肖富桔

(攀枝花市水利水電勘測設(shè)計院，四川 攀枝花，617000)

設(shè)計與施工

大河溝水庫大壩壩型設(shè)計方案比選

肖富桔

(攀枝花市水利水電勘測設(shè)計院，四川 攀枝花，617000)

介紹大河溝水庫樞紐大壩壩址、壩軸線、壩型的選擇過程，著重對堆石混凝土、碾壓式混凝土、埋石混凝土、細石混凝土砌塊石四種重力壩方案與瀝青混凝土心墻土石壩方案進行詳細比較，擇優(yōu)選擇，最終確定了大河溝水庫大壩方案及壩型。

重力壩 土石壩 筑壩材料 壩型選擇 大河溝水庫

1 工程概況

大河溝水庫位于攀枝花市東區(qū)銀江鎮(zhèn)金沙江左岸一級支流弄弄溝中游段，水庫壩址位于東區(qū)銀江鎮(zhèn)弄弄溝村一社，北距仙人湖水庫約1.66km。整個工程包括水庫樞紐工程和水庫灌區(qū)工程，水庫樞紐最大壩高53.70m，總庫容為70萬m3。

2 壩址、壩軸線選擇

大河溝水庫所在流域的河道較陡，分布地層巖性較簡單，覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)、第四系全新統(tǒng)殘坡積層(Q4el+dl)，基巖為印支期正長巖(ξ)。通過現(xiàn)場勘測，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H地質(zhì)、地形情況，僅有楊家灣和大河溝兩處有條件修建水庫。根據(jù)本流域水資源配置、工程建設(shè)任務(wù)和地形地質(zhì)條件，楊家灣處高程為1389.0m，直流控灌面積263.53hm2，不能滿足水庫下游本流域的灌溉要求和向鄰域視野區(qū)生態(tài)林供水的功能需求。因此，根據(jù)地形條件及灌區(qū)灌溉控制高程1550.0m等條件，本次設(shè)計壩址選擇在大河溝處。

大河溝處溝口較狹窄，溝底出露弱風(fēng)化正長巖，兩岸坡積層相對較薄，工程開挖量較小，并且該河段相對較緩，上游河道相對開闊，庫容條件較好，供布置壩軸線的位置僅有一處，該位置處壩軸線向下游約130m則為高達20.0m的跌坎，河道陡峭，不僅不利于工程布置，而且直流控灌面積也有所減少；向上游布置不僅影響庫容，而且在滿足水庫功能的情況下大壩高度和長度都會增加，從而增加工程投資。

3 壩型比選

根據(jù)地質(zhì)勘測，本工程選定的壩址處地質(zhì)條件較好，地基承載力較高，同時工程區(qū)附近有儲量較豐富的石渣料和塊石料，且具有修建重力壩和土石壩的條件，本次設(shè)計對混凝土重力壩和碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩兩種壩型進行比選。

3.1 方案布置

3.1.1 重力壩方案

重力壩方案包括大壩(非溢流段和溢流段)、沖砂設(shè)施及放水設(shè)施。本次方案選取了四種重力壩筑壩材料進行比較，包括：堆石混凝土壩、碾壓式混凝土壩、混凝土砌塊石壩和埋石混凝土壩，四種壩體除壩身筑壩材料不同外，其余結(jié)構(gòu)斷面均采用同一斷面，具體布置如下：

溢流壩段布置于大壩樁號K0+059.5m～K0+085m段，放水設(shè)施布置于大壩樁號K0+086.5m高程1568.00m處；大壩壩頂高程1604.0m，壩頂長165.0m，壩頂寬4.0m，最大壩高53.7m。斷面詳見圖1。

圖1 大河溝水庫重力壩橫斷面

3.1.2 碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩方案

該方案包括攔河大壩、溢洪道及放水沖砂設(shè)施。大壩全長204.3m，為瀝青混凝土心墻土石壩。壩頂高程1609.06m，壩頂長204.3m，壩頂寬5.0m，上游壩坡由上至下分為2級，分別為1∶2.50、1∶2.75；下游壩坡由上至下分為3級，分別為1∶2.25、1∶2.50、1∶2.00，棱體頂寬2.0m。斷面詳見圖2。

圖2 大河溝水庫土石壩橫斷面

3.2 方案選擇

3.2.1 樞紐布置條件

重力壩方案工程布置相對緊湊，溢流壩段、放水設(shè)施和沖砂設(shè)施均布置在壩體上，樞紐占地面積較?。粸r青混凝土心墻土石壩方案工程布置相對分散，需要在右岸修建溢洪道和放水沖砂設(shè)施，樞紐占地面積大，右岸地形坡度較陡，增加大量的開挖，從而引起高邊坡需進行處理，且涉及到移民搬遷問題。兩種方案在樞紐布置中均不存在制約性因素，但由于大河溝水庫壩址位置相對狹窄，兩岸坡度較陡，所以更適合于工程布置緊湊的重力壩方案。

3.2.2 建筑材料比較

3.2.2.1 碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩建筑材料

(1)壩殼料。根據(jù)工程地質(zhì)測繪和鉆孔揭露，勘查范圍內(nèi)斜坡表層為薄層殘坡積層，下部全～強風(fēng)化正長巖，其下為弱～微風(fēng)化正長巖。全～強風(fēng)化正長巖可以做瀝青混凝土心墻土石壩壩體填料，經(jīng)勘查全～強風(fēng)化正長巖石碴料約9.19萬m3；全～強風(fēng)化正長巖石碴料下部為弱～微風(fēng)化正長巖石，按巖土分類為Ⅳ～Ⅷ級，開挖比較困難，不適宜做石碴料用。右壩肩溢洪道開挖可利用石碴料僅7.5萬m3。經(jīng)分析計算，若采用土石壩方案，石碴料在勘查范圍是不夠的，必須在其它地方開采，料場占地1.66hm2。

(2)瀝青混凝土心墻料。按規(guī)范要求“宜用堿性巖石”骨料，分為三類：填料(粒徑小于0.075mm的礦質(zhì)粉狀材料)、細骨料(粒徑為0.075mm～2.5mm)、粗骨料(粒徑為2.5mm～25mm)；根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，壩址10km范圍內(nèi)無堿性巖石。本工程所需堿性瀝青混凝土骨料用量不大，故本階段設(shè)計可采取外購堿性材料為瀝青混凝土心墻所需。通過調(diào)查，距大壩約35km處堿性巖石儲量豐富，且有專門開采石灰石礦的企業(yè)，交通道路為省級道路，運輸條件較好。

3.2.2.2 重力壩建筑材料

本次設(shè)計選取了四種壩體填筑材料進行比較，分別為C15堆石混凝土、C15碾壓混凝土、C15埋石混凝土、C15細石混凝土砌塊石；壩體填筑材料上游壩面均為C20混凝土防滲面板。重力壩主要建筑材料為混凝土和塊石。因工程區(qū)施工場地狹窄，無布置現(xiàn)場攪拌系統(tǒng)條件，并且攪拌混凝土粗細骨料購買運距較遠，砂、礫石運距達25km。通過實際調(diào)查，在水庫下游約5km附近有一商品混凝土攪拌廠，該廠向外長期大量出售商品混凝土，質(zhì)量和產(chǎn)量均能滿足大河溝水庫建設(shè)需要。本次設(shè)計樞紐不單獨設(shè)置攪拌系統(tǒng)，大壩混凝土直接購買。

3.2.2.3 建筑材料比較結(jié)論

兩種壩型的筑壩材料均具有開采或購買條件，瀝青混凝土心墻土石壩方案的料場開采會增加工程占地1.66hm2，在開采過程中會形成新的裸露地表，造成新的水土流失，影響當(dāng)?shù)厮亮魇е卫沓晒?，同時在料場開挖中還將增加4戶移民，增加移民搬遷投資；混凝土重力壩方案的混凝土直接購買商品混凝土，塊石由鄰近的采石場購買，有鄉(xiāng)村公路通往施工區(qū)，路況好，運距短，不會產(chǎn)生不良影響，無料場占地，對環(huán)境影響小。所以建筑材料方面混凝土重力壩方案占優(yōu)。

3.2.3 施工條件

3.2.3.1 碾壓式瀝青混凝土心墻壩。近年來在土石壩中應(yīng)用較為廣泛，施工簡單，瀝青混凝土做心墻時，采用攤鋪機械配置上料和碾壓設(shè)備，瀝青混凝土及上下游過渡料同時填筑，壩殼料進度緩于心墻施工，而雨季降雨后處理簡單，將心墻擦干、燒熔即可繼續(xù)施工。整個施工操作簡單、方便，施工干擾少，雨季施工方便，節(jié)省工期。但是由于壩址位置特殊的地形影響，需將工程溢洪道布置在大壩右岸10.4m處，而溢洪道開挖深度達5m～60m，必須爆破開挖，開挖后高邊坡需做掛網(wǎng)噴護處理。所以只能等溢洪道開挖完畢后才能進行大壩填筑，施工影響較大，參照本地已建工程，預(yù)計壩體施工工期需要14個月。

3.2.3.2 堆石混凝土壩重力壩。為新技術(shù)新材料壩體，主要施工工序包括支立模板、堆石入倉和專用自密實混凝土澆筑。由于堆石混凝土施工工藝簡單流暢，且能簡化溫控，減少人為因素，充分發(fā)揮機械作業(yè)，施工速度快，施工質(zhì)量控制簡便有效，能大幅提高大倉面混凝土的施工效率、縮短工期，預(yù)計壩體施工工期需要8個月。但外加劑屬專利產(chǎn)品，價格偏高；自密實混凝土對用水量非常敏感，其波動會導(dǎo)致離析泌水或流動性降低[1]，現(xiàn)行水利行業(yè)對其無專門性的技術(shù)規(guī)范，質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)尚少，安全風(fēng)險較大。

3.2.3.3 碾壓式混凝土重力壩。碾壓混凝土技術(shù)是利用土石壩施工工藝，作業(yè)施工程序包括鋪料、整平、壓實、質(zhì)檢等工序，其鋪料厚度為每層不大于30cm，以振動碾進行碾壓密實，混凝土為干硬性混凝土，屬一種新的混凝土施工技術(shù)，突破了傳統(tǒng)的混凝土大壩柱狀法澆筑，但由于對此項技術(shù)的理解和掌握深度不一，部分碾壓混凝土壩施工工藝和質(zhì)量控制存在一定的問題，結(jié)合地區(qū)實際情況，無此類壩型工程，對施工質(zhì)量控制、管理和技術(shù)要求等均難以保證，預(yù)計壩體施工工期需要8個月。

3.2.3.4 埋石混凝土重力壩。施工工序簡單，場地干擾小，主要影響施工的是混凝土澆筑中的溫度控制，設(shè)計的混凝土重力壩采用埋石(埋石率≤25%)的方式最大限度的減輕了水化熱對壩體的影響，在施工中增加措施即可控制好溫度。其主要施工工序包括支立模板、混凝土澆筑、拋填塊石。參考類似工程，預(yù)計施工期壩體澆筑需要11個月。

3.2.3.5 細石混凝土砌塊石重力壩。在施工方面主要是將塊石用人工堆砌完成后，利用細石混凝土澆筑灌縫，施工方法簡單，但利用人工進行堆放塊石及澆筑振搗，人工用量大，耗時長，施工進度慢，預(yù)計壩體施工工期16個月。

四種混凝土重力壩和碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩進行比較，各自均有優(yōu)缺點。結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，綜合施工工藝、施工方法及施工隊伍技術(shù)等綜合考慮，現(xiàn)階段從施工方案推薦選擇埋石混凝土重力壩。

3.2.4 工程投資

根據(jù)兩種壩型(其中重力壩為四種材料壩)的工程布置和初步擬定的主要建筑結(jié)構(gòu)尺寸，進行工程量計算，通過對主要工程量的投資估算，計算得到各種壩型的投資分別為：瀝青混凝土心墻土石壩直接投資為7303.29萬元；堆石混凝土壩直接投資5757.58萬元；碾壓式混凝土壩直接投資6137.58萬；埋石混凝土壩直接投資6111.93萬元；細石混凝土砌塊石壩直接工程投資5854.54萬元。經(jīng)過比較，土石壩投資最高，而四種材料的重力壩之間投資則相差不大。

4 結(jié)論

經(jīng)過綜合比較，瀝青混凝土心墻土石壩投資均高于重力壩投資，并且混凝土重力壩方案在工程布置、建筑材料和施工條件等方面占優(yōu)，故大河溝水庫設(shè)計推薦重力壩方案。重力壩方案根據(jù)筑壩材料比較，C15埋石混凝土施工工藝簡單流暢，施工速度快，施工質(zhì)量控制簡便有效，能大幅提高大倉面素混凝土的施工效率、縮短工期，埋石混凝土采用塊石作為埋石材料，含量可達到25%左右，可減少水泥用量和溫控措施；其余工種壩型結(jié)合工程的地形及施工場地，從施工工藝、施工方法、施工隊伍技術(shù)水平、工程造價及安全等綜合考慮，均沒有明顯的優(yōu)勢。故本階段大河溝水庫壩型推薦選擇C15埋石混凝土重力壩。

〔1〕焦陽太.自密實混凝土及其在大壩工程中的應(yīng)用技術(shù)[J].水利建設(shè)及管理，2011(10)：27-29.

肖富桔(1987.5-)，男，四川資陽人，助理工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計工作。

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