混凝土面板堆石壩背坡生態(tài)處理的探討以杭州市閑林水庫為例

金建峰

（杭州市閑林水庫管理處，浙江 杭州 310012）

1 問題的提出

混凝土面板堆石壩因結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、就地取材、施工便利、經(jīng)濟合適，是我國廣泛采用的壩型。因其壩型結(jié)構(gòu)特點，下游壩坡一般采用干砌石、堆石、卵石或碎石、鋼筋混凝土框格填石、土工合成材料等方式，與周邊的青山綠水不協(xié)調(diào)，工程外觀與周邊自然環(huán)境不夠和諧。閑林水庫工程的混凝土面板堆石壩，采用壩后覆土綠化的方式，在水利工程、渣土與生態(tài)之間，找到一個突破點、平衡點。

2 閑林水庫概況

閑林水庫壩址位于杭州市余杭區(qū)閑林街道里項村，壩址以上集雨面積16.89 km2，總庫容為1 984.00萬m3，供水庫容1 794.00萬m3，防洪庫容190.00萬m3，工程由大壩、泄洪洞、輸水隧洞及泵站等設(shè)施組成。大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程74.00 m，最大壩高40.00 m，壩頂寬8.00 m，長230.00 m；輸水隧洞全長15.1 km，其中新建隧洞10.7 km；配套大刀沙泵站，取水規(guī)模26 m3/s。

建成后的閑林水庫，可使城市備用水量滿足2020年水平年主城區(qū)水廠8 d以上源水需要，在新安江、富春江電廠放水配合下，抗咸基本達到97%保證率的標準；結(jié)合河道整治，下游地區(qū)防洪能力由5 a一遇提高到20 a一遇；同時河道生態(tài)環(huán)境得到改善。項目總用地245.80 hm2（3 687畝），工程靜態(tài)總投資26.7億元[1]。閑林水庫壩后管理區(qū)效果圖見圖1。

圖1 閑林水庫壩后管理區(qū)效果圖

3 常規(guī)混凝土面板堆石壩下游的護坡

混凝土面板堆石壩以堆石體為支承結(jié)構(gòu)，在其上游表面澆筑混凝土面板作為防滲結(jié)構(gòu)，屬于土石壩類型。它的發(fā)展大致可分成3個時期：1850 — 1940年的早期階段，特征是拋填堆石，壩高多低于100.00 m，壩體變形較大，面板開裂滲漏問題嚴重；1940 — 1965年的過渡階段，特征是從拋填堆石到碾壓堆石的演變；1965年到現(xiàn)代階段，特征是碾壓堆石，完全取代拋填堆石。隨著薄層碾壓施工技術(shù)的不斷進步和完善，面板堆石壩的數(shù)量和高度迅速增加，逐漸成為當今水利水電工程建設(shè)的主流壩型之一。

在早期階段和過渡階段，對大壩下游護坡按堆石施工原狀，基本不作處理；到20世紀末期，隨著對工程質(zhì)量、外觀要求的提高，新建大壩設(shè)計一般有明確的下游護坡處理方式；進入21世紀后，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，對大壩質(zhì)量、安全、外觀等提出更高要求，已建大壩在除險加固對大壩下游護坡均進行規(guī)范的處理。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，對下游護坡，堆石壩可采用堆石料中的粗顆粒料或超徑石做護坡。護坡可在以下幾種形式中選擇：干砌石，堆石、卵石或碎石，草皮，鋼筋混凝土框格填石，其他形式（如土工合成材料）。高壩的下游壩坡可用干砌石、大塊石堆砌或擺石砌護，并使壩體具有良好的外觀。

4 閑林水庫大壩下游生態(tài)護坡的必要性

以閑林水庫大壩的混凝土面板堆石壩為例，在滿足工程安全的前提下，對大壩背水坡進行景觀生態(tài)建設(shè)。

4.1 周邊景觀協(xié)調(diào)的需要

閑林水庫距小和山高教園4.0 km，距西溪濕地9.0 km，距西湖15.0 km，與午潮山國家森林公園山水相望，周邊群峰連綿，林郁水秀，風光旖旎，環(huán)境幽靜，上埠河在山間林下蜿蜒曲折，流水四季不斷。工程所在地余杭區(qū)閑林街道里項村，壩址下游水庫移民安置區(qū)，隨著城市化進程的加快，對閑林水庫大壩及管理區(qū)景觀提出更高的要求。同時工程建設(shè)者也希望改變水利工程鋼筋混凝土的常規(guī)形象。

4.2 工程棄土處置的需要

根據(jù)閑林水庫的工程設(shè)計，土石方開挖總量139.86萬m3（其中一般土石方95.46萬m3、表土38.86萬m3、建筑垃圾5.54萬m3），填筑總量111.87萬m3（其中利用開挖的一般土石方52.02萬m3、表土12.28萬m3、建筑垃圾5.54萬m3；借方42.03萬m3、其中石料場自采32.00萬m3、商購10.03萬m3）；棄渣及表土余方總量70.02萬m3（其中一般土石方棄渣43.44萬m3、表土26.58萬m3），棄渣外運34.94萬m3、設(shè)棄渣場處理8.50萬m3，表土余方全部外運利用[2]。

在工程實施過程中，累計棄方77.10萬m3，較設(shè)計增加約10%，其中料場開挖無用料為16.87萬m3，建筑物開挖和庫底清理棄方60.23萬m3。棄方按性質(zhì)分類統(tǒng)計：一般土石方32.47萬m3、表土33.42萬m3、建筑垃圾9.98萬m3、道路瀝青混凝土1.23萬m3，其中建筑垃圾基本由地方政府處理，道路瀝青混凝土由道路瀝青混凝土廠回收，實際工程棄方65.89萬m3[3]。

大量的工程棄方需要妥善處置，成為工程建設(shè)的難題之一。若全部外運，一方面由于工程地處主城區(qū)附近，難以就近找到合適的棄土場所，另一方面數(shù)十萬m3棄土外運費用高昂、程序復(fù)雜、困難重重。處置工程的大量棄方成為切實需要解決的難題。

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，廢棄渣土的出路已成為許多城建工程一大問題和成本上的負擔，閑林水庫由于位于城區(qū)，廢棄渣土的出路迫需解決。同時，水利工程在人們的印象中多是鋼筋混凝土、漿（干）砌塊石等，感觀生硬冰冷，不夠生態(tài)自然。為此，針對棄方的組成特點，土石方可用于地場填筑，表土可用于一般場地的填筑和綠化，結(jié)合混凝土面板堆石壩的實際情況，同時現(xiàn)行規(guī)范未對混凝土面板堆后壩下游護坡上填土有明確規(guī)定的基礎(chǔ)上，提出在保障工程安全、不降低安全系數(shù)的前提下，適當優(yōu)化大壩斷面，增加壩后覆土，一舉解決工程棄方和大壩景觀2個問題，實現(xiàn)生態(tài)壩建設(shè)和節(jié)約投資的目的。

5 閑林水庫大壩下游生態(tài)護坡的建設(shè)

閑林水庫工程大壩設(shè)計經(jīng)歷了2個階段。

第1階段大壩按常規(guī)混凝土面板堆石壩設(shè)計，上游壩坡1∶1.4，下游壩坡1∶2.0，高程50.00 m處設(shè)3.00 m寬平臺，下游壩坡采用超徑石干砌護坡（見圖2）。

圖2 第1階段大壩斷面圖 單位：cm

結(jié)合庫底清理土方等棄土棄渣的處理，以及生態(tài)景觀，進行大壩第2階段優(yōu)化。在保障工程本身安全的前提下，大壩按生態(tài)混凝土面板堆石壩設(shè)計，上游壩坡仍采用1∶1.4，下游壩坡優(yōu)化到1∶1.6，在大壩主體結(jié)構(gòu)外、下游壩坡上進行填土綠化，壩后填土放緩至1∶3.5 ～ 1∶4.0，其中覆土表面厚1.50 m為種植土（見圖3）。填土采用自卸車運輸、推土機推平、車輛碾壓、自然沉降的方式進行。工程65.89萬m3棄方中，29.23萬m3用于大壩壩坡覆土，占工程全部棄方的45%，其余用于壩后管理區(qū)場地平整，工程的全部棄方在工程內(nèi)部消化。

圖3 第2階段大壩優(yōu)化斷面圖 單位：cm

為保障壩體排水，在大壩次堆區(qū)坡腳處設(shè)置截水墻，截水墻高6.90 m，基礎(chǔ)為弱風化基巖，對截水墻基礎(chǔ)進行固結(jié)灌漿；在大壩中間位置、截水墻后、上部填土綠化區(qū)域設(shè)凈尺寸為1.5 m×1.8 m的箱涵，并在箱涵尾部設(shè)量水堰，后接DN100管涵將水排至下游河道。

對大壩背水坡邊坡1∶1.6和大壩背水坡在邊坡1∶1.6的基礎(chǔ)上覆土至1∶3.5 ～ 1∶4.0兩種工況進行理論計算，結(jié)果表明大壩背水坡后填土對壩體垂直位移、壩體水平位移、壩體大主應(yīng)力、壩體小主應(yīng)力、壩體應(yīng)力水平、面板撓度等方面影響不明顯。壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)在2.0以上，填土有利于下游壩坡的穩(wěn)定。大壩穩(wěn)定計算成果對比見表1[4]。

表1 大壩穩(wěn)定計算成果對比表

截至2017年4月12日，大壩安全觀測資料統(tǒng)計：壩頂軸線部位最大總沉降量為40.40 mm；壩頂水平位移最大值為10.32 mm；周邊縫張開位移以張為主，最大值為4.15 mm，剪切位移指向河谷，最大值為3.33 mm，沉降最大值為8.61 mm；左右岸面板垂直縫以張開為主，張開位移最大值為5.43 mm；大壩埋設(shè)的鋼筋計各測點 鋼筋應(yīng)力均小于鋼筋允許拉壓應(yīng)力，面板鋼筋應(yīng)力正常；水庫蓄水后壩體及壩后未出現(xiàn)明顯滲水點，量水堰監(jiān)測到的總體滲流量小，蓄水后，滲流量增加較小，剔除降雨影響，壩后量水堰觀測最大滲流量為1.8 L/s。目前壩體運行正常。

6 效益分析

通過壩后填土工程措施，消納了全部工程棄方65.89萬m3，按杭州城市一般棄方50元/m3估算，扣除因填土增加壩后排水工程設(shè)施的費用，直接經(jīng)濟效益達3 000萬元，同時減少棄方外運、堆置對其他地方的不利影響，間接效益也十分可觀。

通過遵循自然的壩后地形重塑，盡可能地模仿自然構(gòu)建大地景觀系統(tǒng)，壩后坡整體比較生態(tài)自然，與壩體兩側(cè)山體協(xié)調(diào)，使原本受工程建設(shè)影響的自然景觀得到最大限度的恢復(fù)。同時壩坡以茶園為主題，以茶樹、山茶為主基調(diào)，用大面積茶園形態(tài)，呼應(yīng)工程備用水源的功能。閑林水庫壩后坡改造成果見圖4。

圖4 閑林水庫壩后坡改造成果圖

7 結(jié) 語

對于閑林水庫混凝土面板堆石壩挖填總土石方量達140.00萬m3、棄方66.00萬m3的工程，通過壩后填土綠化措施，不僅達到工程無棄方、不破壞自然環(huán)境的目的，而且使人工大壩與周邊環(huán)境和諧一致，美化環(huán)境。

大壩背水坡填土綠化、地形塑造，使大壩與兩側(cè)自然山體平順連接，讓人工大壩與青山綠水自然一體，形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的綠色景觀，體現(xiàn)了水利工程的生態(tài)性。同時，回填土方均來自工程本身的棄方，既做到了土方平衡，減少土方外運、降低造價，也是水工設(shè)施生態(tài)化處理思路的一次變革。

參考文獻：

[1] 扈曉雯，田建海，李成軍，等.浙江省杭州市閑林水庫（中型）工程初步設(shè)計報告（報批稿）[R].杭州：中國電力建設(shè)集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，2014.

[2] 陳增奇，徐小燕，陳偉法，等.杭州市閑林水庫工程環(huán)境影響報告書（報批稿）[R].杭州：浙江省水利水電勘測設(shè)計院，2013.

[3] 張玉倫，王曉吉，袁秋月.淺議杭州市閑林水庫庫底清理[J].浙江水利科技，2016，203(4)：21 - 23.

[4] 方緒順，侯文昂，陳國新，等.浙江省杭州市閑林水庫大壩觀測資料分析報告[R].南京：南京水利科學研究院，2017.