为1∶0.2、内坡比为1∶0.14逐渐加厚。

3.3 混凝土面板堆石坝方案

下坝址面板堆石坝方案枢纽布置为：该方案枢纽由面板堆石坝、岸坡溢洪道、取水兼放空隧洞等构成。

大坝为钢筋混凝土面板堆石坝,最大坝高45.60 m,坝顶高程1454.60 m,坝顶宽度6.00 m,坝顶长128.00 m,河床坝段趾板建基面高程为1409.00 m。坝顶上游侧设L型混凝土防浪墙,高度为3.80 m,防浪墙顶高程1455.80 m,底部高程1452.00 m,顶部宽度为0.50 m,底部宽度为3.50 m,在1452.80 m设1.00 m宽的检修小道。上游坝坡选用1∶1.4,上游坝坡高程1427.00 m处设宽5.00 m马道,在1427.00 m高程以下设盖重区,粘土铺盖顶部水平宽2.00 m,上游坡度1∶1.4,石渣盖重顶部水平宽3.00 m,上游坡度1∶2.5。下游高程1436.60 m处及高程1417.60 m处设置宽2.00 m马道,内侧均设排水沟,下游坝坡坡比均为1∶1.4。马道内侧排水沟与坝肩排水连成一体,汇合至排水棱体下游排水沟后排至坝体外15 m。

坝体填筑分为8 个分区,即上游石渣盖重区1 B、粘土铺盖区1 A、垫层区2 A、特殊垫层区2 B、过渡区3 A、主堆石区3 B、下游堆石区3 C及排水棱体区3E。石渣盖重区顶部宽度3.00 m,上游坡比1∶2.5；粘土铺盖区顶部宽度为2.00 m,上游坡比为1∶1.4；垫层区水平宽度为3.0 m,在趾板下游侧增设特殊垫层区；过渡区水平宽度3.0 m；主堆石区为面板的主要支撑体,在坝轴线上游侧除了垫层区和过渡区以外包括坝轴线下游侧高程1447.00 m以上部分均为主堆石区；下游堆石区为坝轴线下游侧高程1447.00 以下部分,与主堆石区分界线为向下游1∶0.2 的坡线,底部高程为1417.00 m。下游堆石区底以下高程除排水棱体部分也为主堆石区材料。排水棱体顶高程1417.00 m,顶宽2.00 m,上下游坡比均为1∶1.4,底高程为1410.00 m。

趾板宽度按岩石地基容许水利梯度确定,经布置和计算,趾板宽度统一取为5.00 m,河床及两岸趾板每隔35.00 m左右设一条伸缩缝,趾板厚0.50 m。趾板混凝土采用C25,抗渗等级W6,抗冻等级F50。

面板厚度根据T=0.30+（0.002～0.0035）H计算,因本工程坝高小于70.00 m,采用等厚面板,面板厚度为0.40 m,面板混凝土采用C25,抗渗等级W6,抗冻等级F50。混凝土面板设单层双向钢筋,纵、横向钢筋配筋率均为0.4%。

4 坝型方案比选

根据以上坝型方案设计进行坝型比选,见表1。

表1 坝型综合比较表

由表1综合两种坝型的优缺点及适应性,C15细石混凝土砌毛石重力坝优于面板堆石坝。

5 结论

为满足要求,拟选下坝司水库坝址为老坝下游河道300m范围内,该河段处河床覆盖层浅,河道相对平缓,其离纳壁乡村公路也最近,交通条件相对较好；并且在同等规模下,下段集水面积最大,淹没面积最小,所需要坝高最小。但为了更好地进行枢纽布置,拟选坝址距离老坝约120m（枢纽布置避开老坝影响）,坝址唯一。为方便施工,节约工程造价,减少后期管理与维护费用,推荐坝址坝型为C15细石混凝土砌毛石重力坝。