東陽(yáng)水庫(kù)壩型選擇初步探討

(四川沃土項(xiàng)目投資管理有限公司，成都，610096)

1 工程概況及基本資料

1.1 工程概況

東陽(yáng)水庫(kù)壩址以上集水面積65.5km2，河道平均比降50.9‰，多年平均年來(lái)水量4090萬(wàn)m3。工程開(kāi)發(fā)任務(wù)是以農(nóng)業(yè)灌溉、鄉(xiāng)村供水等綜合利用的小(1)型水利工程。水庫(kù)正常蓄水位932.00m，正常庫(kù)容532萬(wàn)m3，總庫(kù)容717萬(wàn)m3，死水位為911.00m，死庫(kù)容108萬(wàn)m3，興利庫(kù)容424萬(wàn)m3。大壩壩頂高程939.50m，壩頂寬6.00m，最大壩高66.5m，由于工程地處Ⅷ度地震區(qū)，大壩按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，其它永久主要建筑物按4級(jí)設(shè)計(jì)，次要建筑物按5級(jí)設(shè)計(jì)。

1.2 基本資料

1.2.1 水文氣象基本資料

(1)水文基本資料

大壩設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為50年，相應(yīng)洪峰流量564m3/s；校核洪水重現(xiàn)期為500年，相應(yīng)洪峰流量910m3/s；消能防沖設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，相應(yīng)洪峰流量425m3/s。

(2)氣象資料

工程所在地多年平均氣溫13.7℃，歷年極端最高氣溫36.2℃，歷年極端最低氣溫為-9.2℃；多年平均相對(duì)濕度76%；多年平均年降水量993.2mm，多年平均年蒸發(fā)量1066.8mm；多年平均風(fēng)速1.3m/s。

1.2.2 壩址區(qū)地質(zhì)條件

壩區(qū)出露地層有：①崩坡積堆積層(Q4col+dl)，物質(zhì)組成為孤塊碎石夾粉土，厚0～10m；②沖積堆積層(Q4al)，物質(zhì)組成為漂卵礫石夾砂，厚9m～20m；③下古生界前泥盆系碧口群第四段(AnDbi4)石英片巖，深灰至灰綠色，薄層狀構(gòu)造，局部為厚層狀，多含白色石英條帶和團(tuán)塊。

經(jīng)N120原位測(cè)試，河床部位上部0～4m為砂夾卵礫石，結(jié)構(gòu)松散，N120平均擊數(shù)小于1擊/10cm；其下為漂卵礫石夾砂層，其中厚度0.8m～2.0m，平均擊數(shù)為5.5擊/10cm，為稍密層；下部N120平均擊數(shù)大于30擊，為中密至密實(shí)層。

對(duì)弱風(fēng)化和新鮮片巖分別進(jìn)行了垂直層面和平行層面兩種試驗(yàn)，試驗(yàn)成果表明壩區(qū)強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化、新鮮片巖飽和抗壓強(qiáng)度平均值分別為7.5 MPa、13.2MPa、25.6MPa，風(fēng)化巖體屬軟質(zhì)巖，新鮮巖體屬較軟巖。

2 各階段壩型比選和推薦壩型的提出

2.1 可研階段壩型比較

由于受自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)和水庫(kù)開(kāi)發(fā)任務(wù)限制邊界條件影響，壩址壩線選擇空間不大?？裳须A段已基本選定的壩址不存在明顯制約建筑物布置的地質(zhì)問(wèn)題，同時(shí)擬定了以瀝青混凝土心墻石渣壩為代表的當(dāng)?shù)夭牧蠅闻c以埋石混凝土重力壩和混凝土雙曲拱壩為代表的剛性壩進(jìn)行比較，擇優(yōu)選擇了埋石混凝土重力壩。

2.2 初步設(shè)計(jì)階段壩型比選

初步設(shè)計(jì)階段在可研階段基礎(chǔ)上，布置兩條壩線進(jìn)行比較，上壩線主要研究瀝青混凝土心墻石渣壩和鋼筋混凝土面板壩，下壩線主要研究瀝青混凝土心墻石渣壩、鋼筋混凝土面板壩和碾壓混凝土雙曲拱壩。

由于可研階段和初步設(shè)計(jì)階段均很難比選出最優(yōu)壩型，本文將可研階段的埋石混凝土重力壩，初設(shè)階段的瀝青混凝土心墻石渣壩、鋼筋混凝土面板壩和混凝土雙曲拱壩，以及增加粘土心墻壩一同進(jìn)行優(yōu)劣分析，確定最終選定壩型。

2.3 各壩型主要技術(shù)條件比較

2.3.1 地質(zhì)條件

(1)地質(zhì)構(gòu)造條件

工程區(qū)位于青川斷裂北側(cè)4km，該斷裂于三鍋鄉(xiāng)穿過(guò)，推測(cè)具有晚更新世的活動(dòng)性，全新世無(wú)明顯活動(dòng)跡象，壩址區(qū)未來(lái)50年超越概率為10%地震動(dòng)峰值加速度為192cm/s2，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度。雖然斷裂帶距壩址較近，但對(duì)大壩的安全不構(gòu)成大的影響。從抗震性能來(lái)講，該工程區(qū)適宜建柔性壩，不宜建剛性壩，即宜建土石壩，不宜建混凝土重力壩，因拱壩結(jié)構(gòu)抗震性能近年來(lái)已得到認(rèn)可，故拱壩在壩型選擇范圍內(nèi)。

(2)地基條件

由于壩區(qū)巖體為薄層狀片巖，壩肩弱風(fēng)化巖體平均飽和抗壓強(qiáng)度13.2MPa，壩基巖體質(zhì)量為CⅤ類(lèi)；微新巖體平均飽和抗壓強(qiáng)度25.5MPa，壩基巖體質(zhì)量為CⅢ類(lèi)。修建壩高大于50m的剛性壩適宜性較差。重力壩主要靠自身重量維持壩體穩(wěn)定，重力壩地基巖石強(qiáng)度要求高，故在較軟巖基礎(chǔ)上筑壩較為不適宜。就拱壩而言，兩壩肩緩傾下游的貫通性結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，左右岸均發(fā)現(xiàn)5條裂隙，加之拱壩拱座對(duì)壩肩巖體強(qiáng)度和完整性要求更高，對(duì)拱座極為不利，因此，若選擇拱壩，需對(duì)兩壩肩采取必要的加固處理措施，從而加大工程投資。而瀝青混凝土和土質(zhì)心墻壩以及鋼筋混凝土面板壩主要是解決防滲體系基礎(chǔ)問(wèn)題。在本工程中，心墻基座和趾板下部為砂卵石密實(shí)層，可作為土石壩基礎(chǔ)，并進(jìn)行防滲處理以達(dá)到防滲設(shè)計(jì)要求。

同時(shí)，壩址區(qū)覆蓋層為漂卵石層，埋深9.25m～20.4m，松散及稍密層深度5m～6m，覆蓋層下部強(qiáng)風(fēng)化帶巖體中裂隙發(fā)育，巖體完整性差，巖體質(zhì)量差，巖體質(zhì)量屬CⅤ類(lèi)，不宜作地基持力層。土石壩的心墻、混凝土趾板地基可清除上部5m～6m松散及稍密層，對(duì)下部覆蓋層采用混凝土防滲墻處理并進(jìn)行帷幕灌漿處理。重力壩和拱壩在此條件下筑壩，應(yīng)全部清除覆蓋層，開(kāi)挖工程量大，且基坑排水工程量大，不利于投資控制和施工。

從地基條件而言，心墻壩和面板壩條件較為優(yōu)越，重力壩和拱壩地基條件較差，需進(jìn)行大規(guī)模開(kāi)挖，仍需進(jìn)行基礎(chǔ)處理，同時(shí)對(duì)壩體填筑期間的施工排水較為不利。

2.3.2 工程布置條件

根據(jù)壩址區(qū)地形、地質(zhì)條件，由于河谷呈較為狹窄的“V”形谷，適宜布置拱壩。兩岸岸坡地形坡度為60°～70°，大多呈陡崖?tīng)?，不利于心墻壩混凝土基座和面板壩趾板的布置?/p>

本工程若選用土石壩，其溢洪道均需對(duì)左岸或右岸山體進(jìn)行大規(guī)模開(kāi)挖，但開(kāi)挖料可作為土石壩的石渣料利用，面板壩堆石區(qū)石料不能利用該開(kāi)挖料，故心墻石渣壩優(yōu)于面板壩；本工程若選用重力壩或拱壩，泄洪方式均可采用壩身泄流形式，可有效解決因水文條件需要的大規(guī)模開(kāi)挖問(wèn)題，施工導(dǎo)流可采用岸邊導(dǎo)流洞方式進(jìn)行導(dǎo)流，其兩岸開(kāi)挖料僅能作為棄料，不能利用，但工程布置較土石壩簡(jiǎn)單方便，較土石壩優(yōu)。從工程布置條件看，重力壩和拱壩優(yōu)于土石壩。

2.3.3 建材條件

工程區(qū)內(nèi)天然砂礫石零星分布，儲(chǔ)量較少，不能滿足重力壩或拱壩的用量要求；根據(jù)壩址區(qū)巖石力學(xué)試驗(yàn)成果，巖石屬較軟巖，其抗壓強(qiáng)度不能滿足重力壩和拱壩要求；由于重力壩和拱壩用量較土石壩用量相差較大，采用購(gòu)買(mǎi)或者外地開(kāi)采，不經(jīng)濟(jì)。面板堆石壩所需的堆石料，需從38km外的料場(chǎng)開(kāi)采灰?guī)r料，運(yùn)距較遠(yuǎn)，費(fèi)用高；心墻石渣壩方案所需石渣料可就近開(kāi)采，料源豐富，運(yùn)距近，開(kāi)采條件較好。作為瀝青混凝土骨料，由于其用量較小，可在外地利用灰?guī)r進(jìn)行人工骨料加工得以滿足；粘土心墻壩相對(duì)于瀝青心墻壩施工難度較小，對(duì)外部環(huán)境要求不高，所以粘土心墻壩優(yōu)于瀝青心墻壩。故從建材條件來(lái)說(shuō)，土石壩可利用當(dāng)?shù)亟ú膬?yōu)勢(shì)，節(jié)約投資，較為經(jīng)濟(jì)，優(yōu)于重力壩和拱壩；土石壩中，心墻壩較為經(jīng)濟(jì)，優(yōu)于面板壩。

2.3.4 施工條件

心墻石渣壩與面板壩只需要將防滲體開(kāi)挖至基巖或弱風(fēng)化巖體，而拱壩需將整個(gè)壩基開(kāi)挖至弱風(fēng)化巖體，由于壩基覆蓋層厚度較大(最大深度20.4m)，重力壩和拱壩的開(kāi)挖量均大于心墻壩及面板壩。

各種壩型對(duì)外交通條件和場(chǎng)地條件類(lèi)似，施工生產(chǎn)生活設(shè)施布置相當(dāng)。瀝青混凝土心墻石渣壩和鋼筋混凝土面板堆石壩施工技術(shù)簡(jiǎn)單，易于機(jī)械化施工，施工工藝和技術(shù)較成熟?；炷岭p曲拱壩和拱壩幾何形狀復(fù)雜，施工難度大，技術(shù)要求高，且溫度控制要求較嚴(yán)格，需對(duì)壩體進(jìn)行通水冷卻，臨建工程投資大。

瀝青混凝土心墻石渣壩填筑可利用開(kāi)挖料，棄渣量相對(duì)較小，混凝土面板壩及拱壩樞紐建筑物開(kāi)挖料無(wú)法利用，渣場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較大。

瀝青混凝土心墻石渣壩和鋼筋面板堆石壩采用枯期圍堰擋水，總工期分別為32個(gè)月和30個(gè)月；混凝土雙曲拱壩采用枯期圍堰擋水，汛期壩體缺口導(dǎo)流，總工期為30個(gè)月；三種壩型施工工期條件基本相當(dāng)。

3 結(jié)論

就地質(zhì)條件、布置條件、建材條件和施工條件而言，本工程修建心墻石渣壩較優(yōu)，可建面板堆石壩，不宜建重力壩和拱壩。根據(jù)目前基礎(chǔ)處理技術(shù)條件，完全能滿足本工程基礎(chǔ)處理技術(shù)要求，且采用心墻壩既可減少壩基深覆蓋層開(kāi)挖工程量，又可充分利用當(dāng)?shù)夭牧虾烷_(kāi)挖料進(jìn)行筑壩，既解決了抗震安全性問(wèn)題，又解決了剛性壩深覆蓋層開(kāi)挖和壩基巖石為軟弱巖石的問(wèn)題，同時(shí)還解決了外購(gòu)堆石料的問(wèn)題。

在設(shè)計(jì)階段的壩型選擇中，應(yīng)充分考慮壩型對(duì)地形、地質(zhì)條件的適應(yīng)性，充分考慮工程安全性，充分利用當(dāng)?shù)夭牧线x擇合適的壩型，后期對(duì)壩型選擇研究中，亦可考慮適用于本工程的新型材料壩型。本文通過(guò)對(duì)各種壩型技術(shù)經(jīng)濟(jì)的初步比較，積累了壩型選擇經(jīng)驗(yàn)，為今后的設(shè)計(jì)工作起到了良好的指導(dǎo)作用。