新疆莫莫克水利樞紐工程壩型方案比選

張聚峰

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院地質(zhì)勘察研究所，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

新疆莫莫克水利樞紐工程，位于提孜那甫河中游山區(qū)河道上，正常蓄水位為1 894.0 m，水庫(kù)總庫(kù)容9 265 萬(wàn)m3，電站總裝機(jī)容量26 MW，屬Ⅲ等中型工程。工程主要建筑物由擋水壩、溢洪道、泄洪沖沙洞、發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房等組成。該樞紐是提孜那甫河上的控制性工程，起著龍頭水庫(kù)的重要作用，主要承擔(dān)防洪、灌溉兼顧發(fā)電的工程任務(wù)。

壩址區(qū)出露的地層主要為第四系下更新統(tǒng)西域組（Q1x）及第四系松散堆積物（Q2～Q4）。壩址區(qū)基巖主要為巨厚層西域礫巖，以泥質(zhì)膠結(jié)為主，局部泥鈣質(zhì)膠結(jié)，屬極軟巖，屬弱～微透水層。壩址巖體構(gòu)造不發(fā)育。除壩址右岸分布崩塌體BT1外，壩址區(qū)無(wú)大的邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。壩址區(qū)河床覆蓋層厚度12～16 m，為單一成因的砂卵礫石，無(wú)連續(xù)砂層分布，無(wú)地震液化問(wèn)題，結(jié)構(gòu)密實(shí)砂卵礫石屬中～強(qiáng)透水層。

壩址區(qū)河谷呈“U”型，河谷底寬270 m，河床段覆蓋層最大深度約15 m。下伏基巖為第三系西域礫巖，基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚3～5 m，弱風(fēng)化層厚8～10 m。左岸出露地層巖性主要為第四系沖洪積低液限粉土、砂卵礫石和第三系西域礫巖?；鶐r強(qiáng)風(fēng)化層厚3～5 m，弱風(fēng)化層厚8～10 m。右岸岸坡高陡，坡高大于100 m，岸坡1 900 m 以下基巖裸露，巖性為第三系西域礫巖。

2 壩址比選

擬建壩址上下兩壩線相距85 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容相同，樞紐承擔(dān)的工程任務(wù)相同。交通條件、氣候條件、施工條件基本相同，兩壩線正常蓄水位相同，補(bǔ)償費(fèi)用基本相當(dāng)。因此對(duì)上、下壩線從地形地質(zhì)條件、樞紐布置、施工條件、及投資進(jìn)行比較。

在地形地質(zhì)條件上，下壩線河谷谷底寬度較上壩線河谷谷底狹窄，但正常蓄水位對(duì)應(yīng)的上壩線河谷寬度較下壩線狹窄，兩壩線處河床覆蓋層均為15 m 左右；兩壩線巖體完整性及堅(jiān)硬程度基本相同；基巖透水率q＜3 Lu，上壩線較下壩線界限埋深淺；兩壩線方案均存在右岸壩肩邊坡高陡、處理工程量大，且施工困難的特點(diǎn)；兩方案其它建筑物的布置基本一致，下壩線表孔溢洪道進(jìn)口引渠，穿越階地長(zhǎng)度較長(zhǎng)，處理難度相對(duì)較大。兩壩線均具備建壩的工程地質(zhì)條件，上壩線工程地質(zhì)條件略優(yōu)于下壩線。

從工程布置上看，上壩線瀝青混凝土心墻壩壩長(zhǎng)370 m，最大壩高75.0 m，左岸布置表孔溢洪道，泄洪沖沙洞及發(fā)電洞布置在右岸；下壩線瀝青混凝土心墻壩壩長(zhǎng)437.7 m，最大壩高70.0 m，左岸布置表孔溢洪道，泄洪沖沙洞及發(fā)電洞布置在右岸。上下壩線相距較近，下壩線相對(duì)較低，但壩線較長(zhǎng)，表孔溢洪道布置于左壩肩，泄洪沖沙洞與發(fā)電引水系統(tǒng)布置于河道右岸，各建筑物進(jìn)水口均不太順直。

從施工條件分析，上下壩線僅相距85 m，其施工條件基本一樣。施工生產(chǎn)、生活區(qū)、場(chǎng)內(nèi)交通主要布置在左岸。右岸建筑物高邊坡開挖高程相同，施工道路布置條件一樣。

兩壩線投資估算結(jié)果表明，上壩線工程投資151 825.35 萬(wàn)元，比下壩線工程投資153 357.83 萬(wàn)元，節(jié)省0.147 億元。

綜上所述，從地形地質(zhì)條件、樞紐布置、施工條件、及投資估算等幾方面比較，推薦采用上壩線。

3 壩型設(shè)計(jì)方案

3.1 混凝土面板壩（方案一）

樞紐布置型式。河谷較窄，建筑物布置不順直。在主河床布置混凝土面板壩，在左岸布置表孔溢洪道，底孔、發(fā)電引水系統(tǒng)布置在右岸，采用地面廠房。

施工條件及工期。氣溫、降水和大風(fēng)等氣象條件，對(duì)面板壩施工影響較小；面板壩料場(chǎng)開采條件簡(jiǎn)單，但壩料種類多，分布范圍較大。圍堰與壩體分開，設(shè)計(jì)工期4 年。

建筑材料?；炷凉橇霞吧暗[料等建材資源豐富。從混凝土面板壩對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻倪m應(yīng)能力看，因面板位于壩體表面，雖然面板的裂縫影響混凝土的耐久性，但當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶜鉁貫?1.1℃，較適宜修建混凝土面板壩。

抗震安全性。主堆石體在防滲面板的保護(hù)下處于干燥狀態(tài)，能抵抗強(qiáng)震而產(chǎn)生的小變形，壩體穩(wěn)定性好，面板開裂后易修復(fù)。

工程投資153 357.83 萬(wàn)元。

3.2 瀝青混凝土心墻壩（方案二）

在主河床布置瀝青混凝土心墻壩，其他建筑物布置與混凝土面板壩布置相同。建筑材料，混凝土骨料及砂礫料等建材資源豐富。堿性骨料采用外購(gòu)、運(yùn)距較遠(yuǎn)。

施工條件及工期。氣溫、降水和大風(fēng)等氣象條件對(duì)心墻壩施工影響因素較??；心墻壩料場(chǎng)開采條件簡(jiǎn)單，但壩料種類多，分布范圍較大。施工圍堰與壩體結(jié)合，設(shè)計(jì)工期4 年。

瀝青混凝土心墻壩對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蜻m應(yīng)能力。心墻位于壩體內(nèi)部，受氣溫影響較小，瀝青混凝土心墻適宜變形，對(duì)產(chǎn)生的裂縫有較強(qiáng)的自愈能力，瀝青混凝土的耐久性較好。

抗震安全性。瀝青混凝土抗剪強(qiáng)度高，抗疲勞損傷的能力強(qiáng)，具有較好的塑性與柔性。由于正常蓄水位對(duì)應(yīng)的下壩線河谷寬度比上壩線略寬，表孔溢洪道布置于左壩肩、泄洪沖沙洞與發(fā)電引水系統(tǒng)布置于河道右岸，各建筑物進(jìn)水口均不太順直。

工程投資151 825.35 萬(wàn)元。

4 壩型比選分析

4.1 兩壩型對(duì)地形地質(zhì)條件的適應(yīng)性

地形、地質(zhì)條件對(duì)兩種壩型沒(méi)有制約性因素，具備修建瀝青心墻壩和面板壩的地形地質(zhì)條件，工程區(qū)附近填筑壩殼所用的砂礫石料的儲(chǔ)量、質(zhì)量均滿足兩種壩型要求，兩種壩型工程地質(zhì)條件差別不大。

4.2 兩壩型壩軸線布置及樞紐布置

根據(jù)選定的壩線區(qū)的地形地質(zhì)條件，碾壓式瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板砂礫石壩，兩種壩型方案采用相同的壩軸線，樞紐布置方案基本相同，在主河床布置攔河壩，在左岸布置表孔溢洪道、泄洪沖沙洞，發(fā)電引水系統(tǒng)布置在右岸，采用地面式廠房。

兩方案不同之處在于碾壓式瀝青混凝土心墻壩方案，上游圍堰與壩體結(jié)合；混凝土面板砂礫石壩方案，上游圍堰與壩體未結(jié)合，泄洪沖沙洞進(jìn)口引渠與上游圍堰存在交叉，需修建擋墻圍擋上游圍堰。因此，混凝土面板砂礫石壩會(huì)比碾壓式瀝青混凝土心墻壩施工繁瑣一些。

4.3 建筑材料及壩料制備

樞紐區(qū)有豐富的筑壩材料，4 個(gè)砂礫石料場(chǎng)（合計(jì)儲(chǔ)量1 127 萬(wàn)m3）所選砂礫料儲(chǔ)量較豐富，開采條件好，質(zhì)量可滿足壩殼料技術(shù)要求。在新藏公路93 km東側(cè)，有葉城天山水泥有限公司礦場(chǎng)，可購(gòu)買成品灰?guī)r料，成品堿性骨料的巖性主要為厚層石灰?guī)r，儲(chǔ)量大，運(yùn)距約120 km，交通條件便利。經(jīng)兩方案壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定各方案的壩體填筑量和混凝土工程量，見表1。

表1 不同壩型主要工程量匯總表

從建筑材料和壩料的制備上，樞紐區(qū)的建筑材料均能滿足不同壩型的需求，不存在制約條件。

4.4 施工條件

兩種壩型在施工上均不存在無(wú)法克服的技術(shù)困難，可以按進(jìn)度要求進(jìn)行建設(shè)。面板壩和心墻壩施工在有效施工期內(nèi)氣候影響因素都比較小。但是由于面板壩趾板斜穿右岸陡邊坡，右岸壩肩石方開挖；混凝土澆筑和基礎(chǔ)處理較困難。而心墻壩圍堰與壩體結(jié)合可節(jié)省導(dǎo)流工程量。并且在道路布置上，面板壩方案需布置3 座跨趾板施工臨時(shí)鋼橋，大大增加了施工的難度和復(fù)雜程度。因此，就施工而言，碾壓式瀝青混凝土心墻壩要優(yōu)于混凝土面板堆石壩。

4.5 抗震性能

瀝青混凝土是一種粘彈塑性材料，彈模較低，變形模量和動(dòng)剪切模量大，抗疲勞性能強(qiáng)，變形能力強(qiáng)，可隨壩體一起變形而不產(chǎn)生裂縫，即使在強(qiáng)震時(shí)瀝青混凝土心墻產(chǎn)生了裂縫，后期也可自行愈合，防滲體是安全可靠的。構(gòu)成壩體的壩殼料透水性較大，壩體穩(wěn)定性較好。

混凝土面板砂礫石壩同樣具有良好的抗震性能，主堆石體在混凝土防滲面板的保護(hù)下處于干燥狀態(tài)，能抵抗強(qiáng)震而產(chǎn)生的小變形，壩體穩(wěn)定性好。就抗震性能而言，兩壩型方案均具備良好的抗震穩(wěn)定性。

4.6 工程量

從工程量來(lái)說(shuō)，瀝青心墻壩壩坡較緩，大壩主體填筑量大于面板壩，不同壩型主要工程量匯總見表2。

表2 不同壩型主要工程量匯總表

4.7 工程投資

工程總投資。面板壩方案為15.33 億元，瀝青心墻壩方案為15.18 億元，瀝青心墻壩方案較面板壩方案低0.15 億元左右。不同壩型投資對(duì)比具體見表3。

5 結(jié)論

結(jié)合以上分析，從投資估算看，下壩線混凝土面板壩比上壩線瀝青混凝土心墻壩高0.15 億元。兩壩型在地形地質(zhì)條件適應(yīng)性、建筑材料及壩料制備、抗震性能、工程量四個(gè)方面差別不大。從兩壩型的壩軸線布置及樞紐布置、施工條件、工程量這三個(gè)方面看，碾壓式瀝青混凝土心墻壩要優(yōu)于混凝土面板堆石壩。綜合上述分析，碾壓式瀝青混凝土心墻壩方案具有技術(shù)可靠，施工較簡(jiǎn)單，工程投資略優(yōu)的特點(diǎn)，經(jīng)綜合分析，選定上壩線碾壓式瀝青混凝土心墻壩為推薦壩型。

表4 不同壩型投資對(duì)比表 單位：萬(wàn)元