大河沟水库大坝坝型设计方案比选

肖富桔

(攀枝花市水利水电勘测设计院，四川 攀枝花，617000)

设计与施工

大河沟水库大坝坝型设计方案比选

肖富桔

(攀枝花市水利水电勘测设计院，四川 攀枝花，617000)

介绍大河沟水库枢纽大坝坝址、坝轴线、坝型的选择过程，着重对堆石混凝土、碾压式混凝土、埋石混凝土、细石混凝土砌块石四种重力坝方案与沥青混凝土心墙土石坝方案进行详细比较，择优选择，最终确定了大河沟水库大坝方案及坝型。

重力坝 土石坝 筑坝材料 坝型选择 大河沟水库

1 工程概况

大河沟水库位于攀枝花市东区银江镇金沙江左岸一级支流弄弄沟中游段，水库坝址位于东区银江镇弄弄沟村一社，北距仙人湖水库约1.66km。整个工程包括水库枢纽工程和水库灌区工程，水库枢纽最大坝高53.70m，总库容为70万m3。

2 坝址、坝轴线选择

大河沟水库所在流域的河道较陡，分布地层岩性较简单，覆盖层主要为第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)、第四系全新统残坡积层(Q4el+dl)，基岩为印支期正长岩(ξ)。通过现场勘测，结合当地实际地质、地形情况，仅有杨家湾和大河沟两处有条件修建水库。根据本流域水资源配置、工程建设任务和地形地质条件，杨家湾处高程为1389.0m，直流控灌面积263.53hm2，不能满足水库下游本流域的灌溉要求和向邻域视野区生态林供水的功能需求。因此，根据地形条件及灌区灌溉控制高程1550.0m等条件，本次设计坝址选择在大河沟处。

大河沟处沟口较狭窄，沟底出露弱风化正长岩，两岸坡积层相对较薄，工程开挖量较小，并且该河段相对较缓，上游河道相对开阔，库容条件较好，供布置坝轴线的位置仅有一处，该位置处坝轴线向下游约130m则为高达20.0m的跌坎，河道陡峭，不仅不利于工程布置，而且直流控灌面积也有所减少；向上游布置不仅影响库容，而且在满足水库功能的情况下大坝高度和长度都会增加，从而增加工程投资。

3 坝型比选

根据地质勘测，本工程选定的坝址处地质条件较好，地基承载力较高，同时工程区附近有储量较丰富的石渣料和块石料，且具有修建重力坝和土石坝的条件，本次设计对混凝土重力坝和碾压式沥青混凝土心墙土石坝两种坝型进行比选。

3.1 方案布置

3.1.1 重力坝方案

重力坝方案包括大坝(非溢流段和溢流段)、冲砂设施及放水设施。本次方案选取了四种重力坝筑坝材料进行比较，包括：堆石混凝土坝、碾压式混凝土坝、混凝土砌块石坝和埋石混凝土坝，四种坝体除坝身筑坝材料不同外，其余结构断面均采用同一断面，具体布置如下：

溢流坝段布置于大坝桩号K0+059.5m～K0+085m段，放水设施布置于大坝桩号K0+086.5m高程1568.00m处；大坝坝顶高程1604.0m，坝顶长165.0m，坝顶宽4.0m，最大坝高53.7m。断面详见图1。

图1 大河沟水库重力坝横断面

3.1.2 碾压式沥青混凝土心墙土石坝方案

该方案包括拦河大坝、溢洪道及放水冲砂设施。大坝全长204.3m，为沥青混凝土心墙土石坝。坝顶高程1609.06m，坝顶长204.3m，坝顶宽5.0m，上游坝坡由上至下分为2级，分别为1∶2.50、1∶2.75；下游坝坡由上至下分为3级，分别为1∶2.25、1∶2.50、1∶2.00，棱体顶宽2.0m。断面详见图2。

图2 大河沟水库土石坝横断面

3.2 方案选择

3.2.1 枢纽布置条件

重力坝方案工程布置相对紧凑，溢流坝段、放水设施和冲砂设施均布置在坝体上，枢纽占地面积较小；沥青混凝土心墙土石坝方案工程布置相对分散，需要在右岸修建溢洪道和放水冲砂设施，枢纽占地面积大，右岸地形坡度较陡，增加大量的开挖，从而引起高边坡需进行处理，且涉及到移民搬迁问题。两种方案在枢纽布置中均不存在制约性因素，但由于大河沟水库坝址位置相对狭窄，两岸坡度较陡，所以更适合于工程布置紧凑的重力坝方案。

3.2.2 建筑材料比较

3.2.2.1 碾压式沥青混凝土心墙土石坝建筑材料

(1)坝壳料。根据工程地质测绘和钻孔揭露，勘查范围内斜坡表层为薄层残坡积层，下部全～强风化正长岩，其下为弱～微风化正长岩。全～强风化正长岩可以做沥青混凝土心墙土石坝坝体填料，经勘查全～强风化正长岩石碴料约9.19万m3；全～强风化正长岩石碴料下部为弱～微风化正长岩石，按岩土分类为Ⅳ～Ⅷ级，开挖比较困难，不适宜做石碴料用。右坝肩溢洪道开挖可利用石碴料仅7.5万m3。经分析计算，若采用土石坝方案，石碴料在勘查范围是不够的，必须在其它地方开采，料场占地1.66hm2。

(2)沥青混凝土心墙料。按规范要求“宜用碱性岩石”骨料，分为三类：填料(粒径小于0.075mm的矿质粉状材料)、细骨料(粒径为0.075mm～2.5mm)、粗骨料(粒径为2.5mm～25mm)；根据现场调查，坝址10km范围内无碱性岩石。本工程所需碱性沥青混凝土骨料用量不大，故本阶段设计可采取外购碱性材料为沥青混凝土心墙所需。通过调查，距大坝约35km处碱性岩石储量丰富，且有专门开采石灰石矿的企业，交通道路为省级道路，运输条件较好。

3.2.2.2 重力坝建筑材料

本次设计选取了四种坝体填筑材料进行比较，分别为C15堆石混凝土、C15碾压混凝土、C15埋石混凝土、C15细石混凝土砌块石；坝体填筑材料上游坝面均为C20混凝土防渗面板。重力坝主要建筑材料为混凝土和块石。因工程区施工场地狭窄，无布置现场搅拌系统条件，并且搅拌混凝土粗细骨料购买运距较远，砂、砾石运距达25km。通过实际调查，在水库下游约5km附近有一商品混凝土搅拌厂，该厂向外长期大量出售商品混凝土，质量和产量均能满足大河沟水库建设需要。本次设计枢纽不单独设置搅拌系统，大坝混凝土直接购买。

3.2.2.3 建筑材料比较结论

两种坝型的筑坝材料均具有开采或购买条件，沥青混凝土心墙土石坝方案的料场开采会增加工程占地1.66hm2，在开采过程中会形成新的裸露地表，造成新的水土流失，影响当地水土流失治理成果，同时在料场开挖中还将增加4户移民，增加移民搬迁投资；混凝土重力坝方案的混凝土直接购买商品混凝土，块石由邻近的采石场购买，有乡村公路通往施工区，路况好，运距短，不会产生不良影响，无料场占地，对环境影响小。所以建筑材料方面混凝土重力坝方案占优。

3.2.3 施工条件

3.2.3.1 碾压式沥青混凝土心墙坝。近年来在土石坝中应用较为广泛，施工简单，沥青混凝土做心墙时，采用摊铺机械配置上料和碾压设备，沥青混凝土及上下游过渡料同时填筑，坝壳料进度缓于心墙施工，而雨季降雨后处理简单，将心墙擦干、烧熔即可继续施工。整个施工操作简单、方便，施工干扰少，雨季施工方便，节省工期。但是由于坝址位置特殊的地形影响，需将工程溢洪道布置在大坝右岸10.4m处，而溢洪道开挖深度达5m～60m，必须爆破开挖，开挖后高边坡需做挂网喷护处理。所以只能等溢洪道开挖完毕后才能进行大坝填筑，施工影响较大，参照本地已建工程，预计坝体施工工期需要14个月。

3.2.3.2 堆石混凝土坝重力坝。为新技术新材料坝体，主要施工工序包括支立模板、堆石入仓和专用自密实混凝土浇筑。由于堆石混凝土施工工艺简单流畅，且能简化温控，减少人为因素，充分发挥机械作业，施工速度快，施工质量控制简便有效，能大幅提高大仓面混凝土的施工效率、缩短工期，预计坝体施工工期需要8个月。但外加剂属专利产品，价格偏高；自密实混凝土对用水量非常敏感，其波动会导致离析泌水或流动性降低[1]，现行水利行业对其无专门性的技术规范，质量控制标准尚少，安全风险较大。

3.2.3.3 碾压式混凝土重力坝。碾压混凝土技术是利用土石坝施工工艺，作业施工程序包括铺料、整平、压实、质检等工序，其铺料厚度为每层不大于30cm，以振动碾进行碾压密实，混凝土为干硬性混凝土，属一种新的混凝土施工技术，突破了传统的混凝土大坝柱状法浇筑，但由于对此项技术的理解和掌握深度不一，部分碾压混凝土坝施工工艺和质量控制存在一定的问题，结合地区实际情况，无此类坝型工程，对施工质量控制、管理和技术要求等均难以保证，预计坝体施工工期需要8个月。

3.2.3.4 埋石混凝土重力坝。施工工序简单，场地干扰小，主要影响施工的是混凝土浇筑中的温度控制，设计的混凝土重力坝采用埋石(埋石率≤25%)的方式最大限度的减轻了水化热对坝体的影响，在施工中增加措施即可控制好温度。其主要施工工序包括支立模板、混凝土浇筑、抛填块石。参考类似工程，预计施工期坝体浇筑需要11个月。

3.2.3.5 细石混凝土砌块石重力坝。在施工方面主要是将块石用人工堆砌完成后，利用细石混凝土浇筑灌缝，施工方法简单，但利用人工进行堆放块石及浇筑振捣，人工用量大，耗时长，施工进度慢，预计坝体施工工期16个月。

四种混凝土重力坝和碾压式沥青混凝土心墙土石坝进行比较，各自均有优缺点。结合当地的实际情况，综合施工工艺、施工方法及施工队伍技术等综合考虑，现阶段从施工方案推荐选择埋石混凝土重力坝。

3.2.4 工程投资

根据两种坝型(其中重力坝为四种材料坝)的工程布置和初步拟定的主要建筑结构尺寸，进行工程量计算，通过对主要工程量的投资估算，计算得到各种坝型的投资分别为：沥青混凝土心墙土石坝直接投资为7303.29万元；堆石混凝土坝直接投资5757.58万元；碾压式混凝土坝直接投资6137.58万；埋石混凝土坝直接投资6111.93万元；细石混凝土砌块石坝直接工程投资5854.54万元。经过比较，土石坝投资最高，而四种材料的重力坝之间投资则相差不大。

4 结论

经过综合比较，沥青混凝土心墙土石坝投资均高于重力坝投资，并且混凝土重力坝方案在工程布置、建筑材料和施工条件等方面占优，故大河沟水库设计推荐重力坝方案。重力坝方案根据筑坝材料比较，C15埋石混凝土施工工艺简单流畅，施工速度快，施工质量控制简便有效，能大幅提高大仓面素混凝土的施工效率、缩短工期，埋石混凝土采用块石作为埋石材料，含量可达到25%左右，可减少水泥用量和温控措施；其余工种坝型结合工程的地形及施工场地，从施工工艺、施工方法、施工队伍技术水平、工程造价及安全等综合考虑，均没有明显的优势。故本阶段大河沟水库坝型推荐选择C15埋石混凝土重力坝。

〔1〕焦阳太.自密实混凝土及其在大坝工程中的应用技术[J].水利建设及管理，2011(10)：27-29.

肖富桔(1987.5-)，男，四川资阳人，助理工程师，主要从事水利水电工程设计工作。

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