南安山水庫(kù)擋水建筑物的壩型比選

張壽紅，李 星

（銅仁市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，貴州銅仁 554300）

1 工程概況

擬建南安山水庫(kù)位于石阡縣五德鎮(zhèn)團(tuán)結(jié)村所在地，地理位置為東經(jīng)108°37′42″，北緯27°25′30″。水庫(kù)位于石阡河水系一級(jí)支流爛溝河上，交通較為方便。南安山水庫(kù)工程是以灌溉、集鎮(zhèn)供水為主，兼有周邊農(nóng)村人畜飲水等功能的水利工程；水庫(kù)大壩樞紐工程由混凝土面板堆石壩、左岸溢洪道、左岸取水兼放空建筑物等組成；水庫(kù)正常水位846.0m，校核洪水位848.45m，總庫(kù)容182萬(wàn)m3，灌溉面積9070畝，工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模屬?。ㄒ唬┬?。

2 水庫(kù)區(qū)地質(zhì)條件

南安山水庫(kù)正常高蓄水位846m，水庫(kù)四周高山環(huán)繞，分水嶺雄厚。庫(kù)區(qū)左岸最高高程1022.5m（尖山），右岸最高高程為1129m（滾牛水），河床最低高程778m（下游爛溝村），庫(kù)盆最大相對(duì)高差170～300m。為碎屑巖地區(qū)遭受風(fēng)化、剝蝕形成的中低山峽谷地貌。南安山水庫(kù)庫(kù)區(qū)位于爛溝河上游河段團(tuán)結(jié)村，該段河流蜿蜒曲折、流向多變，為較典型的山區(qū)河谷。河流方向總體由南東流向北西，庫(kù)區(qū)內(nèi)各支溝密布，其中右岸較大一條支溝為巖底下支流，爛溝河中另二支溝在平面上呈“Y”型分布；右岸支溝相對(duì)較小。庫(kù)區(qū)河谷深切，河床高程820～840m，河床寬窄差異變化大，長(zhǎng)年水面河床寬3～6m，兩岸高出河床1～2m臺(tái)地上分布大量糧田，糧田臺(tái)地區(qū)寬10～40m，兩岸分水嶺地形高程左岸990～1103.2m，右岸990～1108.5m。庫(kù)區(qū)為碎屑巖分布，河床多寬谷緩坡，河谷最寬達(dá)35m，岸坡坡度35°～65°，多呈“U”或“倒梯形”型谷，該水庫(kù)地形封閉條件較好，無(wú)低矮埡口分布，兩岸山體雄厚，分水嶺厚度達(dá)0.6～1.2km。河床岸邊凸岸為河流堆積岸，多有沖洪積堆積河漫灘；凹岸為河流沖刷岸，少有沖積堆積物，階地發(fā)育不明顯，岸坡植被較好。

3 壩址工程地質(zhì)條件

3.1 壩址的選擇

與當(dāng)?shù)氐膲沃穼?duì)比選擇結(jié)果進(jìn)行結(jié)合分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)爛田至茶園河段以及毛寨坡至爛溝坡河段等，基本上都存在非常嚴(yán)重的不良地質(zhì)問(wèn)題。并不適合建壩，甘家壩至巖底下段庫(kù)壩區(qū)主要是以泥質(zhì)灰?guī)r夾頁(yè)巖為主，根據(jù)實(shí)際勘測(cè)結(jié)果可以看出，其自身的巖溶發(fā)育相對(duì)比較弱，成庫(kù)條件比較良好，比較適合建壩。與目前勘察設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行結(jié)合分析，建壩河段在整個(gè)勘察中，與現(xiàn)有的各種不同類型地質(zhì)條件進(jìn)行對(duì)比分析，與壩址技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等進(jìn)行結(jié)合分析，最終確定甘家壩至巖底下段河段是比較適合建壩的場(chǎng)所。

3.2 壩址工程地質(zhì)條件

壩址是處于五德河一級(jí)支流爛溝河的上方，與河流的實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)河流呈現(xiàn)蜿蜒曲折的狀態(tài)，河流的總體走向是NW，河床的整個(gè)高程在經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量之后確定其為815～822m。該河段的總共流長(zhǎng)是550m，河床比降12%。除此之外，河面的寬度控制在3.5～106m的范圍內(nèi)，兩岸最高高程可以達(dá)到1126m，相互之間的相對(duì)高差是130m。經(jīng)過(guò)一系列的勘測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)階地的整個(gè)狀態(tài)并不屬于發(fā)育狀態(tài)，正常的高蓄水位如果達(dá)到846m時(shí)，河谷的寬度可以達(dá)到1.5m。左岸在地形的平頂上會(huì)呈現(xiàn)出工字形的狀態(tài)，河床的整個(gè)高層可以達(dá)到819m，基巖會(huì)逐漸出露。河床以上一直到825m的高程地形的整個(gè)坡度在經(jīng)過(guò)計(jì)算之后確定為5°～15°，為了能夠從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)地形的緩坡處理，覆蓋層的整個(gè)厚度控制在1～3m?；鶐r呈現(xiàn)零星出露的狀態(tài)，825m以上的高層一直到875m，地形坡度通常會(huì)控制在45°～60°。這種形式下的地形坡度，通常都是相對(duì)比較險(xiǎn)峻的地形。壩軸線下游坡面是一臺(tái)階式土臺(tái)，其自身的分布高程在經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)測(cè)量之后確定為818～830m。壩軸線的上游100m左右位置處，主要是從五德至巖底下通村路到河床為止，跨人行橋一直到右岸沿底下村寨。整個(gè)公路呈S形的狀態(tài)，繞過(guò)左岸之后直接上坡，一直能夠達(dá)到五德至芩鞏縣道。壩軸線的下游河段呈現(xiàn)出彎曲狀態(tài)，整個(gè)地形具有一定的復(fù)雜性，如圖1、表1所示。

圖1 左、右岸巖性分層統(tǒng)計(jì)

表1 現(xiàn)場(chǎng)巖性分層統(tǒng)計(jì)

在針對(duì)整個(gè)地層巖性進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)其主要分為人工堆積坡積堆積、沖擊堆積等不同類型。首先人工堆積直接分布在上河床以上的左岸坡，主要是指左岸坡公路在建設(shè)時(shí)開(kāi)發(fā)出來(lái)的一系列碎石堆積。其自身的整個(gè)厚度可以達(dá)到0.5～3m，分布高程可以控制在840～900m的范圍內(nèi)，屬于零星分布的狀態(tài)。而右岸坡的人工堆積土以及日常生活中的棄渣，基本上都是直接分布在巖底下村寨的附近位置處。其次，在坡積堆積方面，左岸坡820～835m高程位置處，自身的寬緩臺(tái)地以及對(duì)應(yīng)的左岸坡寬太低，基本上都是分布在第4系坡積黏土加少量碎石當(dāng)中，與勘測(cè)結(jié)果進(jìn)行結(jié)合分析，左岸的厚度控制在0.5～2.0m范圍內(nèi)，而右岸的厚度則控制在1～4m范圍內(nèi)。沖擊堆積主要是指第4系沖積物分布在河床以及兩岸的坡腳位置處，通常情況下都是直接由砂卵礫石等相互組合而成。粒徑一般通常情況下會(huì)控制在5～30cm的范圍之內(nèi)，而厚度則可以達(dá)到0～2m。奧陶系下統(tǒng)湄潭組第三段的壩址路基巖通常情況下是以灰色或者深灰色的薄層泥質(zhì)灰?guī)r等為主，根據(jù)薄片鑒定報(bào)告結(jié)果可以得出，頁(yè)巖主要是以黑色頁(yè)巖為主。其自身主要是由泥質(zhì)相互組合而成，在整個(gè)全巖當(dāng)中的占比可以達(dá)到60%～70%，而粉砂質(zhì)頁(yè)巖主要是由泥質(zhì)和石英石相互組合而成。構(gòu)成巖石時(shí)，應(yīng)在全巖當(dāng)中的占比可以達(dá)到40%～50%，而泥質(zhì)的占比可以達(dá)到30%～40%。含粉砂質(zhì)頁(yè)巖主要是由泥質(zhì)組合而成，在整個(gè)全巖當(dāng)中的占比可以達(dá)到80%～92%，粉砂質(zhì)英石在其中的占比可以達(dá)到5%～10%。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分層統(tǒng)計(jì)表可知，壩區(qū)薄層泥質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖互層，其中頁(yè)巖占41.5%，泥灰?guī)r占58.5%。

3.3 壩型比選

與目前的壩址區(qū)地形地質(zhì)條件等相關(guān)因素進(jìn)行結(jié)合分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)泥質(zhì)灰?guī)r以及頁(yè)巖巖石飽和抗壓強(qiáng)度分別是65MPa、29MPa。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖性的分層統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，頁(yè)巖在其中的占比可以達(dá)到41.52%，泥灰?guī)r在其中的占比可以達(dá)到58.5%。巖石的整個(gè)強(qiáng)度存在非常明顯的差異性，在實(shí)踐中，主要是利用混凝土面板堆石以及重力壩進(jìn)行對(duì)比分析。

與兩種壩型方案進(jìn)行對(duì)比分析之后，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在一定的差異性，各自具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，要與實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合，這樣才能夠充分發(fā)揮各自的特點(diǎn)。壩址區(qū)巖性是以薄層泥質(zhì)類巖、頁(yè)巖為主，呈現(xiàn)互層狀態(tài)，巖石自身的強(qiáng)度具有非常明顯的差異性。面板對(duì)石壩的壩體面積相對(duì)比較大，其自身的基底應(yīng)力相對(duì)比較小，對(duì)于地基要求并不是很高。在某種程度上會(huì)允許一定變形情況的發(fā)生，重力壩自身存在淺層以及深層抗滑穩(wěn)定性的問(wèn)題。由此可以看出，在這一方面面板堆石壩自身具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。面板堆石壩溢流通常情況下會(huì)直接以右岸坡溢流道溢流的方式進(jìn)行溢流，而左岸則采取隧洞的方式對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)流兼取水。由于左岸地形具有一定的陡峭特點(diǎn)，也就是保存了這類巖、頁(yè)巖相互之間呈現(xiàn)出互層狀態(tài)。所以整個(gè)隧洞為沿的類別是IV類，對(duì)于重力壩而言，則主要是以壩項(xiàng)溢流的方式為主，壩身取水整個(gè)施工過(guò)程相對(duì)比較明顯。由此可以看出，重力壩與面板堆石壩相比在溢流方面的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)相對(duì)比較明顯。將天然建筑材料作為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)石料場(chǎng)地距離壩址區(qū)域的位置是1.5km，面板堆石壩建材的用量與重力壩相比要更高一些。重力壩在天然建筑材料方面與面板堆石壩相比具有一定的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，與目前的工程地質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行結(jié)合分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)壩址基本上都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)面板堆石壩以及重力壩的建設(shè)，地質(zhì)條件具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。與最終的結(jié)果進(jìn)行結(jié)合，確定面板堆石壩為最終的基本壩線。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)有的基本條件可以滿足實(shí)際要求，兩種不同類型的壩型工程基本都可以實(shí)現(xiàn)合理利用。因此要結(jié)合現(xiàn)實(shí)要求對(duì)水工詳細(xì)設(shè)計(jì)以及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析等進(jìn)行綜合分析，與各種因素條件的對(duì)比結(jié)果進(jìn)行結(jié)合，這樣才能夠確定基本的壩型。