阿克肖水库坝型比选及枢纽建筑物布置

刘明涛

（新疆维吾尔自治区水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

阿克肖水库位于皮山河最大支流阿克肖河的末端，坝址距肯尔孜河汇合口3 km，距下游克里阳引水枢纽（灌区总引水枢纽）5 km，距县城81 km，是该河唯一的控制性水利枢纽工程，具有灌溉和防洪等综合利用效益。为Ⅲ等中型工程，具有不完全年调节性能。工程由挡水坝、导流兼冲沙泄洪洞、溢洪道等组成，大坝为沥青混凝土心墙坝。工程地震设防烈度为Ⅶ度。

1 坝址地质条件及坝型比选

1.1 坝址地质条件

阿克肖水库坝址正常水位下河谷宽约为720 m，现代河床宽度约25 m。左岸阶地粉土厚度约3～33 m，右岸阶地粉土层厚度约为15～20 m，粉土下伏基岩面高程约为2 402 m，比主河床高程高20 m。右坝肩附近分布1#滑塌体，约6万m3，需清除。水库坝址在左岸阶地分布1个顺河向古河槽，宽度约390 m，深约35～72 m，下伏基岩均为绿泥石石英片岩。右岸地形平缓，基岩基座分布较为平缓，由于现代河床较窄且基岩面高程比主河床高约20 m，趾板基础采用高趾墙后围堰与坝体结合，可适当提高导流兼泄洪冲沙洞进口底板高程，以减少引渠的开挖量，洞身布置在右岸山体内，洞身及消能段为直线。泄水建筑物进口段、洞身或泄槽段、消能段布置较为顺畅。

1.2 坝型比选

地形地质条件，坝址区河谷开阔，坝基大部分置于砂卵石覆盖层上，不适宜修建拱坝和重力坝，由于土石坝对基础要求相对较低，因此工程适宜修建土石坝。依据工程勘察报告，坝址区虽分布有大量的低液限风积粉土，但粉土黏粒含量较低（6.93%），且具有中等湿陷性，饱和状态下为液化土，击实后，渗透系数略偏大，天然含水率偏低，各项实验指标基本不能满足防渗土料技术要求，不适宜修建以土料作为防渗体的土石坝坝型。由于工程粉土挖除量大，还需在下一阶段工作中，开展对粉土料进行改性研究的试验，以论证能否作为黏土心墙的防渗土料加以利用。在坝址区共勘察了1 个土料场（T1），8 个砂砾石料场（C1～C8）砂砾石料场，2 个灰岩块石料（P1、P2）。砂砾石料场的质量可满足土石坝筑坝材料要求，储量丰富，开采运输条件较好。P1 灰岩料场质量可满足沥青混凝土对骨料的技术要求，储量丰富。所以坝型比选拟定为沥青混凝土心墙坝和混凝土面板砂砾石坝。

坝型比选主要从各坝型对地形地质条件的适应性、天然建筑材料、工程布置、工程施工条件及工期、工程量及工程投资等方面进行综合技术经济比较，对坝型适应性进行详细论证分析，以确定较优坝型。

1.2.1 地形地质条件

两种坝型对地形条件没有特别要求，均需挖除坝基范围内的粉土，坝体坐落于基岩或砂砾石层上。面板坝在现代河床段通过高趾墙与面板连接，古河槽段防渗墙通过连接板与趾板及面板连接；对于沥青混凝土心墙坝，现代河床通过混凝土挡墙与心墙连接，古河槽段防渗墙通过心墙基座与心墙连接。两种坝型均能适应坝址区地形地质条件。

1.2.2 天然建筑材料

坝址区有丰富砂砾料，质量和储量满足坝体填筑料和混凝土骨料的设计要求，运距均较近，附近的灰岩料场可满足沥青混凝土心墙对碱性骨料的要求。天然建筑材料均能满足两种坝型的需求，不存在制约条件。

1.2.3 工程布置

结合坝址区地形地质条件，两种坝型枢纽布置方案基本相同。泄水建筑物均布置在右岸，由导流兼泄洪洞及溢洪道组成。就两种坝体布置而言，沥青混凝土心墙与基岩或砂砾石基础的连接较为简单，只需通过混凝土基座与帷幕或防渗墙连接形成防渗整体，同时，心墙位于坝体内部，坝壳对防渗体起到保护作用。心墙坝对气候的适应性较好，采取一定的措施，可以冬季施工。而面板坝的接缝与止水施工程序相对较复杂。同时，面板位于坝体表面，冬季受气候影响相对较大。

1.2.4 工程施工及工期

根据地形地质条件，两种坝型在施工导截流、施工条件、建筑材料供应、主体工程施工、施工交通及施工总进度等方面差别不大。但就防渗体基础开挖而言，由于粉土层较厚，建基面高程存在不确定因素，趾板开挖可能存在较大的变化，可能增加施工难度和相应的工程量，而沥青心墙基础开挖难度较低，不宜引起施工工程量的变化。从施工难度上看，沥青心墙坝较优。

1.2.5 工程量对比

主要工程量对比见表1。

表1 沥青混凝土心墙坝方案与混凝土面板坝方案主要工程量对比表单位：万m3

1.2.6 工程投资

面板坝与沥青混凝土心墙坝工程静态总投资分别为6.77亿元、7.02 亿元，心墙坝方案总投资比混凝土面板坝方案投资高0.25亿元。

综上分析，两种方案在地形地质条件、大坝抗震安全、施工条件等方面综合分析相差不大，虽然工程量及投资方面混凝土面板砂砾石坝方案略有优势，但沥青混凝土心墙坝在粉土层较厚这样的特殊地质情况下工程量增加较小，且心墙基础开挖难度较低，沥青心墙与基岩或砂砾石基础的连接也较为简单，对气候有较好的适应性，所以优先选择沥青混凝土心墙坝。

2 枢纽建筑物布置设计

2.1 挡水建筑物

坝顶高程2 455.50 m，防浪墙顶高程2 456.70 m，最大坝高59.50 m。坝顶宽度为8 m，坝长740 m。坝顶采用现浇混凝土路面，为排除雨水，顶面向下游单向倾斜，坡度为2%，坝顶上游侧设防浪墙，墙顶高出坝面1.20 m。坝顶下游侧设混凝土路沿石，横断面尺寸为0.30 m×1 m，高出坝顶面50 cm。路缘石每隔5 m设一通向下游的排水孔。在坝顶上游侧设置“L”形钢筋混凝土防浪墙，防浪墙顶高程2 456.70 m，墙高3.20 m，底宽2 m，墙厚0.50 m。混凝土等级为C30F200W6，墙顶高出坝顶1.20 m。沥青混凝土心墙墙顶插入底板0.20 m，与心墙紧密结合，沿墙长度方向每隔5 m设伸缩缝一条，缝内设止水。此工程筑坝材料为天然砂砾石料，坝址区地震设防烈度为Ⅶ度，大坝上游坝坡采用1∶2.20；下游坝坡采用1∶2，下游在高程2 432、2 400 m各设置一道2 m 宽的马道，下游采用0.40 m×0.40 m 混凝土网格梁填干砌石护坡。

2.2 泄水建筑物

表孔溢流道溢洪道布置在右岸坝肩上，采用开敞式，由进口引渠段、控制段、泄槽段、消能段组成。溢洪道堰顶高程2 447 m，设计泄量121.69 m3/s，校核泄量157.13 m3/s。溢洪道进口控制段与坝体结合。

2.3 导流兼泄洪冲沙洞

导流兼泄洪冲沙洞布置于坝址区河道的右岸，由进口引渠段、闸井段、洞身段、矩形明槽段、出口消能段组成，洞身布置为直线全长952.93 m，洞身段后接明槽与消力池相连接。进口位于大坝上游约421 m，出口在大坝下游约510 m处，主要任务是施工期导流，运行期泄洪冲沙。设计洪水位时控制下泄流量为140.77 m3/s，校核洪水位时最大下泄流量为142.08 m3/s。

3 结语

通过对沥青混凝土心墙坝和混凝土面板砂砾石坝在坝址地形地质条件、天然建筑材料、工程布置、工程施工条件及工期、工程量及工程投资等方面进行综合技术经济比较，虽然地形地质条件、大坝抗震安全、施工条件等方面综合分析两种坝型都可以使用，且混凝土面板砂砾石坝方案在工程量及投资方面也略有优势，针对此工程需挖除的粉土层，心墙基础开挖难度较低，也不宜引起施工工程量的变化。同时，沥青心墙与基岩或砂砾石基础的连接较为简单，对气候有较好的适应性，因此阿克肖水库选择沥青混凝土心墙坝坝型。枢纽建筑物布置包括挡水建筑物、泄水建筑物、导流兼泄洪冲沙洞等。