新疆托帕水庫(kù)工程壩址及壩型方案比選分析

劉錄錄

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 烏魯木齊830000）

水庫(kù)的壩址和壩型比選是工程可行性研究階段的重要內(nèi)容，也是新建水庫(kù)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。壩址和壩型選擇的合理性關(guān)系到工程的安全、工程量、工程造價(jià)，也關(guān)系整個(gè)水庫(kù)的投資效益，一般從工程地質(zhì)、樞紐布置、建筑材料、施工條件、工程造價(jià)等方面進(jìn)行比較[1-2]。通常每個(gè)壩址都有若干種壩型方案可供選擇，而各個(gè)方案互有優(yōu)缺點(diǎn)，壩型的比選通常遵循技術(shù)可行性、效益最大化、整體與具體相結(jié)合的原則。

恰克瑪克河發(fā)源于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣境內(nèi)的吐爾尕特山，位于塔里木盆地西緣，是喀什噶爾河的支流之一。擬在恰克瑪克河上修建一座水庫(kù)，其作用是解決恰克瑪克河流域灌溉區(qū)季節(jié)性缺水和流域防洪問題。本文以托帕水庫(kù)工程為例，從地形地質(zhì)條件、工程布置及工程量、淹沒影響及工程投資幾個(gè)方面對(duì)上、下壩址進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)比較，選出更經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的壩址，并在選定壩址的基礎(chǔ)上優(yōu)選合理的壩型。

1 壩址比選

托帕水庫(kù)工程擬在托帕立交橋下游至恰克瑪克河上游恰克瑪克大橋之間的河段選擇2 處壩址，分別位于巴音布魯克提鄉(xiāng)上、下游處，即為上壩址和下壩址。

1.1 地形條件

上壩址河流走向近南北向，河谷呈“U”型谷，自然邊坡45°～65°，河谷底寬220～350 m 不等，河流坡降10‰～15‰，河漫灘極為發(fā)育，且生長(zhǎng)有少量的次生林，兩岸發(fā)育Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地，零星分布V 級(jí)殘留階地。左岸為一向西凸出的基巖山梁，山梁寬350～450 m，有利于布置泄洪建筑物。

下壩址河流由西北流向東南，河谷呈寬心型谷，河谷底寬450～670 m 不等，河床縱坡在1.5%左右，河水主流位于河床右側(cè)，左岸岸坡走向在130°左右，岸坡基巖多為裸露山頂為一緩臺(tái)，上部分布有少量第四系更新統(tǒng)砂礫石層，右岸略向北凸出，岸坡近直立。河道兩岸地形近為順直。

從地形條件比較，上壩址河谷較窄，左岸凸出山脊更有利于工程布置。從S212 道路改建地形條件比較，上壩址下游側(cè)兩岸山體陡峻，道路改建爬升較困難；下壩址下游側(cè)兩岸山勢(shì)平緩，更有利于道路改建爬升布置。

1.2 工程地質(zhì)條件

上、下壩址地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，庫(kù)區(qū)內(nèi)無(wú)區(qū)域性斷裂和大規(guī)模斷裂穿過，工程地質(zhì)條件較好無(wú)活動(dòng)斷裂通過，工程區(qū)處于相對(duì)穩(wěn)定的地區(qū)。上、下壩址水文地質(zhì)條件相近，上壩址河床覆蓋層厚度80～101 m 左右，下壩址河床覆蓋層厚度50～90 m。

1）上壩址

上壩址基巖巖性以灰?guī)r和粉砂巖為主，為中—堅(jiān)硬巖；河床寬度為220～300 m，正常高水位河谷寬度410 m，最大壩高61.5 m；基巖透水率界限:左壩肩為基巖面以下26.5～36.7 m，河床段為基巖面以下4.7～37.4 m，右壩肩為基巖面以下31.3～40.2 m；左岸壩肩自然邊坡穩(wěn)定，右岸壩肩山體高陡，總體穩(wěn)定；泄洪沖沙洞、灌溉放水洞、溢洪洞洞室?guī)r為灰?guī)r、粉砂巖、圍巖以Ⅲ、V 類為主；庫(kù)區(qū)兩岸均為基巖山體，未發(fā)現(xiàn)有大的不穩(wěn)定體，庫(kù)巖整體穩(wěn)定。

2）下壩址

下壩址基巖巖性為鈣礫巖和泥質(zhì)膠結(jié)礫巖為主，為極軟巖，泄水建筑物的襯砌厚度較上壩址厚。河床覆蓋層厚度上壩址略厚，物質(zhì)組成及物理力學(xué)性質(zhì)相近。河床寬度為450～670 m，正常高水位河谷寬度600 m，最大壩高50 m；基巖透水率界限，左壩肩為基巖面以下11.5 m，河床段為基巖面以下4.2～22.5 m，右壩肩為基巖面以下4.2～34.4 m；左岸壩肩自然邊坡穩(wěn)定，岸坡平緩，山頂基巖面高于正常蓄水位僅3～8 m；右岸壩肩邊坡高50～60 m，近直立，卸荷裂隙較發(fā)育，存在塌岸問題；泄洪沖沙洞、灌溉放水洞、溢洪道洞室圍堰為泥質(zhì)膠結(jié)礫巖，成巖差，圍巖均為IV、V 類；庫(kù)區(qū)兩岸均為礫巖，以泥質(zhì)膠結(jié)為主，庫(kù)區(qū)兩岸礫巖近直立，水庫(kù)蓄水后將存在庫(kù)岸再造問題。

從工程地質(zhì)條件比選，上壩址除庫(kù)盤條件較下壩址差、河床覆蓋層較下壩址深、基巖透水率界限較下壩址深外，其他地址條件均優(yōu)于下壩址。因此，上壩址工程地質(zhì)條件略優(yōu)于下壩址。

1.3 工程布置及工程量

上壩址壩線布置在河道最窄處，利用左岸向河道凸出山體集中布置溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞，布置較緊湊，便利后期運(yùn)行管理；下壩址壩線布置在阿克牙爾大橋處，該段河道較窄且較為順直，溢洪道布置于左岸山頂緩臺(tái)，泄洪沖沙洞和灌溉放水洞分別布置在右岸。上下壩址布置均合理。由于上壩址建筑物布置在同側(cè)，下壩址建筑物布置在兩側(cè)，故上壩址工程量小于下壩址。從工程布置和工程量綜合比較，上壩址較優(yōu)。

1.4 工程施工

對(duì)上下壩址的導(dǎo)流方式、洪峰流量、泄洪洞設(shè)計(jì)、上下游圍堰設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行比較，見表1。

表1 壩址比選施工導(dǎo)流布置對(duì)比表

通過比較后發(fā)現(xiàn)，上下壩址導(dǎo)流條件基本相同，根據(jù)水文資料及導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)均采用10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，上壩址較下壩址施工導(dǎo)流洪峰流量小19.50 m3/s，經(jīng)調(diào)洪演算上壩址導(dǎo)流孔口尺寸為4 m×5 m，下壩址為5 m×6 m。料場(chǎng)選擇方面，壩體填筑料上壩址較下壩址方便，瀝青混凝土骨料上壩址較下壩址運(yùn)距近。施工交通方面上壩址較下壩址施工交通便利，且上壩址地形較寬闊易于生產(chǎn)生活區(qū)布置。

1.5 淹沒影響

上壩址庫(kù)區(qū)回水線范圍內(nèi)河谷以峽谷為主，分布零星居民點(diǎn)、少量耕地、林地及牧道草地，庫(kù)區(qū)左岸有省道S212 通過，水庫(kù)蓄水后將淹沒影響省道長(zhǎng)約5.89 km，需改建架空通訊光纜及電力線，影響11 戶39 人。

下壩址庫(kù)區(qū)回水線范圍內(nèi)河谷以峽谷為主，庫(kù)尾左岸存在少量的浸沒問題，水庫(kù)蓄水后淹沒涉及部分耕地、林地及草地，庫(kù)區(qū)左岸有省道S212 通過，水庫(kù)蓄水后將淹沒影響省道長(zhǎng)約4.47 km，淹沒跨河大橋兩座，需改建架空通訊光纜及電力線，影響約80 戶320 人。

從淹沒影響方面比較，下壩址征占地面積較上壩址大，影響人口比上壩址多，當(dāng)?shù)囟酁樯絽^(qū)，移民安置難度大，影響實(shí)物類型比上壩址多。上壩址征地類型較為簡(jiǎn)單，征地補(bǔ)償較下壩址少，上壩址較優(yōu)。

1.6 工程投資

在擬定的壩址比選條件下，工程投資估算見表2。

表2 壩址比選工程投資對(duì)比表 單位：萬(wàn)元

從工程投資來(lái)看，上壩址較下壩址投資少23 582萬(wàn)元，投資差額較大的分別是擋、泄水工程費(fèi)和水庫(kù)淹沒補(bǔ)償費(fèi)，其他費(fèi)用較接近。

綜上所述，上壩址地形地質(zhì)條件較優(yōu)，有利于工程布置，且淹沒損失小，投資較低，因此選擇上壩址。

2 壩型比選

針對(duì)選定的上壩址，結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧?，選擇瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩兩種壩型參與方案比選。上壩址河谷呈“U”型，寬350 m，河床段覆蓋層最大厚度約為110 m。壩址區(qū)筑壩材料儲(chǔ)量豐富，質(zhì)量滿足要求。地形地質(zhì)條件均能滿足瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩建壩條件。

1）樞紐布置形式。瀝青混凝土心墻壩左岸布置泄洪沖沙放水洞、溢洪洞；混凝土面板壩左岸布置溢洪洞，右岸布置泄洪沖沙放水洞。瀝青混凝土心墻壩因泄水建筑物布置在一岸，后期運(yùn)行管理更加便利。

2）施工條件。瀝青混凝土心墻壩上游圍堰與壩體結(jié)合布置，而混凝土面板壩上游圍堰與壩體分離布置[3]，混凝土面板壩分離布置臨建工程量大，工期比瀝青混凝土心墻壩長(zhǎng)4 個(gè)月，故瀝青混凝土心墻壩方案較優(yōu)。

3）工程風(fēng)險(xiǎn)。工程區(qū)屬于寒冷地區(qū)，瀝青混凝土心墻壩位于壩體內(nèi)部，受氣溫影響較小。瀝青混凝土抗剪強(qiáng)度高，抗疲勞損傷的能力強(qiáng)，具有較好的塑形和柔性，適應(yīng)變形能力強(qiáng)；混凝土面板壩防滲體較薄，且位于壩體表面，要考慮防凍設(shè)計(jì)[4]。混凝土面板壩壩體不均勻沉降可能影響周邊縫合板間縫的止水效果，面板的防裂問題要重視。

4）主要工程量和投資。壩型比選通過土方明挖、石方明挖、混凝土、混凝土防滲墻、壩體填筑等主要工程量進(jìn)行投資對(duì)比。瀝青混凝土心墻壩工程靜態(tài)投資約為5.9億元，混凝土面板壩工程靜態(tài)投資約為6.6 億元，瀝青混凝土心墻壩比混凝土面板壩投資少0.7 億元，且占?jí)误w投資的12%左右，故采用瀝青混凝土心墻壩方案作為推薦壩型。

3 結(jié)論

1）托帕立交橋下游至恰克瑪克河上游恰克瑪克大橋之間的河段具備建庫(kù)條件，且上壩址壩區(qū)河床覆蓋層較深，河谷相對(duì)寬闊，岸壩肩邊坡穩(wěn)定，庫(kù)巖整體穩(wěn)定，水庫(kù)淹沒、浸沒影響范圍較小，工程量及投資低，主要建筑材料運(yùn)距短，因此確定上壩址為最終建壩壩址。

2）建壩壩址的地形地質(zhì)條件均能滿足瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩建壩條件，但從樞紐布置形式、施工條件、工程風(fēng)險(xiǎn)、主要工程量及工程投資等方面綜合比較，瀝青混凝土心墻壩具有較大優(yōu)勢(shì)，最終選擇瀝青混凝土心墻壩進(jìn)行施工建設(shè)。