李長青

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西太原030024）

1 工程概況

守口堡水庫是海河流域洋河分區(qū)的重點工程項目，控制流域面積291 km2，水庫設計總庫容為980萬m3，屬?。?）型水庫，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級，洪水設計標準選定重現(xiàn)期為50年一遇，校核標準重現(xiàn)期為500年一遇。守口堡水庫由樞紐工程和工業(yè)供水工程兩部分組成，其中樞紐工程包括大壩、水電站、供水發(fā)電引水工程、北一干引水工程。

2 壩型優(yōu)化選型

2.1 影響壩型選擇的因素

1）地形地質條件

壩址位于一兩岸相對高陡的狹谷內，河谷斷面基本呈“U”字型，左岸相對較緩，坡度 16°～22°，右岸較陡，坡度 53°；壩址區(qū)河谷寬約230 m。

河床壩基覆蓋層為Q41pal、Q42pal卵石混合土，局部夾有粉細砂透鏡體；下伏基巖為（含）紫蘇斜長麻粒巖；巖性較堅硬，耐風化。左壩肩地形相對較緩，壩肩上部基巖裸露，底部覆蓋有厚0.5～2.0 m的（Q4del）坡殘積碎石土層，基巖巖性為（含）紫蘇斜長麻粒巖。右壩肩地形相對較陡，壩肩基巖裸露，巖性為（含）紫蘇斜長麻粒巖夾含榴紫蘇斜長片麻巖、含榴黑云斜長片麻巖薄層。

2）氣象條件

本流域屬高原溫帶季風型大陸性氣候。春季風大沙多，干旱少雨。夏季雨熱同步，降水集中，但多暴雨和雷陣雨。秋季涼爽而早霜，降水顯著減少。冬季嚴寒少雪。多年平均氣溫7.1℃。多年平均降水量411.3 mm，多年平均蒸發(fā)量1 734 mm，最大凍土深1.43 mm。

3）建筑材料

口泉石料場的石料物理力學指標均滿足規(guī)范要求，可做為塊石料，也可用來加工混凝土用骨料，太師莊石料場石料為變質巖，只可用作塊石。梓家村砂礫料場的砂料可作為混凝土細骨料，東冊田砂礫料場的砂礫料重新按要求篩選方可使用；守口堡村土料場的土料黏粒含量和塑性指數(shù)低，不能用作防滲材料。料場儲量豐富，滿足工程所需要求。

2.2 壩型方案擬定

從地形、地質條件方面看，壩址覆蓋層厚6.5～17.3 m，下伏基巖為（含）紫蘇斜長麻粒巖，巖性較堅硬，耐風化，堆石壩和重力壩壩型均可采用。從筑壩材料方面及施工條件看，壩址附近黏土干密度偏低，且壩址區(qū)冬季較長，黏土需要進行灑水或翻曬處理，施工比較困難，黏土均質土壩和黏土寬心墻壩黏土填筑量大，不宜采用。

通過以上初步分析，擬定重力壩方案和堆石壩方案進行比選。對重力壩方案選擇碾壓混凝土重力壩與常態(tài)混凝土重力壩進行方案比選；對于堆石壩方案，選擇混凝土面板堆石壩與黏土心墻堆石壩方案比選。兩種方案水電站及工業(yè)供水工程布置相同，不參與比較。

1）重力壩方案設計

（1）碾壓混凝土重力壩

碾壓混凝土重力壩由溢流壩段及非溢流壩段組成。溢流表孔布置在河床中部，非溢流壩段位于溢流壩段的兩側?？紤]水庫建成后便于管理運行，利于沖沙、排沙，在溢流壩段兩端布置四孔沖沙泄洪底孔。根據(jù)水電站及供水對象的地理位置及黃、黑水河灌區(qū)北一干渠已有的輸水工程現(xiàn)狀，將供水發(fā)電進水口布置于右岸擋水壩段，農業(yè)灌溉引水口布置在左岸擋水壩段，管道采用壩內埋管。

大壩座落在弱風化基巖中上部，最大壩高61 m，壩頂長366 m。非溢流壩段壩頂寬度7.5 m，上游面為折坡式，坡度為1∶0.2，下游壩坡 1∶0.8，最大壩底寬度 51.8 m。壩體為三級配C10碾壓混凝土，壩體上、下游面除溢流面采用現(xiàn)澆常態(tài)混凝土外，其余均采用二級配C20碾壓混凝土。二級配碾壓混凝土厚度上游面3 m，下游面2.5 m。大壩基礎鋪1 m厚常態(tài)混凝土墊層。壩基設固結灌漿和帷幕灌漿。

溢流表孔采用WES剖面，堰頂高程低于壩頂3.6 m，共設6孔，堰凈寬54 m，為開敞式，采用挑流式消能工。沖沙泄流底孔為4孔，洞身為方形，尺寸4.0 m×4.8 m，采用挑流式消能工。

（2）常態(tài)混凝土重力壩

常態(tài)重力壩采用C15～C30混凝土澆筑，壩頂寬7.5 m，壩頂高程、河床段建基面高程、上下游壩面同碾壓混凝土壩。泄水建筑物溢流表孔和沖沙泄洪底孔布置、尺寸、消能方式均同碾壓混凝土壩。

2）堆石壩方案設計

（1）混凝土面板堆石壩

堆石壩方案由大壩、溢洪道、沖沙泄洪洞、供水發(fā)電引水工程及農業(yè)灌溉引水管五大部分組成。

混凝土面板堆石壩壩頂高程高于重力壩方案2 m，最大壩高61.6 m，壩頂長368.0 m，寬8.0 m，防浪墻高1.2 m，上游壩坡為 1∶1.4，下游壩坡為 1∶1.5，在下游壩坡設兩道馬道，寬度均為2.0 m。面板和趾板采用現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土，面板厚度0.4 m，趾板厚1.0 m，面板下鋪碾壓5 cm厚M5水泥沙漿，墊層、過渡層水平寬度均3.0 m。面板及趾板分縫采用止水銅片和SR塑性填料。趾板置于弱風化巖層上部，其余堆石壩殼基礎座落在河床卵石混合土上，需清除河床上部淤積層及松散層。趾板下設帷幕灌漿和固結灌漿。

溢洪道選為右岸河岸式溢洪道，進口為無底坎寬頂堰，堰頂高程低于大壩壩頂10.7 m，堰頂設檢修疊梁門和弧形工作閘門，閘孔凈寬4 m×8 m。泄槽為2條寬8 m、高10.6 m的無壓洞，采用挑流消能。沖沙泄洪洞為壓力洞，由進口段、洞身段及出口消能段組成，洞徑8 m，全長281.4 m，采用挑流消能。供水發(fā)電壓力引水工程由進水塔、壓力管道兩部分組成，全長250 m，出口與水電站主管相接。根據(jù)黃、黑水河灌區(qū)北一干渠已有的輸水工程現(xiàn)狀，擬在大壩靠左岸側基巖上布置穿越壩體的農業(yè)灌溉引水管，引水管道全長120 m。

（2）黏土心墻堆石壩

壩頂高程同于混凝土面板堆石壩，最大壩高61.6 m，壩頂長 368 m，寬 10 m，上游壩坡 1∶1.75，下游壩坡 1∶1.5，最大壩底寬度173.5 m。黏土心墻頂寬4.0 m，上、下游邊坡均為1∶0.2。心墻底部與基巖接觸面設1.0 m厚的混凝土墊層，基礎進行固結灌漿和帷幕灌漿防滲。

樞紐其它建筑物泄洪洞、溢洪道、供水發(fā)電管道、灌溉引水管道的布置、結構均與混凝土面板堆石壩相同。

2.3 壩型優(yōu)化比選分析

堆石壩可以就地取材，壩體適應地基變形能力強，基礎處理費用低，工期短，施工技術簡單，工序之間干擾小。其缺點為：壩身不易布設泄洪建筑物，需修建岸邊式溢洪道；運行過程中需要對上、下游壩坡進行經(jīng)常性維護。

混凝土重力壩筑壩材料強度高，耐久性好，運行管理方便；泄洪建筑物能結合大壩布置，不需另設岸邊溢洪道。但碾壓混凝土重力壩壩體施工技術要求高，混凝土填筑受氣候影響大；對壩基要求高，基礎處理復雜。

以下從壩址區(qū)的地形、地質條件、筑壩材料、工程總布置、施工條件、運行管理、工程量及投資等方面進行壩型比選。

1）地形、地質條件

從工程地質條件分析，堆石壩對地基變形的適應性能較好，對地基承載力要求不高，壩基混合土卵石層即可作為壩基的持力層，基礎處理工作簡單。但在地形上兩岸沒有天然埡口，泄水建筑物布置困難?；炷林亓螌A巖層要求較高，大壩必須座落在弱風化基巖上，因此需清除壩基所有覆蓋層和強風化層，基礎開挖和基礎處理工程量大。因此，從地形、地質條件分析，堆石壩和混凝土重力壩各有利弊。

2）筑壩材料

壩址附近沒有完全適合的土料，砂礫料質量指標作為反濾層不能滿足規(guī)范要求，只有梓家村砂礫料場砂料可作為細骨料，太師莊石料場可做塊石，但不能加工骨料，而口泉料場石料即可做塊石，又可加工粗骨料。從筑壩材料看，堆石壩和混凝土重力壩都不具明顯優(yōu)勢。

3）施工條件

在施工布置上，混凝土重力壩的泄洪建筑物布置在壩體中部，二者施工干擾大，工期相應延長；堆石壩的大壩與泄洪建筑物分開布置，施工互不影響，可以縮短工期，泄洪建筑物的開挖料，也可作為大壩填筑材料使用。從施工布置方面看，堆石壩優(yōu)于混凝土重力壩。

4）運行管理

混凝土重力壩筑壩材料強度高，耐久性好，泄洪建筑物能結合大壩布置，不需另設岸邊溢洪道，沖沙效果好，運行管理方便；堆石壩運行過程中需要對上、下游壩坡進行經(jīng)常性維護，泄洪洞沖沙效果較差。從運行管理方面看，混凝土重力壩優(yōu)于堆石壩。

5）工程量及投資

扣除四種壩型方案中電站、工業(yè)供水工程等相同部分工程投資，四種壩型的工程量及投資如表1所示。

表1 各種壩型主要工程量及投資對比表

通過以上幾方面的綜合比較，從投資角度上看，碾壓混凝土重力壩方案投資最??；從運行管理上看，重力壩方案泄水建筑物集中布置在壩體上，管理運行較方便。綜合考慮，最終采用碾壓混凝土重力壩作為推薦壩型。

3 結語

根據(jù)上述各種壩型的優(yōu)缺點及投資分析，結合實際情況，選擇碾壓混凝土重力壩作為推薦壩型，符合技術上可行，經(jīng)濟上合理的原則，能夠達到安全經(jīng)濟合理的目的。