東作里水庫大壩壩型設(shè)計(jì)方案比選

魏 霆

（山西省水利建設(shè)開發(fā)中心，山西 太原 030002）

1 工程概況

東作里水庫位于懷仁縣毛皂鎮(zhèn)境內(nèi)的鵝毛河上，距縣城區(qū)直線距離約10.0 km，水庫控制流域面積261.62 km2，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主、兼顧防洪和生態(tài)用水的小（一）型水庫。水庫樞紐由主副壩、泄洪閘、引水工程等建筑物組成。

2 壩址區(qū)氣象地質(zhì)條件

2.1 氣象條件

東作里水庫工程區(qū)屬溫帶半干旱大陸性氣候，年內(nèi)季風(fēng)環(huán)流隨季節(jié)交替明顯，春秋干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，冬季寒冷少雪。四季氣溫變化較大，多年平均氣溫7.6℃，最高氣溫40.5℃，最低氣溫-33℃；多年平均降雨量368.1 mm；多年平均蒸發(fā)量2004.8 mm；多年平均凍土厚度1.2m；無霜日數(shù)171 d。

2.2 地質(zhì)條件

壩址區(qū)為不對稱的“U”型河谷，寬158～220m，坡降1.9‰。壩址所處河床寬度約158m，海拔高程1000.45m，壩基由巨厚的第四系地層組成，地下水埋深0.5m，屬空隙潛水。河床上部厚4.0～5.4m，由低液限粉土和中砂組成，表層為低液限粉土，厚1.2～2.0m，其下為中細(xì)砂層，厚2.2～3.5m，滲透系數(shù)4.5～7.7m/d，屬中等透水層，該層沿河床向下游分布較連續(xù)，水庫蓄水后成為壩基滲漏的主要通道。

左、右壩肩均由Ⅰ級堆積階地階坡構(gòu)成，相對高差約 5.0～6.0m，海拔高程 1005.0～1007.76m，其中右岸地形下陡上緩，高程1003.5m以下為相對陡坡，自下而上坡度從35°漸變?yōu)?5°左右。左岸地形呈緩坡狀，坡度為12°，兩壩肩岸坡穩(wěn)定性相對較好。兩壩肩埋深1.1～2.2m以下均分布厚度約1.0m左右的粉沙層，根據(jù)探坑資料，該層在水平方向分布較穩(wěn)定，連續(xù)性較好，屬中等透水。

3 壩型方案比選

懷仁縣及周邊區(qū)域土料豐富，砂礫料零星分布且儲量較少，該區(qū)域大部以山體石方爆破為主，經(jīng)篩分后作為當(dāng)?shù)亟ㄖ牧现谢炷恋拇帧⒓?xì)骨料使用。本次主要比選具有成熟建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的均質(zhì)土壩、近幾年新興發(fā)展的自密實(shí)混凝土堆石壩及適應(yīng)本工程壩址地基特性的混合壩三種壩型進(jìn)行比較。另外，本次壩型選擇僅針對主壩段進(jìn)行，由于推薦壩址的副壩段擋水高度較低，從工程經(jīng)濟(jì)角度考慮，選擇為均質(zhì)土壩方案。

3.1 均質(zhì)土壩

根據(jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，主壩段壩軸線垂直于河道布置，左岸副壩軸線偏向下游，泄洪閘布置在左岸岸坡內(nèi)。主壩頂長174.8m，壩頂寬6m，壩頂高程1008.2m，最大壩高8.25m。上游壩坡坡比1∶2.5，設(shè)30 cm厚的干砌石護(hù)坡，下鋪復(fù)合土工膜防滲，與上游壩腳處混凝土防滲墻連接，防滲墻厚度0.4m，最大深度8m，防滲墻延伸至泄洪閘左側(cè)；下游壩坡坡比1∶2.0，設(shè)混凝土網(wǎng)格草皮護(hù)坡，坡腳設(shè)排水棱體。壩腳下游13m范圍內(nèi)設(shè)填土壓重。

3.2 自密實(shí)混凝土壩

自密實(shí)混凝土壩和均質(zhì)土壩采用同一條壩軸線，泄水建筑物采用涵洞和泄洪閘組合，涵洞位于壩體樁號0+020下部，泄洪閘位于壩體左岸。主壩壩頂長174.8m，壩頂寬6.0m，壩頂高程1008.4m，最大壩高8.45m。上游1003.45m高程以上至壩頂為直線，以下坡度為1∶0.2，下游壩坡1006.2m高程以上至壩頂為直線，以下壩坡為1∶0.7，壩體上游面澆筑一層厚20 cm的C20F200W8鋼筋混凝土作為防滲體，其余部分均由C15自密實(shí)混凝土澆筑堆石。

3.3 混合壩

混合壩和均質(zhì)土壩采用同一條壩軸線，引泄水建筑物位置相同。主壩壩頂長174.8m，壩頂寬6.0m，壩頂高程1008.4m，最大壩高8.45m。上游壩坡1∶2.0，護(hù)坡采用30 cm厚干砌石護(hù)坡，護(hù)坡下部鋪設(shè)25 cm厚砂礫石和15 cm厚細(xì)沙墊層。下游壩坡1∶1.75，護(hù)坡采用預(yù)制混凝土網(wǎng)格干擺石護(hù)坡，在高程1005.6m處設(shè)寬2.0m的馬道。壩體斷面以黏土作為防滲體，防滲體上下游兩側(cè)鋪設(shè)8 mm厚長絲無紡布反濾保護(hù)。為保護(hù)壩基粉土，在防滲體下游壩基表層鋪設(shè)雙向塑料土工格柵及一層0.8m厚的反濾料。

三種壩型壩基均采用C10塑性混凝土防滲墻對壩基滲漏通道進(jìn)行防滲處理，左右岸采用截水槽防滲。三種壩型方案的主要工程量及投資見表1。

3.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

均質(zhì)土壩屬柔性壩體，有適應(yīng)地基變形的良好性能，對壩基要求低，工程區(qū)壩體填筑土料較為豐富，運(yùn)距近，施工工序簡單，工程造價(jià)低，但壩體斷面大，施工工期長。自密實(shí)混凝土壩為剛性壩體，適應(yīng)地基變形能力較差，對壩基要求較高，壩體堆石料需從25 km外拉運(yùn)，施工工序簡單，壩體斷面較小，施工工期短，但工程造價(jià)偏高?；旌蠅螌偃嵝詨误w，有適應(yīng)地基變形的良好性能，對壩基要求低，施工工序較為復(fù)雜，壩體斷面較小，施工工期短。

從工程造價(jià)方面比較，均質(zhì)土壩投資最小，自密實(shí)混凝土壩最大，混合壩次之；從適應(yīng)地基變形能力方面比較，土石壩和混合壩均具有良好的適應(yīng)地基變形能力，自密實(shí)混凝土壩適應(yīng)地基變形能力較差；從施工工序方面比較，土石壩和自密實(shí)混凝土壩施工工序簡單，混合壩施工工序較為復(fù)雜；從施工工期方面比較，自密實(shí)混凝土壩和混合壩較土石壩時(shí)間短。

表1 三種壩型主要工程量及投資對照表

綜合以上分析，結(jié)合工程區(qū)天然建筑材料的分布情況，認(rèn)為均質(zhì)土壩除施工工期較長外，其他技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均較自密實(shí)混凝土壩和混合壩具有明顯的優(yōu)勢，故本工程推薦采用均質(zhì)土壩方案。