蘆溪縣高樓水庫壩型比選研究

羅 明，唐林波，高 琛

（1.江西省水利規(guī)劃設(shè)計研究院，江西 南昌 330029；2.江西省水利廳工程建設(shè)稽察事務(wù)中心，江西 南昌 330009）

大壩能攔截阻擋水流，抬高上游水位，從而形成水庫。在水庫設(shè)計中，大壩壩型選擇是首選需要解決的一個重要問題，在選擇中涉及到許多重要影響因素，如大壩壩址條件、施工工期、工程造價等[1]。一般情況下，一個壩址可供選擇的壩型方案有好幾個，且各個方案各有優(yōu)缺點。不同的工程實際情況都不完全相同，通過分析壩型選擇的影響因素，并結(jié)合壩址區(qū)的實際自然條件，可選擇技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理的壩型[2]。

高樓水庫位于江西省萍鄉(xiāng)市蘆溪縣蘆溪鎮(zhèn)高樓村，主要建設(shè)任務(wù)為蘆溪縣城居民生活提供備用水源及提供農(nóng)田灌溉用水，是一座以供水、灌溉為主，兼有防洪效益的Ⅳ等?。?）型水庫工程。本文以蘆溪縣高樓水庫為例，依據(jù)工程實際條件，初選出面板堆石壩、重力壩及粘土心墻壩，在初選的基礎(chǔ)上，分別從壩址工程地質(zhì)條件、工程投資及施工條件等進行比選研究，最終推薦混凝土重力壩壩型。

1 工程概況

高樓水庫所在河流為袁水支流潭口水，壩址位置為潭口水下游河段，距蘆溪縣城3.0km，壩址控制流域面積17.70km2，水庫正常蓄水位218.00m（黃海高程，下同），水庫總庫容794×104m3，是一座以供水、灌溉為主，兼有防洪效益的Ⅳ等?。?）型水庫工程。

2 地質(zhì)條件

2.1 壩址工程地質(zhì)條件

壩址位于水山河V型河谷末端，河流在壩址前端彎曲，壩址附近總體較順直，河流自南東流向北西。河床寬20m左右，河底高程162～167m。左岸山頂高程約265.5m，谷坡相對高差 100.5m，自然坡角 37°～50°，壩址上下游分布一沖溝，但切割不深，左岸地形完整性一般；右岸山頂高程約290m，谷坡相對高差119m，自然坡角33°～60°，局部陡立，右岸上游為河流彎曲端，地形總體較完整。

壩址壩軸線右岸分布一滑坡體。據(jù)本次測量成果，滑坡體平面上呈不規(guī)則長方形，滑坡體頂部相對平緩，高程為207.70～210.76m，頂部寬度約35.00m，底高程為165.00m左右，寬度約45.00m。175.00m高程以上現(xiàn)狀坡度65°左右，175.00m高程以下現(xiàn)狀坡度45°左右?；麦w坡面長度約70.00m，坡面積約2 800m2，平均厚度按5.00m估算，滑坡體總方量約為14 000m3（V＜10×104m3），屬小型滑坡體。

壩軸線工程地質(zhì)剖面圖如圖1所示。壩基利用弱風化變質(zhì)砂巖作為基礎(chǔ)，巖體完整性較好，壩基抗滑性能主要受結(jié)構(gòu)面控制，對壩基穩(wěn)定具有影響的結(jié)構(gòu)面主要為J6、J7、J10及F4。壩址水流方向為N27°W左右，壩軸線布置近垂直水流方向，庫水最大推力方向為N27°W。J1傾向下游，但其傾角較陡，對壩基抗滑穩(wěn)定影響不大。J1與J10兩結(jié)構(gòu)面組合交線其傾伏向為N10°W，傾伏角 48.5°，傾向下游，其若與 J6或 J7組合將構(gòu)成楔形體，其組合對壩基穩(wěn)定不利；但由于其傾角較陡，對壩基抗滑穩(wěn)定影響不大。J6與J7兩結(jié)構(gòu)面組合交線其傾伏向為SE28°，傾伏角61.6°，傾向上游，其若與J1或J10組合將構(gòu)成楔形體，其組合對壩基穩(wěn)定不利；但由于其傾角較陡，對壩基抗滑穩(wěn)定影響不大。斷層F4與水流方向斜交，其傾角較陡且傾向上游左側(cè)，對壩基的抗滑穩(wěn)定影響較小。但其距壩軸線距離較近，建議壩基對斷層破碎帶進行相應(yīng)工程處理。

2.2 天然建材情況

根據(jù)查勘資料，壩址天然建筑材料表見表1。

3 壩型比較與選擇

3.1 壩型初選

根據(jù)推薦的壩址方案工程場址及壩址地形地質(zhì)條件、天然建筑材料情況，初步考慮壩址可修建重力壩、拱壩、面板堆石壩及粘土心墻壩；本階段壩型擬采用砌石重力壩、混凝土拱壩、面板堆石壩、混凝土重力壩、粘土心墻壩等五種壩型進行初步比選。

3.1.1 砌石重力壩方案

圖1 壩軸線工程地質(zhì)剖面圖

表1 壩址天然建筑材料對比表

圖2 混凝土面板堆石壩典型橫剖面

砌石重力壩方案，壩體采用M10漿砌石進行砌筑，因目前國家對生態(tài)環(huán)境較重視，經(jīng)2018年環(huán)保督查以后，許多采石場已關(guān)停，塊石材料較少，且砌石壩需耗費人力較多，不適合采用機械化作業(yè)，施工周期較長，人工成本較高，施工質(zhì)量受人為因素影響較大，因此本次不推薦采用砌石重力壩方案。

3.1.2 混凝土拱壩方案

混凝土拱壩方案：壩體在水平荷載作用下的穩(wěn)定性主要依靠作為拱座的兩岸巖體的反力，并不全靠壩體自身重力來維持穩(wěn)定，因此其壩身斷面比混凝土重力壩瘦小，一般比重力壩方案節(jié)省工程量1/3～2/3；同時可減少基礎(chǔ)開挖，縮短溢洪道及導流洞的長度，拱壩的抗震性能也較好，但是由于其穩(wěn)定性主要依靠作為拱座的兩岸巖體的反力，其對兩岸壩肩的巖基要求較高。根據(jù)地勘資料，壩址區(qū)巖體風化以面狀風化為主，根據(jù)鉆孔揭露，巖體垂直風化分帶可劃分為強風化帶、弱風化帶、微新巖體。根據(jù)本次物探成果結(jié)合鉆孔巖芯，壩基強風化巖體破碎～較破碎，巖體質(zhì)量差；弱風化上部巖體為較破碎～完整性差，巖體質(zhì)量較差；弱風化下部巖體為較完整；微風化巖體完整，巖體質(zhì)量較好。因此，本工程壩基情況修建混凝土拱壩明顯不經(jīng)濟。

3.1.3 面板堆石壩方案

混凝土面板堆石壩方案：壩頂上游側(cè)設(shè)置防浪墻，在考慮波浪爬高及安全超高后，壩頂高程222.50m，防浪墻頂高程223.50m，壩基開挖底高程160.00m，最大壩高 62.50m；上游壩坡取 1：1.4，下游壩坡取 1：1.3，下游側(cè)于168.10m、183.70m、203.70m高程處各設(shè)置一2.00m寬的馬道，上游壩面為一級坡，壩頂寬8.00m，壩軸線長158.20m。大壩自上游向下游分別為鋼筋混凝土面板、墊層區(qū)、過渡層區(qū)、主堆石區(qū)、副堆石區(qū)，施工渡汛采用大壩臨時斷面擋水，導流洞泄流度汛，下游壩面168.10m高程以上均采用干砌石護坡，以下為排水棱體。鋼筋混凝土防滲面板厚0.30m～0.60m。其典型橫剖面圖如圖2所示。

3.1.4 混凝土重力壩方案

混凝土重力壩方案：大壩采用混凝土重力壩，考慮波浪爬高及安全超高后，壩頂高程為222.50m，根據(jù)河床地形地質(zhì)條件，壩基開挖底高程為160.50m，最大壩高62.00m，上游壩面為鉛直面，下游壩坡1：0.8，壩頂寬度8.00m，壩軸線長度179.00m。壩內(nèi)布置灌漿、排水廊道；溢流壩對稱布置在壩體中部，共兩個壩段，溢流堰凈寬12.50m，堰頂高程218.00m，采用WES實用堰型，堰面曲線為Y=-0.064X1.85，上游采用橢圓曲線平順連接，下游采用圓弧曲線連接，大壩下游端設(shè)置挑流消能。其典型橫剖面如圖3、圖4所示。

圖3 非溢流壩段典型剖面圖

圖4 溢流壩段典型剖面圖

3.1.5 粘土心墻壩方案

粘土心墻壩方案：其典型橫剖面如圖5所示，粘土心墻壩上下游側(cè)壩殼料均采用風化料進行填筑，上游壩坡取1：2.5，下游壩坡取1：2.5，在上游壩坡177.00m、203.50m高程分別設(shè)一馬道，馬道寬均為2m；下游側(cè)于170.00m、183.50m、203.50m高程處各設(shè)置一2m寬的馬道，馬道寬均為2m。上游壩坡采用C15混凝土預(yù)制塊進行護坡，下游壩坡采用草皮護坡。下游側(cè)設(shè)置排水棱體，排水棱體頂高程170.00m，頂寬6m，上游壩坡為 1：1，下游壩坡為 1：2.5。

在大壩中間部位設(shè)置粘土心墻壩，心墻壩壩頂寬6m，底寬19.40m，兩側(cè)邊坡為 1：0.115，為防止壩基滲漏，在壩軸線部位對壩基風化巖體進行開挖，基礎(chǔ)開挖底寬為12m，兩側(cè)邊坡為1：2，開挖底高程為158.50m，開挖后采用C20素混凝土進行回填，混凝土回填面高程為161.50m，上部再設(shè)置一C25混凝土底板，厚1m，寬26m，C25混凝土底板上部設(shè)置灌漿孔。粘土心墻壩上下游均設(shè)置有粗反濾層、細反濾層，粗反濾層水平寬2m、細反濾層水平寬1m。

3.2 壩型經(jīng)濟技術(shù)比選

通過上述初步比較認為，本工程壩址適宜修建的壩型有面板堆石壩、混凝土重力壩和粘土心墻壩3種壩型方案；在此基礎(chǔ)上，分別從工程地質(zhì)條件、施工條件、工程量及工程投資等方面進行綜合經(jīng)濟技術(shù)比選。

3.2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地勘成果，面板堆石壩除混凝土址板坐落于弱風化巖層外，其它壩基對基礎(chǔ)要求不高，粘土心墻壩只要求對壩基進行一定的防滲處理，壩基對基礎(chǔ)要求不高，而混凝土重力壩需坐落于弱風化巖層上，相應(yīng)開挖量較大，基礎(chǔ)處理工程量大，因此從減少壩基自身開挖及基礎(chǔ)處理方面，面板堆石壩及粘土心墻具有一定優(yōu)勢；但面板堆石壩及粘土心墻壩均需布置導流隧洞及岸邊溢洪道，而混凝土重力壩溢洪道采用壩體中部布置，可以進行分期導流，與面板堆石壩及粘土心墻壩相比可適當減少溢洪道及隧洞開挖，減少溢洪道及隧洞處理費用，具有一定優(yōu)勢。

3.2.2 施工條件

上述3種壩型中，面板堆石壩和粘土心墻壩施工機械化程度高，但土料場和石料場都較遠，土石料運輸存在困難，高峰強度難以得到保證；混凝土重力壩方案在下游設(shè)置混凝土拌和系統(tǒng)，高峰強度有保證。面板堆石壩和粘土心墻壩總工期36個月，混凝土重力壩總工期30個月，混凝土重力壩方案工期少6個月。

圖5 粘土心墻壩典型橫剖面圖

3.2.3 主要工程量及投資

3種壩型方案工程量及投資見表2。

3.2.4 壩型選擇

通過從壩址工程地質(zhì)條件、施工條件、工程投資等方面對3種壩型進行比較認為，混凝土重力壩方案相比于其他壩型方案，具有工程布置緊湊，可減少溢洪道及隧洞開挖，施工工藝成熟，工程施工質(zhì)量易控制，施工工期短，且投資少等優(yōu)點，作為本工程設(shè)計最終推薦壩型方案。

表2 主要工程量及投資比較表

4 結(jié)語

綜上所述，本文通過先定性后定量的方法，可在盡量減少設(shè)計工程量的情況下從諸多壩型中選出最適合本工程的壩型方案；研究成果可作為類似工程設(shè)計時參考。