W水庫攔河壩壩型確定

王仲良

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W水庫攔河壩壩型確定

王仲良

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

結(jié)合地質(zhì)條件分析當(dāng)?shù)夭牧蠅胃鞣N壩型的優(yōu)劣，同時，從地形地質(zhì)條件、筑壩材料、施工、環(huán)境等多方面對土質(zhì)心墻砂礫壩和瀝青混凝土心壩2種壩型進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后確定采用土質(zhì)心墻壩作為設(shè)計壩型。

水庫；壩型；土質(zhì)心墻壩；建筑物

1 概況

本工程水庫位于河北省北部山區(qū)，庫容6.05×107m3，屬于中型水庫，工程等別Ⅲ等，由攔河壩、溢洪道、泄洪洞、放水洞4部分組成，擬建攔河壩為3級建筑物，壩頂長度690 m，最大壩高43.2 m。

壩址區(qū)為中山寬谷河流地貌，呈不對稱“U”形河谷，河谷寬度約560 m，地面高程913.0～921.0 m，河道主槽位于左岸側(cè)，右岸側(cè)為一級階地，為居住區(qū)。

河床覆蓋層厚6.0～21.0 m，河床及漫灘分布以卵礫石為主，覆蓋層下伏基巖巖性為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)角礫巖，強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r最大厚度約11 m，具有中等透水性。

左岸山體寬厚，山頂高程在1 065.0 m左右，相對高差140～240 m。巖性為凝灰質(zhì)角礫巖，表層為強(qiáng)風(fēng)化，巖體完整性較好但強(qiáng)度較差，巖體具有微弱透水性。

右岸山體低緩單薄，山頂高程1 006.0 m，相對高差60～80 m。右岸第四系黃土狀壤土層厚22～51 m，具有中等濕陷性及中等透水性，下伏凝灰質(zhì)流紋巖和凝灰質(zhì)角礫巖。

根據(jù)壩址區(qū)的地形、地質(zhì)條件，考慮節(jié)省工程投資；充分利用工程開挖料，減少料源和棄渣占地，避免對當(dāng)?shù)刈匀粭l件及環(huán)境造成破壞；降低施工難度，縮短建設(shè)周期，選取當(dāng)?shù)夭牧蠅巫鳛楸容^壩型。

2 比選壩型的確定

當(dāng)?shù)夭牧蠅沃饕獮槟雺菏酵潦瘔?，其型式主要有均質(zhì)壩、土質(zhì)防滲體分區(qū)壩和非土質(zhì)材料防滲體壩等。均質(zhì)土壩對地基適應(yīng)性強(qiáng)，便于與建筑物銜接；土料單一，施工干擾少，工序簡單，便于機(jī)械化施工。但壩坡較緩，壩體土方填筑量較大，不能充分利用工程開挖料；筑壩所需土料、工程開挖料均需占用大量耕地，對環(huán)境破壞嚴(yán)重。從保護(hù)生態(tài)環(huán)境和耕地的角度考慮，本工程不采用均質(zhì)土壩。

壩址區(qū)附近河床砂礫料較豐富，從施工工藝和筑壩材料方面考慮，主要比選土質(zhì)防滲體分區(qū)壩與非土質(zhì)防滲體壩。

2.1 土質(zhì)防滲體分區(qū)壩

土質(zhì)防滲體分區(qū)壩主要考慮土質(zhì)斜墻砂礫壩和土質(zhì)心墻砂礫壩2種。壩址區(qū)屬于嚴(yán)寒地區(qū)，斜墻壩防滲土料方量占壩體總方量的比例相對較小，可錯開嚴(yán)寒天氣或雨季填筑，此期間可進(jìn)行砂礫料填筑，壩體施工干擾小，但斜墻壩抗震性能較差，地震作用下易產(chǎn)生裂縫或滑塌，威脅大壩安全；斜墻壩上游壩坡較緩，工程量較心墻壩大；壩基布置灌漿帷幕時，帷幕線較心墻壩長，灌漿工程量大。

心墻坡度較陡，與兩側(cè)壩殼可能出現(xiàn)不均勻沉降；施工時，心墻需與兩側(cè)壩殼平起填筑，各種壩料填筑互相牽制，施工干擾相對較大。但心墻壩壩坡較斜墻壩陡，工程量相對較小，且防滲土料用量相對較?。环罎B線路較短，便于與灌漿帷幕、防滲墻等處理措施連接；抗震性能好于斜墻壩；壩殼為透水性大的砂礫料，排水便利，庫水位驟升驟降時，更利于壩體穩(wěn)定。綜上所述，土質(zhì)防滲體分區(qū)壩以土質(zhì)心墻砂礫壩為代表壩型。

2.2 非土質(zhì)防滲體壩

非土質(zhì)防滲體壩主要考慮碾壓瀝青混凝土面板砂礫壩、混凝土面板砂礫壩、混凝土心墻砂礫壩和碾壓瀝青混凝土心墻砂礫壩4種。碾壓瀝青混凝土面板壩和混凝土面板壩的防滲面板在壩體上游面，考慮右岸黃土狀土覆蓋層較厚，基巖面低于壩頂約20 m，防滲面板與岸坡難以形成完整的防滲體系，因此，上述2種面板壩均不適宜本工程。

混凝土心墻壩心墻需垂直布置，施工過程中需采用模板；心墻與壩體不能同時施工，混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度周期較長；心墻兩側(cè)壩殼料填筑、碾壓需同步實施，施工協(xié)調(diào)難度較大，易傾斜或產(chǎn)生裂縫；高水位運(yùn)行，心墻承受應(yīng)力較大；抗震性能較差，心墻易受壩體影響產(chǎn)生裂縫。

碾壓式瀝青混凝土心墻壩運(yùn)行條件好，心墻位于壩體內(nèi)部，不受外界氣候的影響，耐久性好；瀝青混凝土滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于一般的黏土或碎石土料，防滲性能好；適應(yīng)變形能力更強(qiáng)，對壩基條件要求相對較低；抗震性能好，瀝青混凝土心墻對裂縫有一定的自愈能力；碾壓式瀝青混凝土心墻隨壩體同步施工升高，可提前蓄水或擋水度汛，但心墻與壩體施工干擾較大；施工速度快，對多雨、高溫或寒冷等有效施工時間短的地區(qū)，具有更好的適應(yīng)性，同時滲漏易于監(jiān)控。

綜上所述，非土質(zhì)防滲體壩以碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫壩為代表壩型。

2.3 比選壩型確定

根據(jù)上述擬定的壩體結(jié)構(gòu)，對土質(zhì)心墻砂礫壩和碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫壩進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選，合理確定設(shè)計壩型。

3 壩型比選

3.1 土質(zhì)心墻砂礫壩

土質(zhì)心墻壩采用黏性土心墻防滲，壩殼采用河床砂礫料、溢洪道和隧洞開挖石碴填筑。攔河壩壩頂高程為952.2 m，壩頂寬7 m，最大壩高43.2 m。上游壩坡1∶2.25～1∶2.5，下游壩坡1∶2.0～1∶2.25，上、下游壩坡不同工程處設(shè)寬2.0 m馬道，坡均采用干砌石護(hù)坡，下設(shè)礫石墊層。防滲心墻頂高程為950.2 m，最低處底高程909.0 m，頂寬5.0 m，心墻上、下游兩側(cè)坡比1∶0.2，周邊設(shè)1.5 m厚級配粗砂反濾層及1.5 m厚級配砂礫過渡層。防浪墻墻高3.7 m，高出壩頂1.2 m，防滲心墻頂部與防浪墻緊密連接，下部設(shè)混凝土防滲墻，墻厚80 cm，入強(qiáng)風(fēng)化巖1 m，墻底部巖基進(jìn)行帷幕灌漿，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫壩

碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫壩壩體結(jié)構(gòu)型式、基礎(chǔ)防滲型式等與土質(zhì)心墻砂礫壩同，壩體防滲體為瀝青混凝土心墻，墻厚0.8 m，頂高程949.7 m，其底部坐落于覆蓋層混凝土防滲墻頂部的擴(kuò)大基礎(chǔ)，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 土質(zhì)心墻壩結(jié)構(gòu)圖

圖2 碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫壩結(jié)構(gòu)圖

表1 2種不同壩型壩體

工程項目單位數(shù) 量 壩型（1）壩型（2） 壩基砂礫開挖m38438 壩體砂礫料填筑m32 1542 456 壩體石碴填筑m31 3611 575 壩體黏土心墻填筑m3546 高塑性黏土m311 混凝土防滲墻m31616 瀝青混凝土心墻填筑m3 36 心墻周邊級配反濾料填筑m3335271 上、下游游干砌石護(hù)坡m38787 上、下游礫石墊層m35858 工程直接投資（每延米）萬元18.923.8

3.3 壩型比選

2種壩型規(guī)模、布置和結(jié)構(gòu)基本相同，主要區(qū)別在于防滲體的型式，2種不同壩型壩體主要建筑工程量以及工程直接費用如表1所示。

由表1可知，每延米土質(zhì)心墻砂礫壩直接費用較碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫壩節(jié)省49 000元。土質(zhì)心墻抗震性和裂縫自愈性均好于碾壓式瀝青混凝土心墻，且便于施工，工序簡單，機(jī)械化強(qiáng)度較強(qiáng)，同時，土質(zhì)心墻較碾壓式瀝青混凝土心墻更便于后期維修加固，綜合考慮選取土質(zhì)心墻砂礫壩作為設(shè)計壩型。

4 結(jié)束語

壩型選擇是水庫工程前期工作論證的主要內(nèi)容，壩型選擇受地形地質(zhì)條件、施工、投資、環(huán)境等多方面因素的影響。本工程為節(jié)省投資、降低施工難度、加快施工進(jìn)度，選擇將土質(zhì)心墻壩作為設(shè)計壩型。

［1］中華人民共和國水利部.SL 274—2001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范［S］.北京：水利水電出版社，2001.

［2］水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院，陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院.SL 501—2010土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范［S］.北京：水利水電出版社，2010.

［3］水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院.水工設(shè)計手冊·土石壩［M］.第二版.北京：水利水電出版社，2014.

2095－6835（2018）21－0128－02

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〔編輯：張思楠〕