某水庫樞紐壩線、壩型比選分析

趙越

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550001）

1 水庫樞紐工程概況

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，樞紐工程規(guī)模屬中型，工程等別為Ⅲ等。樞紐主要建筑物大壩、溢洪道及取水系統(tǒng)按3級建筑物設(shè)計；設(shè)計洪水50年一遇，校核洪水1 000年一遇。圍堰、導(dǎo)流洞等臨時建筑物按5級建筑物設(shè)計。

此供水工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模屬中型。輸水建筑物級別為3 級，建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計洪水20 年一遇，校核洪水50年一遇。

此灌溉工程等別為Ⅴ等，工程規(guī)模屬小（2）型；此工程裝機(jī)功率為400 kW，1.00～0.10×104kW，泵站等別為Ⅳ等，泵站規(guī)模屬小（1）型。根據(jù)灌區(qū)提水泵站裝機(jī)功率（設(shè)計提水流量為0.239 m3/s），總裝機(jī)容量為400 kW（2臺工作無備用，單機(jī)容量200 kW），灌溉年供水量為116萬m3/a（P=95%），農(nóng)村人畜年供水量為18萬m3/a（P=95%），灌溉人飲共用一管道。主要建筑物級別為4級。輸水建筑物級別為5級，臨時建筑物為5級。

此水庫工程為年調(diào)節(jié)運(yùn)行，興利水位290 m，興利庫容1 354 萬m3，死水位273 m，死庫容266 萬m3。設(shè)計洪水位290.19 m（P=2%），下泄流量546 m3/s，下游水位263.52 m。校核洪水位292.54 m（P=0.10%），總庫容1 624萬m3，下泄流量859 m3/s，下游水位265.58 m。有效庫容（調(diào)節(jié)庫容）1 088 萬m3，庫容系數(shù)16.40%，水量利用系數(shù)26%。水庫總面積99.60 萬m2（相應(yīng)正常蓄水位時），回水長度約10.67 km。

2 壩線比選

經(jīng)設(shè)計綜合踏勘，原規(guī)劃壩址卜口河中游河段水資源條件不能完全滿足需水要求，將建壩河段移至卜口河下游河段?？紤]桃家寨低鄰谷滲漏帶影響，正常蓄水位宜在約290 m，則翁坑匯口至夾巖河段水資源不滿足需水要求，木連溪以下河段河谷寬緩、村寨密集、有銅大高速經(jīng)過。因此，設(shè)計選擇夾巖～木連溪2.80 km范圍的峽谷河段為建壩河段。

考慮樞紐布置、地形地質(zhì)等綜合因素，設(shè)置了上、下兩條壩線進(jìn)行比較。上壩線位于卜口河羅家處；下壩線位于卜口河木連溪銅大高速（銅仁至大龍）木連溪大橋上游約310 m處，兩條壩線相距260 m。兩條壩線綜合比較如下。

2.1 地形地質(zhì)條件

見表1可知，上、下壩線相距約260 m，在谷向關(guān)系、地質(zhì)結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)面、巖溶水文地質(zhì)條件等方面兩壩線相當(dāng)；下壩線地形特征優(yōu)于上壩線，上壩線壩基持力層巖性相對較復(fù)雜，巖體質(zhì)量下壩線略好。上壩線在“覆蓋層”“強(qiáng)風(fēng)化厚度”及“邊坡問題”略優(yōu)于下壩線。兩壩線綜合地形地質(zhì)條件基本相當(dāng)。

表1 上、下壩線工程地質(zhì)條件比較表

2.2 工程布置

上、下壩線在建筑物布置方面，均具備較好的條件，條件相當(dāng)，沒有不可克服的困難和較困難的布置條件。下壩線面板堆石壩利用地質(zhì)條件較好的右岸山體布置溢洪道和取水兼放空洞，上壩線重力壩方案采用壩身泄洪和壩身取水，減少開挖量。上壩線覆蓋層比下壩線淺1～5 m，強(qiáng)風(fēng)化線比下壩線淺4～18 m，上壩線重力壩基礎(chǔ)開挖較深，斷層對重力壩影響較大。綜合工程布置及工程開挖量綜合判斷，下壩線優(yōu)。

2.3 水資源指標(biāo)

上、下壩線相距260 m，之間河道左岸有沖溝匯入，興利庫容相差37 萬m3，因此，同等水位下，上壩線供水量比下壩線少49萬m3，因此，水資源方面下壩線優(yōu)。

2.4 水庫淹沒、環(huán)境影響和水土保持

兩條壩線相距260 m，水位相同，上壩線淹沒范圍小于下壩線，工地占地堆石壩大，重力壩基礎(chǔ)要求高，開挖量大，棄渣量也相對較大，環(huán)境水保要求相對較高，因此從工程占地和環(huán)境影響方面分析，兩條壩線相當(dāng)。

2.5 施工條件

從施工布置條件、施工導(dǎo)流及工期綜合比較，上壩線運(yùn)距相對較大，占用部分庫區(qū)渣場，工期長，下壩線優(yōu)。

2.6 工程靜態(tài)投資比較

經(jīng)概算可知，上壩線重力壩方案工程靜態(tài)投資57 629 萬元，下壩線面板堆石壩工程靜態(tài)投資56 922萬元，下壩線面板堆石壩方案比上壩線重力壩方案少707 萬元，從工程投資、工程總效益及單方庫容投資等方比較，下壩線優(yōu)。

2.7 壩線綜合比選

綜上可知，兩條壩線均具備較好的建壩條件，下壩線地形條件較好；上壩線左岸風(fēng)化比下壩線淺，地形地質(zhì)條件方面兩壩線相當(dāng)；樞紐布置方面，下壩線面板壩對基礎(chǔ)要求相對低，開挖量較上壩線少；供水工程下壩線比上壩線少450 m 管道；施工方面，下壩線不影響庫內(nèi)渣場，工期短；工程風(fēng)險上，上壩線在施工期和運(yùn)行期風(fēng)險小，綜合投資上下壩線最省。

下壩線地形相對狹窄，開挖量小，工期短，綜合工程投資下壩線較上壩線少707萬元；下壩線興利庫容比上壩線多37萬m3，單方庫容投資和單方供水投資方面下壩線優(yōu)。經(jīng)上、下壩線綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，下壩線比上壩線優(yōu)。

3 壩型比選

根據(jù)壩線比選確定的下壩線壩址地形地質(zhì)等條件，擬定混凝土面板堆石壩和碾壓混凝土重力壩兩種壩型比選；根據(jù)勘探成果，結(jié)合筑壩材料、工程施工及運(yùn)行期安全風(fēng)險分析等，進(jìn)一步做壩型選擇分析研究。

3.1 地形地質(zhì)條件

壩址河谷呈較對稱敞口“V”型縱向谷，寬高比3.13，出露地層為寒武系下統(tǒng)耙郎組第二段（∈1p2）至清虛洞組第二段（∈1q2）。所選定的壩址以河床F1 斷層為界：左岸為∈1p2灰色、深灰色含鈣和粉砂泥質(zhì)板巖，右岸為∈1q1灰色薄層泥質(zhì)灰?guī)r；兩岸坡基巖風(fēng)化厚度較大且差異較大，左岸坡強(qiáng)風(fēng)化巖體厚度大；壩基巖性及物理力學(xué)參數(shù)有一定差異，須考慮這一差異的影響；巖層面對壩基抗滑穩(wěn)定有不利影響；壩基受F1斷層影響，裂隙較發(fā)育，將導(dǎo)致不均勻變形問題，須采取相應(yīng)的工程措施進(jìn)行強(qiáng)化。工程地質(zhì)條件上要更側(cè)重于柔性壩型。

3.2 水庫樞紐布置

混凝土面板堆石壩方案對基礎(chǔ)要求相對較低，兩岸趾板置于強(qiáng)風(fēng)化中下部。溢洪道布置于右岸不存在高邊坡問題；取水兼放空系統(tǒng)由導(dǎo)流洞改造而成，布置也較為緊湊。碾壓混凝土重力壩對基礎(chǔ)要求較高，基礎(chǔ)開挖到弱風(fēng)化上部基巖；樞紐布置集泄洪和取水于一身，較為緊湊，不用另外開挖溢洪道。

3.3 施工條件

下壩線壩址處河谷開闊，面板堆石壩可便于大型機(jī)械化施工，就地取材。面板堆石壩總工期31個月，重力壩36個月；工程施工布置及砂石料場條件兩個方案基本相同。因此，混凝土面板堆石壩方案較重力壩方案在施工及工期上有優(yōu)勢。

3.4 水庫、環(huán)境影響和水土保持

從工程水庫淹沒、工程占地和環(huán)境影響分析：因水庫起調(diào)水位相同，泄流量也非常接近，兩方案庫區(qū)淹沒面積基本相同，淹沒投資基本相同，工地占地堆石壩稍大，同時由于堆石壩料場開采量大，土石方填筑量大，對環(huán)境的不利影響最大。因此從工程占地和環(huán)境影響方面分析剛性壩占優(yōu)。

3.5 工程風(fēng)險

此水庫下游為銅仁市區(qū)，對水庫安全風(fēng)險要求更高，從施工度汛方面，面板壩不能采用壩身過水，而重力壩壩身可過水，面對超設(shè)計洪水情況下面板壩風(fēng)險較大，重力壩更安全。從后期運(yùn)行方面，面板壩滲漏風(fēng)險較大，重力壩風(fēng)險相對較小，重力壩更安全。壩基受F1斷層影響，將導(dǎo)致不均勻變形問題。工程地質(zhì)條件更側(cè)重于柔性壩型，因而重力壩方案工程風(fēng)險較堆石壩大。綜合工程風(fēng)險上，面板壩和重力壩各有優(yōu)缺點(diǎn)。

3.6 兩壩型投資比較

綜合投資分析可知，面板堆石壩靜態(tài)總投資56 922萬元，重力壩58 386萬元，重力壩比面板堆石壩投資多1 464萬元。

3.7 壩型綜合比選

重力壩和面板堆石壩在技術(shù)上均可行，河床斷層對重力壩影響大，從地質(zhì)、工期方面，面板堆石壩方案均優(yōu)于重力壩方案，投資上重力壩比面板壩多1 464 萬元，占總投資的2.57%，綜合比選面板壩優(yōu)于重力壩。

4 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)上、下壩線綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，下壩線混凝土面板堆石壩方案比上壩線混凝土重力壩方案優(yōu)；同時，根據(jù)下壩線壩址地形地質(zhì)等條件，擬定碾壓混凝土重力壩和面板堆石壩兩種壩型比選。綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，面板壩方案優(yōu)于重力壩方案。因此，此水庫樞紐壩線、壩型比選分析研究成果為下壩線混凝土面板堆石壩方案。