馮城偉

（山西水務(wù)交口供水開發(fā)建設(shè)管理有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

南河水庫壩址位于交口縣東部的大麥郊河支流南河上，距交口縣城直線距離20 km，距桃紅坡鎮(zhèn)3.0 km。壩址以上主河道長13.2 km，河道平均縱坡26.1‰，流域平均寬度2.38 km，流域形狀系數(shù)0.181，屬山區(qū)長形流域。水庫從中部引黃工程交汾靈支線隧洞取水，經(jīng)大麥郊地下泵站提水注入庫內(nèi)。

2 壩型分析

根據(jù)可行性研究階段選定的上壩址，對混凝土面板堆石壩、粘土斜墻砂礫石壩、均質(zhì)土壩、膠凝砂礫石壩四種壩型的工程布置、施工條件、建筑材料、工期、投資等方面進(jìn)行綜合論證比較。

2.1 混凝土面板堆石壩方案

2.1.1 大壩設(shè)計

上壩址混凝土面板堆石壩方案由大壩、溢洪道、取水兼放空埋管及庫區(qū)水平防滲等建筑物組成。大壩設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，入庫洪峰流量64.20 m3/s，設(shè)計洪水位1 171.87 m。校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇，入庫洪峰流量67.36 m3/s，校核洪水位1 172.58 m。水庫正常蓄水位1 171.00 m，死水位1 150.18 m。

混凝土面板堆石壩方案樞紐布置：主河床布置混凝土面板堆石壩，右岸布置開敞式溢洪道，取水兼放空埋管布置于大壩右岸。壩頂高程為1 172.60 m，防浪墻頂高程1 173.80 m。最大壩高49.6 m，壩頂寬6.0 m，壩軸線長344.62 m，壩頂采用混凝土路面，壩頂設(shè)“L”型防浪墻。

壩體分區(qū)從上游至下游依次為上游蓋重區(qū)、上游鋪蓋區(qū)、混凝土面板、墊層、過渡層、主堆石區(qū)、下游堆石料區(qū)和超徑拋石區(qū)。大壩上游設(shè)鋼筋混凝土面板防滲，采用40 cm等厚面板。趾板布置采用利于施工的平趾板，順地形布置。河床及左右岸趾板基礎(chǔ)均坐落于弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r中上部。面板壩在岸坡及河床趾板范圍內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿，共分3排布置，間排距均為2.0 m，灌漿深度為5 m。

2.1.2 施工條件

工程區(qū)屬亞寒帶大陸性氣候，多年平均降水量為569.9 mm，汛期（6～9月）降水量占全年的70%，多年平均蒸發(fā)量為1 678.2 mm。冬季氣溫低，12～2月平均氣溫零度以下，需停工。壩址下游河谷寬平，平時無水，現(xiàn)狀多被當(dāng)?shù)鼐用耖_墾為旱地，施工場地及生活辦公設(shè)施，可布置于兩岸高程稍高位置。

施工交通、供電條件較好，天然建筑材料儲量豐富、運距近。施工及生活用水從桃紅坡鎮(zhèn)深部巖溶水井取水，取水時間需避開當(dāng)?shù)鼐用裼盟叻鍟r段，由管道輸水至施工現(xiàn)場調(diào)蓄水池儲存使用，管道距離約6 km。施工導(dǎo)流：壩址兩岸巖體裂隙巖溶發(fā)育，采用隧洞導(dǎo)流成洞條件差，導(dǎo)流洞需全斷面襯砌，造價高，施工工期長。計劃施工總工期29個月。

2.2 粘土斜墻砂礫石壩方案

2.2.1 大壩設(shè)計

粘土斜墻砂礫石壩正常蓄水位為1 171.00 m。壩頂高程為1 172.60 m，防浪墻頂高程1 173.80 m。壩頂寬度為6 m，最大壩高47.60 m，壩頂長344.0 m。壩頂采用混凝土路面，厚度25 cm，為排除雨水，壩頂向下游單向傾斜，坡度為2%。在壩頂上游側(cè)設(shè)置C 25鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高出壩頂1.2 m，防浪墻頂高程1 173.80 m，墻高2.5 m，底寬2.6 m，墻厚0.5 m。粘土斜墻位于大壩上游面防凍層下游側(cè)，頂部高程1 171.30 m，頂部水平寬度3 m，底部高程1 118.44 m。粘土斜墻上游側(cè)坡度與上游壩坡保持一致，斜墻底部至基巖，形成截水槽，截水槽底寬8.0 m。

粘土斜墻上游側(cè)，加設(shè)復(fù)合土工膜增強防滲效果，壩體填筑分區(qū)從上游至下游依次為上游墊層、上游防凍層、粘土斜墻、反濾層、砂礫石區(qū)、下游排水棱體。為使粘土斜墻砂礫石壩工作安全可靠，需對壩基及兩岸岸坡進(jìn)行處理，將粘土斜墻砂礫石壩基礎(chǔ)嵌入下部較密實的砂礫石層中，并對壩基下砂礫石進(jìn)行一定的強夯壓實處理，防止壩基產(chǎn)生不均勻變形。

2.2.2 施工條件

與面板堆石壩方案相同，土料場和砂礫石料場均位于大壩下游，筑壩材料可通過布置于下游壩坡上的臨時道路運輸上壩。壩體施工總進(jìn)度安排與面板堆石壩差別不大，上游壩面防滲復(fù)合土工膜和護坡施工無需等待壩體沉降，計劃施工總工期26個月。

2.3 均質(zhì)土壩方案

2.3.1 大壩設(shè)計

最大壩高45.6 m，壩頂長度344.0 m，設(shè)計壩頂高程1 172.60 m，防浪墻頂高程為1 173.80 m，壩頂寬度6.0 m。壩體上游坡比從上至下分別為1∶2.75、1∶3.0，在高程1 151.00 m處設(shè)寬2.0 m的馬道。壩體下游坡比從上至下分別為1∶2.25、1∶2.5，在高程1 153.00 m處設(shè)寬2.0 m的馬道。塊石排水棱體平臺高程1 133.00 m，頂寬3.0 m，內(nèi)坡坡度為1∶1，外坡坡度為1∶1.5。上游壩面護坡采用300 mm厚干砌石護坡，從壩頂1 172.60 m高程，護至壩腳。庫區(qū)水平防滲沿壩基敷設(shè)至壩體內(nèi)60 m。下游壩面護坡采用300 mm厚干砌石護坡，從壩頂1 172.60 m高程，護至排水棱體頂部1 133.00 m高程。在壩軸線上游側(cè)設(shè)截水槽，底寬10.0 m，截水槽底高程位于強風(fēng)化巖基上。壩體填筑分區(qū)主要為壩體及排水棱體。大壩左岸覆蓋層為黃土狀粉質(zhì)壤土，具有中等濕陷性，需全部挖除，右岸岸坡礫質(zhì)土全部挖除，其他部位平均清基厚度約為1.0 m。

2.3.2 施工條件

與面板堆石壩方案相同。均質(zhì)土壩壩體材料單一，施工方便，但粘土填筑受降雨和低溫影響較大。壩體計劃施工總工期25個月，施工總工期受庫區(qū)水平防滲處理控制，庫區(qū)水平防滲施工總工期為27個月。

2.4 膠凝砂礫石壩方案

2.4.1 大壩設(shè)計

膠凝砂礫石壩設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇（洪峰流量64.20 m3/s），校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇（洪峰流量139.00 m3/s），正常蓄水位1 171.00 m。壩頂高程1 172.60 m，防浪墻頂高程1 173.80 m，最大壩高53.6m，壩頂長度343.0 m，壩頂寬度6.0 m，壩長343.0 m。上游側(cè)設(shè)防浪墻，墻頂高程1 173.80 m，高出壩頂1.2 m，下游側(cè)墻設(shè)1.0 m高預(yù)制C 20混凝土欄桿。

壩址處河床表層覆蓋砂礫石層，上部松散，下部結(jié)構(gòu)較密實，下伏基巖為奧陶系中統(tǒng)峰峰組白云質(zhì)灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r。左岸多為第四系黃土狀壤土覆蓋，右岸為的礫質(zhì)土，兩岸基巖零星出露。膠凝砂礫石壩可建在強風(fēng)化上部基巖上，壩基下覆蓋層較全部清除，基礎(chǔ)坐落于強風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r上部。膠凝砂礫石壩河床及岸坡基礎(chǔ)均進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿孔間排距均為2.0 m，灌漿深度為5.0 m。

2.4.2 施工條件

與粘土斜墻壩方案及面板堆石壩方案相同，砂礫石料場位于大壩下游，筑壩材料可通過分層布置于下游岸坡上的臨時道路運輸上壩。壩體填筑砂礫石從料場開采后運至拌合站堆料場，經(jīng)格篩剔除超徑石料后，由拌合站拌制，成品料直接由自卸汽車運輸上壩填筑，推土機平倉，振動碾碾壓。計劃施工總工期21個月。

3 壩型比較分析

3.1 地形地質(zhì)條件

本工程壩址處河谷地形較為開闊，河床及兩岸覆蓋層較厚，地形地質(zhì)條件對以上4種壩型均不存在制約。但膠凝砂礫石壩基礎(chǔ)需座落在基巖上，河床及兩岸覆蓋層開挖工程量較大，基礎(chǔ)處理工程量較大。

3.2 工程布置

均質(zhì)土壩方案、面板堆石壩方案、粘土斜墻砂礫石壩方案的布置型式基本相同，各建筑物間相對分散。膠凝砂礫石壩方案擋、泄、取水建筑物均至于主河床，布置相對集中，充分利用了其“重力壩樞紐”布置的特點。各方案的庫區(qū)水平防滲布置，河床及兩岸覆蓋層均采用鋪設(shè)土工膜及基巖面澆筑混凝土面板的防滲形式，防滲布置相同。從工程布置和庫區(qū)防滲布置上看，4種方案均合理可行，膠凝砂礫石壩方案布置集中，利于泄洪、取水及放空，且泄洪取水工程量較少，此方案略占優(yōu)。

3.3 建筑材料

本工程天然建筑材料豐富，可充分利用當(dāng)?shù)亟ú闹危? km內(nèi)運距的天然建材儲量及質(zhì)量，均可滿足以上壩型的筑壩需求。4種方案均合理可行。

3.4 施工條件及工期

各方案施工條件和施工導(dǎo)流方案相同。面板堆石壩石料場位于大壩上游，石料運輸?shù)纳蠅蔚缆芬缭街喊?，需對趾板進(jìn)行保護，上壩道路占壓部分水平防滲，需待上壩道路拆除以后施工；其他方案壩料均通過布置于下游壩坡上的臨時道路運輸上壩。

面板堆石壩壩體預(yù)沉降和防滲面板澆筑工期較長，總工期29個月；粘土斜墻壩總工期為26個月；均質(zhì)土壩方案總工期為25個月；膠凝砂礫石壩壩體工程量較小，雨季時的施工要求較低，總工期21個月。各方案中面板堆石壩方案在施工布置和施工工期方面條件稍差。綜合考慮各方案施工總工期均受庫區(qū)水平防滲處理控制，施工總工期均在33個月左右。

3.5 投資

混凝土面板堆石壩方案、粘土斜墻砂礫石壩方案、均質(zhì)土壩方案、膠凝砂礫石壩方案的建筑工程投資分別為1.85億元、1.67億元、1.35億元及3.36億元，從工程投資來看，均質(zhì)土壩方案建筑工程投資最省。

4 結(jié)語

對4種壩型從地形地質(zhì)條件、工程布置、施工條件、工程投資等方面進(jìn)行綜合分析比較，均質(zhì)土壩方案具有材料單一，結(jié)構(gòu)簡單，施工較便利并可充分利用當(dāng)?shù)靥烊唤ú模夜こ塘考巴顿Y最省，有較好的適應(yīng)性和經(jīng)濟性，因而將均質(zhì)土壩作為推薦壩型。