碧湖水庫大壩選型方案分析

鄭小東

（江西省水利水電開發(fā)有限公司，南昌 330000）

1 工程概況

碧湖水庫位于江西萍鄉(xiāng)市湘東區(qū)白竺鄉(xiāng)，壩址坐落淥水河支流麻山水河中游，是淥水河支流麻山水河規(guī)劃的第6座梯級工程。 碧湖水庫壩址位于張坑河出口下游230m處，距下游原碧湖水電站廠房300m，壩址處河流大致呈南東流向，過壩后基本呈正東流向，屬橫向谷，河谷呈“U”字型，較狹窄，谷底寬35m，正常蓄水位高程處谷寬160m，河底高程132m。

2 壩型比選

根據(jù)壩址區(qū)的地形、地質(zhì)條件及壩體工程量，綜合各種壩型的適應(yīng)性進(jìn)行分析，本文擬定常態(tài)混凝土重力壩、堆石混凝土重力壩、砌石混凝土重力壩3個(gè)壩型方案進(jìn)行比較分析。

2.1 常態(tài)混凝土重力壩（方案1）

2.1.1 混凝土重力壩

正常蓄水位184.00m，50年一遇洪水設(shè)計(jì)，500年一遇洪水校核，相應(yīng)壩前水位分別為184.27m （P=2%）和186.60m（P=0.2%）。根據(jù)SL319—2005《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，本次計(jì)算確定壩頂高程187.50m，壩頂寬度7m，壩頂總長191.5m。 壩上游面151.00m高程以上為垂直，151.00m高程以下坡比為1∶0.2，壩下游面179.50m高程以上為垂直，179.50m高程以下坡比為1∶0.75，最大壩高60.50m，壩體最大底寬51.83m，壩體上、下游均設(shè)置齒槽。 壩體內(nèi)設(shè)灌漿排水廊道，尺寸2.5m×3.0m（寬×高），左右兩側(cè)分別設(shè)置交通廊道，出口設(shè)置在大壩下游靠岸坡處。

2.1.2 混凝土重力壩

溢流壩段布置于壩頂樁號0+092.50～0+126.50段，長34m。溢流堰為設(shè)弧型閘門控制的表孔溢流，堰頂高程取178.00m。 溢流堰單孔凈寬9.0m，設(shè)3孔，中墩厚2m，兩側(cè)邊墩各厚1.5m。 溢流堰面按冪曲線y=0.0878×1.85，與下游1∶0.75壩坡相接，溢流堰原點(diǎn)上游用三圓弧與上游壩面相接。

2.1.3 消能防沖

消能采用挑流消能方式，主壩溢流面與下游挑流鼻坎連接，挑流鼻坎高程144.38m，挑角18°，反弧半徑18m，將水流消能后挑射至下游河床。 下游護(hù)坦長30m，底板高程132.50m，底板混凝土厚度0.8m，護(hù)坦兩側(cè)設(shè)重力式擋墻，護(hù)坦底板設(shè)φ70排水管，梅花型布置。

2.2 堆石混凝土重力壩（方案2）

該方案總體布置與方案1基本相同，但非溢流壩采用堆石混凝土重力壩，筑壩材料和施工工藝不同。堆石混凝土重力壩壩體除溢流壩溢流面和壩體廊道四周采用常態(tài)混凝土外，其余部位均使用堆石混凝土或自密實(shí)混凝土。堆石混凝土是先堆石入倉，然后澆筑自密實(shí)混凝土SCC，利用高流動(dòng)性、抗分離性能好、穿透能力強(qiáng)的專用自密實(shí)混凝土，依靠其自重完全充填塊石空隙而形成完整、密實(shí)、低水化熱的大體積混凝土。堆石混凝土具有施工工藝簡單、水化溫升低、施工效率高。

2.3 砌石混凝土重力壩（方案3）

該方案總體布置與方案1基本相同，但非溢流部分采用砌石混凝土重力壩，砌石混凝土壩壩身主要由料細(xì)石混凝土砌石而成。為了防止?jié)B水，在迎水面設(shè)有防滲面板。

砌石重力壩優(yōu)點(diǎn)主要有：①就地取材、節(jié)約鋼材、木材、水泥；②壩頂可泄流；③施工期允許壩體過水；④施工操作技術(shù)易于掌握，施工期安排較靈活。缺點(diǎn)是：施工機(jī)械化較困難，施工速度較慢，使用勞力較多。

2.4 壩型比較

本工程3種方案均為重力壩方案，因筑壩材料和施工工藝不同，故3種壩型相應(yīng)壩址地質(zhì)地形條件、樞紐布置形式、工程占地等方面基本相同。

2.4.1 施工條件

（1）由于各方案填筑材料不同，相應(yīng)施工工藝也不相同。常態(tài)混凝土重力壩施工方便，施工工作面較為集中，機(jī)械化程度高，施工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，質(zhì)量易控制，施工時(shí)外部因素影響小，施工期混凝土溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力大，需采取相應(yīng)的溫控措施。

（2）堆石混凝土重力壩施工工藝簡單，施工機(jī)械化程度高，能充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，水化溫升小，但要求塊石質(zhì)量高，不確定外部因素多，缺乏相關(guān)技術(shù)規(guī)范，雖然有水利部頒發(fā)的 《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》，但推廣方提供的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)與堆石混凝土力學(xué)性能有出入，建設(shè)過程中需要適當(dāng)更換壩體建筑材料，并將建筑層厚度控制在堆石混凝土技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上。

（3）混凝土砌石重力壩在施工中就地取材、混凝土用量小，施工操作技術(shù)易于掌握，施工期安排較靈活。 但施工機(jī)械化較困難，施工速度慢，施工質(zhì)量控制難。常態(tài)混凝土重力壩、堆石混凝土重力壩工期均為35個(gè)月，砌石混凝土重力壩施工工期41個(gè)月，則常態(tài)和堆石混凝土重力壩少6個(gè)月工期。 綜上分析，在施工條件上，常態(tài)混凝土重力壩最優(yōu)，堆石混凝土重力壩次之，砌石混凝土重力壩最差。

2.4.2 建筑材料

3種壩型均屬重力壩，對壩基持力層的要求基本相同，唯一區(qū)別即筑壩材料的不同。因工程區(qū)出露地層巖性以板巖類較軟巖為主，不能作為壩體材料，均需外購。經(jīng)查明，本工程石料為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖、砂巖、礫巖，分布在白竺鄉(xiāng)磊鑫采石場、湘東鎮(zhèn)詩源采石場，運(yùn)距9～20km不等，綜合分析，3種壩型材料相當(dāng)。

2.5 工程量和投資比較

根據(jù)3方案地形地質(zhì)條件和工程布置，進(jìn)行同精度比較，如表1。

表1 各壩型主要工程量及投資比較

根據(jù)表1，方案1比方案2、方案3投資分別大716.6萬，1091.7萬元，分別占工程投資的5.0%，7.6%。

3 結(jié)語

方案1（常態(tài)混凝土重力壩）與方案2（堆石混凝土重力壩）和方案3（砌石混凝土重力壩）在地形地質(zhì)條件和樞紐布置上相當(dāng)，方案1比方案2、方案3投資分別大716.6萬，1091.7萬元，分別占工程投資的5.0%，7.6%；但方案1同方案2相比，技術(shù)更為成熟，外部影響因素小及后期運(yùn)行管理方面； 同方案3相比，機(jī)械化程度高，質(zhì)量易控制，工期短及后期運(yùn)行管理方便，且本工程壩高較高（60.5m）。 因此，本工程選擇方案1（大壩為常態(tài)混凝土重力壩）作為選定壩型。