獨(dú)南灌區(qū)譚堯水庫(kù)工程壩線及壩型比較選擇

李 莎

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002)

獨(dú)南灌區(qū)譚堯水庫(kù)工程壩線及壩型比較選擇

李 莎

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002)

獨(dú)南灌區(qū)譚堯水庫(kù)工程建成后將發(fā)揮以灌溉為主，輔以人畜飲水和環(huán)境用水等綜合功能。灌溉面積3058hm2，灌溉設(shè)計(jì)保證率為80%，灌溉引水設(shè)計(jì)流量渠首段為3.62m3/s，同時(shí)解決區(qū)內(nèi)3.5萬(wàn)人和5.5萬(wàn)頭牲畜飲水問(wèn)題，并利用水庫(kù)蓄水下放用于環(huán)境水。庫(kù)區(qū)自然條件優(yōu)越，庫(kù)水面寬廣，庫(kù)內(nèi)自然景色優(yōu)美，植被良好，兩岸山青水秀，壩址區(qū)域范圍內(nèi)巖溶地貌隨處可見(jiàn)，古樹(shù)參天。加之庫(kù)區(qū)僅距縣城23km，有黔桂公路和貴新高等級(jí)公路貫穿南北，工程建成后還可以發(fā)展地方旅游，并為養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造有利條件。文章主要闡述了獨(dú)南灌區(qū)譚堯水庫(kù)工程壩線及壩型選擇。

水庫(kù)；壩線；壩型；獨(dú)南灌區(qū)；譚堯水庫(kù)

1 工程概況

獨(dú)南灌區(qū)譚堯水庫(kù)工程位于貴州省獨(dú)山縣南部，水庫(kù)樞紐建在珠江流域紅水河水系六硐河的一級(jí)支流里旺河上，壩址在上司鎮(zhèn)堯壩寨，距縣城23km。灌區(qū)自北向南沿黔桂公路西側(cè)展布，工程區(qū)內(nèi)有鄉(xiāng)村公路相通，交通方便。

譚堯水庫(kù)正常蓄水位929.0m，總庫(kù)容1650萬(wàn) m3，興利庫(kù)容915萬(wàn) m3，灌溉面積3058hm2。同時(shí)解決區(qū)內(nèi)3.5萬(wàn)人和5.5萬(wàn)頭牲畜飲水問(wèn)題。

水庫(kù)大壩高40.9m，壩長(zhǎng)164.2m，壩頂寬4.3m，為混凝土面板重力壩，屬多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。譚堯水庫(kù)項(xiàng)目將建設(shè)大壩樞紐工程，干、支渠道總長(zhǎng)98km，其中干渠長(zhǎng)32km，支渠長(zhǎng)66km。

水庫(kù)將灌溉縣南部上司、打羊、下司、麻尾、甲墾、堯棒、董嶺、黃后等8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。干渠支渠中倒虹管、隧洞、渡槽有56處，工程建設(shè)較為艱難。干渠引水流量3.62m3/s，工程總投資10797.88萬(wàn)元。

2 壩線、壩型選擇

在推薦的堯壩壩址選擇上、下兩條壩線進(jìn)行樞紐布置設(shè)計(jì)，兩條壩線相距約120m，壩址附近具有豐富的料源。

根據(jù)壩區(qū)地形地質(zhì)條件、天然建材和施工條件等，考慮了重力壩和當(dāng)?shù)夭牧蠅危⒔Y(jié)合本工程的實(shí)際情況，重力壩選擇了漿砌石重力壩和碾壓混凝土重力壩，當(dāng)?shù)夭牧蠅芜x擇了混凝土面板堆石壩和心墻堆石壩分別進(jìn)行比較。

2.1 從地形條件方面選擇

壩址位置地形為不對(duì)稱寬緩“V”形縱向谷，地形坡度右岸緩，岸坡約16°～18°；左岸陡，岸坡約35°～45°。

河谷寬高比上、下壩線分別為5.4、4.8。上、下壩線均適宜修當(dāng)?shù)夭牧蠅魏椭亓?，且能滿足樞紐建筑物的布置要求。

2.2 從地質(zhì)條件方面選擇

巖體結(jié)構(gòu)為單斜構(gòu)造，巖層以12°～20°傾角傾向左岸。

巖體組成右岸和左岸905m高程以下為(C1d1-1-1)石英砂巖、砂巖、頁(yè)巖夾煤線及泥質(zhì)灰?guī)r夾碳質(zhì)泥巖，厚度12～15m，為壩址的主要巖體，其下為(C1y2)灰?guī)r夾碳質(zhì)泥巖。

左岸905m高程以上至930m高程分別為：

1)C1d1-1-2灰?guī)r夾炭泥巖，厚4.5m。

2)C1d1-1-3炭質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)灰?guī)r，厚14.3m。

3)C1d1-1-4石英砂巖，厚4.8m。

4)C1d1-1-5頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖夾石英砂巖，局部夾煤線，厚度>30m。

整個(gè)壩址巖體右岸及河床以硬質(zhì)巖為主，夾少量軟弱層；左岸軟硬巖體相間分布呈互層狀。

壩址軟硬巖體在風(fēng)化深度、抗風(fēng)化能力、親水性方面具有明顯差異性，上、下壩線巖體風(fēng)化特征基本相似。

右岸C1d1-1-1砂巖巖體強(qiáng)風(fēng)化法向厚度4～6m，但其中所夾煤線、炭質(zhì)泥巖順層風(fēng)化較深，炭質(zhì)泥巖遇水極易軟化、泥化；左岸C1d1-1-4、C1d1-1-5砂巖一般4～6m，頁(yè)巖類(lèi)6～8m，C1d1-1-2、C1d1-1-3灰?guī)r一般4～5m，炭質(zhì)泥巖6～8m，炭質(zhì)泥巖遇水極易軟化、泥化，頁(yè)巖、炭質(zhì)泥巖局部強(qiáng)風(fēng)化厚度12.4m。

上、下壩線均發(fā)育有層面、軟弱夾層和節(jié)理裂隙面等，從而形成壩基(肩)抗滑穩(wěn)定分析的邊界條件，即滑動(dòng)面、切割面、臨空面[1]。

兩條壩線地質(zhì)結(jié)構(gòu)基本一致，左岸主要由碎屑巖類(lèi)組成，河床及右岸由較堅(jiān)硬的砂巖和灰?guī)r組成。

不同的是下壩線離F4斷層近，受其影響圍巖完整性差，破碎嚴(yán)重，且下壩線右岸覆蓋層較深，巖石風(fēng)化較深，基礎(chǔ)處理工程量大。壩線地質(zhì)條件比較見(jiàn)表1。

表1 上、下壩線工程地質(zhì)條件比較表

可見(jiàn)，上壩線工程地質(zhì)條件優(yōu)于下壩線，河床及右岸地層巖性以強(qiáng)度稍高的砂巖和灰?guī)r為主，壩址位置左壩肩中上部為強(qiáng)度較低的泥頁(yè)巖，下部為強(qiáng)度較高的砂巖，巖體完整性差，軟硬巖體強(qiáng)度差異較大。

重力壩基礎(chǔ)必須置于微風(fēng)化或弱風(fēng)化中部，而河谷左岸軟質(zhì)泥巖物理力學(xué)指標(biāo)較低，為滿足穩(wěn)定及強(qiáng)度要求，壩體體型較大(相對(duì)同種壩型而言)壩體基礎(chǔ)開(kāi)挖較深，基礎(chǔ)處理工程量和壩體工程量較大，基礎(chǔ)處理要求高，施工中不可遇見(jiàn)的工程問(wèn)題多，壩體砌筑材料用量大[2]。

面板堆石壩對(duì)地基要求較低，除趾板及趾板下游0.5倍壩高范圍內(nèi)的基礎(chǔ)需建在弱風(fēng)化上部外，其余可建在強(qiáng)風(fēng)化層上，基礎(chǔ)處理較容易。

2.3 從天然建筑材料方面選擇

石料場(chǎng)位于壩址下游左岸交擺村附近，距壩址約700m。

料場(chǎng)植被稀少，地形為單面山，開(kāi)采面為斜向巖質(zhì)邊坡，自然坡度15°～20°，坡體穩(wěn)定，場(chǎng)地開(kāi)闊，易于開(kāi)采。

料場(chǎng)巖性為C1d2中厚層含燧石灰?guī)r，巖石飽和抗壓強(qiáng)度60～90MPa，材質(zhì)好，儲(chǔ)量足，有效總儲(chǔ)量56萬(wàn) m3。

土料場(chǎng)分散于芝茶(庫(kù)內(nèi)中后段)和黑石關(guān)(庫(kù)外)，運(yùn)距2.7～3.3km，總儲(chǔ)量7.63萬(wàn) m3。

另外，作為重力壩方案之一的碾壓混凝土重力壩筑壩主要材料之一的粉煤灰附近少，質(zhì)量較差，為滿足其材質(zhì)要求，則運(yùn)距較遠(yuǎn)，材料供應(yīng)費(fèi)用高。

2.4 從施工條件方面選擇

修建當(dāng)?shù)夭牧蠅嗡璧氖铣渥悖|(zhì)量?jī)?yōu)，運(yùn)距短。

由于庫(kù)區(qū)地形狹窄，庫(kù)內(nèi)運(yùn)輸條件差，位于庫(kù)內(nèi)的土料運(yùn)輸難，運(yùn)距較遠(yuǎn)，且根據(jù)工程結(jié)構(gòu)布置分析，土石壩所需的心墻土料用量約6.5萬(wàn) m3，與總儲(chǔ)量相差1.13萬(wàn) m3，考慮無(wú)效及施工損失(按15%計(jì))，則土量?jī)?chǔ)量不能滿足用量要求。

而土料屬殘坡積黃壤土及黃色石灰土類(lèi)，黏粒含量雖高，天然容重低，但天然含水率高，可壓實(shí)性差。

為滿足土料填筑所需的最優(yōu)含水率則必須進(jìn)行翻曬，并嚴(yán)格控制碾壓參數(shù)。

另?yè)?jù)工程區(qū)內(nèi)的氣候條件，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，冬春半干燥夏季濕潤(rùn)型，雨量豐富，降雨歷時(shí)較長(zhǎng)，受降雨和不穩(wěn)定的陰晴交變天氣影響，土料翻曬施工難以進(jìn)行，碾壓參數(shù)極難控制，不易達(dá)到心墻土料的最佳填筑要求，不利于心墻壩的施工，特別是在冬春季節(jié)心墻料填筑施工受氣候影響大[3]。因而修建心墻土石壩的可實(shí)施性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性均較差。

另外，漿砌石重力壩施工機(jī)械化程度低，施工技術(shù)難度小，對(duì)施工隊(duì)伍要求低，可為地方小型施工企業(yè)提供競(jìng)爭(zhēng)空間，可為當(dāng)?shù)厥Ｓ鄤趧?dòng)力創(chuàng)造一定的就業(yè)機(jī)會(huì)，但施工質(zhì)量難以控制。

堆石壩主要采用機(jī)械化施工，施工效率高，施工進(jìn)度快，對(duì)施工隊(duì)伍素質(zhì)要求較高，施工管理合理，工程質(zhì)量能很好地得到控制，同時(shí)體現(xiàn)了現(xiàn)代化的施工技術(shù)特點(diǎn)及要求。

2.5 從導(dǎo)流方式方面選擇

1)重力壩為右岸明渠導(dǎo)流，施工導(dǎo)流方式簡(jiǎn)單，臨時(shí)工程量較省。

2)堆石壩為左岸隧洞導(dǎo)流，導(dǎo)流方式相對(duì)較復(fù)雜，臨時(shí)工程量較大。

2.6 從樞紐布置方面選擇

重力壩方案布置較為緊湊，溢洪道、底孔、取水口均布置于壩身。

面板壩方案布置則較為分散，溢洪道布置在右岸，灌溉取水隧洞及底孔兼導(dǎo)流隧洞布置在左岸。

但均能滿足樞紐布置要求，均能完成相同的使用功能。

2.7 從工期方面選擇

漿砌石重力壩工期最長(zhǎng)，為3a；碾壓混凝土重力壩工期次之，為22個(gè)月；混凝土面板堆石壩工期最短，為19個(gè)月。

2.8 從工程比較投資方面選擇

該部分投資包括樞紐建筑物、臨時(shí)導(dǎo)流工程投資和上壩線由于渠道增長(zhǎng)而增加的投資。主要有2個(gè)方案：

2.8.1 上壩線

混凝土面板堆石壩2556.41萬(wàn)元，漿砌石重力壩3001.75萬(wàn)元。

2.8.2 下壩線

混凝土面板堆石壩2733.40萬(wàn)元，漿砌石重力壩3281.22萬(wàn)元，碾壓混凝土重力壩3086.52萬(wàn)元。

2.8.3 方案比選

比較投資最小的兩個(gè)壩型方案上壩線混凝土面板堆石壩比較投資比下壩線混凝土面板堆石壩比較投資少176.99萬(wàn)元。

2.9 從樞紐方案總投資方面選擇

2.9.1 上壩線

混凝土面板堆石壩方案總投資10992.49萬(wàn)元，漿砌石重力壩方案總投資11739.60萬(wàn)元。

2.9.2 下壩線

混凝土面板堆石壩方案總投資11262.32萬(wàn)元，漿砌石重力壩方案總投資11838.34萬(wàn)元，碾壓混凝土重力壩方案總投資11871.07萬(wàn)元。

2.9.3 方案比選

總投資最省的壩型方案也是上、下壩線的面板堆石壩方案，上壩線面板堆石壩方案總投資比下壩線面板堆石壩方案總投資省269.83萬(wàn)元。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，得出如下結(jié)論：

1)壩線方面：上壩線優(yōu)于下壩線，

2)壩型方案方面：由于心墻料料場(chǎng)分散，運(yùn)距遠(yuǎn)，運(yùn)輸條件困難，心墻堆石壩受氣候條件影響不利于心墻料的施工，施工難度較大，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性差，故首先舍棄心墻堆石壩方案。

設(shè)計(jì)主要針對(duì)面板堆石壩和重力壩進(jìn)行綜合比較。

漿砌石重力壩工期長(zhǎng)，建設(shè)管理費(fèi)用高，工程效益滯后，面板壩工期短，見(jiàn)效快。重力壩基礎(chǔ)開(kāi)挖較深，基礎(chǔ)處理工程量大，面板壩基礎(chǔ)處理相對(duì)較容易。

碾壓混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩工期相同，但筑壩所需的粉煤灰運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，受外部條件(如公路狀況等)影響較大，運(yùn)輸費(fèi)用高，導(dǎo)致比較投資和總投資均較大。

而面板壩適應(yīng)地基能力強(qiáng)，筑壩材料即為當(dāng)?shù)夭牧?，運(yùn)距短(約700m)，儲(chǔ)量足，質(zhì)量高。

工程比較投資及總投資均是上壩線面板堆石壩方案最省，比較投資和總投資分別節(jié)省176.99萬(wàn)元和269.83萬(wàn)元[4]。

[1]朱良驤.葛洲壩水利樞紐通航工程總體布置問(wèn)題[J].水運(yùn)工程，1981(03)：01-09.

[2]丁琦，譚啟富.漢江王甫洲水利樞紐規(guī)劃設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題[J].人民長(zhǎng)江，1985(06)：22-27.

[3]馮慶群，鄧抒豪.深圳抽水蓄能電站上水庫(kù)主壩壩型選擇[J].人民珠江，2006(04)：25-27.

[4]范志強(qiáng). 山西省下交漳水庫(kù)壩址比選[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì), 2008(09):215-216.

1007-7596(2014)03-0125-03

2013-08-12

李莎(1960-)，女，貴州貴陽(yáng)人，工程師，從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。

TV641

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