清沙河水庫(kù)的壩型比較與選擇

陸宇

（貴州拓土資源開發(fā)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

0 引言

清沙河水庫(kù)工程位于我國(guó)貴州省息烽縣永靖鎮(zhèn)新蘿村境內(nèi)，通往水庫(kù)區(qū)域的交通相對(duì)比較便利，水庫(kù)工程所處的河流屬于長(zhǎng)江流域?yàn)踅迪⒎楹又Я?，該流域?nèi)部多年平均降雨量保持在1100mm，同時(shí)水庫(kù)大壩壩址以上的集雨面積大小為16.5km2。本次清沙河水庫(kù)工程建設(shè)施工工程等級(jí)設(shè)計(jì)為IV等，水庫(kù)工程大壩為重力壩結(jié)構(gòu)壩頂部高層1235.5m，最大壩體高度為38.5m，水庫(kù)大壩軸線長(zhǎng)度為215m，大壩頂部寬度為5.0m，大壩底部寬度為31.50m，水庫(kù)工程的總庫(kù)容量達(dá)到361萬(wàn)m3，水庫(kù)工程的正常蓄水量為290.5萬(wàn)m3，水庫(kù)死庫(kù)容量為32.6萬(wàn)m3。水庫(kù)工程為500畝周圍的農(nóng)田區(qū)域提供出必要的灌溉用水，并且清沙河水庫(kù)工程受到淹沒水位等方面條件的限制和影響，在本階段的設(shè)計(jì)工作過程中保證率大小為95%的條件下，可供水量可以達(dá)到405.5萬(wàn)m3，無(wú)法有效保證縣城內(nèi)部人們的日常用水需求。

1 水庫(kù)大壩壩型對(duì)比和選擇

1.1 水庫(kù)大壩壩型適宜性分析

水庫(kù)大壩的壩線位置位于新蘿火車站月臺(tái)上游區(qū)域，365m位置，橫向河谷結(jié)構(gòu)整個(gè)河谷的走向?yàn)槲鞅狈较颍哟驳貏?shì)條件相對(duì)比較平坦不存在陡坡和跌水情況。河床高度在1207m條件下，河床寬度為3m，河床寬度和高度比例為6.0，左岸區(qū)域?yàn)樾毕蚱峦瑫r(shí)在1360m以下的地形坡角為35°～45°之間，右岸為斜向坡堤型坡角在35°～40°之間，兩岸區(qū)域的坡地構(gòu)成比較完整不存在軟弱夾層結(jié)構(gòu)，自然邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對(duì)較高，具備當(dāng)?shù)夭牧蠅魏蛣傂詨蔚氖┕l件。

1.2 當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚倪x擇

通過工程從現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際勘查和調(diào)查工作之后發(fā)現(xiàn)，水庫(kù)工程上游區(qū)域的蘆稿坪附近距離壩址位置大約2.0km，而蘆稿坪有便道直接通往大壩工程，整體的交通通行比較便利，料場(chǎng)的地形條件整體由北向東方向延伸，坡度角大約為40°上下。

1.3 剛性壩選擇

正常的蓄水位高度達(dá)到1230.5m時(shí)，谷底部寬度為143m，寬高比例為6.0，并且根據(jù)實(shí)際的鉆探工作結(jié)果進(jìn)行分析，壩體區(qū)域的巖體分化程度各不相同，同時(shí)強(qiáng)風(fēng)化垂直厚度在左右岸區(qū)域均保持在6～9m之間，河床因?yàn)槭艿胶铀L(zhǎng)期沖刷因素的干擾，河床的強(qiáng)風(fēng)化深度范圍大約在6～9m之間。根據(jù)壩址的地質(zhì)地形條件不宜建設(shè)拱壩，根據(jù)壩址軸線的地形地貌以及地質(zhì)條件等相關(guān)情況，可以修建堆石混凝土重力壩或者混凝土面板堆石壩。因此，在本次實(shí)施工程建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中，重點(diǎn)針對(duì)堆石混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩方案進(jìn)行合理對(duì)比與分析。

2 C9015堆石混凝土重力壩方案

C9015堆石混凝土重力壩方案樞紐布置為：C9015堆石混凝土重力壩（攔河大壩）+無(wú)閘控制開敞式溢流表孔+放空、取水管+壩前取水口閘室等。

2.1 C9015堆石混凝土重力壩

大壩為4級(jí)建筑物，洪水標(biāo)準(zhǔn)按30年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核。根據(jù)調(diào)洪成果，大壩設(shè)計(jì)洪水位（P=3.33%）1231.98m，最大下泄流量66.9m3/s，相應(yīng)下游水位1208.48m大壩壩體的斷面結(jié)構(gòu)，整體呈三角形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)布局，根據(jù)不同的使用要求對(duì)使用剖面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并且根據(jù)調(diào)洪計(jì)算等級(jí)以及構(gòu)造物的設(shè)計(jì)要求，非溢流段大壩頂部寬度設(shè)置為5.0m，同時(shí)大壩頂部高程為1233.5m，壩體上游從壩頂1233.50～1214.00m高程鉛直，1214.00m高程至壩基坡比1:0.1；下游壩坡為1:0.75，起坡點(diǎn)高程為1226.35m，如表1所示。

表1 壩頂超高計(jì)算

2.2 溢洪道

溢洪道為無(wú)閘門控制的開敞式自由溢流表孔泄洪型式，布置于主河槽內(nèi)，堰頂高程1230.50m，溢流堰分為三孔，單孔凈寬6.0m，溢洪道寬22.0m，中墩及兩側(cè)邊墩厚1.0m；堰頂設(shè)置寬5.0m的交通橋。溢流堰為WES型實(shí)用堰，由上游面曲線、下游面曲線、泄槽段、消能工等組成。大壩主要筑壩材料為C9015堆石混凝土，上游面為0.8～1.3m厚的C9015自密實(shí)混凝土，在大壩底部設(shè)1.0m厚的C15混凝土墊層，下游壩面采用大壩壩體自身材料防滲，下游溢流面為0.6m厚C25鋼筋混凝土防沖蝕。溢洪道邊墩、導(dǎo)墻采用C25鋼筋混凝土。下游設(shè)置消力池，池長(zhǎng)18.30m，寬20m，1.0～0.5m厚的C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2.3 取水兼放空建筑物

壩體右岸布置有取水建筑物，取水口底板高程為1214.00m，取水管直徑為800mm，取水口布置于樞紐建筑物的右岸擋水壩段0+133.750處，結(jié)合樞紐總布置，取水設(shè)施由取水閘室、壩內(nèi)埋管和下游閘閥室等組成。進(jìn)水口型式布置成壩身式，由移動(dòng)式攔污柵、喇叭口、閘門井、通氣孔、漸變段等建筑物組成。取水口、閘門井均布置于重力壩壩體前，漸變段布置于壩體內(nèi)，在壩頂設(shè)置取水口的啟閉設(shè)備，取水口建筑物與壩體結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，不分結(jié)構(gòu)縫。

2.4 導(dǎo)流建筑物

上游圍堰軸線距大壩上游面約100.0m，經(jīng)計(jì)算枯期5年一遇施工洪水QP＝20%=14.8m3/s，圍堰堰體為土石圍堰，迎水面坡比為1:1.8，背水面坡比為1:1.8，采用黏土心墻防滲。下游圍堰布置于導(dǎo)流明渠與河床交匯處上游，軸線距大壩下游面約60m，下游圍堰亦采用黏土心墻土石圍堰，堰頂高程為1207.7m，堰長(zhǎng)50m，最大堰高4m，頂寬3m，圍堰采用黏土心墻防滲，上游邊坡1:1.8，下游邊坡1:1.8，下游圍堰距離壩軸線103.7m，如表2所示。

表2 壩頂高程計(jì)算成果

3 壩型比選分析

（1）從地形地質(zhì)條件方面進(jìn)行對(duì)比和分析。壩址位于新羅火車站上游365m位置，整體呈不對(duì)稱“U”型橫向河谷，河床的地形結(jié)構(gòu)比較平坦，不存在陡坎和跌水情況。兩岸坡地地形比較完整，不存在軟弱夾層，自然邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對(duì)較高，因此針對(duì)地形條件而言，面板堆石壩和重力壩都適宜修建。

（2）建筑材料對(duì)比選擇。面板堆石壩和重力壩可以充分運(yùn)用當(dāng)?shù)貐^(qū)域非常豐富的優(yōu)質(zhì)石材資源，最大限度減少水泥材料的使用量，同時(shí)進(jìn)一步降低大壩水化熱溫度所產(chǎn)生的影響。從建筑施工材料角度進(jìn)行分析，混凝土面板堆石壩和C9015堆石混凝土重力壩均能滿足工程施工要求。

（3）從樞紐工程設(shè)置角度上進(jìn)行對(duì)比和分析。該樞紐當(dāng)中總共需要設(shè)置泄洪建筑物，放空建筑物以及引水建筑物等C9015堆石混凝土重力壩施工方案，可以將水庫(kù)大壩設(shè)置成溢流壩結(jié)構(gòu)，壩體內(nèi)部可以設(shè)置放空和引水孔洞，樞紐建筑物需要采取因地制宜合理檢測(cè)，有利于工程施工以及方便后續(xù)維護(hù)管理工作作為主要施工原則。面板堆石壩的樞紐布置，盡管壩體結(jié)構(gòu)充分運(yùn)用當(dāng)?shù)貐^(qū)域比較豐富的石材資源，但是壩體自身無(wú)法解決泄洪、放空以及取水等相關(guān)設(shè)施的設(shè)置工作，必須要采取其他收費(fèi)方案，需要在兩岸的山體位置設(shè)置出相應(yīng)的建筑物，同時(shí)所選擇的壩線兩岸位置均存在比較重要的建筑物。左岸區(qū)域有川黔鐵路通過，右岸區(qū)域有渝黔鐵路通過，因此面板堆石壩在左右岸位置設(shè)置出溢洪道，對(duì)整個(gè)工程施工的干擾程度相對(duì)較大，對(duì)于樞紐布置工作以及運(yùn)行管理工作而言，C9015堆石混凝土重力壩更加優(yōu)于面板堆石壩施工方案。

（4）施工條件和施工工藝對(duì)比。從施工導(dǎo)流角度上進(jìn)行分析，重力壩可以通過使用壩體導(dǎo)流，通常情況下不需要另外開導(dǎo)流隧洞，面板堆石壩則需要開挖導(dǎo)流隧洞施工導(dǎo)流，因此，重力壩施工優(yōu)勢(shì)相對(duì)較大。面板堆石壩要求工程施工機(jī)械化程度相對(duì)較高，整體的施工工藝流程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)壩體填筑施工量過大、施工速率相對(duì)較快。C9015堆石混凝土重力壩在施工過程中的機(jī)械化程度也相對(duì)較高、施工效率更快，同時(shí)不會(huì)受到壩體溫度測(cè)控所產(chǎn)生的影響，因此從整個(gè)工程施工工藝角度上進(jìn)行分析，重力壩施工方案更加優(yōu)于面板堆石壩施工方案。

（5）從投資經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)兩種不同的大壩方案工程量進(jìn)行投資估算分析，C9015堆石混凝土重力壩施工方案，在工程施工總投資量上達(dá)到6025.5萬(wàn)元，面板堆石壩建筑工程施工總投資量為6450.5萬(wàn)元，從整體的投資情況來(lái)看混凝土重力壩相比于面板堆石壩施工效果更加明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

通過上述分析對(duì)比之后，可以看出在兩種壩型施工技術(shù)方面并不存在制約性條件，并且經(jīng)過綜合分析之后，推薦使用堆石混凝土重力壩來(lái)作為代表性壩型結(jié)構(gòu)，有效提高水庫(kù)工程項(xiàng)目建設(shè)施工質(zhì)量和穩(wěn)定性。