萬(wàn)宏偉

（新疆永嘉工程咨詢(xún)有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

水庫(kù)的壩址和壩型比選是工程可行性研究階段的重要內(nèi)容，也是新建水庫(kù)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)[1]。在柯坪河上修建一座蘇巴什水庫(kù)，其作用是解決柯坪河流域灌溉區(qū)春季缺水問(wèn)題和減少柯坪河洪水災(zāi)害。本文以蘇巴什水庫(kù)工程為例，從地形地質(zhì)條件、樞紐布置、施工條件及工程投資幾個(gè)方面對(duì)兩個(gè)壩址及三條壩線(xiàn)進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)比較，以期選出更經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的壩址及壩線(xiàn)。

1 工程概況

蘇巴什水庫(kù)工程區(qū)位于柯坪縣城西北10 km 的蘇巴什河出山口，地處柯坪縣境內(nèi)，壩址距柯坪縣城約10 km，且有公路相通，柯坪縣城至國(guó)道之間約25 km，交通便利。

工程總庫(kù)容為1561 萬(wàn)m3，工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。主要建筑物為3 級(jí)，次要建筑物為4 級(jí)。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，校核洪水1000 年一遇。

蘇巴什水庫(kù)工程是柯坪河上唯一的控制性工程，任務(wù)是解決蘇巴什河灌區(qū)的缺水問(wèn)題，并為灌區(qū)未來(lái)的發(fā)展提供用水保證。同時(shí)將柯坪河下游現(xiàn)有防洪工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高至20 年一遇（洪峰流量550 m3/s），達(dá)到下游防護(hù)對(duì)象的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

2 壩址選擇

根據(jù)河道兩岸地形條件，蘇巴什河出山口上游為左岸克孜勒大沖溝與蘇巴什河流匯合口，河谷非常寬闊，谷寬大于1 km，雖具備筑壩條件，但壩線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)。河流匯合后向下游約500 m 就是平原地段，地勢(shì)開(kāi)闊，筑壩工程量大。僅在河流彎道末端至河流出山口之間約500 m 范圍內(nèi)，河道順直，河谷相對(duì)較窄、兩岸山體邊坡較陡且?guī)r體較完整。因此根據(jù)蘇巴什河的地形地貌，壩址只能在出山口500 m 范圍內(nèi)選擇。在此范圍內(nèi)初擬了上、下兩個(gè)壩址。上壩址位于出山口河段中部偏上游，為“U”型河谷，河床較寬為300 m～350 m，地形平坦，河床覆蓋層較?。? m～4 m），下伏半膠結(jié)礫巖經(jīng)適當(dāng)處理可作為大壩基礎(chǔ)，壩基開(kāi)挖量較小，施工較方便。下壩址位于出山口河段末端，距離上壩址下游200 m 左右處，河床寬度較上壩址縮窄40 左右，從地形上來(lái)看便于樞紐布置，但河床覆蓋層較厚，建基面高程降低，在相同正常蓄水位下壩高增加2 m，壩基開(kāi)挖量較大。溢流堰、沖沙閘段和混凝土引水閘段由于壩高增大，高度增加2 m～4 m，其他尺寸與上壩址基本相同，工程量略大。

在相同正常蓄水位的條件下從兩個(gè)壩址的地形地質(zhì)條件、樞紐布置、工程投資等方面進(jìn)行了綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。經(jīng)比較，兩壩址區(qū)域地質(zhì)條件基本相同，均具備建壩條件，下壩址兩岸岸坡更為陡峻，地質(zhì)條件較上壩址略差，上壩址地形地質(zhì)條件略?xún)?yōu)。兩壩址樞紐布置基本相同，下壩址覆蓋層略厚，工程量較上壩址略大。上壩址淹沒(méi)損失比下壩址少81.71 萬(wàn)元。經(jīng)做投資估算，上壩址工程投資比下壩址節(jié)省約433 萬(wàn)元。因此，上壩址為推薦壩址。

3 壩線(xiàn)選擇

根據(jù)蘇巴什河的地形地貌，壩軸線(xiàn)僅能在蘇巴什河河流彎道末端至河流出山口之間約500 m 范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，所選的三個(gè)壩線(xiàn)樞紐建筑物的組成基本相同，壩線(xiàn)一距蘇巴什河出山口上游0.85 km 處，壩線(xiàn)二位置在壩線(xiàn)一的基礎(chǔ)上右壩肩向下游旋轉(zhuǎn)了7°，壩線(xiàn)三位置距離壩線(xiàn)一僅200 m，承擔(dān)的工程任務(wù)相同，因此按相同正常蓄水位進(jìn)行比較。從地質(zhì)條件、樞紐布置、施工條件、工程安全性、運(yùn)行管理?xiàng)l件、工程投資等方面對(duì)三條壩線(xiàn)進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較[2]。

3.1 地形條件

壩址區(qū)河谷呈“U”型，右岸發(fā)育Ⅰ級(jí)階地，壩線(xiàn)一、壩線(xiàn)二谷底寬381 m，正常蓄水位1315 m 河谷寬407 m。而壩線(xiàn)三谷底寬330 m，正常蓄水位時(shí)的河谷寬364 m。谷底寬度和正常蓄水位時(shí)的河谷寬度壩線(xiàn)三比壩線(xiàn)一、壩線(xiàn)二都要窄，壩線(xiàn)三的左右岸岸坡與前兩個(gè)壩線(xiàn)相比更為高陡。因此壩線(xiàn)三兩岸壩肩邊坡高陡，處理工程量大，施工困難。從地形條件看，壩線(xiàn)一、壩線(xiàn)二較優(yōu)。

3.2 地質(zhì)條件

壩址區(qū)基巖巖性相同，三個(gè)壩線(xiàn)巖體完整性及堅(jiān)硬程度基本相同。壩線(xiàn)一、壩線(xiàn)二左岸壩肩邊坡較緩，巖體較完整，穩(wěn)定性較好，但壩肩存在一潛在不穩(wěn)定性，方量約1.2 萬(wàn)m3。右壩肩存在一潛在不穩(wěn)定體，方量約1.9 萬(wàn)m3，但目前卸荷作用已趨于穩(wěn)定，邊坡整體穩(wěn)定，對(duì)壩體威脅不大。壩線(xiàn)三左、右岸岸邊坡高陡，巖體較完整，多為小規(guī)模崩塌體，體積多為幾十方至百余方。另外，壩線(xiàn)一、壩線(xiàn)二的防滲深度較淺，壩線(xiàn)三的防滲線(xiàn)較深，防滲帷幕工程量較大。從地質(zhì)條件來(lái)看，壩線(xiàn)一、壩線(xiàn)二優(yōu)于壩線(xiàn)三。

3.3 樞紐布置比較及施工條件

三條壩線(xiàn)均采用砼面板砂礫石壩+砼重力壩進(jìn)行工程布置，建筑物布置形式基本一致。從施工條件分析，三條壩線(xiàn)相距較近，河谷寬闊，施工場(chǎng)地較大，利用施工道路布置，場(chǎng)內(nèi)生產(chǎn)生活設(shè)施、氣候條件、導(dǎo)流規(guī)模及方式相同，壩料運(yùn)距、施工條件基本相同，總工期均為24 個(gè)月。

3.4 工程安全性及運(yùn)行管理?xiàng)l件

三條壩線(xiàn)樞紐建筑物布置都較為集中，運(yùn)行管理方便，但壩線(xiàn)三兩壩肩岸坡高陡，工程安全性相對(duì)較差，運(yùn)行期風(fēng)險(xiǎn)較大。

3.5 主要工程量及工程投資

在擬定的壩線(xiàn)比選條件下，主要工程量及程投資估算見(jiàn)表1。

從主要工程量來(lái)看，通過(guò)土方明挖、石方明挖、混凝土、鋼筋及鋼材、壩體填筑等主要工程量壩線(xiàn)一用量少于壩線(xiàn)二、壩線(xiàn)三。

從工程投資來(lái)看，壩線(xiàn)一較壩線(xiàn)二投資少330 萬(wàn)元，較壩線(xiàn)三投資少850 萬(wàn)元。壩線(xiàn)三的淹沒(méi)損失比壩線(xiàn)一、壩線(xiàn)二多80.82 萬(wàn)元。

表1 主要工程量及投資對(duì)比表

根據(jù)以上比選分析，壩線(xiàn)一具有地質(zhì)條件較好，投資較省的優(yōu)勢(shì)，因此采用壩線(xiàn)一為推薦壩線(xiàn)。

4 壩型選址

壩址位于出山口上游約0.85 km 處，河谷呈“U”字型。根據(jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件及天然建材等條件，選取混凝土面板砂礫石壩、粘土心墻砂礫石壩、瀝青混凝土心墻砂礫石壩三個(gè)方案進(jìn)行比選，三種壩型樞紐布置條件基本一致，在主河床布置擋水壩，右側(cè)依次布置泄洪洞、沖沙閘、引水閘、右岸混凝土重力壩段，從地形地質(zhì)條件、天然建筑材料、工程布置、抗震安全性和抗凍耐久性、施工條件、工程投資等方面對(duì)三種壩型進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較[3]，技術(shù)特性情況見(jiàn)表2。

表2 不同壩型技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性表

（1）地形地質(zhì)條件。地形地質(zhì)條件對(duì)三種壩型無(wú)制約條件，對(duì)各壩型的影響主要表現(xiàn)由于防滲結(jié)構(gòu)尺寸的不同，粘土心墻壩、砼面板壩方案的基礎(chǔ)開(kāi)挖量相對(duì)較大。

（2）天然建筑材料、抗震安全性及基礎(chǔ)處理。壩址區(qū)有豐富砂礫料，質(zhì)量和儲(chǔ)量滿(mǎn)足壩體填筑料和混凝土骨料的設(shè)計(jì)要求，所需建筑材料不存在制約因素。三種壩型均具有良好的抗震安全性能，在疆內(nèi)外有較多已建工程，且粘土心墻壩和面板壩有經(jīng)受過(guò)地震考驗(yàn)的實(shí)例。粘土心墻壩、瀝青心墻壩壩基和砼面板壩方案趾板基礎(chǔ)開(kāi)挖至強(qiáng)風(fēng)化下部弱風(fēng)化上部，心墻及趾板底部進(jìn)行固結(jié)灌漿，帷幕灌漿深度按q≤5 Lu 作為控制標(biāo)準(zhǔn)，單排設(shè)置，三種壩型壩基處理不存在制約條件。

（3）工程占地。三種壩型中粘土心墻壩方案由于用料品種多（需開(kāi)辟土料廠(chǎng)、砂石料場(chǎng)等）、數(shù)量大，開(kāi)挖棄渣大，因而其占地多，環(huán)保、水保難度和工作量較大。

（4）工程施工。三種壩型在施工上均不存在不可克服的技術(shù)困難。面板壩導(dǎo)流度汛相對(duì)簡(jiǎn)單，基礎(chǔ)處理、面板澆筑、壩體填筑互相干擾少，總工期24 個(gè)月。粘土心墻壩和瀝青心墻壩基礎(chǔ)處理和壩體填筑不能同時(shí)進(jìn)行，相互干擾較大，壩體填筑受心墻上升高度控制，施工總工期均為36 個(gè)月。從施工角度而言，砼面壩方案較優(yōu)。

（5）工程投資。壩型比選通過(guò)土方明挖、石方明挖、混凝土、壩體填筑、固結(jié)灌漿、帷幕灌漿等主要工程量進(jìn)行投資對(duì)比。砼面板壩方案、粘土心墻壩方案、瀝青心墻壩方案工程總投資分別為2.31 億元、2.85 億元、2.48 億元。砼面板壩方案投資最低，選定砼面板砂礫石壩方案為推薦壩型。

5 結(jié)論

因此根據(jù)蘇巴什河的地形地貌，壩址及壩軸線(xiàn)只能在蘇巴什河河流彎道末端至河流出山口之間約500 m 范圍內(nèi)，此段河道順直，河谷相對(duì)較窄、兩岸山體邊坡較陡且?guī)r體較完整。

1）在相同正常蓄水位的條件下從兩個(gè)壩址的地形地質(zhì)條件、樞紐布置、工程投資等方面進(jìn)行了綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。經(jīng)比較，兩壩址區(qū)域地質(zhì)條件基本相同，均具備建壩條件，兩壩址樞紐布置基本相同，上壩址地形地質(zhì)條件略?xún)?yōu)，工程量較小，上壩址淹沒(méi)損失及工程投資較少。因此，確定上壩址為最終建壩壩址。

2）三條壩線(xiàn)調(diào)節(jié)庫(kù)容相同，在正常蓄水位下的庫(kù)容均可滿(mǎn)足本工程承擔(dān)的下游灌溉、防洪等各項(xiàng)任務(wù)的要求。從地質(zhì)條件、樞紐布置、施工條件、工程安全性、運(yùn)行管理?xiàng)l件、工程投資等方面對(duì)三條壩線(xiàn)進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，壩線(xiàn)一具有較大優(yōu)勢(shì)，最終選擇壩線(xiàn)一進(jìn)行施工建設(shè)，在此壩線(xiàn)基礎(chǔ)上選擇砼面板壩、粘土心墻壩、瀝青心墻壩三種壩型，通過(guò)比較地形地質(zhì)條件、大壩抗震安全、施工條件、工程投資等方面，砼面板砂礫石壩優(yōu)于粘土心墻砂礫石壩和瀝青心墻砂礫石壩，選定砼面板砂礫石壩為推薦壩型。