咸豐縣龍洞灣水庫工程壩型設(shè)計(jì)及選定

秦乙洪，覃方義，田 柳

(咸豐縣水利水產(chǎn)局，湖北 恩施 445600)

1 工程概述

1.1 基本概況

龍洞灣水庫位于野貓河上游，該水系上游以伏流為主。流域山頂高程1200.00～1800.00 m，谷底高程795.00 m，相對(duì)高差1000.00 m左右，地勢(shì)總體上南西高，北東低，溪流時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，由南西流向北東。山脈和水系受構(gòu)造線控制，呈北東南西向展布。

龍洞灣水庫大壩壩頂高程833.00 m，防浪墻高程834.00 m，壩頂寬度6.00 m，河床趾板建基面高程793.00 m，最大壩高40.00 m，壩頂長(zhǎng)度261.66 m。水庫正常蓄水位831.00 m，死水位809.00 m，總庫容926萬m3，調(diào)節(jié)庫容657萬m3，死庫容196萬m3。該項(xiàng)目實(shí)施后，可覆蓋農(nóng)田灌溉面積1466.67余公頃，其中基本煙田灌溉面積933.33 hm2，規(guī)劃供水人口達(dá)2.18萬人，大牲畜約3.4萬頭。咸豐縣龍洞灣水庫以灌溉為主，該工程的興建不僅對(duì)促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展具有重要意義，同時(shí)兼有人畜飲水，可以解決咸豐縣曲江鎮(zhèn)近3.2萬人飲水困難及1333.33 hm2農(nóng)田灌溉問題，水資源得到充分利用，大部分農(nóng)田灌溉得以保障，確保當(dāng)?shù)剞r(nóng)民旱澇保收[1]。

1.2 地層巖性

龍洞灣水庫工程主要出露寒武系—二迭系的碳酸鹽巖、砂頁巖等地層。沿河谷地帶有零星的第四系松散堆積物分布，區(qū)域地層巖性如下。

(1)第四系沖積、殘坡積堆積：巖性以松散的砂性土、黏性土、土夾石為主。沿河谷地帶，山麓坡腳分布。厚度2～10 m。

(2)古生界二迭系：巖性以碳酸鹽巖、炭質(zhì)頁巖為主。分布于區(qū)域北西一側(cè)。

(3)古生界志留系(地層上部泥盆系、石炭系地層出露不全)：巖性以砂頁巖為主。分布于曲江河一帶。

(4)古生界寒武、奧陶系：巖性以碳酸鹽為主。

該區(qū)巖石物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 巖石物理力學(xué)指標(biāo)

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

龍洞灣水庫工程所處一級(jí)構(gòu)造單元為新華夏系第三隆起帶——湘黔鄂隆起褶皺帶的北端，次一級(jí)構(gòu)造為NE向的背斜和大斷裂。由于受東西向構(gòu)造帶的影響，區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造行跡為NE～SW向，斜列式較寬緩的褶皺和伴隨產(chǎn)生的北北東向至北東向壓性和壓扭性斷裂，其次是不發(fā)育的北西向短小的張性和張扭性斷裂[2]。該區(qū)壩址區(qū)覆蓋層厚度如表2所示。

表2 壩址區(qū)覆蓋層厚度表

2 壩型的選定

根據(jù)相關(guān)研究成果，選定了瀝青混凝土心墻土石壩和面板堆石壩的兩種不同設(shè)計(jì)方案，根據(jù)兩種方案的工程布置描述，從地形地質(zhì)條件、施工條件、征地移民、投資等方面對(duì)兩種不同壩型的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較。

根據(jù)實(shí)際的地形地質(zhì)條件，工程區(qū)左右岸山坡基巖裸露，零星覆蓋層較薄，均為塊石、碎石夾黏土，因山坡黏土料源缺乏，雖有60 hm2水田可提供約10×104m3的壤土，可做黏土心墻壩，但鄂西南山地，降雨量達(dá)1450 mm，心墻壩一年有100多天不能施工，比面板壩多一年施工期，且毀壞山區(qū)很寶貴的土地資源，故該地不宜修建黏土心墻壩[3]。故本階段選取瀝青混凝土心墻土石壩與面板堆石壩進(jìn)行進(jìn)一步比選，由于本工程的單一性，兩種壩型的最終選擇又與地形地質(zhì)條件、施工條件、移民征地、導(dǎo)流方式等緊密相關(guān)，需要經(jīng)過綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。

根據(jù)地形地質(zhì)條件，初選瀝青混凝土心墻土石壩和面板堆石壩兩種壩型，由于兩種壩型均為土石壩[4]，溢洪道和輸水洞等布置均相同，故僅對(duì)大壩進(jìn)行比較，現(xiàn)對(duì)兩種壩型的大壩布置初步選定以下兩種方案進(jìn)行比較。

2.1 方案一的初定

方案一為面板堆石壩+右岸溢洪道+左岸導(dǎo)流輸水洞(以下簡(jiǎn)稱面板壩方案)。

混凝土面板堆石壩壩頂高程833.00 m，防浪墻高程834.00 m，壩頂寬度6.00 m，河床趾板建基面高程793.00 m，最大壩高40.00 m，壩頂長(zhǎng)度261.66 m，最大壩底寬123.75 m，上、下游壩坡均為1∶1.3，下游在814.00 m高程設(shè)一馬道，馬道寬2.00 m。上游壩面通過趾板與岸坡連接，趾板均落在微風(fēng)化和弱風(fēng)化巖基上。大壩填筑料為白云巖或白云質(zhì)巖，料場(chǎng)位于大壩右側(cè)300.00～900.00 m處，能滿足塊石料或人工骨料強(qiáng)度要求，可供工程選用。而導(dǎo)流洞、溢洪道等建筑物的開挖料也可加工后上壩，其質(zhì)量滿足大壩填筑要求，堆石料場(chǎng)在1.0 km內(nèi)。

2.2 方案二的初定

方案二為瀝青混凝土心墻土石壩+右岸溢洪道+左岸導(dǎo)流輸水洞(以下簡(jiǎn)稱心墻壩方案)。

瀝青混凝土心墻土石壩壩頂高程833.00 m，防浪墻高程834.00 m，壩頂寬度6.00 m，河床趾板建基面高程793.00 m，最大壩高40.00 m，壩頂長(zhǎng)度261.66 m，最大壩底寬162.90 m。上游壩坡為1∶2，在813.00 m高程設(shè)一馬道，馬道寬2.00 m，為20.00 cm厚現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡，下設(shè)0.10 m厚砂石墊層。下游壩坡坡比為1∶2，在813.00 m高程設(shè)一馬道，馬道寬2.00 m，為0.30 m厚漿砌石護(hù)坡，下設(shè)10 cm厚砂石墊層。大壩壩軸線處設(shè)0.80 m厚瀝青混凝土心墻，心墻上、下游側(cè)各設(shè)2.00 m寬的反濾料和過渡料，心墻底部開挖至基巖，下接帷幕灌漿[5]。大壩填筑料為白云巖或白云質(zhì)巖，料場(chǎng)位于大壩右側(cè)300.00～900.00 m處，能滿足塊石料或人工骨料強(qiáng)度要求，可供工程選用。而導(dǎo)流洞、溢洪道等建筑物的開挖料也可加工后上壩，其質(zhì)量滿足大壩填筑要求，堆石料場(chǎng)在1.0 km內(nèi)。防滲瀝青需選用專用的水工建筑物瀝青，目前生產(chǎn)廠家較少，需從外地購買。

3 方案比選

根據(jù)以上兩個(gè)方案的工程布置描述，現(xiàn)從地形地質(zhì)條件、施工條件、征地移民、投資、工期要求等方面對(duì)兩種壩型進(jìn)行比選。

3.1 地形地質(zhì)條件

從地形上來看，兩個(gè)壩型都比較適合，壩址巖體較完整堅(jiān)硬，力學(xué)強(qiáng)度較高，地基可滿足建壩要求[6]。雖然瀝青混凝土心墻壩對(duì)地質(zhì)要求較面板壩略低，但由于壩址處基巖出露較淺，壩址處沒有大的地質(zhì)缺陷，故面板壩趾板及心墻壩防滲體均較容易布置，從地形地質(zhì)條件看，兩方案相當(dāng)。

3.2 施工條件

(1)施工工期。面板堆石壩采用先回填至壩頂高程，待預(yù)沉降完成后一次性進(jìn)行面板澆筑。心墻壩則為瀝青混凝土心墻，施工時(shí)應(yīng)該隨壩體升高同步上升。雖然面板壩面板澆筑較碾壓瀝青混凝土心墻略復(fù)雜，但由于瀝青心墻攤鋪對(duì)氣候要求更嚴(yán)格，特別是雨季無法施工，工程所在鄂西南山地，降雨量達(dá)1450 mm，心墻壩一年有100多天不能施工，瀝青心墻壩較面板堆石壩工期晚三個(gè)月。

(2)施工導(dǎo)流。對(duì)施工導(dǎo)流而言，面板壩上、下游圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為抵擋枯水期5 a一遇設(shè)計(jì)洪水考慮，第一個(gè)汛期壩體已經(jīng)上升至壩頂高程，超過枯水期5 a一遇洪水由已建壩體擋水。心墻壩受前期需進(jìn)行心墻同步碾壓、雨季不能施工及需進(jìn)行基礎(chǔ)帷幕灌漿的影響[7]，壩體在汛期前無法達(dá)到遭遇全年20 a一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)壩前水位821.51 m高程，故需增大導(dǎo)流洞尺寸及加高上、下游圍堰的堰頂高程。從施工導(dǎo)流來看，心墻壩施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)更大，投資更多。

(3)施工難度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，湖北省混凝土面板壩壩型采用較多，技術(shù)較成熟。特別是面板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和施工水平通過一系列項(xiàng)目的實(shí)踐和創(chuàng)新，施工速度快，面板防滲質(zhì)量好，施工機(jī)械也比較好采購或租賃。

瀝青心墻壩在湖北省也有使用，但省內(nèi)實(shí)例還較少，技術(shù)還處于借鑒、摸索期，有過相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)的施工單位還較少。特別是瀝青心墻的攤鋪，采用人工攤鋪效率較低；采用機(jī)械攤鋪，需要購置專門的攤鋪設(shè)備，且國內(nèi)攤鋪設(shè)備生產(chǎn)近幾年才起步，購買有難度或需要進(jìn)口。如湖北省已經(jīng)實(shí)施代表性的三峽工程副壩茅坪溪瀝青混凝土心墻土石壩，采用的就是從國外進(jìn)口的攤鋪機(jī)。

(4)施工條件綜合比較。以上施工條件綜合比較可以看出，施工方面面板壩型式優(yōu)勢(shì)較明顯。

3.3 征地移民

兩個(gè)方案庫區(qū)征地移民指標(biāo)基本相同，受壩坡坡比影響，壩區(qū)征地范圍心墻壩方案略大于面板壩方案。從移民征地指標(biāo)上看面板壩方案略優(yōu)。

3.4 總投資

本工程投資概算編制方法主要執(zhí)行《水利水電工程設(shè)計(jì)概(估)算編制規(guī)定》。建筑工程執(zhí)行《水利建筑工程概算定額》和《水利工程施工機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)定額》。設(shè)備安裝工程執(zhí)行《水利水電設(shè)備安裝工程概算定額》。

3.4.1 基礎(chǔ)單價(jià)

(1)人工預(yù)算單價(jià)。工資標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行水總〔2014〕429號(hào)文規(guī)定，樞紐工程按樞紐工程類別二類區(qū)分別計(jì)取各等級(jí)工人人工工時(shí)預(yù)算單價(jià)：工長(zhǎng)11.98元/工時(shí)，高級(jí)工11.09元/工時(shí)，中級(jí)工9.33元/工時(shí)，初級(jí)工6.55元/工時(shí)。

灌溉工程按河道工程類別二類區(qū)分別計(jì)取各等級(jí)工人人工工時(shí)預(yù)算單價(jià)：工長(zhǎng)8.31元/工時(shí)，高級(jí)工7.70元/工時(shí)，中級(jí)工6.46元/工時(shí)，初級(jí)工4.55元/工時(shí)。

(2)材料預(yù)算價(jià)格。主要材料預(yù)算價(jià)參照2016年一季度咸豐地區(qū)市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算材料預(yù)算價(jià)。水泥32.5：393.11元/t，水泥42.5：413.71元/t，鋼筋：2723.01元/t，板枋材：1293.20元/m3，柴油5800.00元/t，汽油6745.00元/t。

砂石料：人工石料。其中砂在市場(chǎng)采購，砂90.00元/m3；根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)提供的工藝流程，樞紐工程按相應(yīng)取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出，碎石63.45元/m3，塊石58.23元/m3；灌溉工程直接在市場(chǎng)購買砂石料，砂85.00元/m3，碎石80.00元/m3，塊石65.00元/m3。按有關(guān)規(guī)定，材料價(jià)格高于限價(jià)的以限價(jià)進(jìn)入單價(jià)：水泥300.00元/t；鋼筋3000.00元/t；柴油3500.00元/t；汽油3600.00元/t ；砂70.00元/m3。超出部分計(jì)取稅金后列入工程單價(jià)之中。施工用風(fēng)、水、電價(jià)：根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)提供的資料計(jì)算，樞紐工程風(fēng)0.20元/m3，水0.63元/m3，施工用電1.08元/kW·h；灌溉工程風(fēng)0.22元/m3，水 0.64元/m3，施工用電1.37元/kW·h。

(3)機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)。設(shè)備價(jià)主要設(shè)備采用現(xiàn)行的行業(yè)價(jià)和生產(chǎn)廠家報(bào)價(jià)，其中閘門10 500元/t；埋件10 000元/t；卷揚(yáng)啟閉機(jī)16 000元/t。設(shè)備的采購、保管、運(yùn)雜費(fèi)率按設(shè)備費(fèi)的4.728%計(jì)取。

3.4.2 費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)

(1)樞紐工程單價(jià)中的費(fèi)率執(zhí)行水總〔2014〕429號(hào)文規(guī)定按樞紐工程類別計(jì)取。

其他直接費(fèi)：按基本直接費(fèi)的百分率計(jì)算，建筑工程取7.0%，安裝工程取7.7%。

間接費(fèi)：以直接費(fèi)為計(jì)算基礎(chǔ)的土方工程為7.0%，石方工程為11.0%，混凝土澆筑工程8.0%，模板工程按8.0%，鉆孔灌漿和其他工程9.0%。設(shè)備安裝工程按人工費(fèi)的75.0%。

利潤(rùn)按直接費(fèi)與間接費(fèi)之和的7.0%計(jì)算。

稅金按直接費(fèi)與間接費(fèi)、利潤(rùn)之和的3.28%計(jì)算。

(2)灌溉工程單價(jià)中的費(fèi)率執(zhí)行水總〔2014〕429號(hào)文規(guī)定按河道工程類別計(jì)取。

其他直接費(fèi)：按基本直接費(fèi)的百分率計(jì)算，建筑工程取4.0%，安裝工程取4.7%。

間接費(fèi)：以直接費(fèi)為計(jì)算基礎(chǔ)的土方工程為3.0%，石方工程為7.0%，混凝土澆筑工程6.0%，模板工程按5.0%，鉆孔灌漿工程取8.0%，其他工程取6.0%。設(shè)備安裝工程按人工費(fèi)的70.0%。

利潤(rùn)按直接費(fèi)與間接費(fèi)之和的7.0%計(jì)算。

稅金按直接費(fèi)與間接費(fèi)、利潤(rùn)之和的3.28%計(jì)算。

根據(jù)不同方案的主要工程量進(jìn)行比較，見表3。兩個(gè)方案的主要投資項(xiàng)目比較見表3。

表3 各方案主要工程量及項(xiàng)目投資比較

根據(jù)工程實(shí)際情況，對(duì)初步選定的兩種方案面板堆石壩方案和瀝青混凝土心墻壩方案的樞紐工程投資、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及安裝工程投資、機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)備及安裝工程投資、臨時(shí)工程投資、征地補(bǔ)償、移民安置以及環(huán)境保護(hù)工程等方面計(jì)算出：面板壩方案總投資20 979.22萬元，心墻壩方案21 411.01萬元，面板堆石壩方案總投資略優(yōu)于瀝青混凝土心墻壩方案。

4 方案比選結(jié)果

經(jīng)過比選，面板壩方案在施工條件、工程投資等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，特別是技術(shù)穩(wěn)定成熟和施工方便上看，面板壩更優(yōu)[8]。故推薦面板堆石壩+右岸溢洪道+左岸導(dǎo)流輸水洞方案。

推薦方案樞紐布置初擬為：主河道布置擋水建筑物，壩體采用混凝土面板堆石壩；壩頂高程833.00 m，防浪墻頂高程834.00 m，河床趾板建基面高程793.00 m，最大壩高40.00 m，壩頂長(zhǎng)度261.66 m，最大壩底寬123.75 m。右岸山包與山體之間埡口布置泄水建筑物，溢洪道為開敞式平底閘型式，校核泄量638 m3/s(P=0.1%)，設(shè)計(jì)泄量506 m3/s(P=2.0%)，溢洪道由進(jìn)口段、閘室段、泄槽段、消能段、尾水渠等組成。輸水洞(兼導(dǎo)流放空洞)布置于左岸，進(jìn)口底板高程為805.0 m。