交口縣南河水庫工程設計壩型比選

馮城偉

（山西水務交口供水開發(fā)建設管理有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

南河水庫壩址位于交口縣東部的大麥郊河支流南河上，距交口縣城直線距離20 km，距桃紅坡鎮(zhèn)3.0 km。壩址以上主河道長13.2 km，河道平均縱坡26.1‰，流域平均寬度2.38 km，流域形狀系數(shù)0.181，屬山區(qū)長形流域。水庫從中部引黃工程交汾靈支線隧洞取水，經(jīng)大麥郊地下泵站提水注入庫內(nèi)。

2 壩型分析

根據(jù)可行性研究階段選定的上壩址，對混凝土面板堆石壩、粘土斜墻砂礫石壩、均質(zhì)土壩、膠凝砂礫石壩四種壩型的工程布置、施工條件、建筑材料、工期、投資等方面進行綜合論證比較。

2.1 混凝土面板堆石壩方案

2.1.1 大壩設計

上壩址混凝土面板堆石壩方案由大壩、溢洪道、取水兼放空埋管及庫區(qū)水平防滲等建筑物組成。大壩設計洪水標準為50年一遇，入庫洪峰流量64.20 m3/s，設計洪水位1 171.87 m。校核洪水標準為1 000年一遇，入庫洪峰流量67.36 m3/s，校核洪水位1 172.58 m。水庫正常蓄水位1 171.00 m，死水位1 150.18 m。

混凝土面板堆石壩方案樞紐布置：主河床布置混凝土面板堆石壩，右岸布置開敞式溢洪道，取水兼放空埋管布置于大壩右岸。壩頂高程為1 172.60 m，防浪墻頂高程1 173.80 m。最大壩高49.6 m，壩頂寬6.0 m，壩軸線長344.62 m，壩頂采用混凝土路面，壩頂設“L”型防浪墻。

壩體分區(qū)從上游至下游依次為上游蓋重區(qū)、上游鋪蓋區(qū)、混凝土面板、墊層、過渡層、主堆石區(qū)、下游堆石料區(qū)和超徑拋石區(qū)。大壩上游設鋼筋混凝土面板防滲，采用40 cm等厚面板。趾板布置采用利于施工的平趾板，順地形布置。河床及左右岸趾板基礎均坐落于弱風化白云質(zhì)灰?guī)r中上部。面板壩在岸坡及河床趾板范圍內(nèi)進行固結灌漿，共分3排布置，間排距均為2.0 m，灌漿深度為5 m。

2.1.2 施工條件

工程區(qū)屬亞寒帶大陸性氣候，多年平均降水量為569.9 mm，汛期（6～9月）降水量占全年的70%，多年平均蒸發(fā)量為1 678.2 mm。冬季氣溫低，12～2月平均氣溫零度以下，需停工。壩址下游河谷寬平，平時無水，現(xiàn)狀多被當?shù)鼐用耖_墾為旱地，施工場地及生活辦公設施，可布置于兩岸高程稍高位置。

施工交通、供電條件較好，天然建筑材料儲量豐富、運距近。施工及生活用水從桃紅坡鎮(zhèn)深部巖溶水井取水，取水時間需避開當?shù)鼐用裼盟叻鍟r段，由管道輸水至施工現(xiàn)場調(diào)蓄水池儲存使用，管道距離約6 km。施工導流：壩址兩岸巖體裂隙巖溶發(fā)育，采用隧洞導流成洞條件差，導流洞需全斷面襯砌，造價高，施工工期長。計劃施工總工期29個月。

2.2 粘土斜墻砂礫石壩方案

2.2.1 大壩設計

粘土斜墻砂礫石壩正常蓄水位為1 171.00 m。壩頂高程為1 172.60 m，防浪墻頂高程1 173.80 m。壩頂寬度為6 m，最大壩高47.60 m，壩頂長344.0 m。壩頂采用混凝土路面，厚度25 cm，為排除雨水，壩頂向下游單向傾斜，坡度為2%。在壩頂上游側設置C 25鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高出壩頂1.2 m，防浪墻頂高程1 173.80 m，墻高2.5 m，底寬2.6 m，墻厚0.5 m。粘土斜墻位于大壩上游面防凍層下游側，頂部高程1 171.30 m，頂部水平寬度3 m，底部高程1 118.44 m。粘土斜墻上游側坡度與上游壩坡保持一致，斜墻底部至基巖，形成截水槽，截水槽底寬8.0 m。

粘土斜墻上游側，加設復合土工膜增強防滲效果，壩體填筑分區(qū)從上游至下游依次為上游墊層、上游防凍層、粘土斜墻、反濾層、砂礫石區(qū)、下游排水棱體。為使粘土斜墻砂礫石壩工作安全可靠，需對壩基及兩岸岸坡進行處理，將粘土斜墻砂礫石壩基礎嵌入下部較密實的砂礫石層中，并對壩基下砂礫石進行一定的強夯壓實處理，防止壩基產(chǎn)生不均勻變形。

2.2.2 施工條件

與面板堆石壩方案相同，土料場和砂礫石料場均位于大壩下游，筑壩材料可通過布置于下游壩坡上的臨時道路運輸上壩。壩體施工總進度安排與面板堆石壩差別不大，上游壩面防滲復合土工膜和護坡施工無需等待壩體沉降，計劃施工總工期26個月。

2.3 均質(zhì)土壩方案

2.3.1 大壩設計

最大壩高45.6 m，壩頂長度344.0 m，設計壩頂高程1 172.60 m，防浪墻頂高程為1 173.80 m，壩頂寬度6.0 m。壩體上游坡比從上至下分別為1∶2.75、1∶3.0，在高程1 151.00 m處設寬2.0 m的馬道。壩體下游坡比從上至下分別為1∶2.25、1∶2.5，在高程1 153.00 m處設寬2.0 m的馬道。塊石排水棱體平臺高程1 133.00 m，頂寬3.0 m，內(nèi)坡坡度為1∶1，外坡坡度為1∶1.5。上游壩面護坡采用300 mm厚干砌石護坡，從壩頂1 172.60 m高程，護至壩腳。庫區(qū)水平防滲沿壩基敷設至壩體內(nèi)60 m。下游壩面護坡采用300 mm厚干砌石護坡，從壩頂1 172.60 m高程，護至排水棱體頂部1 133.00 m高程。在壩軸線上游側設截水槽，底寬10.0 m，截水槽底高程位于強風化巖基上。壩體填筑分區(qū)主要為壩體及排水棱體。大壩左岸覆蓋層為黃土狀粉質(zhì)壤土，具有中等濕陷性，需全部挖除，右岸岸坡礫質(zhì)土全部挖除，其他部位平均清基厚度約為1.0 m。

2.3.2 施工條件

與面板堆石壩方案相同。均質(zhì)土壩壩體材料單一，施工方便，但粘土填筑受降雨和低溫影響較大。壩體計劃施工總工期25個月，施工總工期受庫區(qū)水平防滲處理控制，庫區(qū)水平防滲施工總工期為27個月。

2.4 膠凝砂礫石壩方案

2.4.1 大壩設計

膠凝砂礫石壩設計洪水標準為50年一遇（洪峰流量64.20 m3/s），校核洪水標準為1 000年一遇（洪峰流量139.00 m3/s），正常蓄水位1 171.00 m。壩頂高程1 172.60 m，防浪墻頂高程1 173.80 m，最大壩高53.6m，壩頂長度343.0 m，壩頂寬度6.0 m，壩長343.0 m。上游側設防浪墻，墻頂高程1 173.80 m，高出壩頂1.2 m，下游側墻設1.0 m高預制C 20混凝土欄桿。

壩址處河床表層覆蓋砂礫石層，上部松散，下部結構較密實，下伏基巖為奧陶系中統(tǒng)峰峰組白云質(zhì)灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r。左岸多為第四系黃土狀壤土覆蓋，右岸為的礫質(zhì)土，兩岸基巖零星出露。膠凝砂礫石壩可建在強風化上部基巖上，壩基下覆蓋層較全部清除，基礎坐落于強風化白云質(zhì)灰?guī)r上部。膠凝砂礫石壩河床及岸坡基礎均進行固結灌漿，灌漿孔間排距均為2.0 m，灌漿深度為5.0 m。

2.4.2 施工條件

與粘土斜墻壩方案及面板堆石壩方案相同，砂礫石料場位于大壩下游，筑壩材料可通過分層布置于下游岸坡上的臨時道路運輸上壩。壩體填筑砂礫石從料場開采后運至拌合站堆料場，經(jīng)格篩剔除超徑石料后，由拌合站拌制，成品料直接由自卸汽車運輸上壩填筑，推土機平倉，振動碾碾壓。計劃施工總工期21個月。

3 壩型比較分析

3.1 地形地質(zhì)條件

本工程壩址處河谷地形較為開闊，河床及兩岸覆蓋層較厚，地形地質(zhì)條件對以上4種壩型均不存在制約。但膠凝砂礫石壩基礎需座落在基巖上，河床及兩岸覆蓋層開挖工程量較大，基礎處理工程量較大。

3.2 工程布置

均質(zhì)土壩方案、面板堆石壩方案、粘土斜墻砂礫石壩方案的布置型式基本相同，各建筑物間相對分散。膠凝砂礫石壩方案擋、泄、取水建筑物均至于主河床，布置相對集中，充分利用了其“重力壩樞紐”布置的特點。各方案的庫區(qū)水平防滲布置，河床及兩岸覆蓋層均采用鋪設土工膜及基巖面澆筑混凝土面板的防滲形式，防滲布置相同。從工程布置和庫區(qū)防滲布置上看，4種方案均合理可行，膠凝砂礫石壩方案布置集中，利于泄洪、取水及放空，且泄洪取水工程量較少，此方案略占優(yōu)。

3.3 建筑材料

本工程天然建筑材料豐富，可充分利用當?shù)亟ú闹危? km內(nèi)運距的天然建材儲量及質(zhì)量，均可滿足以上壩型的筑壩需求。4種方案均合理可行。

3.4 施工條件及工期

各方案施工條件和施工導流方案相同。面板堆石壩石料場位于大壩上游，石料運輸?shù)纳蠅蔚缆芬缭街喊?，需對趾板進行保護，上壩道路占壓部分水平防滲，需待上壩道路拆除以后施工；其他方案壩料均通過布置于下游壩坡上的臨時道路運輸上壩。

面板堆石壩壩體預沉降和防滲面板澆筑工期較長，總工期29個月；粘土斜墻壩總工期為26個月；均質(zhì)土壩方案總工期為25個月；膠凝砂礫石壩壩體工程量較小，雨季時的施工要求較低，總工期21個月。各方案中面板堆石壩方案在施工布置和施工工期方面條件稍差。綜合考慮各方案施工總工期均受庫區(qū)水平防滲處理控制，施工總工期均在33個月左右。

3.5 投資

混凝土面板堆石壩方案、粘土斜墻砂礫石壩方案、均質(zhì)土壩方案、膠凝砂礫石壩方案的建筑工程投資分別為1.85億元、1.67億元、1.35億元及3.36億元，從工程投資來看，均質(zhì)土壩方案建筑工程投資最省。

4 結語

對4種壩型從地形地質(zhì)條件、工程布置、施工條件、工程投資等方面進行綜合分析比較，均質(zhì)土壩方案具有材料單一，結構簡單，施工較便利并可充分利用當?shù)靥烊唤ú?，且工程量及投資最省，有較好的適應性和經(jīng)濟性，因而將均質(zhì)土壩作為推薦壩型。