雙峰寺水庫大壩壩型比選

康軍紅

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

1 概述

雙峰寺水庫位于灤河支流武烈河干流上，水庫壩址位于承德市雙峰寺鎮(zhèn)小廟子村附近，距下游承德市區(qū)12km，總庫容1.373億m3，是一座以防洪為主，結(jié)合城市供水，兼顧發(fā)電和生態(tài)環(huán)境供水等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。水庫壩址以上控制流域面積2303km2，占武烈河全流域的96%。

水庫壩址處多年平均徑流量2.0億m3，多年平均流量6.34m3/s，100年一遇洪峰流量3200m3/s，2000年一遇洪峰流量6602m3/s，5000年一遇洪峰流量7702m3/s。

2 壩址區(qū)地形地質(zhì)條件

雙峰寺水庫壩址為低山河谷地貌，河谷底寬400m，呈寬淺、不對(duì)稱的U型；河床寬120～170m，高程365.0～367.0m。左壩肩山勢(shì)平緩，覆蓋層厚2.7～9.9m，表層為黃土狀壤土；下伏基巖為黑云斜長(zhǎng)片麻巖，全風(fēng)化巖厚4.1～11m，強(qiáng)風(fēng)化巖厚0.7～4.9m。右壩肩巖體裸露，山體相對(duì)高聳陡立，巖體較為完整，呈弱風(fēng)化。河床覆蓋層下伏黑云斜長(zhǎng)片麻巖，埋深4.1～9.5m，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度1～12.9m，弱風(fēng)化巖最大埋深17m。壩址強(qiáng)風(fēng)化巖體完整性較差，節(jié)理裂隙發(fā)育，強(qiáng)度較低；弱風(fēng)化巖體節(jié)理裂隙輕度～中等發(fā)育，大部較完整。

3 壩型方案擬定

由于水庫壩址為不對(duì)稱U形河谷，雖然右岸山體陡立，巖性較好，但左岸山體平緩，覆蓋層和全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化巖石較深，不具備修建拱壩的地形和地質(zhì)條件；均質(zhì)土壩難以利用工程開挖棄料，開采壩體所需土料需占用大量耕地，對(duì)環(huán)境破壞嚴(yán)重，因此在工程設(shè)計(jì)中考慮了粘土心墻壩、混凝土面板堆石壩和碾壓混凝土重力壩3種壩型。

根據(jù)天然建筑材料調(diào)查，本工程粘性土料場(chǎng)距壩址34km，運(yùn)距長(zhǎng)，料場(chǎng)土料天然含水率平均值13.6%，與填筑最優(yōu)含水率19.6%相差較大，粘土心墻填筑前需對(duì)土料進(jìn)行加濕處理，但施工中灑水量不易控制，施工工藝復(fù)雜，難以保證心墻防滲體的施工質(zhì)量。在進(jìn)行壩型初步比選后，選擇了混凝土面板堆石壩和碾壓混凝土重力壩兩種壩型進(jìn)行了進(jìn)一步比選。

4 壩型比選

4.1 碾壓混凝土重力壩壩型

攔河壩按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，2000年一遇洪水校核，為全斷面碾壓混凝土重力壩壩型，由左岸非溢流壩段、電站壩段、底孔壩段、河床非溢流壩段、溢流壩段和右岸非溢流壩段組成。

攔河壩壩頂高程396.1m，壩頂寬7.0～18.5m，壩頂全長(zhǎng)533m，最大壩高50.1m；壩體上游壩坡垂直，下游壩坡折坡點(diǎn)高程389.1m，壩坡坡比1∶0.75。溢流壩堰頂高程387.0m，總凈寬81m，分9孔，單孔凈寬9.0m，堰頂設(shè)弧形工作閘門，下游采用挑流消能；泄洪底孔進(jìn)口底高程366.0m，共4孔，單孔孔口尺寸5.0m×5.0m，為有壓短管后接無壓明流洞型式，進(jìn)口設(shè)有平面事故檢修閘門和潛孔式弧形工作閘門，下游采用底流消能。電站壩段內(nèi)布置發(fā)電引水洞和生態(tài)放水洞，洞徑分別為1.8m和0.8m，其進(jìn)水口采用豎井式分層取水結(jié)構(gòu)。

攔河壩壩體內(nèi)部為C15三級(jí)配碾壓混凝土，上、下游壩面防滲層分別厚3m和2m的C20二級(jí)配碾壓混凝土，其表面分別設(shè)厚30cm和50cm的C20變態(tài)混凝土；壩體基礎(chǔ)墊層為厚1.0m的C20常態(tài)混凝土。壩體設(shè)基礎(chǔ)灌漿排水廊道、交通觀測(cè)檢查廊道，以及壩體和壩基排水孔。壩基位于弱風(fēng)化基巖上部，最低建基高程346.0m。壩基防滲設(shè)一排水帷幕灌漿。

4.2 混凝土面板堆石壩壩型

樞紐工程主要由攔河壩、溢洪道、泄洪洞及電站等組成。

4.2.1 攔河壩

攔河壩為混凝土面板堆石壩，按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，5000年一遇洪水校核，壩頂高程402.7m，壩頂寬7m，最大壩高52.7m，壩長(zhǎng)564m，壩頂上游側(cè)設(shè)鋼筋混凝土防浪墻，高1.0m。壩體上、下游壩坡坡比均為1∶1.4，在下游壩坡設(shè)寬2.0m的馬道，高程390.7m；壩體上游設(shè)厚40cm的鋼筋混凝土防滲板，防滲板底部與基巖接觸處設(shè)鋼筋混凝土趾板，趾板厚50cm，面板和趾板混凝土等級(jí)均為C25W8F300；防滲面板以下布置水平厚均為3m的墊層區(qū)和過渡區(qū)，其下游為主堆石區(qū)和下游堆石區(qū)，主堆石區(qū)和下游堆石區(qū)采用溢洪道和隧洞開挖的石方?；炷练罎B面板和趾板分縫均采用紫銅止水片和GB填縫。趾板基礎(chǔ)為強(qiáng)風(fēng)化巖，其余壩體堆石坐落在河床砂卵石層上。趾板基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。

4.2.2 溢洪道

溢洪道布置在攔河壩右側(cè)，通過開挖右岸山體形成，總寬87m，全長(zhǎng)348m，控制段堰體采用WES實(shí)用堰，堰頂高程389.0m，單孔凈寬12.0m，共6孔，頂部設(shè)弧形工作閘門。控制段上游為引渠段，下游為泄槽段和消能段，采用挑流消能。

4.2.3 引水隧洞

引水隧洞為有壓洞，布置在左岸，洞徑2.0m，全長(zhǎng)559m，其進(jìn)口設(shè)攔污柵和事故閘門。泄洪洞布置在引水隧洞和左壩肩間，全長(zhǎng)505m，洞身為城門洞型，斷面尺寸6m×6.5m（寬×高）。泄洪洞兼做導(dǎo)流洞使用，為進(jìn)口有壓短管后接無壓洞型，進(jìn)口設(shè)事故檢修門和弧形工作門，出口為挑流消能。

4.3 壩型方案比較

壩型比選主要從壩址區(qū)地形地質(zhì)條件、筑壩材料、施工條件、對(duì)環(huán)境的影響、運(yùn)行管理與安全、工程投資等方面進(jìn)行。

4.3.1 地形地質(zhì)條件

（1）從天然地形來看，壩址處河道兩側(cè)無天然埡口，不具備修建溢洪道的自然條件。

（2）面板壩方案需在右岸又高又薄的山體中開挖溢洪道，工程開挖量大且對(duì)壩體安全不利。

4.3.2 筑壩材料

碾壓混凝土重力壩需要水泥和粉煤灰等外運(yùn)材料較多，粗、細(xì)骨料可開采河床砂礫料。混凝土面板堆石壩水泥用量較少，筑壩材料也可采用河道砂礫料及溢洪道、泄洪洞、發(fā)電洞開挖的塊石等當(dāng)?shù)夭牧?。從筑壩材料看，面板堆石壩稍具?yōu)勢(shì)。

4.3.3 施工條件

碾壓混凝土重力壩施工技術(shù)要求高，混凝土施工受環(huán)境氣候影響較大；對(duì)地基要求高，基礎(chǔ)處理比較復(fù)雜；施工布置集中，施工期可利用泄洪底孔或混凝土壩身過水，施工度汛和導(dǎo)流問題較好解決，施工管理方便。

混凝土壩面板壩方案壩體適應(yīng)地基變形能力強(qiáng)，但壩體堆石料要求強(qiáng)度高、級(jí)配好，填筑密實(shí)度高，混凝土面板施工工序及工藝較為復(fù)雜，且質(zhì)量不宜保證；除混凝土趾板外壩體對(duì)地基要求低，基礎(chǔ)處理相對(duì)簡(jiǎn)單；施工布置分散，需布置專門的導(dǎo)流隧洞，隧洞施工困難大，大壩施工期度汛問題比較復(fù)雜，施工管理不便。

4.3.4 對(duì)環(huán)境的影響

4.3.4.1 碾壓混凝土壩

碾壓混凝土重力壩基本不占用耕地，不需要開挖溢洪道，產(chǎn)生的棄渣較少，可有效減少地表植被破壞，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的不利影響較?。换炷翂瓮庥^雄偉，有利于承德市旅游資源的進(jìn)一步開發(fā)。

4.3.4.2 面板堆石壩

混凝土面板堆石壩壩體采用溢洪道開挖塊石填筑，料場(chǎng)不額外占用耕地；但該壩型需修建岸邊溢洪道，開挖工程量大，破壞了地表植被，且屬高邊坡開挖，自然條件破壞較為嚴(yán)重。

4.3.5 運(yùn)行管理與安全

碾壓混凝土重力壩泄洪、發(fā)電建筑物可與攔河壩一起布置，不再單獨(dú)設(shè)置溢洪道，布置簡(jiǎn)單、緊湊；泄洪底孔沖沙效果好，機(jī)電和金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備可在壩頂操作，管理方便。混凝土面板堆石壩需要單獨(dú)布置溢洪道、泄洪導(dǎo)流和發(fā)電洞，建筑物各控制點(diǎn)分散；同時(shí)泄洪洞沖沙效果也較差，運(yùn)行中混凝土面板需進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)，運(yùn)行管理較復(fù)雜。從運(yùn)行管理方面看，碾壓混凝土重力壩優(yōu)于面板壩。

另外，碾壓混凝土重力壩筑壩材料耐久性好，強(qiáng)度高，壩基坐落在弱風(fēng)化基巖上，更安全可靠，壩體防止?jié)B漏和抵御超標(biāo)準(zhǔn)洪水能力較強(qiáng)，不易失事。而面板堆石壩對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水的防御能力較差，溢洪道出口距攔河壩下游壩腳較近，回水淘刷壩腳對(duì)壩體的安全有一定的影響。

4.3.6 工程投資

兩種壩型的工程量及投資見表1。

表1 不同壩型工程量及投資比較

碾壓混凝土重力壩壩型總投資5.34億元，混凝土面板堆石壩壩型總投資5.84億元，重力壩較面板壩壩型投資節(jié)省0.5億元，節(jié)省約8.6%。

5 結(jié)語

（1）混凝土面板堆石壩方案雖能充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，但由于壩址處河道兩?cè)不具備修建溢洪道的自然條件，需在右岸山體開挖溢洪道，工程開挖量大且對(duì)壩體安全不利，施工條件相對(duì)復(fù)雜，管理不便；重力壩方案具有樞紐布置較緊湊、簡(jiǎn)單，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響較小，抗風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng)，更安全可靠，便于工程管理和投資較省等優(yōu)點(diǎn)。

（2）壩型選擇是水庫樞紐工程前期工作論證的主要工作內(nèi)容之一，壩型方案優(yōu)選對(duì)縮短工程項(xiàng)目建設(shè)周期、節(jié)約工程投資、提高經(jīng)濟(jì)效益，能起到非常重要的作用。雙峰寺水庫通過對(duì)以混凝土面板堆石壩為代表的土石壩方案和以碾壓混凝土重力壩為代表的重力壩方案進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，推薦采用了碾壓混凝土重力壩壩型。

［1］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.河北省承德雙峰寺水庫工程可行性研究報(bào)告［R］.2010.

［2］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.河北省承德雙峰寺水庫工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.2011.

［3］陳志強(qiáng)，侍克斌.水利樞紐工程壩型選擇影響因素的分析［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2007（8）.

［4］冀永強(qiáng).澤城水電站樞紐壩型比較與選擇［J］.科技情報(bào)開發(fā)與科技，2009（7）.

［5］任力強(qiáng).戎家莊水庫壩型比選［J］.科技情報(bào)開發(fā)與科技，2009（22）.

［6］張競(jìng)競(jìng).柏葉口水庫壩型比選［J］.山西水利科技，2007（3）.

［7］馮慶群，鄧抒豪.深圳抽水蓄能電站上水庫主壩壩型選擇［J］.人民珠江，2006（4）.