新疆保爾德水庫工程壩址及壩型方案分析

嚴婷婷

（新疆雙河勘測設計有限公司新疆博樂833400）

1 水庫概況

保爾德河發(fā)源于阿拉套山中段，屬新疆博爾塔拉蒙古自治州境內(nèi)的博爾塔拉河北岸一級支流。該河是一條淺山河，保爾德河出山口斷面年均徑流0.8 億m3，徑流年際變化不大，但年內(nèi)分配不均勻，洪枯水量相差較大。保爾德水庫為一座多功能水利樞紐，以農(nóng)業(yè)灌溉為主，同時兼顧發(fā)電和城市供水，水庫設計總庫容996 萬m3，最大壩高73.6 m。

2 壩址比選

根據(jù)地形、地質、施工運用條件和水庫功能、水庫效益等因素，經(jīng)過多次實地考察，河谷相對較寬，能夠有一定庫容的區(qū)域，位于距出山口的保爾德渠首上游1 000～2 000 m 的河段，該區(qū)由兩條大的沖溝組成，狀似袋形。該地區(qū)地質構造簡單，無重大不良地質因素，無較大的裂隙帶，也無大的斷層通過。因此，保爾德水利樞紐工程壩址選在其下游。該段河谷呈“V”型，山頂與谷地高程差224～286 m，河床寬約50 m，左岸谷坡為斜坡地形，右岸為陡坎、陡崖-陡坡地形，根據(jù)該河段的地形地質條件選擇了上下兩個壩址。

保爾德水庫上、下兩個壩址相距300 m，其比選主要取決于壩址處的地形地質條件，同時結合樞紐布置、技術經(jīng)濟條件、施工和工期條件以及運行管理條件等因素，進行充分勘察研究，確定推薦壩址方案。

2.1 地形地質條件

保爾德水庫上、下壩址相距300 m，兩壩址位于相同的地貌單元和地質構造單元，構造背景和地層巖性相同，工程地質條件基本一致，均具備建壩條件，僅微地貌和地層結構存在差異。

地形條件：兩壩址河谷均呈“V”型，但下壩址河谷較寬，在相同壩高情況下，下壩址長298 m，上壩址長182 m，下壩址工程量相對較大，上壩址具有明顯的優(yōu)勢；地層條件：兩壩址地層巖性基本一致，均為崩坡積塊、碎石層、砂礫石層和熔結凝灰?guī)r。河床砂礫石層厚度基本一致，但下壩址左岸崩坡積物較厚，清基工程量較大。其他地質條件差異不明顯，從河谷寬度和崩坡積物厚度來看，上壩址明顯優(yōu)越于下壩址。

2.2 工程布置方面

上壩址和下壩址樞紐建筑物均由攔河壩、泄洪發(fā)電洞及溢洪道等組成。泄洪發(fā)電洞設置在右岸，溢洪道布在左岸。二者區(qū)別在于上壩址樞紐建成后，由于泄水建筑物出口離下游渠首較遠，灌溉引水仍可利用渠首，不需要將渠首挪位置；下壩址樞紐離渠首很近，建成后，溢洪道挑落點剛好在渠首處，一旦溢洪道泄洪，渠首必將沖毀，因此要將渠首下移或重新布置引水方式。渠首位置上游20 m 左岸處，為上壩址樞紐電站的規(guī)劃位置，將電站放在此處主要是尾水可通過渠首流向下游不遠處下一級電站；下壩址的電站位置，就必須下移，會影響下游一級電站的出力。因此，從工程總布置方面，上壩址優(yōu)于下壩址。

2.3 工程技術難度和技術可靠性

上、下壩址均采用瀝青混凝土心墻壩，其地質條件差別不大，地基處理均采用大開挖方式，開挖深度相差不大，上壩址壩高較下壩高6.3 m，上壩址的壩軸線長度比下壩址長116 m。壩體填筑工程量上壩址相對較小，在同一施工期內(nèi)，上壩址的施工強度低。對于100 m 左右的瀝青混凝土壩，技術難度不大，技術可靠性也很高。故從施工難度和技術可靠性方面，上、下壩址差別不大，主要是在工期相同情況下，上壩址填筑量小，施工強度較低；下壩址填筑量大，施工強度相對較高。

2.4 水庫淹沒占地及工程投資方面

上壩址水庫淹沒總面積35.5 hm2，1 戶牧民房屋；下壩址水庫淹沒總面積34.8 hm2，1 戶牧民房屋。上壩址工程建設投資16 976.34 萬元，下壩址投資18 942.86 萬元，下壩址工程投資高于上壩址。

因此，綜合比較上、下壩址的地質、地形條件、樞紐工程布局、施工及建設投資各方面，上壩址優(yōu)于下壩址，因此，建議上壩址為保爾德水庫的建設壩址。

3 壩型選擇

根據(jù)保爾德水庫工程區(qū)的地形條件，庫區(qū)附近的料場分布、儲量、材料物理特性指標、施工條件等特點，初步選擇瀝青混凝土心墻砂礫石壩和混凝土面板砂礫石壩兩種壩型進行技術經(jīng)濟比較。

1）壩型對壩址區(qū)地形、地質條件適應性

對于本工程壩址處的地形情況，壩頂以上的巖石邊坡陡峭，左壩肩有不穩(wěn)定的巖體，對面板壩的面板、趾板及接縫止水結構存在的較大安全隱患，而瀝青混凝土心墻壩防滲體在壩體內(nèi)部，崩塌物對壩體防滲系統(tǒng)威脅相對較小，因此瀝青混凝土心墻壩的運行環(huán)境優(yōu)于混凝土面板壩。

2）筑壩材料的工程特性及壩料加工

瀝青砼是一種黏彈塑性材料，抗震性能好，防滲性好，滲透系數(shù)一般為10-8～10-9cm/s，不會產(chǎn)生水力剪裂及沖蝕問題，壩體的滲透穩(wěn)定性好，安全可靠。對砼面板壩，壩料種類較多，生產(chǎn)加工復雜，砼面板在地震時易產(chǎn)生裂縫，而處理較困難。因此，從兩壩型防滲體的工程特點、壩料生產(chǎn)和壩體結構來看，瀝青混凝土心墻防滲性能和抗震性能均相對較好，壩體結構、壩體材料加工生產(chǎn)簡單，施工方便。

3）壩體滲透穩(wěn)定特性

瀝青砼既有一定的強度同時又有一定的黏性，抗沖蝕能力強，即使在砼心墻產(chǎn)生裂縫的情況下，也不會產(chǎn)生沖蝕破壞，壩體的滲透穩(wěn)定特性高；而砼面板是一種剛性結構，在施工期、運行期或地震時，砼面板及伸縮縫易產(chǎn)生破壞，使防滲系統(tǒng)產(chǎn)生大量漏水，加大了壩體結構設計的難度，使得砼面板壩壩體的滲透穩(wěn)定條件低于瀝青砼心墻壩。

4）壩體抗震性能和壩坡穩(wěn)定

瀝青混凝土心墻壩，壩體結構簡單，壩體材料單一，沒有較細的壩殼料，筑壩材料和瀝青混凝土心墻在周期性荷載作用下，其強度不會產(chǎn)生大的變化，也不存在產(chǎn)生地震液化的可能性，構成壩體的壩殼料透水性較大，周期性荷載產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力能夠很快消散，地震時，孔隙水壓力不會顯著聚集，壩體穩(wěn)定性好；砼面板砂礫石壩雖有較好的抗震性能，但砼面板在地震時易產(chǎn)生裂縫，地震易引起壩體填筑材料變形，對河床趾板止水接縫影響頗大。因此，對于本工程，大壩采用心墻壩方案比采用砼面板砂礫石壩優(yōu)越。

4 結論

經(jīng)壩址和壩型方案比較，保爾德水庫上、下壩址相距300 m，根據(jù)壩址斷面的地形、地質條件、樞紐工程布置、技術和經(jīng)濟條件、施工運行等因素，確定推薦上壩址方案；另外根據(jù)筑壩材料的工程特性、壩料加工、壩體滲透穩(wěn)定特性和壩體抗震性能等方面，確定瀝青砼心墻砂礫石壩作為保爾德水庫推薦壩型。