阿克肖水庫壩型比選及樞紐建筑物布置

劉明濤

（新疆維吾爾自治區(qū)水利水電科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

阿克肖水庫位于皮山河最大支流阿克肖河的末端，壩址距肯爾孜河匯合口3 km，距下游克里陽引水樞紐（灌區(qū)總引水樞紐）5 km，距縣城81 km，是該河唯一的控制性水利樞紐工程，具有灌溉和防洪等綜合利用效益。為Ⅲ等中型工程，具有不完全年調(diào)節(jié)性能。工程由擋水壩、導(dǎo)流兼沖沙泄洪洞、溢洪道等組成，大壩為瀝青混凝土心墻壩。工程地震設(shè)防烈度為Ⅶ度。

1 壩址地質(zhì)條件及壩型比選

1.1 壩址地質(zhì)條件

阿克肖水庫壩址正常水位下河谷寬約為720 m，現(xiàn)代河床寬度約25 m。左岸階地粉土厚度約3～33 m，右岸階地粉土層厚度約為15～20 m，粉土下伏基巖面高程約為2 402 m，比主河床高程高20 m。右壩肩附近分布1#滑塌體，約6萬m3，需清除。水庫壩址在左岸階地分布1個順河向古河槽，寬度約390 m，深約35～72 m，下伏基巖均為綠泥石石英片巖。右岸地形平緩，基巖基座分布較為平緩，由于現(xiàn)代河床較窄且基巖面高程比主河床高約20 m，趾板基礎(chǔ)采用高趾墻后圍堰與壩體結(jié)合，可適當(dāng)提高導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞進(jìn)口底板高程，以減少引渠的開挖量，洞身布置在右岸山體內(nèi)，洞身及消能段為直線。泄水建筑物進(jìn)口段、洞身或泄槽段、消能段布置較為順暢。

1.2 壩型比選

地形地質(zhì)條件，壩址區(qū)河谷開闊，壩基大部分置于砂卵石覆蓋層上，不適宜修建拱壩和重力壩，由于土石壩對基礎(chǔ)要求相對較低，因此工程適宜修建土石壩。依據(jù)工程勘察報告，壩址區(qū)雖分布有大量的低液限風(fēng)積粉土，但粉土黏粒含量較低（6.93%），且具有中等濕陷性，飽和狀態(tài)下為液化土，擊實后，滲透系數(shù)略偏大，天然含水率偏低，各項實驗指標(biāo)基本不能滿足防滲土料技術(shù)要求，不適宜修建以土料作為防滲體的土石壩壩型。由于工程粉土挖除量大，還需在下一階段工作中，開展對粉土料進(jìn)行改性研究的試驗，以論證能否作為黏土心墻的防滲土料加以利用。在壩址區(qū)共勘察了1 個土料場（T1），8 個砂礫石料場（C1～C8）砂礫石料場，2 個灰?guī)r塊石料（P1、P2）。砂礫石料場的質(zhì)量可滿足土石壩筑壩材料要求，儲量豐富，開采運輸條件較好。P1 灰?guī)r料場質(zhì)量可滿足瀝青混凝土對骨料的技術(shù)要求，儲量豐富。所以壩型比選擬定為瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板砂礫石壩。

壩型比選主要從各壩型對地形地質(zhì)條件的適應(yīng)性、天然建筑材料、工程布置、工程施工條件及工期、工程量及工程投資等方面進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，對壩型適應(yīng)性進(jìn)行詳細(xì)論證分析，以確定較優(yōu)壩型。

1.2.1 地形地質(zhì)條件

兩種壩型對地形條件沒有特別要求，均需挖除壩基范圍內(nèi)的粉土，壩體坐落于基巖或砂礫石層上。面板壩在現(xiàn)代河床段通過高趾墻與面板連接，古河槽段防滲墻通過連接板與趾板及面板連接；對于瀝青混凝土心墻壩，現(xiàn)代河床通過混凝土擋墻與心墻連接，古河槽段防滲墻通過心墻基座與心墻連接。兩種壩型均能適應(yīng)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件。

1.2.2 天然建筑材料

壩址區(qū)有豐富砂礫料，質(zhì)量和儲量滿足壩體填筑料和混凝土骨料的設(shè)計要求，運距均較近，附近的灰?guī)r料場可滿足瀝青混凝土心墻對堿性骨料的要求。天然建筑材料均能滿足兩種壩型的需求，不存在制約條件。

1.2.3 工程布置

結(jié)合壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，兩種壩型樞紐布置方案基本相同。泄水建筑物均布置在右岸，由導(dǎo)流兼泄洪洞及溢洪道組成。就兩種壩體布置而言，瀝青混凝土心墻與基巖或砂礫石基礎(chǔ)的連接較為簡單，只需通過混凝土基座與帷幕或防滲墻連接形成防滲整體，同時，心墻位于壩體內(nèi)部，壩殼對防滲體起到保護(hù)作用。心墻壩對氣候的適應(yīng)性較好，采取一定的措施，可以冬季施工。而面板壩的接縫與止水施工程序相對較復(fù)雜。同時，面板位于壩體表面，冬季受氣候影響相對較大。

1.2.4 工程施工及工期

根據(jù)地形地質(zhì)條件，兩種壩型在施工導(dǎo)截流、施工條件、建筑材料供應(yīng)、主體工程施工、施工交通及施工總進(jìn)度等方面差別不大。但就防滲體基礎(chǔ)開挖而言，由于粉土層較厚，建基面高程存在不確定因素，趾板開挖可能存在較大的變化，可能增加施工難度和相應(yīng)的工程量，而瀝青心墻基礎(chǔ)開挖難度較低，不宜引起施工工程量的變化。從施工難度上看，瀝青心墻壩較優(yōu)。

1.2.5 工程量對比

主要工程量對比見表1。

表1 瀝青混凝土心墻壩方案與混凝土面板壩方案主要工程量對比表單位：萬m3

1.2.6 工程投資

面板壩與瀝青混凝土心墻壩工程靜態(tài)總投資分別為6.77億元、7.02 億元，心墻壩方案總投資比混凝土面板壩方案投資高0.25億元。

綜上分析，兩種方案在地形地質(zhì)條件、大壩抗震安全、施工條件等方面綜合分析相差不大，雖然工程量及投資方面混凝土面板砂礫石壩方案略有優(yōu)勢，但瀝青混凝土心墻壩在粉土層較厚這樣的特殊地質(zhì)情況下工程量增加較小，且心墻基礎(chǔ)開挖難度較低，瀝青心墻與基巖或砂礫石基礎(chǔ)的連接也較為簡單，對氣候有較好的適應(yīng)性，所以優(yōu)先選擇瀝青混凝土心墻壩。

2 樞紐建筑物布置設(shè)計

2.1 擋水建筑物

壩頂高程2 455.50 m，防浪墻頂高程2 456.70 m，最大壩高59.50 m。壩頂寬度為8 m，壩長740 m。壩頂采用現(xiàn)澆混凝土路面，為排除雨水，頂面向下游單向傾斜，坡度為2%，壩頂上游側(cè)設(shè)防浪墻，墻頂高出壩面1.20 m。壩頂下游側(cè)設(shè)混凝土路沿石，橫斷面尺寸為0.30 m×1 m，高出壩頂面50 cm。路緣石每隔5 m設(shè)一通向下游的排水孔。在壩頂上游側(cè)設(shè)置“L”形鋼筋混凝土防浪墻，防浪墻頂高程2 456.70 m，墻高3.20 m，底寬2 m，墻厚0.50 m?；炷恋燃墳镃30F200W6，墻頂高出壩頂1.20 m。瀝青混凝土心墻墻頂插入底板0.20 m，與心墻緊密結(jié)合，沿墻長度方向每隔5 m設(shè)伸縮縫一條，縫內(nèi)設(shè)止水。此工程筑壩材料為天然砂礫石料，壩址區(qū)地震設(shè)防烈度為Ⅶ度，大壩上游壩坡采用1∶2.20；下游壩坡采用1∶2，下游在高程2 432、2 400 m各設(shè)置一道2 m 寬的馬道，下游采用0.40 m×0.40 m 混凝土網(wǎng)格梁填干砌石護(hù)坡。

2.2 泄水建筑物

表孔溢流道溢洪道布置在右岸壩肩上，采用開敞式，由進(jìn)口引渠段、控制段、泄槽段、消能段組成。溢洪道堰頂高程2 447 m，設(shè)計泄量121.69 m3/s，校核泄量157.13 m3/s。溢洪道進(jìn)口控制段與壩體結(jié)合。

2.3 導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞

導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞布置于壩址區(qū)河道的右岸，由進(jìn)口引渠段、閘井段、洞身段、矩形明槽段、出口消能段組成，洞身布置為直線全長952.93 m，洞身段后接明槽與消力池相連接。進(jìn)口位于大壩上游約421 m，出口在大壩下游約510 m處，主要任務(wù)是施工期導(dǎo)流，運行期泄洪沖沙。設(shè)計洪水位時控制下泄流量為140.77 m3/s，校核洪水位時最大下泄流量為142.08 m3/s。

3 結(jié)語

通過對瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板砂礫石壩在壩址地形地質(zhì)條件、天然建筑材料、工程布置、工程施工條件及工期、工程量及工程投資等方面進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，雖然地形地質(zhì)條件、大壩抗震安全、施工條件等方面綜合分析兩種壩型都可以使用，且混凝土面板砂礫石壩方案在工程量及投資方面也略有優(yōu)勢，針對此工程需挖除的粉土層，心墻基礎(chǔ)開挖難度較低，也不宜引起施工工程量的變化。同時，瀝青心墻與基巖或砂礫石基礎(chǔ)的連接較為簡單，對氣候有較好的適應(yīng)性，因此阿克肖水庫選擇瀝青混凝土心墻壩壩型。樞紐建筑物布置包括擋水建筑物、泄水建筑物、導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞等。