軍屯水庫(kù)堆石砼重力壩在壩型比選中的優(yōu)勢(shì)

【摘要】綜合考慮地形地質(zhì)條件、建筑材料、工程布置、施工條件及布置等方面因素，對(duì)面板堆石壩、堆石混凝土重力壩和砌石重力壩三個(gè)壩型方案分析比選，推薦具有優(yōu)勢(shì)的堆石混凝土重力壩作為樞紐設(shè)計(jì)方案。

【關(guān)鍵詞】軍屯水庫(kù)；堆石混凝土重力壩；砌石重力壩；面板堆石壩

1、工程概況

軍屯水庫(kù)位于江口縣怒溪鎮(zhèn)西南面的河口境內(nèi)，屬于長(zhǎng)江流域沅江水系。水庫(kù)區(qū)所在位置為凱里溝上游孟家屯村至石寶巖村、大坡龍村河段，壩址流域集水面積5.46km2。最大壩高36.2m， 總庫(kù)容150萬(wàn)m3，工程等別為Ⅳ等，規(guī)模屬?。?）型。工程區(qū)基本烈度小于Ⅵ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好。

2、壩址工程地質(zhì)條件

水庫(kù)左岸分水嶺高程670～990m，一般坡度30～45°；右岸分水嶺高程680～830m，一般坡度35～45°；河床高程395.0～430.0m，河床寬窄差異變化，長(zhǎng)年水面河床寬3～6m，兩岸高于河床1～2m臺(tái)地區(qū)稻田臺(tái)地區(qū)寬20～45m，局部河彎凸岸段寬大于60m，河床平均縱比降1～2.0%，河床比降較平緩。

壩址區(qū)右岸發(fā)育一較大的斷裂構(gòu)造——逆斷層F1（怒溪逆斷層），向庫(kù)區(qū)右岸及下壩址左岸溝谷延伸。斷層產(chǎn)狀N16°～56°E/NW∠40°～84°，斷層面近地表表現(xiàn)為陡傾，向深部發(fā)育傾角逐漸變小，斷層破碎帶一般寬3～6m，主要為斷層泥。

工程區(qū)左岸及河床均為寒武系明心寺組（∈1m）、震旦系牛蹄塘組（Zan）相對(duì)隔水地層，不發(fā)育巖溶。碳酸鹽巖分布在庫(kù)區(qū)右岸600～650以上、孟家屯公路橋以下、及下壩址左岸405～410以上和右岸425m高程以上，主要巖性為寒武系清虛洞組（∈1q）白云質(zhì)灰?guī)r夾薄層灰?guī)r。

3、壩型比選方案擬定

壩址處河谷左岸較平緩，地形坡度為10～25°；右岸較陡，地形坡度為20～40°呈寬緩不對(duì)稱(chēng)\"U\"型，右壩肩有1條（F1）區(qū)域逆斷層通過(guò)，將右壩肩山體切割為一孤立體，右壩肩巖體穩(wěn)定性差，不適合建拱壩；河谷寬闊，適宜修建重力壩、面板堆石壩。綜合考慮地形地質(zhì)條件、建筑材料、工程布置、施工條件及布置等方面因素，結(jié)合建材條件及當(dāng)?shù)厥┕ぜ夹g(shù)條件，對(duì)面板堆石壩、堆石混凝土重力壩和砌石重力壩三個(gè)壩型方案分析比選論證。

3.1 地形、地質(zhì)條件

從地形上看，壩址河谷兩岸地形不對(duì)稱(chēng)，河谷較寬，適宜修建重力壩和面板堆石壩，但考慮大壩兩岸較為陡峭，無(wú)天然埡口，不利于面板堆石壩方案泄洪建筑物布置，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優(yōu)于面板堆石壩。

從地質(zhì)上看，河床與岸坡覆蓋層較深，主要地層巖性為寒武系粉質(zhì)粘土巖、含炭質(zhì)頁(yè)巖，巖石強(qiáng)度低，為軟質(zhì)巖，右岸有F1區(qū)域逆斷層通過(guò)，另發(fā)育少量剪裂隙，多呈閉合狀。巖石強(qiáng)度相對(duì)較低，抗變形能力較弱，壩址巖層為緩傾角巖層，對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定不利，修建重力壩存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。面板堆石壩巖體承載力要求相對(duì)較低，壩基的適應(yīng)性較強(qiáng)，修建面板堆石壩風(fēng)險(xiǎn)性相對(duì)于重力壩低，面板堆石壩優(yōu)于堆石混凝土重力壩和砌石重力壩。

3.2 樞紐布置比較

3.2.1 樞紐總體布置

重力壩方案樞紐布置為重力壩+壩身表孔泄洪+壩身式取水口，集溢洪道、取水和放空于一身，工程布置簡(jiǎn)單緊湊，不用另外開(kāi)挖溢洪道和取水隧洞，開(kāi)挖工程量相對(duì)面板壩樞紐方案較小，水流歸槽條件好。面板堆石壩方案樞紐布置為混凝土面板堆石壩+左岸溢洪道+右岸岸塔式取水口，面板堆石壩方案擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物分開(kāi)布置，工程布置相對(duì)分散。就樞紐布置而言，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩較面板堆石壩優(yōu)。

3.2.2 擋水建筑物布置

混凝土面板堆石壩方案大壩總高度較重力壩高，混凝土面板堆石壩上下游壩坡延伸范圍較大，重力壩兩壩肩開(kāi)挖范圍較大，對(duì)基礎(chǔ)的要求較堆石壩高，基礎(chǔ)處理工作量稍大。就擋水建筑物布置而言面板堆石壩優(yōu)。

3.2.3 泄洪消能建筑物布置

對(duì)于重力壩，采用壩身表孔泄洪，泄洪系統(tǒng)易于布置，面板壩的防洪標(biāo)準(zhǔn)比重力壩高，泄洪建筑物規(guī)模較大，泄洪存在工程開(kāi)挖量大及高邊坡處理問(wèn)題。就泄洪建筑物布置而言堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優(yōu)。

3.2.4 取水建筑物布置

重力壩方案取水建筑物布置于大壩的左壩段，取水管采用壩身埋管式，取水管長(zhǎng)29m。面板堆石壩方案的取水建筑物采用導(dǎo)流洞進(jìn)行改建，布置于右岸，在洞內(nèi)埋設(shè)取水管，管長(zhǎng)218m。就取水建筑物布置而言堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優(yōu)。

綜上所述，從樞紐布置上來(lái)說(shuō)，混凝土面板堆石壩及土重力壩均可行，不存在較大的技術(shù)問(wèn)題，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優(yōu)于面板堆石壩。

3.3 施工條件、施工技術(shù)、導(dǎo)流方式和工期比較

3.3.1 施工條件

施工總體布置相同，料場(chǎng)、渣場(chǎng)位置均相同。重力壩壩體填筑量小，度汛條件好，對(duì)筑壩材料運(yùn)輸強(qiáng)度要求低，進(jìn)場(chǎng)公路寬4.5m，施工較為方便，但開(kāi)挖基礎(chǔ)深度大，壩基開(kāi)挖量大；面板堆石壩對(duì)建基面要求低，壩基開(kāi)挖量少，但溢洪道開(kāi)挖量大，且壩體填筑量大，對(duì)筑壩材料運(yùn)輸強(qiáng)度要求高，進(jìn)場(chǎng)公路寬6m，但交通公路長(zhǎng)度縮短了0.5km，料場(chǎng)、渣場(chǎng)及樞紐區(qū)永久征地比重力壩方案多30畝，導(dǎo)流隧洞長(zhǎng)（長(zhǎng)268m，城門(mén)洞型2m×3m），渡汛條件相對(duì)較差。

就施工條件而言，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優(yōu)于面板堆石壩。

3.3.2 施工技術(shù)、導(dǎo)流方式和工期

堆石混凝土重力壩：本工程采用普通型堆石混凝土施工，即首先將一定粒徑的堆石直接入倉(cāng)，形成有空隙的堆石體，然后從堆石體上部倒入自密實(shí)混凝土，利用自密實(shí)混凝土的高流動(dòng)抗離析性能，使自密實(shí)混凝土依靠自重自動(dòng)填充到堆石的空隙中。堆石混凝土大壩機(jī)械化程度高，質(zhì)量易于控制，因塊石的大量使用和省略混凝土振搗施工時(shí)間，施工效率有較大提高，有效減少了工人的參與，施工質(zhì)量易于控制，材料強(qiáng)度高，耐久性好。采用分期圍堰導(dǎo)流（一期圍左岸，利用原天然河道過(guò)流，進(jìn)行左壩段施工；一期度汛采用一期大壩束窄河床過(guò)流。二期圍右岸，利用二期上游圍堰攔斷河床，左岸壩段內(nèi)預(yù)留導(dǎo)流底孔過(guò)流）， 施工總工期為24個(gè)月。

砌石重力壩：水泥用量較少，但主要采用手工操作，施工技術(shù)對(duì)施工人員技術(shù)要求高，施工速度緩慢，混凝土強(qiáng)度較低，施工質(zhì)量不易保證。采用分期圍堰導(dǎo)流（一期圍左岸，利用原天然河道過(guò)流，進(jìn)行左壩段施工；一期度汛采用一期大壩束窄河床過(guò)流。二期圍右岸，利用二期上游圍堰攔斷河床，左岸壩段內(nèi)預(yù)留導(dǎo)流底孔過(guò)流），施工總工期為26個(gè)月。

面板堆石壩：壩體工程量大，施工作業(yè)時(shí)各分區(qū)部位相互銜接、交叉頻繁，施工技術(shù)要求較高。采用上下游圍堰一次攔斷河床，右岸導(dǎo)流隧洞過(guò)流的導(dǎo)流方式，施工總工期為28個(gè)月。

從施工條件、施工技術(shù)、導(dǎo)流方式和工期方面綜合來(lái)說(shuō)，堆石混凝土重力壩優(yōu)于面板堆石壩和砌石重力壩。

3.4 運(yùn)行管理

重力壩筑壩強(qiáng)度高，耐久性好，泄洪建筑物能結(jié)合大壩布置，不需另設(shè)岸邊溢洪道，運(yùn)行管理方便；混凝土面板堆石壩運(yùn)行過(guò)程中需對(duì)上、下游壩坡進(jìn)行經(jīng)常性維護(hù)。就運(yùn)行管理而言，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優(yōu)于面板堆石壩。

3.5 工程量及投資比較

隨著堆石混凝土外加劑價(jià)格的降低，砼砌毛石人工工資的上漲，堆石混凝土單價(jià)（包含專(zhuān)利費(fèi)）比砼砌毛石低，同時(shí)堆石混凝土重力壩方案溢洪道及消力池長(zhǎng)度較短，導(dǎo)流工程量低，最終堆石混凝土重力壩方案較砌石重力壩方案節(jié)約82萬(wàn)元。雖然面板壩壩體投資較低，但泄洪、引水、導(dǎo)流工程投資較高，同時(shí)由于壩體填筑量大，棄渣量大，料場(chǎng)及渣場(chǎng)也較大，專(zhuān)項(xiàng)部分投資較高，最終堆石混凝土重力壩方案較面板堆石壩方案節(jié)約75萬(wàn)元。就投資而言，堆石混凝土重力壩優(yōu)于面板堆石壩和砌石重力壩。

4、壩型比選方案擬定

從地形條件來(lái)說(shuō)，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優(yōu)于面板堆石壩；從地質(zhì)條件來(lái)說(shuō)，面板堆石壩優(yōu)于堆石混凝土重力壩和砌石重力壩；從樞紐布置來(lái)說(shuō)，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優(yōu)于面板堆石壩；從施工條件、施工技術(shù)、工期來(lái)說(shuō)，堆石混凝土重力壩優(yōu)于面板堆石壩和砌石重力壩；從運(yùn)行管理來(lái)說(shuō)，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優(yōu)于面板堆石壩。從投資方面來(lái)說(shuō)，堆石混凝土重力壩優(yōu)于面板堆石壩和砌石重力壩。

綜合以上考慮，本階段推薦施工速度最快、工期最短、體積穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、投資最低的堆石混凝土重力壩作為最終樞紐設(shè)計(jì)方案。

5、堆石混凝土技術(shù)優(yōu)勢(shì)

作為新型大體積混凝土施工技術(shù)，堆石混凝土已在大體積混凝土工程、病險(xiǎn)水庫(kù)加固、水下混凝土工程、工程循環(huán)經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域得到有效利用，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在（1） 溫控措施的簡(jiǎn)化 ：使用堆石混凝土施工時(shí)甚至取消溫控措施。（2）機(jī)械化程度高，質(zhì)量易于控制 ： 可通過(guò)大規(guī)模的機(jī)械化施工來(lái)完成， 有效減少了工人的參與（3）綜合性能提高：堆石混凝土結(jié)構(gòu)體積穩(wěn)定較好[1]。（4）固廢利用，低碳環(huán)保：堆石混凝土的廢棄混凝土填充率甚至可達(dá)到50%[2]，最大限度地降低了膠凝材料用量的同時(shí)還在骨料破碎、混凝土生產(chǎn)澆筑等施工環(huán)節(jié)上大大的節(jié)約了能源。

參考文獻(xiàn)：

[1]石建軍，張志恒，金峰，張楚漢.自密實(shí)堆石混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，S1：3231-3236.

[2]何世欽，朱忠鋒，李賀，周虎.建筑廢棄混凝土再生利用新技術(shù)的試驗(yàn)研究[J]. 混凝土，2013，02：121-123.