新疆北部KST 水庫壩型方案比選分析

王 飛

（淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 前言

新疆地域遼闊，戈壁廣袤，筑壩材料較為豐富，當(dāng)?shù)夭牧蠅尉哂邪踩?、?jīng)濟(jì)等優(yōu)勢，在新疆壩工建設(shè)中是應(yīng)用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型。以KST 水庫為例，就壩址處的地形、地質(zhì)條件及筑壩材料等方面考慮，對碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩和混凝土面板砂礫石壩進(jìn)行壩型比選分析，為干旱寒冷區(qū)筑壩提供理論和實踐經(jīng)驗。

2 工程概況

KLS 水庫位于北疆西部山區(qū)，屬中溫帶大陸性半干旱，半荒漠草原氣候，降雨較多，蒸發(fā)量較小，日照充足。水庫總庫容為843.16 萬m3，下游控制灌溉面積4.8 萬畝，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》［1]（SL 252-2017），確定本工程等別為Ⅳ等?。?）型工程，永久性主要建筑物大壩、溢洪道、導(dǎo)流兼放水洞4 級建筑物，兩壩肩邊坡處理工程為5 級建筑物，臨時建筑物為5 級。庫岸道路1.6 km, 采用公路Ⅳ建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)1/400 萬《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》［2]（GB 18306-2015），本區(qū)50 a 超越概率為10%時地震動峰值加速度為0.2 g，相應(yīng)地震基本烈度Ⅷ度，屬區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性差地段。

3 壩型比選

（1）混凝土面板砂礫石壩

砼面板堆石壩壩頂高程1214 m，壩高為68 m，壩頂長度448 m，壩頂寬度為8 m。壩頂設(shè)“L”形鋼筋砼防浪墻，墻高3.0 m，墻頂高程1215 m。壩體上、下游壩坡根據(jù)筑壩材料性質(zhì)和國內(nèi)外已建工程經(jīng)驗擬定，上游壩坡為1∶1.6，下游壩坡為1∶1.6，設(shè)置1 層寬6 m 的馬道，綜合坡比為1∶1.76。壩體分區(qū)自上游至下游分別為上游鋪蓋保護(hù)區(qū)、鋼筋砼面板、墊層區(qū)、壩體堆砂礫石填筑區(qū)以及下游壩坡預(yù)制砼板護(hù)坡。面板厚度0.4 m。河床部位趾板置于覆蓋層上，通過連接板與上游混凝土防滲墻連接。兩岸趾板置于基礎(chǔ)泥巖強(qiáng)分化層下部。河床平趾板寬度6 m，厚0.6 m。兩岸趾板寬度分為6 m，趾板厚度為0.6 m。趾板總長470 m。

（2）瀝青混凝土心墻壩

壩頂高程為1214 m，壩頂寬度為8 m，瀝青砼心墻壩最大壩高68 m，上游坡比為1∶2，下游坡比為1∶1.8，設(shè)置1 級馬道，綜合坡比為1∶1.95。壩頂上游側(cè)設(shè)置“L”型鋼筋混凝土防浪墻，心墻厚度0.6 m，底部與砼基座接觸處厚度由0.6 m 漸變?yōu)?.8 m；心墻基座采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，寬度為4 m 連同兩側(cè)鋪蓋基礎(chǔ)總寬度為12 m?；穸葹?.3 m，砼強(qiáng)度等級為C25，抗?jié)B等級為W8，抗凍等級為F250。瀝青砼骨料采用大東溝石灰石料場開采加工制備料，運距60 km 以內(nèi)。瀝青砼中瀝青采用克拉瑪依水工瀝青。

（3）粘土心墻壩堆石壩

初步擬定壩頂寬度為8 m，壩頂高程為1214 m。壩頂上游側(cè)設(shè)置“L”型鋼筋混凝土防浪墻，既起擋土作用，又起擋水作用，同時可以節(jié)省壩體填筑工程量。墻底高程1212 m，高出正常蓄水位1.22 m，墻頂高程1215 m，墻高3.0 m，壩頂以上墻高1.0 m。上、下游主壩體采用砂礫石料填筑，確定上游坡比為1∶2，下游坡比為1∶1.8，設(shè)置1 級馬道，綜合坡比為1∶1.95。壩體填筑分區(qū)從上游至下游分為：A1 上游堆砂礫石料區(qū)、B1 上游過渡料區(qū)、C 粘土心墻、B2 下游過渡料區(qū)、A2 下游堆砂礫石料區(qū)。由于該工程位于強(qiáng)震區(qū)，粘土心墻防滲體采用正心墻，心墻防滲體軸線位于壩軸線上游1.2 m，頂高程1213.000 m，頂寬4 m，粘土心墻防滲體兩側(cè)邊坡為1∶0.25，河床建基面高程1146 m，粘土心墻最大底寬25 m。心墻防滲體坐在河床砂礫石層上，在建基面上澆筑0.5 m 厚的C20 混凝土蓋板，將防滲體與河床砂礫石層分隔開來，以防止接觸沖刷，心墻頂部與壩頂防浪墻緊密結(jié)合。

現(xiàn)從三種壩型的地形地質(zhì)條件、樞紐布置條件、壩基處理、對當(dāng)?shù)貧夂蜻m應(yīng)能力、施工條件、防滲防凍處理、穩(wěn)定性分析、工程投資等方面進(jìn)行比較，見表1。

表1 壩型比選表

（4）比選分析

1）地形地質(zhì)條件

根據(jù)壩址區(qū)地形、地質(zhì)條件，參與壩型比較的瀝青砼心墻堆砂礫石壩、粘土心墻堆砂礫石壩和砼面板堆砂礫石壩三種壩型均較為適宜，無明顯優(yōu)缺點。壩基河床覆蓋層沖洪積壤土層和砂卵礫石層厚15 m～28 m，下部砂礫石層厚4 m～21 m，含有較多的漂石，基本無成層的砂土分布，存在砂土震動液化的可能性不大。砂卵礫石層承載力較高，抗變形能力較強(qiáng)，透水性強(qiáng)，挖除表部松散層后，下部密實層可作為壩基持力層。三種壩型均為當(dāng)?shù)夭牧蠅危浠A(chǔ)防滲處理方式及壩基、壩肩的清基和削坡處理方案基本相同。

2）樞紐布置比較

三種壩型樞紐建筑物的布置格局基本相同。三種壩型壩基及壩肩的防滲及開挖工程量基本相當(dāng)。

3）施工條件比較

三種壩型施工導(dǎo)流方式相同，即均采用河床一次斷流、圍堰擋水，導(dǎo)流洞導(dǎo)流的方案，上下圍堰及導(dǎo)流洞布置格局基本相同。三種壩型均為碾壓式土石壩，施工方法也基本相當(dāng)。

砼面板堆砂礫石壩壩體填筑施工工序和施工工藝相對較為簡單，施工干擾較小，受當(dāng)?shù)貧夂驐l件影響因素較少。

瀝青砼心墻壩較砼面板壩其鋼筋、砼等外運材料用量少，壩體上、下游護(hù)坡施工受壩體填筑影響較小。瀝青砼心墻和壩體堆石料施工基本不受氣候條件影響，在-25℃低溫條件下可正常施工，可大大縮短施工工期，施工進(jìn)度最快。

粘土心墻壩較砼面板壩其鋼筋、砼等外運材料用量少。心墻土料施工受氣候條件影響較大，本地土料粘粒含量偏低，需要爆破開采和機(jī)械破碎泥巖，心墻土料制備費用高，對大壩投資影響較大。

4）主要工程量及投資比較

三種壩型瀝青砼心墻砂礫石壩總投資12162.47 萬元，粘土心墻砂礫石壩總投資12309.83 萬元，砼面板壩總投資12275.54 萬元。工程投資方面比較分析，采用瀝青砼心墻相對砼面板壩和粘土心墻砂礫石壩，壩體投資相對低。

4 結(jié)論

通過從地形地質(zhì)條件、樞紐建筑物布置、施工條件及工程投資等方面綜合比較分析，瀝青砼心墻堆石壩具有技術(shù)可靠，抗震性能好，基礎(chǔ)地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，施工簡單，工期短等優(yōu)點，本次壩型選擇初擬瀝青砼心墻壩作為推薦壩型。