□付艷林（河南省豫北水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

觀文水庫(kù)大壩壩型方案比選

□付艷林（河南省豫北水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板堆石壩是當(dāng)?shù)夭牧蠅沃袃煞N比較典型的壩型，心墻壩防滲體位于壩體內(nèi)部，不易破壞，但是發(fā)生問(wèn)題不好處理，面板壩防滲體位于壩體上游壩坡上，與外界接觸，受外部環(huán)境影響較大，易破壞，但也方便修復(fù)，兩種防滲體各有優(yōu)缺點(diǎn)，文章結(jié)合觀文水庫(kù)現(xiàn)狀實(shí)際情況對(duì)兩種壩型進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最終采用瀝青混凝土心墻壩型。

觀文水庫(kù);瀝青混凝土;心墻壩;面板堆石壩

1 概述

觀文水庫(kù)位于赤水河左岸一級(jí)支流菜板河的右岸支流白泥河上游，壩址地處四川省古藺縣觀文鎮(zhèn)五桂村和復(fù)興村交界處，距古藺縣城50 km，控制集水面積26.10 km2，多年平均年徑流量1 302萬(wàn)m3，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主、兼顧?quán)l(xiāng)村供水等綜合利用的中型水利工程。該工程建成后可以保障古藺縣觀文、白泥、椒園、金星4個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）3 620 hm2耕地灌溉用水問(wèn)題，解決灌區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)2.20萬(wàn)人、農(nóng)村2.23萬(wàn)人的飲水安全問(wèn)題，對(duì)改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，保障糧食生產(chǎn)安全和鄉(xiāng)村供水安全，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要作用。

本文主要結(jié)合觀文水庫(kù)現(xiàn)狀實(shí)際情況對(duì)瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板堆石壩兩種壩型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最終確定采用哪種壩型。

2 方案初選

根據(jù)該階段地質(zhì)資料，壩址附近塊石、石渣料儲(chǔ)量豐富，其儲(chǔ)量和質(zhì)量均能滿足設(shè)計(jì)需用，且運(yùn)距近，開(kāi)采條件較好。堆石料選用灰?guī)r，儲(chǔ)量質(zhì)量均能滿足要求；混凝土粗、細(xì)骨料儲(chǔ)量豐富，運(yùn)距較近，質(zhì)量較好。從天然建筑材料分布和儲(chǔ)量分析，適宜修建，可充分利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧系漠?dāng)?shù)夭牧蠅魏蛣傂詨巍９示徒▔螚l件而言，兩種壩型均適合。

從工程布置上看，以碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩和混凝土面板堆石壩為代表的當(dāng)?shù)夭牧蠅?，工程布置、施工條件基本相近；兩壩型選用的陰陽(yáng)山料場(chǎng)距壩址約1.60 km，儲(chǔ)量足，開(kāi)采方便可充分利用當(dāng)?shù)亟ú模€可利用大壩等樞紐建筑物開(kāi)挖料作為壩體填筑料；而碾壓混凝土重力壩雖不必另行布置泄水建筑物，可避免修建泄水建筑物帶來(lái)的高邊坡治理問(wèn)題，但對(duì)壩基及壩肩地質(zhì)條件要求更高，相應(yīng)的基礎(chǔ)處理費(fèi)用更大，且混凝土填筑量大、單價(jià)高、土建工程投資較大。當(dāng)?shù)夭牧蠅尉哂斜葎傂詨胃子谶m應(yīng)地質(zhì)條件、可充分利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧虾蜆屑~建筑物開(kāi)挖料、投資更省等優(yōu)點(diǎn)，故文章不再對(duì)剛性壩（碾壓式混凝土重力壩）做進(jìn)一步分析比較，初選更能適應(yīng)地質(zhì)條件、可充分利用當(dāng)?shù)亟ú?、綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更優(yōu)越的當(dāng)?shù)夭牧蠅?。?duì)混凝土面板堆石壩與瀝青混凝土心墻堆石壩兩種壩型做進(jìn)一步分析比較。

3 碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩方案

攔河壩為碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩，由上游混凝土預(yù)制塊護(hù)坡、上游級(jí)配碎石墊層、上游堆石料、上游過(guò)渡層、瀝青混凝土心墻、下游過(guò)渡層、下游石渣料、下游堆石料、老壩壩體和下游干砌塊石護(hù)坡組成。攔河壩壩頂高程1094 m，壩頂寬7 m，壩頂長(zhǎng)168.68 m，最大壩高46 m。上游壩坡坡率為5：8，在死水位高程1 071.50 m處設(shè)一2.50 m寬?cǎi)R道；下游壩坡坡率為1：2，在高程1 085、1 076 m處分別設(shè)置馬道，馬道寬度均為2.50 m，在高程1 068 m設(shè)一大平臺(tái)銜接老壩體。

3.1 大壩上游壩殼采用以新鮮灰?guī)r為主的堆石料填筑

下游高程1 055 m以下采用以新鮮灰?guī)r為主的堆石料填筑，高程1 056 m以上采用以強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化石渣料填筑，堆石料與風(fēng)化石渣料之間設(shè)1 m厚的過(guò)渡層。老壩壩體1 068 m高程以上壩體拆除，為充分利用老壩，將1 068 m高程以下的老壩壩體作為新建大壩的下游排水體不再進(jìn)行拆除，為便于排水通暢，從老壩上游河槽段中部垂直開(kāi)通一排水廊道，城門(mén)洞形斷面（2 m×3 m），洞壁采用混凝土襯砌，洞口局部做碎石反濾。

大壩防滲體為碾壓式瀝青混凝土心墻，心墻軸線位于壩軸線上游2m。心墻頂高程1 092.45 m，底部最深處高程1 048 m。心墻設(shè)計(jì)厚度為50～60 cm，采用階梯式，以1 070 m高程為界，上部厚度為50 cm，下部厚度為60 cm。瀝青混凝土心墻兩側(cè)各設(shè)3 m厚過(guò)渡料層。心墻及過(guò)渡帶底部設(shè)C25混凝土基座，寬8.10 m、厚2 m。心墻基座嵌入基巖，坐落于弱風(fēng)化巖層，并對(duì)其基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)和帷幕灌漿處理。固結(jié)灌漿布置2排，深入基巖內(nèi)5 m，孔距2 m；帷幕灌漿深度設(shè)計(jì)深入透水率＜5 Lu巖體內(nèi)5 m，帷幕灌漿設(shè)2排，排距1.60 m，孔距2 m。兩岸帷幕分別向山體延伸至正常蓄水位與巖體透水率5 Lu線的交匯處。

上游護(hù)坡采用混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，厚度0.30 m，下設(shè)0.30 m厚的級(jí)配碎石墊層；下游護(hù)坡采用干砌塊石護(hù)坡，厚0.50 m。壩頂以上山體永久開(kāi)挖邊坡1:0.75，采用錨桿掛網(wǎng)噴C20混凝土支護(hù)。

3.2 溢洪道位于大壩左岸，總長(zhǎng)194.00 m，為側(cè)槽開(kāi)敞式無(wú)閘控制溢洪道

側(cè)槽溢洪道溢流堰采用WES實(shí)用堰型，側(cè)槽長(zhǎng)20 m，堰頂高程1 090 m；側(cè)槽首端寬4 m漸變至槽末端寬8 m，后接18 m長(zhǎng)水平調(diào)整段，調(diào)整段末端設(shè)寬8 m交通橋，泄槽前端長(zhǎng)60 m，底坡0.05，陡槽段長(zhǎng)72 m，底寬由8 m漸變?yōu)? m，底坡0.40，后接10 m長(zhǎng)挑流鼻坎，反弧半徑為13 m，挑角為15°，在挑流鼻坎后設(shè)置15 m長(zhǎng)護(hù)坦，護(hù)坦厚1 m。

取水（兼放空）隧洞布置在大壩左岸，溢洪道左側(cè)，采用塔式進(jìn)水口，施工期先建設(shè)導(dǎo)流洞及取水隧洞平洞段用作施工導(dǎo)流，施工后期對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)口封堵，將進(jìn)水塔與平洞連接，以“龍?zhí)ь^”形式建設(shè)取水隧洞，承擔(dān)取水及放空任務(wù)。取水隧洞由進(jìn)口段、進(jìn)水塔段、洞身段和出口消能段等組成，取水隧洞洞線全長(zhǎng)332.90 m。取水隧洞進(jìn)口底高程1 068.50 m，平洞段底坡1/40，斷面凈尺寸為2.50 m×3.75 m（城門(mén)洞型，含上部半圓拱），取水隧洞出口設(shè)節(jié)制閘，配合干渠輸水灌溉；生態(tài)及放空水經(jīng)消力池消能后通過(guò)明渠進(jìn)入下游河道。

4 混凝土面板堆石壩方案

攔河壩為混凝土面板堆石壩，設(shè)計(jì)壩頂高程1 094 m，壩頂寬7 m，長(zhǎng)168.68 m，最大壩高46.50 m，大壩下游坡與原壩體連接，最大壩底寬度200 m。大壩壩體自上游到下游分別為混凝土面板、墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、主堆石區(qū)和下游混合石渣料區(qū)、老壩壩體和下游干砌塊石護(hù)坡。大壩上游邊坡5：8，下游邊坡為1：2。

4.1 大壩防滲體系由上游混凝土防浪墻、混凝土面板、趾板及趾板基礎(chǔ)帷幕灌漿組成

4.1.1 防浪墻

墻高4 m，墻底高程1 091.20 m，墻頂高程1 095.20 m，墻為L(zhǎng)形，C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)底寬3.20 m，厚0.30～0.70 m，壩頂以上墻體厚0.30 m。

4.1.2 混凝土面板

面板設(shè)計(jì)為等厚度，厚度0.40 m，采用C30混凝土，抗?jié)B等級(jí)W8，抗凍等級(jí)F100。為控制溫度和干縮裂縫，并能適應(yīng)不均勻沉降所產(chǎn)生的應(yīng)力，面板配置雙層雙向鋼筋，順坡向配筋率為0.40%，水平向配筋率為0.30%?；炷撩姘逯刂鄙炜s縫間距河槽段面板受壓區(qū)為12 m、岸坡段拉應(yīng)力區(qū)為6 m。

4.1.3 混凝土趾板

趾板位于面板上游，弱風(fēng)化巖體上，主河槽趾板頂高程1 047.50 m，兩岸趾板頂高程隨岸坡高程逐漸升高，混凝土等級(jí)為C25、W8、F100，趾板寬6 m，厚0.50 m，底部與基巖連接時(shí)設(shè)錨筋。

在面板上游面死水位以下設(shè)土質(zhì)斜墻鋪蓋及其蓋重區(qū)。河槽段粘性土鋪蓋用粉質(zhì)壤土填筑，頂部高程為1071.50 m，頂寬3 m，邊坡4:7。外層蓋重用廢石渣任意料填筑，頂部高程1071.50m，頂寬3m，外邊坡2：5。

墊層料、過(guò)渡料和主堆石區(qū)均采用微風(fēng)化、新鮮灰?guī)r石料，為連續(xù)級(jí)配料。石渣料區(qū)采用強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化的灰岸石料，為連續(xù)級(jí)配料。

4.2.1 周邊縫下游側(cè)設(shè)置特殊墊層區(qū)

特殊墊層區(qū)頂寬4 m，高3 m，采用最大粒徑≥40 mm且內(nèi)部穩(wěn)定的反濾料薄層碾壓壓實(shí)。大壩下游壩坡設(shè)計(jì)邊坡1:2，采用500 mm厚干砌塊石護(hù)坡。在高程1 085、1 076 m處分別設(shè)置馬道，寬度均為2.50 m。老壩壩體1 068 m高程以上拆除，將1 068 m高程以下的老壩壩體作為新建大壩的下游排水體不再進(jìn)行拆除。同時(shí)老壩上游漿砌條石面板底河槽段中部垂直老壩軸線開(kāi)通一排水廊道至下游河道。

4.2.2 壩基置于泥灰?guī)r、灰?guī)r上

趾板基礎(chǔ)及兩壩肩防滲采用帷幕灌漿，總長(zhǎng)度362 m，防滲帷幕沿趾板中心線、壩軸線延長(zhǎng)線共布置2排，間距2 m，排距為1.60 m，帷幕深度設(shè)計(jì)伸入透水率q≤5Lu巖體界線以下5 m，水平延伸長(zhǎng)度與岸坡相對(duì)隔水層相接并進(jìn)入相對(duì)隔水層以內(nèi)適當(dāng)深度，最大帷幕灌漿深度50 m。

（3）夯擊沉管時(shí)，當(dāng)樁的傾斜度超過(guò)1.5%時(shí)，拔管填孔重打，出現(xiàn)樁孔斜移、樁靴損壞等情況，及時(shí)回填擠密重打，成孔拔管后應(yīng)及時(shí)檢查樁尖。

對(duì)趾板下基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，河槽段及兩岸岸坡段均在帷幕灌漿上下游各布置1排，排距4 m，孔距2 m，孔深深入基巖內(nèi)5 m。為加強(qiáng)趾板與基巖連接，趾板底部設(shè)錨桿連接，采用φ28鋼筋，長(zhǎng)度4 m，排距、孔距均為1.50 m，呈梅花形布置。

溢洪道、取水隧洞設(shè)計(jì)方案同碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩方案，不再詳述。

5 壩型比較

5.1 地形、地質(zhì)條件比較

從壩址的地形、地質(zhì)條件看，2種壩型都是可行的。

5.2 天然建材

兩種壩型所需的壩體填筑料大部分均取自陰陽(yáng)山石料場(chǎng)及大壩、溢洪道、取水隧洞開(kāi)挖料源。根據(jù)本階段地勘報(bào)告，距壩址下游約1.60 km的陰陽(yáng)山料場(chǎng)詳查勘察儲(chǔ)量＞100×104m3，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)需求量。故從天然建材上，兩壩型相當(dāng)。

5.3 樞紐布置比較

兩種壩型均屬于當(dāng)?shù)夭牧蠅?，具有充分利用開(kāi)挖料、減少棄渣、各建筑物互不干擾、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)地質(zhì)資料，混凝土面板壩的趾板深度大于瀝青心墻堆石壩，因此較碾壓瀝青混凝土心墻堆石壩開(kāi)挖工程量大、混凝土方量及鋼筋用量大；另外，面板壩對(duì)質(zhì)量較好的塊石需求量大，相應(yīng)的料場(chǎng)開(kāi)采量大，棄渣多，外運(yùn)材料也較多。所以從樞紐布置上，瀝青混凝土心墻堆石壩占優(yōu)。

5.4 施工條件比較

碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩方案和混凝土面板堆石壩方案對(duì)外交通條件和場(chǎng)地條件類似，主要施工場(chǎng)地均布置在進(jìn)場(chǎng)公路兩側(cè)附近坡上臺(tái)地。因該工程壩址處呈“V”型峽谷，均采用圍堰擋水、隧洞導(dǎo)流施工的導(dǎo)流方式，導(dǎo)流建筑物規(guī)模相當(dāng)。

混凝土面板壩壩殼分區(qū)簡(jiǎn)單，施工工作面大，略占優(yōu)勢(shì)。瀝青心墻壩的優(yōu)勢(shì)在于，瀝青心墻可與壩體填筑和上游坡面的砌筑同步上升，大壩汛期臨時(shí)擋水時(shí)不必在上游坡面采取臨時(shí)防護(hù)措施，既可減少投資，也減少了施工難度，而面板壩則需要采取臨時(shí)防護(hù)措施。因此，心墻壩的施工相對(duì)較為方便。

所以從施工條件上綜合來(lái)看，瀝青混凝土心墻堆石壩占優(yōu)。

5.5 運(yùn)行管理比較

碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩的心墻位于壩體內(nèi)部，運(yùn)行環(huán)境條件穩(wěn)定，受外部荷載等影響因素較小，墻體耐久性能好，變形均勻，但萬(wàn)一基座處出現(xiàn)滲漏問(wèn)題，處理起來(lái)難度相對(duì)較大；混凝土面板堆石壩的面板分縫較多，在日曬氣溫變化等外因作用下，易出現(xiàn)裂縫破壞等，后期維修工作量大，但處理起來(lái)相對(duì)容易。故從運(yùn)行管理上瀝青混凝土心墻堆石壩占優(yōu)，只是出現(xiàn)滲漏問(wèn)題處理難度上混凝土面板堆石壩占優(yōu)。

5.6 工程投資比較

碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩方案與混凝土面板堆石壩方案由于泄洪供水工程方案相同，所以僅比較大壩部分工程投資?；炷撩姘宥咽瘔未髩尾糠止こ掏顿Y3 183.75萬(wàn)元，瀝青混凝土心墻壩大壩部分工程投資2 997.08萬(wàn)元，從大壩工程投資看，碾壓瀝青混凝土心墻堆石壩方案較混凝土面板堆石壩方案省186.67萬(wàn)元。

6 結(jié)論

綜合以上分析，從工程布置、建筑材料、工程施工、運(yùn)行管理、工程投資等方面比較，瀝青混凝土心墻堆石壩方案都占優(yōu)勢(shì)。瀝青混凝土心墻堆石壩只是在接觸帶出現(xiàn)滲漏時(shí)處理難度大。實(shí)際上，瀝青混凝土心墻壩作為一種成熟壩型，心墻本身不會(huì)滲漏，接觸帶在采取嚴(yán)密的灌漿處理措施后也不成問(wèn)題。只要是專業(yè)施工隊(duì)伍，加強(qiáng)施工管理，出現(xiàn)滲漏問(wèn)題的概率很低。觀文水庫(kù)大壩壩高＜50 m，又位于6°地震區(qū)，運(yùn)行過(guò)程中可不考慮地震帶來(lái)的不利影響。而且，只要把心墻基座適當(dāng)擴(kuò)大，萬(wàn)一出現(xiàn)滲漏，后期進(jìn)行處理技術(shù)上也是可行的。因此，推薦碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩方案。

（責(zé)任編輯：邢博輝）

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