奋斗水库工程坝型分析比较

周 龙

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江 牡丹江 157000)



奋斗水库工程坝型分析比较

周 龙

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江 牡丹江 157000)

奋斗水库位于黑龙江省穆棱市穆棱镇穆棱河干流上游，河谷呈对称“U”字型，奋斗水库工程是以城镇供水为主、结合防洪、兼顾灌溉和发电等综合利用的大型水利枢纽工程。水库的规模为大(2)型，根据坝址地形及地质条件，选取4种坝型，结合地质条件、施工、工程占地、环境影响、水土保持、工程运行条件、工程量及投资等因素进一步分析，对坝型做进一步比选。

水库；枢纽布置；坝型；造价

1 工程概况

奋斗水库隶属黑龙江省穆棱市，距穆棱镇14.1km，工程位于穆棱河干流上游，坝址以上流域面积1740km2。奋斗水库工程是以城镇供水为主、结合防洪、兼顾灌溉和发电等综合利用的大型水利枢纽工程。水库的规模为大(2)型，水库总库容为1.91×108m3，为多年调节库容。设计灌溉面积1.16万hm2，城镇供水量11630×104m3，电站总装机容量5.12MW。

2 坝型方案比选

坝址位于穆棱镇振兴村西南约3km的穆棱河转弯处，坝址处比较狭窄，河谷宽约150m，左岸相对较陡，右岸呈相对舒缓的台阶状，穆棱河主槽宽30m左右。

地貌主要由现代河床及漫滩、阶地、台地和低山丘陵构成，第四系松散层厚度4.3-5.2m，低山丘陵为华力西中晚期花岗岩，坝肩岩体为弱-中等透水岩体，河床部弱风化岩体为弱透水岩体。左坝肩有两条断层，右坝肩有一处构造破碎带，断层及破碎带对坝肩稳定影响不大。

根据坝址地形及地质条件，选取黏土心墙堆石坝、沥青混凝土心墙堆石坝、混凝土面板堆石坝、碾压混凝土重力坝4种坝型，结合地质条件、建筑材料、施工导流、工程占地、环境影响等因素进一步分析，对坝型做进一步比选。

2.1 地形地质条件

从地形条件坝线河谷呈对称“U”字型，河谷漫滩狭窄，左岸相对较陡，右岸呈相对舒缓的台阶状，坝线较短，布置土石坝、重力坝均可，但坝址区无天然垭口布置溢洪道，在岸边布置溢洪道需开挖泄水渠，挖方大，因此，布置重力坝更为有利。

从地质条件坝址处覆盖层较薄，坝轴线左岸为低山丘陵，漫滩与左岸低山丘陵呈陡坎接触，漫滩部位已开挖成长约105m，宽20m的深槽，现为鱼池，施工期可减少开挖量。坝基岩体以陡倾角张节理为主，并以70°或90°倾角居多，少量50°，坝基大部分岩体较完整，坝基岩体主要由花岗岩及二长花岗岩组成，中硬岩体，坝基大部分弱风化花岗岩岩体容许承载力[R]=2000kpa,坝基河床部位的卵砾石、人工填筑的含砂低液限黏土抗滑稳定性差，全风化及强风化带岩体承载力较低[R]=150kpa,适合建土石坝，重力坝应将该层清除，土石坝应清除人工填筑的含砂低液限黏土部分。

除左坝肩有厚1.0m的全风化带外，坝轴线处强风化带厚度在河床及河滩地处较薄，1.5m左右，在右岸台地处厚度在1.5-7.3m，左坝肩强风化带厚度9m，右坝肩强风化带厚度4.5m。弱风化岩体较完整，稳定性校好，距离坝肩较远处存在一断层破碎带，厚度1.0m，构造破碎带倾向与坡向相反，陡倾角，由于距离坝肩较远，不会对坝肩稳定产生不利影响。坝肩总渗漏量不大，但集中从坝肩渗出，距离右坝肩较远处的断层破碎带宜进行适当防渗处理。地质条件布置土石坝、重力坝均可。

2.2 工程总体布置

2.2.1 黏土心墙堆石坝

枢纽主要建筑物包括：拦河坝、溢洪道、引水隧洞、岸边式水电站等。拦河坝采用黏土心墙堆石坝，坝顶高程387.90m，防浪墙顶高程389.10m，坝长443m，坝顶宽7.0m，上下游坡均为1∶1.8，上下游坡在高程372.90m处均设置马道，马道宽3.0m，黏土心墙防渗，心墙顶宽3.0m，上下游边坡均为1∶0.25，两侧设两层反滤过渡带，水平厚分别为1.0m，2.0m，上游干砌石护坡，坝基防渗采取截水槽与帷幕灌浆结合的型式。根据溢洪道位置布置情况，经方案比较，最终确定右岸。溢洪道堰顶高程375.00m，堰型为驼峰堰，分3孔，每孔净宽8m。发电隧洞布置左岸，进口与导流洞结合；厂房采用岸边式，布置在左岸坝下128m引水隧洞出口处。

2.2.2 沥青混凝土心墙堆石坝

枢纽主要建筑物包括：拦河坝、溢洪道、引水隧洞、岸边式水电站等。沥青混凝土心墙堆石坝方案中，拦河坝采用碾压沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶高程、防浪墙顶高程、坝长、坝顶宽度、上下游坡及马道设置均与黏土心墙堆石坝方案相同，坝顶设L型混凝土防浪墙，防浪墙底座与沥青混凝土心墙相连，心墙1/3以上采用厚度0.5m，以下采用0.8m，底部2m高的沥青混凝土心墙厚度由0.8m扩大到1.2m，沥青心墙两侧设砂砾石过渡带厚3.0m,坝基防渗采取沥青心墙与帷幕灌浆相结合的形式。 溢洪道布置、左岸引水隧道、岸边式水电站、厂房布置与黏土心墙堆石坝方案相同。

2.2.3 混凝土面板堆石坝

枢纽主要建筑物包括：拦河坝、溢洪道、引水隧洞、岸边式水电站等。混凝土面板堆石坝方案中，坝顶高程、防浪墙顶高程、坝长、坝顶宽度与黏土心墙堆石坝方案相同，在坝顶上游侧设置4.6m高的C25钢筋混凝土防浪墙，高出坝顶1.2m。上下游坡均为1:1.4，坝体采用0.4m厚的C25钢筋混凝土面板防渗，在面板上游高程345.0m处设厚度分别为1.5m和1.2m的黏土和石渣料盖重区，上游坡无马道，下游坡高程372.90m处设马道，马道宽3.0m。坝基防渗采取防渗趾板与固结灌浆、帷幕灌浆相结合的形式。 溢洪道布置、左岸引水隧道、岸边式水电站、厂房布置与黏土心墙堆石坝方案相同。

2.2.4 重力坝

枢纽主要建筑物包括：拦河坝、溢流坝、进水口、坝后式厂房等。

拦河坝采用全断面碾压混凝土重力坝，坝顶高程385.90m，防浪墙顶高程387.10m，以弱风化岩体中部为建基面，坝长406m，最大坝高45.9m，坝顶宽度6.5m，基础座落在弱风化层中部花岗岩，布置在两岸，坝基进行固结灌浆和帷幕灌浆。溢流坝段位于主河床坝段，分3孔，每孔净宽10m，中墩厚3m，边墩厚2.5m，溢流坝段总宽41m，溢流坝堰面采用WES型幂曲线，下游采用挑流消能。

水电站坝式进水口布置在主河槽偏左侧非溢流坝段，引水道穿过坝体，为坝内埋管。进水口采用单机单管的坝前引水方式。进水口段总长13m，总宽34m，进水口分15孔，其中12孔为水电站进水口，3孔为供水、排水孔。坝后式水电站厂房布置在溢流坝左侧坝段。

2.3 施工因素

4种坝型比较施工因素，将从施工条件、料场的选择与开采、施工导截流、主体工程施工、施工总布置和施工总进度等方面进行分析。经分析比较结论：①坝址处缺乏水工沥青混凝土碱性骨料；黏土料场的地类为耕地，征地难度大。②施工期间，黏土心墙堆石坝抵御超标准洪水的能力最差，沥青混凝土心墙堆石坝严禁坝顶过流。③施工导流期间，混凝土面板堆石坝可以利用堆石坝体拦挡超标洪水。④黏土心墙、混凝土面板堆石坝及沥青混凝土心墙堆石坝的施工导流费用稍高。⑤沥青货源选用距离较近的辽宁盘锦辽河油田。基于以上5点，尤其从降低施工导流风险角度考虑，碾压混凝土重力坝最优，其次混凝土面板堆石坝，再次沥青混凝土心墙堆石坝，黏土心墙坝最差。

2.4 占地分析

黏土心墙堆石坝工程占地面积最大，黏土料位于坝下游，破坏和占用耕地较多，征地费用2908万元。沥青混凝土心墙堆石坝工程占地面积大，破坏和占用耕地相对少，征地费用2849万元。混凝土面板堆石坝工程占地面积较大，破坏和占用耕地相对少，征地费用2806万元。重力坝工程占地面积小，不破坏耕地，征地费用2020万元。

2.5 环境影响

坝址周围环境相同，没用大的制约因素，淹没居民户数、淹没土地面积相等，仅在施工高峰人数、建筑材料和环境投资上有所差别，黏土心墙堆石坝利用当地材料，料场开采如采取措施不到位易破坏周围环境；沥青混凝土心墙坝建筑材料部分外购，所需沥青量较大，在沥青施工过程中对当地的环境空气产生的影响最大；混凝土面板堆石坝建筑材料部分外购，利用当地材料，料场开采如采取措施不到位易破坏周围环境；碾压混凝土重力坝建筑材料部分外购，施工混凝土工程量较大，对当地环境破坏不大。从环保投资来看，碾压混凝土重力坝环保投资较黏土心墙坝、混凝土面板堆石坝环保投资分别少345万元、364万元，因此从环境角度来说，推荐碾压式重力坝。

2.6 水土保持

4种坝型施工建设产生水土流失影响的差别主要体现在弃土弃渣量、扰动土地面积等因素。

碾压混凝土重力坝的型式坝体较短，同时该坝型以混凝土量回填为主，土石方量开挖、回填均较少，弃土弃渣量也相对较少，产生水土流失量及危害也相对较小。其它3个坝型的土石方开挖量和回填量均较大，由于受土石方量的利用限制，其它3个坝型相比重力坝，弃渣量均较大。

在4个坝型方案中，其永久工程占地面积很接近，主要区别于临时占地中的取料场占地；黏土心墙堆石坝的建设，需要征用大量的黏土料场和石料场，增加了扰动面积，也增加了占地费用和治理费用；沥青混凝土心墙堆石坝和混凝土面板堆石坝虽然降低了黏土料场的使用，但仍然需要大量的石方填筑，对石料场的扰动和破坏仍然造成大量的水土流失危害；碾压式混凝土重力坝填筑料场以混凝土为主，无需黏土料场和石料场，仅对砂砾石料场的破坏较大，砂砾料场处于库区河道附近，无需新增料场的征地，不会破坏项目区周边的生态环境。

2.7 运行条件

黏土心墙堆石坝方案结构简单，对质条件要求相对较低，能适应地基变形，便于维修和加高、扩建，但工程地处寒冷地区，护坡抗破坏能力差，年年需要进行维修。沥青心墙堆石坝中沥青混凝土心墙柔性大，适应变形能力强，一旦发生裂缝，在水流冲刷下，不容易修复。面板堆石坝体能直接挡水或过水，简化了施工导流与度汛，枢纽布置紧凑，充分利用了当地材料。面板坝可以分期施工，便于机械化施工，施工受气候条件的影响较小。但工程地处寒冷地区，面板易发生冻胀裂缝，在水流冲刷下，由于堆石体断面小，易危及坝体安全。重力坝筑坝材料强度高，耐久性好，对洪水漫顶、抵抗渗漏、地震破坏能力比较强。

2.8 工程量及投资

4个坝型中，重力坝方案总工程量最少为69.77×104m3。黏土心墙堆石坝方案总工程量最多为216.72×104m3。沥青混凝土心墙堆石坝方案工程量较多为210×104m3。混凝土面板堆石坝工程量较多为187.18×104m3。重力坝方案静态总投资最少为44718万元，黏土心墙堆石坝方案静态总投资为49734万元，沥青混凝土心墙堆石坝静态总投资为50424万元，混凝土面板堆石坝静态总投资为50623万元，黏土心墙堆石坝较重力坝方案工程投资多5015万元。

2.9 结论

碾压式混凝土重力坝与土石坝相比较的优点：枢纽布置紧凑，结构安全可靠，坝体方量大幅缩减，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗渗漏、洪水漫顶、地震和战争破坏的能力都比较强。压力管道和输水管道短，进水塔可紧贴坝面修建。填筑方量少，减少对耕地占用，可减少对环境的影响，减少施工运输量和施工灰尘，施工允许坝顶过流。建成后维修费用少，工程造价低。缺点是：坝体应力较低，材料强度不能充分发挥。坝体体积大，施工期混凝土的温度应力和收缩应力较大，在施工期对混凝土温度控制要求较高。

黏土心墙堆石坝方案的工程总投资为138835万元，重力坝方案的总投资为131348万元，黏土心墙坝堆石坝方案工程总投资在土石坝方案总最省，较重力坝方案工程总投资多7486万元。综合以上考虑，确定重力坝坝型。

[1]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省穆棱市奋斗水库工程可行性研究报告[R].哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2014.

1007-7596(2017)02-0072-03

2017-02-14

周龙(1975-)，男，黑龙江牡丹江人，高级工程师。

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