观文水库大坝坝型方案比选

□付艳林（河南省豫北水利勘测设计院）

观文水库大坝坝型方案比选

□付艳林（河南省豫北水利勘测设计院）

沥青混凝土心墙坝和混凝土面板堆石坝是当地材料坝中两种比较典型的坝型，心墙坝防渗体位于坝体内部，不易破坏，但是发生问题不好处理，面板坝防渗体位于坝体上游坝坡上，与外界接触，受外部环境影响较大，易破坏，但也方便修复，两种防渗体各有优缺点，文章结合观文水库现状实际情况对两种坝型进行了经济技术比较，最终采用沥青混凝土心墙坝型。

观文水库;沥青混凝土;心墙坝;面板堆石坝

1 概述

观文水库位于赤水河左岸一级支流菜板河的右岸支流白泥河上游，坝址地处四川省古蔺县观文镇五桂村和复兴村交界处，距古蔺县城50 km，控制集水面积26.10 km2，多年平均年径流量1 302万m3，是一座以农业灌溉为主、兼顾乡村供水等综合利用的中型水利工程。该工程建成后可以保障古蔺县观文、白泥、椒园、金星4个乡（镇）3 620 hm2耕地灌溉用水问题，解决灌区乡镇2.20万人、农村2.23万人的饮水安全问题，对改善当地农业生产条件，保障粮食生产安全和乡村供水安全，促进当地经济社会发展具有重要作用。

本文主要结合观文水库现状实际情况对沥青混凝土心墙坝和混凝土面板堆石坝两种坝型进行经济技术比较，最终确定采用哪种坝型。

2 方案初选

根据该阶段地质资料，坝址附近块石、石渣料储量丰富，其储量和质量均能满足设计需用，且运距近，开采条件较好。堆石料选用灰岩，储量质量均能满足要求；混凝土粗、细骨料储量丰富，运距较近，质量较好。从天然建筑材料分布和储量分析，适宜修建，可充分利用当地建筑材料的当地材料坝和刚性坝。故就建坝条件而言，两种坝型均适合。

从工程布置上看，以碾压式沥青混凝土心墙堆石坝和混凝土面板堆石坝为代表的当地材料坝，工程布置、施工条件基本相近；两坝型选用的阴阳山料场距坝址约1.60 km，储量足，开采方便可充分利用当地建材，还可利用大坝等枢纽建筑物开挖料作为坝体填筑料；而碾压混凝土重力坝虽不必另行布置泄水建筑物，可避免修建泄水建筑物带来的高边坡治理问题，但对坝基及坝肩地质条件要求更高，相应的基础处理费用更大，且混凝土填筑量大、单价高、土建工程投资较大。当地材料坝具有比刚性坝更易于适应地质条件、可充分利用当地建筑材料和枢纽建筑物开挖料、投资更省等优点，故文章不再对刚性坝（碾压式混凝土重力坝）做进一步分析比较，初选更能适应地质条件、可充分利用当地建材、综合技术经济指标更优越的当地材料坝。对混凝土面板堆石坝与沥青混凝土心墙堆石坝两种坝型做进一步分析比较。

3 碾压式沥青混凝土心墙堆石坝方案

拦河坝为碾压式沥青混凝土心墙堆石坝，由上游混凝土预制块护坡、上游级配碎石垫层、上游堆石料、上游过渡层、沥青混凝土心墙、下游过渡层、下游石渣料、下游堆石料、老坝坝体和下游干砌块石护坡组成。拦河坝坝顶高程1094 m，坝顶宽7 m，坝顶长168.68 m，最大坝高46 m。上游坝坡坡率为5：8，在死水位高程1 071.50 m处设一2.50 m宽马道；下游坝坡坡率为1：2，在高程1 085、1 076 m处分别设置马道，马道宽度均为2.50 m，在高程1 068 m设一大平台衔接老坝体。

3.1 大坝上游坝壳采用以新鲜灰岩为主的堆石料填筑

下游高程1 055 m以下采用以新鲜灰岩为主的堆石料填筑，高程1 056 m以上采用以强风化和弱风化石渣料填筑，堆石料与风化石渣料之间设1 m厚的过渡层。老坝坝体1 068 m高程以上坝体拆除，为充分利用老坝，将1 068 m高程以下的老坝坝体作为新建大坝的下游排水体不再进行拆除，为便于排水通畅，从老坝上游河槽段中部垂直开通一排水廊道，城门洞形断面（2 m×3 m），洞壁采用混凝土衬砌，洞口局部做碎石反滤。

大坝防渗体为碾压式沥青混凝土心墙，心墙轴线位于坝轴线上游2m。心墙顶高程1 092.45 m，底部最深处高程1 048 m。心墙设计厚度为50～60 cm，采用阶梯式，以1 070 m高程为界，上部厚度为50 cm，下部厚度为60 cm。沥青混凝土心墙两侧各设3 m厚过渡料层。心墙及过渡带底部设C25混凝土基座，宽8.10 m、厚2 m。心墙基座嵌入基岩，坐落于弱风化岩层，并对其基础进行固结和帷幕灌浆处理。固结灌浆布置2排，深入基岩内5 m，孔距2 m；帷幕灌浆深度设计深入透水率＜5 Lu岩体内5 m，帷幕灌浆设2排，排距1.60 m，孔距2 m。两岸帷幕分别向山体延伸至正常蓄水位与岩体透水率5 Lu线的交汇处。

上游护坡采用混凝土预制块护坡，厚度0.30 m，下设0.30 m厚的级配碎石垫层；下游护坡采用干砌块石护坡，厚0.50 m。坝顶以上山体永久开挖边坡1:0.75，采用锚杆挂网喷C20混凝土支护。

3.2 溢洪道位于大坝左岸，总长194.00 m，为侧槽开敞式无闸控制溢洪道

侧槽溢洪道溢流堰采用WES实用堰型，侧槽长20 m，堰顶高程1 090 m；侧槽首端宽4 m渐变至槽末端宽8 m，后接18 m长水平调整段，调整段末端设宽8 m交通桥，泄槽前端长60 m，底坡0.05，陡槽段长72 m，底宽由8 m渐变为6 m，底坡0.40，后接10 m长挑流鼻坎，反弧半径为13 m，挑角为15°，在挑流鼻坎后设置15 m长护坦，护坦厚1 m。

取水（兼放空）隧洞布置在大坝左岸，溢洪道左侧，采用塔式进水口，施工期先建设导流洞及取水隧洞平洞段用作施工导流，施工后期对导流洞进口封堵，将进水塔与平洞连接，以“龙抬头”形式建设取水隧洞，承担取水及放空任务。取水隧洞由进口段、进水塔段、洞身段和出口消能段等组成，取水隧洞洞线全长332.90 m。取水隧洞进口底高程1 068.50 m，平洞段底坡1/40，断面净尺寸为2.50 m×3.75 m（城门洞型，含上部半圆拱），取水隧洞出口设节制闸，配合干渠输水灌溉；生态及放空水经消力池消能后通过明渠进入下游河道。

4 混凝土面板堆石坝方案

拦河坝为混凝土面板堆石坝，设计坝顶高程1 094 m，坝顶宽7 m，长168.68 m，最大坝高46.50 m，大坝下游坡与原坝体连接，最大坝底宽度200 m。大坝坝体自上游到下游分别为混凝土面板、垫层区、过渡区、主堆石区和下游混合石渣料区、老坝坝体和下游干砌块石护坡。大坝上游边坡5：8，下游边坡为1：2。

4.1 大坝防渗体系由上游混凝土防浪墙、混凝土面板、趾板及趾板基础帷幕灌浆组成

4.1.1 防浪墙

墙高4 m，墙底高程1 091.20 m，墙顶高程1 095.20 m，墙为L形，C25钢筋混凝土结构，基础底宽3.20 m，厚0.30～0.70 m，坝顶以上墙体厚0.30 m。

4.1.2 混凝土面板

面板设计为等厚度，厚度0.40 m，采用C30混凝土，抗渗等级W8，抗冻等级F100。为控制温度和干缩裂缝，并能适应不均匀沉降所产生的应力，面板配置双层双向钢筋，顺坡向配筋率为0.40%，水平向配筋率为0.30%。混凝土面板重直伸缩缝间距河槽段面板受压区为12 m、岸坡段拉应力区为6 m。

4.1.3 混凝土趾板

趾板位于面板上游，弱风化岩体上，主河槽趾板顶高程1 047.50 m，两岸趾板顶高程随岸坡高程逐渐升高，混凝土等级为C25、W8、F100，趾板宽6 m，厚0.50 m，底部与基岩连接时设锚筋。

在面板上游面死水位以下设土质斜墙铺盖及其盖重区。河槽段粘性土铺盖用粉质壤土填筑，顶部高程为1071.50 m，顶宽3 m，边坡4:7。外层盖重用废石渣任意料填筑，顶部高程1071.50m，顶宽3m，外边坡2：5。

垫层料、过渡料和主堆石区均采用微风化、新鲜灰岩石料，为连续级配料。石渣料区采用强风化和弱风化的灰岸石料，为连续级配料。

4.2.1 周边缝下游侧设置特殊垫层区

特殊垫层区顶宽4 m，高3 m，采用最大粒径≥40 mm且内部稳定的反滤料薄层碾压压实。大坝下游坝坡设计边坡1:2，采用500 mm厚干砌块石护坡。在高程1 085、1 076 m处分别设置马道，宽度均为2.50 m。老坝坝体1 068 m高程以上拆除，将1 068 m高程以下的老坝坝体作为新建大坝的下游排水体不再进行拆除。同时老坝上游浆砌条石面板底河槽段中部垂直老坝轴线开通一排水廊道至下游河道。

4.2.2 坝基置于泥灰岩、灰岩上

趾板基础及两坝肩防渗采用帷幕灌浆，总长度362 m，防渗帷幕沿趾板中心线、坝轴线延长线共布置2排，间距2 m，排距为1.60 m，帷幕深度设计伸入透水率q≤5Lu岩体界线以下5 m，水平延伸长度与岸坡相对隔水层相接并进入相对隔水层以内适当深度，最大帷幕灌浆深度50 m。

（3）夯击沉管时，当桩的倾斜度超过1.5%时，拔管填孔重打，出现桩孔斜移、桩靴损坏等情况，及时回填挤密重打，成孔拔管后应及时检查桩尖。

对趾板下基岩进行固结灌浆，河槽段及两岸岸坡段均在帷幕灌浆上下游各布置1排，排距4 m，孔距2 m，孔深深入基岩内5 m。为加强趾板与基岩连接，趾板底部设锚杆连接，采用φ28钢筋，长度4 m，排距、孔距均为1.50 m，呈梅花形布置。

溢洪道、取水隧洞设计方案同碾压式沥青混凝土心墙堆石坝方案，不再详述。

5 坝型比较

5.1 地形、地质条件比较

从坝址的地形、地质条件看，2种坝型都是可行的。

5.2 天然建材

两种坝型所需的坝体填筑料大部分均取自阴阳山石料场及大坝、溢洪道、取水隧洞开挖料源。根据本阶段地勘报告，距坝址下游约1.60 km的阴阳山料场详查勘察储量＞100×104m3，远大于设计需求量。故从天然建材上，两坝型相当。

5.3 枢纽布置比较

两种坝型均属于当地材料坝，具有充分利用开挖料、减少弃渣、各建筑物互不干扰、施工方便等优点。根据地质资料，混凝土面板坝的趾板深度大于沥青心墙堆石坝，因此较碾压沥青混凝土心墙堆石坝开挖工程量大、混凝土方量及钢筋用量大；另外，面板坝对质量较好的块石需求量大，相应的料场开采量大，弃渣多，外运材料也较多。所以从枢纽布置上，沥青混凝土心墙堆石坝占优。

5.4 施工条件比较

碾压式沥青混凝土心墙堆石坝方案和混凝土面板堆石坝方案对外交通条件和场地条件类似，主要施工场地均布置在进场公路两侧附近坡上台地。因该工程坝址处呈“V”型峡谷，均采用围堰挡水、隧洞导流施工的导流方式，导流建筑物规模相当。

混凝土面板坝坝壳分区简单，施工工作面大，略占优势。沥青心墙坝的优势在于，沥青心墙可与坝体填筑和上游坡面的砌筑同步上升，大坝汛期临时挡水时不必在上游坡面采取临时防护措施，既可减少投资，也减少了施工难度，而面板坝则需要采取临时防护措施。因此，心墙坝的施工相对较为方便。

所以从施工条件上综合来看，沥青混凝土心墙堆石坝占优。

5.5 运行管理比较

碾压式沥青混凝土心墙堆石坝的心墙位于坝体内部，运行环境条件稳定，受外部荷载等影响因素较小，墙体耐久性能好，变形均匀，但万一基座处出现渗漏问题，处理起来难度相对较大；混凝土面板堆石坝的面板分缝较多，在日晒气温变化等外因作用下，易出现裂缝破坏等，后期维修工作量大，但处理起来相对容易。故从运行管理上沥青混凝土心墙堆石坝占优，只是出现渗漏问题处理难度上混凝土面板堆石坝占优。

5.6 工程投资比较

碾压式沥青混凝土心墙堆石坝方案与混凝土面板堆石坝方案由于泄洪供水工程方案相同，所以仅比较大坝部分工程投资。混凝土面板堆石坝大坝部分工程投资3 183.75万元，沥青混凝土心墙坝大坝部分工程投资2 997.08万元，从大坝工程投资看，碾压沥青混凝土心墙堆石坝方案较混凝土面板堆石坝方案省186.67万元。

6 结论

综合以上分析，从工程布置、建筑材料、工程施工、运行管理、工程投资等方面比较，沥青混凝土心墙堆石坝方案都占优势。沥青混凝土心墙堆石坝只是在接触带出现渗漏时处理难度大。实际上，沥青混凝土心墙坝作为一种成熟坝型，心墙本身不会渗漏，接触带在采取严密的灌浆处理措施后也不成问题。只要是专业施工队伍，加强施工管理，出现渗漏问题的概率很低。观文水库大坝坝高＜50 m，又位于6°地震区，运行过程中可不考虑地震带来的不利影响。而且，只要把心墙基座适当扩大，万一出现渗漏，后期进行处理技术上也是可行的。因此，推荐碾压式沥青混凝土心墙堆石坝方案。

（责任编辑：邢博辉）

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2016-10-07