黃盛銓 ，張芳勇，鞏緒威

（上?？睖y設(shè)計(jì)研究院，上海 200434）

1 工程概況

Darawat Dam工程位于巴基斯坦南部信德省境內(nèi)Baran Nai河上，吉爾特爾山脈（Kirthar Range）的東部邊緣出口，西南距離卡拉奇132 km，東距海德拉巴66 km。

該工程的主要任務(wù)是為大壩下游右岸的土地提供灌溉用水。壩址區(qū)的主要建筑物包括混凝土重力壩、溢洪道、沖砂孔及引水建筑物。

混凝土重力壩最大壩高46 m，壩頂長306 m，壩頂高程121 m。正常蓄水位112.55 m，相應(yīng)庫容1.5 億 m3，灌溉面積 10024 hm2。

2 壩址地形地質(zhì)條件

壩址位于一近南北向展布的條狀山梁西側(cè)山坡，Baran Nai東南流向從條狀山梁的一缺口處通過。

壩址處為不對(duì)稱的“V”型河谷。左岸岸坡地形略緩，坡度約15°；右岸略陡，坡度約25°。河道在壩址區(qū)為向西南略突出的弧形彎段，河道寬約45 m，河床面較平整。兩岸岸坡均為巖石岸坡，河床為沖洪積的含卵礫石砂層覆蓋。

工程區(qū)域出露地層為第三系的基巖及第四系的覆蓋物。分布在壩址區(qū)的基巖屬第三系，以灰?guī)r、白堊質(zhì)灰?guī)r為主，夾少量的泥質(zhì)灰?guī)r、砂巖、頁巖等，巖層傾角較緩，總體傾向庫內(nèi)、右岸。壩址區(qū)河流走向與巖層走向大角度相交。除河床有第四系沖積物、壩軸線下游左岸坡腳有少量的崩坡積物外，山坡上覆蓋物較少，基巖普遍裸露。最大可信地震加速度MCE取0.23 g；基本地震加速度OBE取0.16 g。

3 壩型選擇

前期設(shè)計(jì)時(shí)，推薦壩型為面板堆石壩?；驹O(shè)計(jì)時(shí)，就面板堆石壩與重力壩對(duì)于該工程的適應(yīng)性進(jìn)行了比較，認(rèn)為面板堆石壩不適合本工程，具體為：

1）由于土石壩的洪水標(biāo)準(zhǔn)更高，采用面板堆石壩需更大規(guī)模的泄洪建筑物。并且泄洪建筑物須與壩體分開布置，為此將導(dǎo)致山體開挖、邊坡支護(hù)、棄渣等工程量巨大，并將形成高高度超過100 m的高邊坡，工程難度大。

2）灌溉引水口需與壩體分開，單獨(dú)布置在右岸山體中，這將導(dǎo)致引水管線必須采用隧洞型式，加了施工工期、施工難度和工程投資。

3）經(jīng)對(duì)現(xiàn)場及其附近料源的了解，面板堆石壩所需要的壩體填筑料源匱乏，而溢洪道的開挖料多為③層白堊質(zhì)石灰?guī)r，不能做為壩體的填筑料，需另外尋找合適的壩體填筑料場。

4）面板堆石壩施工導(dǎo)流需設(shè)置專門的導(dǎo)流明渠或?qū)Я鞫矗瑝误w本身不能過流，增加的建筑物一方面可能會(huì)導(dǎo)致工期延長，另一方面也將增加工程投資。

一般來說，在料源滿足筑壩要求、儲(chǔ)量充足、運(yùn)距短的前提下，面板堆石壩的投資要小于同高度的混凝重力壩，但就本工程而言，綜合泄水和引水建筑物的布置，選擇混凝土重力壩，優(yōu)勢更加明顯，具體如下：

1）泄洪和引水建筑物均可以布置在壩體上，不需要分開布置在左岸山體中，當(dāng)然也不需要進(jìn)行大開挖。

2）混凝土壩體在汛期可通過設(shè)置導(dǎo)流孔或者預(yù)留缺口進(jìn)行導(dǎo)流，減少了相關(guān)臨時(shí)工程投資。

3）重力壩在抵抗未來不可控風(fēng)險(xiǎn)能力方面要強(qiáng)于面板堆石壩。由于該工程相關(guān)水文資料匱乏，所依據(jù)的水文資料均是根據(jù)降雨量進(jìn)行推求的，并無實(shí)測的河流水文數(shù)據(jù)。因此采用混凝土重力壩可以抵御超規(guī)模的洪水，可避免超標(biāo)準(zhǔn)洪水造成的潰壩等重大事故。

因此，綜合以上分析，該工程最終采用混凝土重力壩方案。

4 大壩設(shè)計(jì)[1，2]

Darawat Dam主要建筑物包括混凝土重力壩、溢洪道、沖砂孔以及引水建筑物。

4.1 溢洪道（溢流壩段）

溢洪道位于主河床，采用混凝土重力壩，共設(shè)置6個(gè)壩段，壩段寬度18 m，總長108 m，最大壩高46 m。溢流表孔為開敞式，不設(shè)閘門控制，自由敞泄，表孔設(shè)置11孔，單孔寬8.6 m，總凈寬為94.6 m。中墩設(shè)10個(gè)，單個(gè)厚1 m，邊墩下游接導(dǎo)墻，厚1.7 m。壩體上游面為豎直面，下游采用WES實(shí)用堰堰型，反弧段半徑16 m，出口挑射角度為35°。溢流壩段最大底寬38.00 m。

4.2 非溢流壩段

非溢流壩段布置在壩頂溢洪道兩側(cè)，左岸9個(gè)壩段，右岸4個(gè)壩段，壩段寬度除M9壩段為18 m外，其余均為15 m，壩段總長度為198.00 m。非溢流壩段壩頂寬6 m，下游壩坡為1∶0.75。非溢流壩段的最大壩高為32.00 m。

4.3 沖砂孔

沖砂孔布置在溢流壩段右側(cè)的M16壩段上，進(jìn)口底高程為98.5 m。沖砂孔采用圓形斷面，直徑2.0 m。沖砂孔進(jìn)口尺寸為2.0 m×2.5 m（寬×高），洞身段經(jīng)過方變圓段變?yōu)橹睆?.0 m的圓管，出壩后采用外包混凝土結(jié)構(gòu)，經(jīng)半徑30 m的彎曲段轉(zhuǎn)向30°，斜挑向河道。沖砂孔內(nèi)襯鋼管厚度為12 mm（轉(zhuǎn)彎段為16 mm），工作閘門采用前止水型式。

4.4 引水建筑物

引水建筑物主要包括進(jìn)水口、引水鋼管、消力池、跌水等，與灌溉渠道相接。根據(jù)招標(biāo)文件，灌溉區(qū)的最大需水量為4.42 m3/s，確保在水庫死水位（106.00 m）以上可以取到水。

進(jìn)水口布置在大壩右岸M16非溢流壩段，為壩式進(jìn)水口。進(jìn)水口前沿總寬4.00 m，頂高程121.25 m，底高程104.00 m。進(jìn)水口由攔污柵段與流道進(jìn)口段組成。攔污柵段兩側(cè)邊墻為直墻，厚1.00 m。流道進(jìn)口段長1.4 m，位于大壩壩體內(nèi)，兩側(cè)邊墻為直墻，頂板為橢圓，與其后方圓漸變段平順連接。為保證進(jìn)水口前的門前清，在左側(cè)設(shè)置有沖砂孔拉沙。

進(jìn)水口后接直徑1.40 m的引水鋼管，總長約870.00 m，由壩內(nèi)埋管段和明管段組成。壩后設(shè)置一道蝶閥，以控制引水流量。鋼管壁厚12 mm。

4.5 大壩基礎(chǔ)處理

根據(jù)壩址區(qū)的工程地質(zhì)條件和重力壩對(duì)基礎(chǔ)的要求，采用固結(jié)灌漿、防滲帷幕灌漿、排水等進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

壩基上下游各1/3范圍內(nèi)布置固結(jié)灌漿孔，孔深5 m，間排距均為3 m。為降低兩岸和壩基的滲透壓力，在大壩底部設(shè)置兩排防滲帷幕，主帷幕深度按0.75倍水頭進(jìn)行控制，河床部位帷幕灌漿最大深度為27 m，孔距為2.0 m；副帷幕深度按主帷幕1/2控制。左右岸壩頭壩段帷幕灌漿從壩頂實(shí)施。帷幕下游布置一排排水孔，入巖深度為10 m，孔距為3.0 m。斷層處理采用混凝土塞方法，并對(duì)斷層及其影響帶采取加密固結(jié)灌漿孔處理。

4.6 大壩細(xì)部設(shè)計(jì)

根據(jù)壩體斷面尺寸、溫度應(yīng)力、施工條件，壩體設(shè)置橫縫。壩體上游設(shè)置兩道橡膠止水帶，橫縫內(nèi)填充高密度填縫板。壩內(nèi)廊道四周、下游護(hù)坦等部位均設(shè)置一道橡膠止水帶。

壩體采用三級(jí)配C9015（圓柱體抗壓強(qiáng)度，下同）常態(tài)混凝土，上游面和壩基與巖基接觸面采用三級(jí)配C9025混凝土，溢流面、閘墩、壩頂結(jié)構(gòu)、孔洞等處采用二級(jí)配C25混凝土，溢洪道表面高速水流區(qū)采用二級(jí)配C35混凝土。

排水系統(tǒng)包括壩體排水和壩基排水。壩體排水孔設(shè)在壩體上游側(cè)，間距3m，排水引入基礎(chǔ)灌漿廊道；壩基排水孔布置在基礎(chǔ)帷幕灌漿的下游側(cè)。壩體和壩基的排水通過基礎(chǔ)灌漿廊道引至設(shè)于排水廊道內(nèi)的集水井，通過排水泵排至下游河道。

根據(jù)水工模型試驗(yàn)成果，在50年一遇洪水下，溢洪道最大下泄流量為1885 m3/s，挑射水流距離為61.80 m，沖刷坑深度為5.60 m，河床中部覆蓋層深度為10 m，該工況下的挑射水流不會(huì)危及到基巖壩體的安全。為防止小流量洪水對(duì)溢流壩段基礎(chǔ)的淘刷，在下游河床部位覆蓋層部位設(shè)置護(hù)坦，防護(hù)范圍為溢流壩下20 m范圍，護(hù)坦采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚2.0 m。溢流壩段下游的兩側(cè)岸坡則采用1.0～0.5 m厚的鋼筋混凝土護(hù)坡防護(hù)，根據(jù)水工模型試驗(yàn)成果，左右岸防護(hù)長度均為90 m。

5 大壩穩(wěn)定計(jì)算[1]

5.1 壩基抗滑穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)工程特點(diǎn)，分別選取溢流壩段、非溢流壩段及邊坡壩段作為典型斷面，分別進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，工況荷載組合見表1。

表1 壩基抗滑穩(wěn)定荷載組合

壩基混凝土與基巖滑動(dòng)面的粘聚力c′為0.4 MPa，抗剪斷摩擦系數(shù) f′為 0.7。

計(jì)算結(jié)果表明，壩基抗滑穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)滿足規(guī)范[1]要求。計(jì)算結(jié)果見表2。

5.2 深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)地勘資料，壩基建基面下存在灰質(zhì)頁巖軟弱夾層T1，存在著深層滑動(dòng)的可能。為此，分別選取溢流壩段及非溢流壩段兩個(gè)最大壩高的典型斷面進(jìn)行計(jì)算，荷載工況組合與壩基抗滑穩(wěn)定一致，見表1。

表2 大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

為確定軟弱夾層T1的抗剪斷參數(shù)，巴基斯坦水電發(fā)展署（WAPDA）實(shí)驗(yàn)室在溢流壩M13壩段下游進(jìn)行了現(xiàn)場原位剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為軟弱夾層T1粘聚力c′為363.5 kPa，內(nèi)摩擦角為65.1°。經(jīng)過修正后，最終采用粘聚力c′為0.2 MPa，內(nèi)摩擦角為30°進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算結(jié)果表明，深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范[1]要求，不需要對(duì)壩基基礎(chǔ)進(jìn)行特殊處理。計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 大壩深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

6 結(jié)語

1）Darawat Dam工程經(jīng)過壩型比選，確定了采用實(shí)體混凝土重力壩，符合工程特點(diǎn)。此外大壩工程布置結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，滿足工程功能要求。

2）大壩壩基抗滑穩(wěn)定及深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表明，大壩抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求，無需對(duì)壩基基礎(chǔ)進(jìn)行特殊處理。

3）大壩主體工程已于2013年6月完工，目前大壩運(yùn)行良好。

［1］GRAVITY DAM DESIGN（EM-1110-2-2200），USACE，1995.

［2］DESIGN OF GRAVITY DAMS，USBR，1976.