王肖迪

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原030024；2.山西省水利建設(shè)開(kāi)發(fā)中心，山西 太原030002）

馬蘭口水庫(kù)大壩壩型設(shè)計(jì)方案比選

王肖迪1，2

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原030024；2.山西省水利建設(shè)開(kāi)發(fā)中心，山西 太原030002）

介紹了馬蘭口水庫(kù)工程概況，依據(jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)及氣象等條件，選擇當(dāng)?shù)夭牧蠅巫鳛楸冗x壩型，并從地形地質(zhì)條件、建筑材料及壩料制備、滲透穩(wěn)定主要工程量和造價(jià)等方面對(duì)比選壩型進(jìn)行了綜合比較，選出技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。

壩型設(shè)計(jì)；方案比選；馬蘭口水庫(kù)

1 工程概況

馬蘭口水庫(kù)地處應(yīng)縣下馬峪鄉(xiāng)馬嵐口村南約1.5 km，工程區(qū)北距下馬峪鄉(xiāng)約5 km。壩址以上控制流域面積62.5 km2，總庫(kù)容275萬(wàn)m3，工程主要任務(wù)是農(nóng)業(yè)灌溉和畜牧養(yǎng)殖業(yè)供水。建筑物主要由擋水大壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪排沙洞（兼供水洞）組成。工程等級(jí)為Ⅳ等，工程規(guī)模為?。ㄒ唬┬?。

2 工程區(qū)氣象及地質(zhì)條件

2.1 氣候條件

工程區(qū)地處塞外高原，屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季雨量小，風(fēng)沙大，易干旱；夏季暖熱，雨量大且集中；秋季短暫，氣候涼爽；冬季多風(fēng)少雨，寒冷干燥。多年平均氣溫6.9℃，平均降水量626～674mm。

2.2 地質(zhì)條件

庫(kù)區(qū)位于馬蘭峪河中上游河段，屬中山河谷地貌，河谷呈“U”型。河谷左岸山頂海拔高程1 285m，岸坡約40°左右，局部陡立，基巖裸露，局部有坡積物，基巖為太古界五臺(tái)群臺(tái)子底組牛還段的恒山雜巖，巖性以灰白色斜長(zhǎng)角閃片麻巖為主，在基巖山體上植被發(fā)育一般。壩址區(qū)前后各發(fā)育1組沖溝，沖溝寬3～15m，壩后沖溝長(zhǎng)度大于500m，溝底高程1 185～1 265m；壩前沖溝長(zhǎng)約100m，溝底高程1 193～1 300m，沖溝內(nèi)堆積有第四系全新統(tǒng)沖積物，巖性為卵石混合土，含少量漂石。

河谷右岸山頂海拔高程1 342m，岸坡約30°，基巖裸露，基巖為太古界五臺(tái)群臺(tái)子底組牛還段的恒山雜巖，巖性以灰白色斜長(zhǎng)角閃片麻巖為主，在基巖山體上植被發(fā)育一般。壩址區(qū)前后各發(fā)育1組沖溝，沖溝寬3～15m，壩后沖溝長(zhǎng)度大于500m，溝底高程1 184～ 1 375m；壩前沖溝長(zhǎng)度大于500m，溝底高程1 194～ 1 320m，沖溝內(nèi)堆積有第四系全新統(tǒng)沖積物，巖性為卵石混合土，含少量漂石。

3 壩型方案設(shè)計(jì)

工程壩址區(qū)所處河床高寬比較大，且河床覆蓋層較厚，巖石弱風(fēng)化層埋深20～25m，工程區(qū)1 km范圍內(nèi)砂礫石料儲(chǔ)量豐富，具備修建重力壩及當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚慕ú臈l件。由于地質(zhì)條件因素制約，修建重力壩投資遠(yuǎn)高于當(dāng)?shù)夭牧蠅?。因此，馬蘭口水庫(kù)工程選擇當(dāng)?shù)夭牧蠅巫鳛楸冗x壩型，參與比選的當(dāng)?shù)夭牧蠅涡蜑闉r青混凝土心墻砂礫石壩和混凝土砂礫石面板壩。

3.1 混凝土砂礫石面板壩

混凝土砂礫石面板壩樞紐布置方案為攔河布置土石壩，導(dǎo)流泄洪灌溉供水洞布置在左岸山體內(nèi)，溢洪道布置在右岸岸坡上。大壩壩頂長(zhǎng)170m，壩頂寬6m，壩頂高程1 225.3m，最大壩高42.3m，設(shè)3m防浪墻。上下游壩坡均為1∶1.6，上游面板采用高性能混凝土，厚度40 cm，在混凝土面板距表面15 cm處設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，雙向布置，河床部位受壓區(qū)面板寬10m，岸坡部位受拉區(qū)面板寬6m，下游壩坡采用C20混凝土框格內(nèi)填30 cm厚干砌石護(hù)坡。左右岸趾板設(shè)于強(qiáng)風(fēng)化層下限，首先清除坡積碎石土，再開(kāi)挖巖石，趾板上游側(cè)按1∶0.5邊坡開(kāi)挖，局部設(shè)系統(tǒng)錨桿，保證邊坡穩(wěn)定，下游側(cè)按1∶1.6邊坡開(kāi)挖。左右岸趾板基礎(chǔ)趾板上下游各布置孔距2m的固結(jié)灌漿，灌漿深度8m；帷幕灌漿孔布置在固結(jié)灌漿孔中間，孔距2m，灌漿深度為河床27m，左壩肩37m，右壩肩40m。

3.2 瀝青混凝土心墻砂礫石壩

瀝青混凝土心墻砂礫石壩布置方案與混凝土砂礫石面板壩極為相近，除壩體部分有區(qū)別外，其余建筑物基本相同。

壩頂長(zhǎng)169.1m，壩頂高程1 225.1m，最大壩高42.43m。壩頂寬6m，設(shè)2.5m高鋼筋混凝土防浪墻。瀝青心墻厚40～50 cm；壩殼區(qū)為河床砂礫石料；大壩上游壩坡坡比1∶2.0，設(shè)20 cm厚現(xiàn)澆混凝土板護(hù)坡，上游壩腳設(shè)擋水圍堰，圍堰上游坡面設(shè)干砌石護(hù)坡，下鋪復(fù)合土工膜防滲。大壩下游壩坡坡比1∶1.8，預(yù)制混凝土框格內(nèi)鋪30 cm厚干砌石護(hù)坡，下游壩腳為堆石料。瀝青混凝土心墻及左右兩岸建于弱風(fēng)化基巖壩肩，河床部分建于砂礫石覆蓋層。心墻下覆蓋層地基設(shè)混凝土防滲墻，心墻和防滲墻下基巖地基設(shè)單排帷幕灌漿，孔距2.0m，最大灌漿深度35m，左、右兩壩端各向兩岸延伸30m。

3.3 壩型比較

3.3.1 地形地質(zhì)條件

從壩址處地形地質(zhì)條件看，兩岸基巖的自然邊坡均可滿足面板壩、心墻壩這兩種壩型，對(duì)壩體輪廓線內(nèi)的卵礫石層，表層清除1m后再對(duì)壩基進(jìn)行碾壓處理。從防滲體基礎(chǔ)開(kāi)挖方面考慮，砂礫石壩面板壩防滲線相對(duì)較長(zhǎng)，兩岸趾板基礎(chǔ)開(kāi)挖深度較深，存在較高的邊坡，開(kāi)挖及支護(hù)量大。

3.3.2 建筑材料及壩料制備

壩址區(qū)有豐富的筑壩土料和砂礫料，滿足兩種壩型建設(shè)對(duì)壩料的需求。心墻壩的壩料填筑采用天然砂礫石料，石灰石成品料場(chǎng)位于朔州市水泥廠，運(yùn)距95 km，交通便利、儲(chǔ)量豐富，瀝青由山陰縣瀝青庫(kù)供應(yīng)，運(yùn)距45 km，混凝土骨料從成品料場(chǎng)拉運(yùn)，運(yùn)距4 km；面板壩壩料填筑均采用天然砂礫石料場(chǎng)料，面板所需鋼筋從應(yīng)縣購(gòu)買，運(yùn)距35 km，混凝土骨料從成品料場(chǎng)拉運(yùn)，運(yùn)距4 km。

3.3.3 壩體穩(wěn)定性

從防滲體的抗?jié)B能力、抗沖蝕能力、滲漏量以及防滲體與壩殼料之間的層間關(guān)系等壩體滲流控制的因素比較，兩種土石壩壩型滲漏穩(wěn)定性較好。

3.3.4 施工方面

施工季節(jié)方面，工程區(qū)屬嚴(yán)寒地區(qū)，兩壩型壩體填筑部分均可全年進(jìn)行，除心墻壩雨天不能施工，面板壩面板施工需盡量避開(kāi)冬季外，其余時(shí)段可作為有效工期施工；從臨時(shí)工程規(guī)模方面，心墻壩圍堰可與壩體相結(jié)合，臨時(shí)工程規(guī)模小，面板壩圍堰與壩體分離，臨時(shí)工程規(guī)模較大。

施工工藝方面，面板壩防滲結(jié)構(gòu)（含基礎(chǔ)帷幕灌漿）與壩體填筑施工相互干擾小，而心墻壩則需先完成壩基防滲后再填筑壩體。

在施工現(xiàn)場(chǎng)管理方面，面板壩由于對(duì)施工材料及工藝等要求較高，施工時(shí)需要進(jìn)行更為嚴(yán)格細(xì)致的管理，心墻壩壩體結(jié)構(gòu)較面板壩相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于心墻及過(guò)渡料的施工工藝與堆石體不同，工序存在一定干擾，在工序搭接、組織流水施工方面要求較高。

3.3.5 主要工程量及投資比較

心墻壩、面板壩兩種壩型的泄水建筑物、導(dǎo)流建筑物的布置與形式基本相同，工程量的比較僅對(duì)擋水建筑物、上游圍堰及截流堤等臨時(shí)工程進(jìn)行，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 主要工程量及投資對(duì)比表

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)地形地質(zhì)條件、建筑材料及壩料制備、施工條件、主要建筑物工程量及工程投資等方面的綜合比較，認(rèn)為瀝青混凝土心墻砂礫石壩和混凝土面板砂礫石壩均有建壩條件，但瀝青混凝土心墻砂礫石壩具有更好的地形適應(yīng)性、防滲性能和抗凍能力，且壩體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)可靠、投資相對(duì)較少。因此，本次比選擬定瀝青混凝土心墻砂礫石壩作為馬蘭口水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)壩型。

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王肖迪（1989-），男，太原理工大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士研究生在讀。

2016-06-16；

2016-07-24