刁口水庫壩址及壩型比選

任衍紅

(臨汾市水利勘測設計院，山西 臨汾 041000)

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刁口水庫壩址及壩型比選

任衍紅

(臨汾市水利勘測設計院，山西 臨汾 041000)

從地質(zhì)條件、地形條件、施工條件、建設征地和移民安置、工程布置及投資等方面綜合分析，最終選擇上壩址作為刁口水庫推薦壩址；從壩址處地形、施工難度、效益發(fā)揮、質(zhì)量控制、工程投資等條件分析，壩型最終選用堆石混凝土重力壩。

水庫；壩址；壩型；比選

1 工程概況

刁口水庫位于山西省臨汾市蒲縣城南約8 km處的棗林鎮(zhèn)屯里村，昕水河一級支流南川河支流的屯里溝河上，屬黃河流域。

水庫壩址以上控制流域面積55.6 km2，多年平均徑流量145.79萬m3， 200年一遇洪峰270.56 m3/s， 100年一遇洪峰213.1 m3/s，50年一遇洪峰156.3 m3/s，30年一遇洪峰150.1 m3/s，5年一遇洪峰94.1 m3/s。

工程樞紐建筑物布置方案為：自密實混凝土堆石重力壩，分4個壩段，自左向右依次為左岸擋水壩段、灌溉輸水洞壩段、泄洪排沙洞壩段、右岸擋水壩段。大壩為自密實混凝土堆石重力壩，最大壩高40.5 m，壩頂寬9.0 m，壩頂全長165 m，大壩工程等別為Ⅳ等，水庫規(guī)模為小(1)型。大壩設計洪水標準為30年一遇，校核洪水標準為200年一遇。

2 工程選址及選線

2.1 壩址選擇

經(jīng)過多次實地踏勘，擬定了兩個壩址：上壩址位于屯里溝口上游約3 180 m處，下壩址位于屯里溝口上游680 m處，兩壩址相距約2 470 m。

(1) 地形、地質(zhì)條件

上壩址：位于屯里溝口上游3 180 m處，河谷寬約80 m，河槽寬8～13 m，河底高程1 097.1～1 098.7 m，河床及左、右兩岸基巖裸露，上部為黃土覆蓋。左岸岸坡較陡，右岸較緩，右岸有階地分布。主河槽壩基以厚層砂巖、礫巖為主，夾薄層、微薄層泥巖、砂質(zhì)泥巖。左、右壩肩岸坡為厚層砂巖、薄層砂質(zhì)泥巖、泥巖，巖層較緩，巖層傾角4°～ 11°，巖層傾向左岸偏下游，節(jié)理裂隙發(fā)育。

下壩址：位于屯里溝口上游680 m處，河谷寬約73 m，左、右兩岸基巖裸露，上部為黃土覆蓋。左岸岸坡較緩，有階地分布，右岸岸坡較陡。壩軸線上游約80 m處有1條沖溝，距壩軸線較近，對大壩穩(wěn)定不利。河床覆蓋層為淤泥質(zhì)砂土、碎石土，主河槽壩基以厚層砂巖為主，夾薄層泥巖、礫巖、砂質(zhì)泥巖。左、右壩肩岸坡為砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，巖層傾向左岸偏下游，傾角4°～10°，節(jié)理裂隙較發(fā)育。

由上可看出，上下壩址的地形、地質(zhì)條件基本接近，但下壩址6個鉆孔資料顯示均有泥化夾層的分布，對岸坡和壩基穩(wěn)定不利，處理工程量大。壩軸線上游約80 m處有1條沖溝，距壩軸線較近，對大壩穩(wěn)定不利；上壩址基巖面高、砂質(zhì)泥巖、泥巖分布薄，砂、礫巖分布厚，只有在上下游的2個鉆孔有不連續(xù)的泥化夾層，壩基和岸坡較穩(wěn)定。綜合分析上壩址優(yōu)于下壩址。

(2)施工條件

兩壩址均便于施工導流，壩址附近及其下游地形相差不大，都便于布置施工場地，下壩址較上壩址有較開闊的地形，且距交通干線較近，建材運輸距離較近，便于施工。施工用電可結(jié)合永久工程考慮從蒲縣縣城接入，下壩址接線距離較短。從施工條件方面考慮，下壩址優(yōu)于上壩址。

(3)建設征地和移民安置

兩壩址淹沒影響范圍區(qū)內(nèi)均無搬遷安置人口。上壩址工程永久占地及淹沒影響范圍內(nèi)荒草地136.8畝，旱地3畝，林地44.2畝。下壩址工程永久占地及淹沒影響范圍內(nèi)耕地147.75畝，林地45.75畝，荒草地42畝，其中基本農(nóng)田約有100畝。從建設征地和移民安置方面看，上壩址優(yōu)于下壩址。

(4)工程布置及投資

上下兩壩址相距約2 470 m，上壩址流域面積55.6 km2，壩址處庫容185.88萬m3；下壩址流域面積57.75 km2，壩址處庫容187.53萬m3。兩壩址均設泄洪洞泄洪，經(jīng)調(diào)洪計算，在總庫容基本相同的情況下，上壩址壩高40.5 m，長165 m；下壩址壩高35 m，長176 m。在壩型相同條件下，上壩址建筑工程直接費用約5 876萬元，下壩址約6 270萬元。從工程布置及投資方面看，上壩址優(yōu)于下壩址。

經(jīng)過綜合分析比較，選取上壩址作為推薦壩址。

2.2 壩型選擇

水庫樞紐壩址河床基巖面以上覆蓋層較薄，壩基為基巖，巖性為長石、石英砂巖。從地質(zhì)地形條件分析該壩址處可能選擇的壩型有土壩、重力壩及堆石壩。

根據(jù)《山西省小型水庫更新建設工程設計指導意見》(晉水規(guī)計〔2013〕411號)，本水庫工程壩型選擇不考慮土壩。

堆石壩壩料為松散結(jié)構(gòu)，在壩體內(nèi)布置泄洪及輸水設施較困難，本處地形因壩址兩岸山高坡陡，布置岸邊溢洪道或泄洪洞很難選到合適的位置，因此本水庫工程壩型選擇不考慮堆石壩。

重力壩可利用壩身布孔或壩頂溢流解決水庫防洪問題，且可在主河槽壩段設置泄洪排沙底孔，利用異重流排沙、蓄清排渾等運行方式有效解決山區(qū)多沙河流上洪水大、泥沙多、淤積嚴重、正常使用年限短等問題，故刁口水庫工程壩型選擇采用重力壩。

2.3 壩體材料選擇

可供選擇的重力壩有：常態(tài)混凝土重力壩；碾壓混凝土重力壩；堆石混凝土重力壩和砌石重力壩(含水泥砂漿砌石壩和一級配混凝土砌石壩)。

(1)常態(tài)混凝土重力壩

常態(tài)混凝土重力壩是一種傳統(tǒng)壩型，施工技術(shù)成熟，適合大型機械化施工，因水泥用量較大，造價相對較高。同時，施工技術(shù)和工序相對較復雜，溫度控制和裂縫控制要求較高，對于施工隊伍的技術(shù)和機械化水平要求較高。

(2)碾壓混凝土重力壩

近年來，碾壓混凝土筑壩技術(shù)得到了大面積推廣。碾壓混凝土壩可以大幅度降低水泥用量、降低造價，部分克服了混凝土壩的缺點。但受壩址區(qū)地形條件影響較大，當碾壓混凝土壩體積不大時，大規(guī)模機械化施工的優(yōu)勢難以發(fā)揮；碾壓混凝土和常態(tài)混凝土交錯使用、互相干擾，增加了施工難度。同時，碾壓混凝土壩一般不適宜壩段缺口分期施工導流。

(3)堆石混凝土重力壩

堆石混凝土(RFC)是一項創(chuàng)新混凝土筑壩施工技術(shù)，該技術(shù)是以自密實混凝土(SCC)技術(shù)為基礎的大體積混凝土施工技術(shù)。方法是先將大粒徑塊石入倉，然后從堆石體上部澆入專用的自密實混凝土，利用其高流動性完全充填堆石體空隙，形成完整、密實、有較高強度和低水化熱的大面積混凝土。堆石混凝土壩比普通混凝土可減少水泥用量，降低造價10%～20%。

(4)砌石重力壩

砌石重力壩有水泥砂漿砌石和一級配混凝土砌石兩種施工方法。砌石壩的強度和均質(zhì)性遜于混凝土壩，但可以發(fā)揮當?shù)夭牧虾腿肆Y源豐富的優(yōu)勢，從而降低工程造價。以往山西省的砌石壩多為水泥砂漿砌石，材料和施工質(zhì)量均缺乏保證；特別是混凝土防滲墻工藝粗糙，往往形成漏水通道。我國南方地區(qū)的一級配(小石子)混凝土砌石采用振搗棒振搗，其施工質(zhì)量顯著高于后者，但使用人工較多，勞動強度大。

通過以上比較，在發(fā)揮同等效益的條件下，常態(tài)混凝土重力壩造價相對較高，碾壓混凝土壩和堆石混凝土壩次之，砌石壩最低。根據(jù)本工程確定的上壩址地形條件和壩體斷面體型設計，壩址處地形較狹窄且壩體體積不大，難以發(fā)揮碾壓混凝土壩大規(guī)模機械化施工的優(yōu)勢；砌石重力壩造價雖然較低，但質(zhì)量控制難度較大，人工勞動強度大。因此，本次設計選用堆石混凝土重力壩。目前，該項技術(shù)由清華大學“華實水木科技有限公司”掌握并擁有專利權(quán)，該類壩型在山西省已有多項水庫工程應用。

3 結(jié) 論

刁口水庫壩址位置擬定了兩個：上壩址位于屯里溝口上游約3 180 m處，下壩址位于屯里溝口上游680 m處。分別從地形、地質(zhì)、施工條件，建設征地和移民安置，工程布置及投資幾個方面進行綜合分析，認為上壩址優(yōu)于下壩址，故推薦方案上壩址作為選定方案。

水庫從地質(zhì)、地形條件分析上壩址處可能選擇的壩型有土壩、重力壩及堆石壩，從壩址處地形、施工難度、效益發(fā)揮、質(zhì)量控制、工程投資等條件分析，壩型最終選用堆石混凝土重力壩。

[1] SL 319—2005，混凝土重力壩設計規(guī)范[S].

[2] SL 25—2006，砌石壩設計規(guī)范[S].

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責任編輯 吳 昊

2014-11-04

任衍紅(1967-)，女，工程師，主要從事水利工程水文計算、工程設計及造價等工作。 E_mail：915658407@qq.com