新疆庫巴格水庫壩型比選分析

李雙喜

（匯科安辰建設(shè)工程有限公司伊犁分公司，新疆 伊寧 835000）

1 工程概況

庫巴格水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧防洪和工業(yè)供水的綜合利用水庫工程，水庫總庫容931.9萬m3，壩高61m，控制灌溉面積1513.33hm2，防洪保護對象為庫巴格河流域灌區(qū)［1］。根據(jù)SL252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》［2］，確定庫巴格水庫工程等別為Ⅳ等小（1）型工程，大壩、溢洪道、導流兼泄洪沖沙隧洞、灌溉放水隧洞等主要建筑物級別為4級，次要建筑物、臨時建筑物級別為5級。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 地形

壩址位于庫巴格河兩支流匯合口下游750m處（出山口上游1.8km處），河谷相對狹窄呈“U”型，兩岸基巖裸露，巖層走向與河道大角度相交，為橫向谷，現(xiàn)代河道底寬100～110m，壩址上游740m兩支流匯合處發(fā)育I級堆積階地，寬20～40m，表面覆蓋坡洪積物，坡度20°～35°。

2.2 地層巖性

中壩址區(qū)主要地層巖性由老至新為： 上太古界興地塔格群（Ar2）地層、元古界地層（Pt1）、古生界地層新近系上新統(tǒng)（N2）地層、呂梁期侵入（γ2～γ4）地層和第四系，其中第四系又可分為：①下更新統(tǒng)西域礫巖（Q1）、②中更新統(tǒng)沖積物上更新統(tǒng)沖積層全新統(tǒng)洪積層和⑤全新統(tǒng)沖積層

3 壩型

3.1 瀝青混凝土心墻砂礫石壩

3.1.1 左壩肩（壩0+000～壩0+040）

岸坡高度100m，高程1457m以下岸坡坡度50°～65°，高程1457m以上岸坡坡度20°～30°。左岸沿壩軸線基巖裸露，巖性為灰綠色綠簾陽起石片巖，斷層f34帶寬5～10cm，帶內(nèi)主要為角礫巖、糜棱巖夾石英透鏡體，傾向岸內(nèi)，出露點低于正常蓄水位，對左壩肩有一定影響，基巖強風化層厚度3～5m，弱風化帶厚度9～14m，巖體透水率q≤5Lu界限在基巖面以下55～62m。

3.1.2 河床段（壩0+040～壩0+140）

現(xiàn)代河床寬102m，河床覆蓋層厚度43～53m，河床覆蓋層上部為全新統(tǒng)含漂石砂卵礫石層厚度20～23m，屬強透水層，下部為上更新統(tǒng)沖積砂卵礫石層厚度20～33m，局部已形成滲漏通道，滲透性極強，下伏基巖巖性為灰綠色綠簾陽起石片巖呈中厚層狀結(jié)構(gòu)，基巖強風化層厚2～3m，弱風化層厚9～11m，基巖透水率q≤5Lu的界線埋深在基巖面以下13～18m。

3.1.3 右壩肩（壩0+140～壩0+195）

岸坡高度大于300m，岸坡高陡，坡度60°～80°，該岸基巖裸露，基巖巖性為灰綠色綠簾陽起石片巖，右壩肩主要發(fā)育有兩組裂隙，形成小的不穩(wěn)定體，總方量1500m3，基巖強風化層厚3～5m，弱風化帶厚12～14m，巖體透水率q≤5Lu界限在基巖面以下45～50m。

3.1.4 瀝青混凝土心墻壩

瀝青混凝土心墻壩最大壩高61.0m，壩頂寬8m，壩頂長195m。防浪墻高1.2m，上游壩坡1∶2.25，下游壩坡設(shè)4級之字形馬道，各級馬道寬度均為8m，馬道上下壩坡均為1∶1.8，下游綜合壩坡1∶2.32。壩體采分區(qū)填筑，共分為4個分區(qū)，從上游至下游依次為壩殼料區(qū)（Ⅲ）、過渡料區(qū)（Ⅱ）、瀝青心墻區(qū)（I）和利用料區(qū)（Ⅳ）。瀝青心墻采用碾壓式瀝青混凝土，垂直布置，墻體軸線偏向上游，心墻頂部嵌入防浪墻底板0.2m，心墻厚度：高程1420.00m以上為0.5m，高程1420.0m以下為0.8m。過渡料區(qū)水平寬3～3.15m。混凝士護坡厚度均為0.25m，縱橫向分縫間4m，河床段心墻基座建基于砂礫石覆蓋層上，采用混凝土防滲墻防滲形式，平行于壩軸線布置，墻厚0.8m，墻底嵌入基巖1m，頂部嵌入瀝青混凝土心墻基座0.2m，最大處理深度49m。兩岸坡段心墻基座均建基于清后的強風化層中部，基座下部設(shè)置固結(jié)灌漿，共布設(shè)2排，間距3m，孔深6m。河床段防滲墻及左右岸坡段均設(shè)置帷幕灌漿，共布設(shè)1排，間距2m，孔深為深入巖體透水率q≤5Lu界限不小于5m。

3.2 混凝土面板壩

3.2.1 左岸趾板（趾0+000～趾0+112）

岸坡高度100m，高程1457m以下岸坡坡度50°～65°，高程1457m以上岸坡坡度20°～30°，趾板沿線基巖裸露，基巖巖性為灰綠色、灰黑色綠簾陽起石片巖，斷層f34帶寬5～10cm，傾向岸內(nèi)，出露點低于正常蓄水位，對左壩肩有一定影響，基巖強風化層厚度3～5m，弱風化層厚9～14m，q≤5Lu界限在基巖面以下55～62m。

3.2.2 河床趾板（趾0+112～趾0+237）

河谷底寬94m，河床段覆蓋層為含漂石砂卵礫石，厚度43～55m，上層為沖積含漂石砂卵礫石層，厚度20～23m，屬強透水層；下層為全新統(tǒng)沖積含漂石砂卵礫石層，厚度2～3m，局部已形成滲漏通道，滲透系數(shù)大，下伏基巖巖性為灰綠色、灰黑色綠簾陽起石片巖，強風化層厚度2～3m，弱風化層厚度9～10m，q≤5Lu界限在基面以下13～18m。

3.2.3 右岸趾板（趾0+237～趾0+356）

右岸山體高大雄厚，岸坡高度大于300m，自然坡度50°～70°，局部分布3～15m厚的崩、坡積碎石土層，其余部位基巖裸露，基巖巖性為灰綠色綠簾陽起石片巖，趾板線上主要發(fā)育有兩組裂隙，形成不穩(wěn)定體，總方量1500m3，基巖強風化層厚度3～5m，弱風化層厚度12～14m，q≤5Lu界限在基巖面以下45～50m。

3.2.4 混凝土面板壩設(shè)計

混凝土面板壩最大壩高61.7m，壩頂寬8m，壩頂長194m。防浪墻高1.2m，上游壩坡1∶1.5，下游壩坡設(shè)4級之字形馬道，各級馬道寬度均為8m，馬道上下壩坡均為1∶1.5，下游綜合壩坡1∶2.03。壩體采用分區(qū)填筑，共分7個分區(qū)，各分區(qū)從上游至下游依次為：蓋重區(qū)（1B）、上游鋪蓋區(qū)（1A）、墊層區(qū)（2A）、特殊墊層區(qū)（2B）、過渡區(qū)（3A）、主堆石區(qū)（3B）和利用料區(qū)（3C）。混凝土面板厚度均為0.4m，面板采用單層雙向鋼筋，面板垂直縫間距：兩岸6m，中間12m。趾板采用水平趾板，寬度4m，厚度0.5m，河床段趾板采用連接板和混凝土防滲柔性連接，連接板寬度3m，厚度0.5m。周邊縫設(shè)置底、頂兩道止水，張性板間縫設(shè)置底、頂兩道止水，壓性板間縫設(shè)置一道底止水，面板和防浪墻間的水平縫設(shè)置底、頂兩道止水。河床段趾板建在覆蓋層上，采用槽孔混凝土防滲墻進行垂直防滲，混凝土防滲墻厚度0.8m，防滲墻底部嵌入基巖lm，最大處理深度41m。左右岸坡段趾板均置于基巖弱風化層中下部。在左右岸坡段趾板范圍設(shè)置固結(jié)灌漿，共布設(shè)3排，間距1.5m，孔深6m。河床段防滲墻及左右岸坡段均設(shè)置帷幕灌漿，共布設(shè)1排，間距2m，孔深為深入巖體透水率q≤5Lu，界限不小于5m。

4 地形地質(zhì)比選

4.1 瀝青心墻壩

4.1.1 左壩肩

岸坡高100m，基巖強風化層厚度3～5m，弱風化層厚度9～14m，巖體透水率q≤5Lu界限在基巖面以下55～62m。

4.1.2 河床段

現(xiàn)代河床寬102m，河床覆蓋層厚度43～53m，基巖強風化層厚度2～3m，弱風化層厚度9～11m，巖體透水率q≤5Lu界限在基巖面以下13～18m。

4.1.3 右壩肩

岸坡高度大于300m，右壩肩不穩(wěn)定體總方量24萬m3?；鶐r強風化層厚度3～5m，弱風化帶厚度12～14m，巖體透水率q≤5Lu界限在基巖面以下45～50m。

4.2 混凝土面板壩

4.2.1 左岸趾板

左岸高度100m，基巖強風化層厚度3～5m，弱風化層厚度9～14m，q≤5Lu界限在基巖面以下55～62m。

4.2.2 現(xiàn)代河床趾板段

河谷底寬125m，河床段覆蓋層厚度43～55m，基巖強風化層厚度2～3m，弱風化層厚度9～11m，q≤5Lu界限在基巖面以下13～18m。

4.2.3 右岸趾板

右岸山體高大雄厚，趾板線上不穩(wěn)定體總方量1500m3。基巖強風化層厚度3～5m，弱風化層厚度12～14m，q≤5Lu界限在基巖面以下45～50m。

5 防滲體性能比選

5.1 瀝青心墻壩

（1）防滲體位于大壩內(nèi)部，防滲性能好，防滲體耐久性和抗凍性較高，可靠性較高。

（2）防滲體對地形適應(yīng)性比混凝土面板差。防滲體位于大壩內(nèi)部，防滲體的檢修及維護工作較為困難。

5.2 混凝土面板壩

（1）防滲體位于大壩表面，防滲性能好，防滲體耐久性和抗凍性較高，可靠性較高。

（2）防滲體對各種地形的適應(yīng)性較好。

（3）防滲體位于大壩表面，防滲體的檢修及維護工作較為方便。

6 工程施工比選

6.1 瀝青心墻壩

（1）施工工序較為復雜，施工工期較長。

（2）壩體與上游圍堰可以互相結(jié)合，導流及度汛費用較低。

（3）心墻開挖范圍較小，施工較容易，高邊坡范圍小，處理容易。

6.2 混凝土面板壩

（1）壩體施工工序簡單，施工工期較短。

（2）壩體與上游圍堰無法結(jié)合，導流及度汛費用較高。

（3）左右兩岸趾板開挖高度較大，高邊坡范圍大，處理費用較高，具有一定的不可見性。

主要工程量及工程投資比選如表1。

表1 主要工程量及投資比選

7 比選結(jié)果

（1）從地形、地質(zhì)條件、工程布置、防滲體耐久性、適應(yīng)性和可靠性比較，兩種壩型均合適。

（2）從工程施工比較，瀝青心墻壩導流及度汛費用較低，心墻開挖范圍較小，施工較易，混凝土面板壩左右岸趾板高邊坡范圍大，處理費用較高，高邊坡處理存在一定的不可預見性，因此瀝青心墻壩明顯優(yōu)于混凝土面板壩。

（3）從工程投資比較，瀝青心墻壩大壩投資少，瀝青心墻壩優(yōu)于混凝土面板壩。

綜上所述，瀝青混凝土心墻壩優(yōu)于混凝土面板壩，因此本階段推薦壩型為瀝青混凝土心墻壩。

8 結(jié)語

通過對地形地質(zhì)、工程布置、防滲體耐久性、適應(yīng)性及可靠性、工程施工及工程投資等方面進行綜合比較，瀝青混凝土心墻壩、混凝土面板壩均有筑壩條件，但瀝青混凝土壩具有防滲性能好、施工工藝簡單、投資相對較少等優(yōu)點。綜上所述，瀝青混凝土心墻壩方案優(yōu)于混凝土面板壩方案。因此選定瀝青混凝土心墻壩為設(shè)計壩型。