永業(yè)水庫(kù)攔河壩壩型比較與選擇

劉子立 LIU Zi-li

（云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，昆明 650021）

1 工程概況

永業(yè)水庫(kù)位于西盟縣怒江水系南康河（南康河上游稱新廠河）左岸一級(jí)支流永業(yè)河上，壩址以上主河道長(zhǎng)4.43km，控制流域面積7.3km2，河道平均比降72.10‰。工程是以解決農(nóng)村人畜飲水和農(nóng)業(yè)灌溉用水的綜合利用水利工程，工程規(guī)模為中型，工程等別Ⅲ等，攔河壩建筑物級(jí)別為2 級(jí)，溢洪道、導(dǎo)流輸水放空隧洞建筑物級(jí)別為3 級(jí)。大壩按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核。

2 壩址地形地質(zhì)條件

壩址區(qū)屬中山河谷地貌，河谷呈“V”型谷，主河道順直，河流東西流向，橫向河谷。河床寬5.0～16.0m，左岸地形坡度23～42°，右岸地形坡度28～34°，山坡地形較完整，表層分布為第四系碎石土層，下伏為薄層狀石英片巖，走向與河流相近垂直，順河向存在一定程度的褶皺構(gòu)造，天然邊坡基本～中等穩(wěn)定。

壩址區(qū)出露地層主要為寒武系王雅組上段石英片巖，河谷及兩岸坡分布第四系沖洪積、殘坡積。壩址區(qū)河床沖洪積層厚2.5～5.2m，下伏基巖弱風(fēng)化；左岸坡第四系坡積層厚1.6～3.0m，強(qiáng)風(fēng)化基巖底界埋深11.7～26.0m，右岸坡第四系坡積層厚3.6～4.6m，強(qiáng)風(fēng)化基巖底界埋深13.9～25.0m。

3 建筑材料條件

經(jīng)對(duì)附近各種天然筑壩土石料的地質(zhì)勘查和土工試驗(yàn)工作進(jìn)行了分析研究，壩址附近能基本滿足筑壩用料各項(xiàng)指標(biāo)要求的天然土石料有：防滲土料、壩殼料、塊石料。初步選定壩殼料場(chǎng)1 個(gè)，為塊石、堆石料、過渡料、墊層料，混凝土粗細(xì)骨料料及瀝青混凝土骨料料原地；填筑土料場(chǎng)1 個(gè)，用于址板壩基開挖回填；粘土防滲料場(chǎng)2 個(gè)。

①防滲土料：土Ⅰ料場(chǎng)位于壩址下游2.8km，運(yùn)距2.8km。料場(chǎng)主要為斜坡地形，坡度一般為25～40°。料場(chǎng)用料為殘坡積粘土、含礫粘土，平均有用層厚度3.3m，平均無用層厚度0.4m。下伏基巖為允溝組下段灰質(zhì)白云質(zhì)大理巖、條帶狀大理巖夾片巖、硅質(zhì)板巖，巖石為弱風(fēng)化。該料場(chǎng)面積較小、有用層厚度變化較大，土層結(jié)構(gòu)單一，屬Ⅱ類料場(chǎng)。土料場(chǎng)料場(chǎng)剝離量總計(jì)0.30×104m3，有用層推薦儲(chǔ)量2.19×104m3，剝采比0.14。

土Ⅱ料場(chǎng)距壩址左岸順河3.4km，需新修上壩道路5.3km。料場(chǎng)有用層厚度變化較小，土層結(jié)構(gòu)較單一，屬Ⅱ類料場(chǎng)。料場(chǎng)地形坡度為25～32°。料場(chǎng)用料為殘坡積粘土、含礫粘土，平均有用層厚度3.3m，平均無用層厚度0.4m。下伏基巖為允溝組下段灰質(zhì)白云質(zhì)大理巖、條帶狀大理巖夾片巖、硅質(zhì)板巖，巖石為強(qiáng)風(fēng)化。土Ⅱ料場(chǎng)剝離層方量為2.68×104m3，有用層儲(chǔ)量為24.56×104m3，剝采比0.11。土Ⅱ料場(chǎng)征占地補(bǔ)償費(fèi)用較高且運(yùn)距較遠(yuǎn)。

土Ⅲ料場(chǎng)距壩址較遠(yuǎn)，需改擴(kuò)建及新修上壩道路10.0km。料場(chǎng)坡度一般為10～30°。料場(chǎng)用料為殘坡積、含礫粘土，平均有用層厚度5.0m，平均無用層厚度0.30m。下伏基巖為允溝組下段灰質(zhì)白云質(zhì)大理巖、條帶狀大理巖夾片巖、硅質(zhì)板巖，巖石為強(qiáng)風(fēng)化。土Ⅲ料場(chǎng)剝離層方量為4.64×104m3，有用層儲(chǔ)量為64.31×104m3，剝采比0.07。土Ⅲ料場(chǎng)存在補(bǔ)償費(fèi)用較高且運(yùn)距較遠(yuǎn)的問題。

②壩殼料：壩殼料場(chǎng)位于壩址下游左岸山坡，距壩址順河下游約2.4km，需新修上壩道路2.6km。料場(chǎng)地形較陡，兩側(cè)沖溝切割較深，總體屬Ⅱ類料場(chǎng)。壩殼料場(chǎng)高差約210m，坡度一般為25～50°，局部大于50°，料場(chǎng)區(qū)大部分地表出露強(qiáng)弱風(fēng)化基巖，土層厚度小，一般厚度為0.5m～1.5m，料場(chǎng)下部開采位于地下水以下。壩殼料場(chǎng)巖性主要為允溝組下段灰質(zhì)白云質(zhì)大理巖、條帶狀大理巖。節(jié)理裂隙弱發(fā)育，巖體較硬，性脆，強(qiáng)度高。巖層傾向200～230°，傾角49～58°，走向與河流相垂直，為橫向坡。料場(chǎng)地形較完整，有起伏，為Ⅱ類料場(chǎng)。料場(chǎng)有用層推薦儲(chǔ)量292.79×104m3，剝采比0.05。

③石料：混凝土粗、細(xì)骨料、瀝青混凝土骨料從壩殼料場(chǎng)自采，儲(chǔ)量充足，距離壩址約2.6km，該料場(chǎng)儲(chǔ)量充足，質(zhì)量能滿足粗、細(xì)骨料質(zhì)量技術(shù)要求。

4 壩型方案設(shè)計(jì)

4.1 壩型初選

壩址區(qū)表層分布的Qalp、Qeld等松散堆積土體，雖然巖性成分各不相同、強(qiáng)度差異很大，但均具中～高壓縮性，承載力低，存在壓縮變形；下伏基巖表淺部為強(qiáng)～弱風(fēng)化石英片巖，屬軟巖～中硬巖，兩岸坡強(qiáng)風(fēng)化帶、強(qiáng)卸荷帶厚度大，壩基斷層、擠壓破碎帶發(fā)育，壩基不適宜修建重力壩、拱壩，考慮應(yīng)優(yōu)先選用當(dāng)?shù)夭牧献鳛橹尾牧系耐潦瘔巫鳛榛緣涡汀?/p>

壩址區(qū)附近大理巖石料、粘土料儲(chǔ)量豐富，壩型擬定從粘土心墻堆石壩、瀝青混凝土心墻堆石壩、混凝土面板石壩中進(jìn)行方案比選，以選擇最優(yōu)壩型。

4.2 壩型方案設(shè)計(jì)

4.2.1 粘土心墻堆石壩

攔河壩最大壩高95.2m，壩軸線長(zhǎng)389.65m，壩頂寬為10.0m，上游設(shè)高1.0m 的防浪墻。上游壩坡分三級(jí)，坡比從上至下為1∶1.9、1∶2.0、1∶2.2，上游壩坡設(shè)有2.0m 寬的混凝土上壩踏步；下游壩坡分三級(jí)，坡比分別為1∶1.8、1∶1.8、1∶2.0，上下壩坡各設(shè)置3.0m 寬的兩臺(tái)馬道，壩體下游設(shè)排水區(qū)。粘土防滲心墻頂寬為4.0m，心墻最小底寬23.5m，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，心墻上下游坡度為1∶0.25，心墻上下游側(cè)各設(shè)2 層反濾層，水平寬度分別均為2.5m、3.0m。心墻壩基兩岸采用帷幕灌漿處理及壩基采用固結(jié)灌漿處理。

4.2.2 瀝青心墻堆石壩

攔河壩最大壩高95.2m，壩軸線長(zhǎng)389.65m，壩頂寬為10.0m，上游設(shè)高1.0m 的防浪墻。上游壩坡分三級(jí)，坡比從上至下為1∶1.9、1∶2.0、1∶2.2，上游壩坡設(shè)有2.0m 寬的混凝土上壩踏步；下游壩坡分三級(jí)，坡比分別為1∶1.8、1∶1.8、1∶2.0，上下壩坡各設(shè)置3.0m 寬的兩臺(tái)馬道，壩體下游設(shè)排水區(qū)。下游壩坡設(shè)有6.0m 寬的混凝土上壩踏步。瀝青混凝土心墻軸線靠近上游，距大壩軸線2.0m，寬度為0.5～1.1m，在心墻與基礎(chǔ)、岸坡的連接設(shè)置水泥混凝土基座，基座底寬8.0m，厚1.5m，基座與瀝青混凝土連接處需涂抹陽離子乳化瀝青再涂一層3cm 厚的砂質(zhì)瀝青瑪蹄脂，并將基座混凝土與瀝青混凝土接觸面作鑿毛處理，基座處瀝青混凝土心墻擴(kuò)大至2.3m。心墻壩基、兩岸采用帷幕灌漿處理及壩基采用固結(jié)灌漿處理。

4.2.3 混凝土面板堆石壩

攔河壩最大壩高95.2m，壩軸線長(zhǎng)379.1m，壩頂寬為10.0m。上游壩坡坡比為1∶1.4，下游坡分三臺(tái)，各臺(tái)坡比為1∶1.5，上游坡面設(shè)C30 混凝土防滲面板，厚度為0.3～0.6m，通過鋼筋混凝土趾板與壩基連接，下游壩坡設(shè)兩臺(tái)2m 寬的馬道。大壩面板底部趾板寬9m。壩體從上游到下游分為墊層區(qū)（水平寬3.0m）、過渡區(qū)（水平寬4.0m）、主堆石區(qū)，面板上游設(shè)壩前鋪蓋區(qū)，水平寬度5.0m；在周邊縫下游側(cè)設(shè)置特殊墊層區(qū)，壩體下游坡采用干砌塊石護(hù)砌，厚度為0.4m，下游壩坡設(shè)有6.0m 寬的混凝土上壩踏步。大壩堆石料由推薦石料場(chǎng)進(jìn)行開采，堆石料采用強(qiáng)溶蝕風(fēng)化帶中下部、裂隙溶蝕風(fēng)化及弱微風(fēng)化白云質(zhì)大理巖。為加強(qiáng)趾板基礎(chǔ)巖體完整性，對(duì)趾板基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，為保證大壩防滲效果，對(duì)壩基及兩岸采用帷幕灌漿處理。

5 壩型比較

5．1 工程量及投資比較

各土石壩的樞紐布置基本一致，均需單獨(dú)布置溢洪道和導(dǎo)流輸水隧洞，樞紐工程投資主要取決于壩型投資，各壩型主要工程量及投資對(duì)比見表1。

表1 各壩型主要工程量及投資對(duì)比表

5.2 施工特點(diǎn)比較

混凝土面板壩、粘土心墻壩壩型應(yīng)用廣泛，施工技術(shù)成熟，瀝青混凝土心墻壩施工工藝相對(duì)復(fù)雜，施工技術(shù)要求高，瀝青心墻與壩基的連接是大壩防滲體系的薄弱環(huán)節(jié)，處理不好易發(fā)生滲漏。從施工難度分析，面板堆石壩、粘土心墻壩較優(yōu)。

5.3 工程占地比較

瀝青心墻壩所需堆石料填筑量大，面板堆石壩、粘土心墻壩堆石料用量小，粘土心墻壩需大量粘土料，經(jīng)比較，瀝青心墻壩料場(chǎng)所需占地范圍大，其次為粘土心墻壩、面板堆石壩；瀝青心墻壩、粘土心墻壩壩體輪廓大，永久占地范圍大，面板堆石壩壩體輪廓小，永久占地范圍小，綜合比較占地范圍及投資，面板堆石壩較優(yōu)。

5.4 環(huán)境影響及水保方面比較

三種壩型壩殼料采用同一料場(chǎng)，瀝青混凝土心墻壩、粘土心墻壩填筑量大，料場(chǎng)占地面積大，棄置剝離料的棄渣場(chǎng)占地范圍也大；面板堆石壩趾板清基較深，開挖量較瀝青心墻壩大，開挖料堆放的棄渣場(chǎng)占地范圍也較大。經(jīng)綜合比較，瀝青心墻壩、粘土心墻壩棄渣場(chǎng)較面板堆石壩棄渣場(chǎng)占地范圍大，料場(chǎng)的開采擾動(dòng)面積和所需恢復(fù)壩殼料場(chǎng)的投資較面板壩多，從環(huán)境影響及水土保持角度分析，推薦混凝土面板堆石壩方案。

5.5 綜合比較

從地形地質(zhì)條件、工程布置、工程量及投資、工程征地及移民安置、工程施工條件、環(huán)評(píng)水保、施工道路等方面進(jìn)行綜合比較，相關(guān)特性比較見表2。

表2 各壩型相關(guān)特性比較表

6 壩型比較結(jié)論

三種壩型在樞紐布置方面不存在大的差異，在地形地質(zhì)條件、環(huán)境影響方面等沒有重大制約因素。瀝青混凝土心墻壩施工工藝相對(duì)復(fù)雜，施工技術(shù)要求較高，需專業(yè)隊(duì)伍施工，瀝青心墻與壩基的連接是大壩防滲體系的薄弱環(huán)節(jié)，處理不好易發(fā)生滲漏，瀝青心墻本身不承受外部荷載，必須依靠心墻兩側(cè)的壩體填料來支撐，受壩體變形的影響較大，易產(chǎn)生的拱效應(yīng)，也可能導(dǎo)致心墻產(chǎn)生滲漏，由于瀝青心墻位于壩體中央，一旦出現(xiàn)變形過大引起開裂，不易查找滲漏點(diǎn)，檢修困難，加固處理不易實(shí)施，影響防滲效果和壩體穩(wěn)定。

相比瀝青混凝土心墻壩，混凝土面板堆石壩、粘土心墻壩施工技術(shù)成熟，但粘土心墻壩土料場(chǎng)運(yùn)距遠(yuǎn)，總體投資較高。壩址區(qū)殘坡積覆蓋層薄，趾板清基不深，工程區(qū)附近天然石料儲(chǔ)量豐富，質(zhì)量穩(wěn)定，開采及運(yùn)輸條件較好，征占地范圍小，三種壩型投資上混凝土面板堆石壩最小，因此推薦壩型為混凝土面板堆石壩。