張宏斌

（山西省水利建設(shè)開發(fā)中心，030002，太原）

堆石壩主體是用石料填筑，再配以防滲體建成，其優(yōu)點是充分利用當(dāng)?shù)靥烊唤ㄖ牧?，能適應(yīng)不同地質(zhì)條件，施工方法簡便，抗震性能好。 瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板堆石壩都是堆石壩，作為柔性壩具有較高可靠性、耐久性、安全性，對不同地形地質(zhì)條件有較強適應(yīng)性，被廣泛應(yīng)用于各類水利樞紐中，尤其對深覆蓋層地區(qū)優(yōu)勢明顯。

以山西垣曲縣瓦舍水庫為例，通過對壩址地形地質(zhì)條件、 環(huán)境影響、筑壩材料、對外交通條件和工程投資等方面進(jìn)行比較研究，初定土石壩為基本壩型。 以下對瀝青混凝土心墻堆石壩和混凝土面板堆石壩兩種方案進(jìn)行比較。

一、工程概況

瓦舍水庫位于垣曲縣城以北12 km 的瓦舍村南， 壩址位于黃河流域亳清河左家灣支流上，控制流域面積20.4 km2，流域總長3.42 km。 水庫設(shè)計總庫容108.72萬m3，為?。?）型水庫。 水庫功能以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧城市供水和生態(tài)用水。工程等別為IV 等，主要建筑物級別為4 級， 次要建筑物級別為5級。 主要建筑物設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水設(shè)計、300年一遇洪水校核。

二、壩址選擇

對亳清河沿線實地勘探，整個勘探河段地形條件差別較大，且河床內(nèi)分布有自然村莊。 結(jié)合建壩地形地質(zhì)條件、庫容、樞紐布置等因素，初擬瓦舍村上游和下游兩壩址方案比選，上下壩址相距450 m。上壩址位于瓦舍村東主河槽較窄處， 左岸大部分基巖裸露，河床底寬40 m。下壩址位于瓦舍村南原八一水庫擋水壩下游， 右岸為山前坡沖洪積形成混合土卵石及卵石混合土，左岸為基巖，河床底寬60 m。

1.地形條件

庫區(qū)位于中條山東南坡沖洪積扇前緣及亳清河上游支脈，屬山區(qū)峽谷型地貌，河谷呈V 字形。工程區(qū)河谷不對稱，左陡右緩，河谷兩岸在正常蓄水位高程范圍內(nèi)上壩址左岸岸坡30°～45°，右岸岸坡25°～35°，右岸覆蓋層最大厚度35 m。 下壩址左岸岸坡30°～35°，右岸岸坡35°～45°，右岸覆蓋層最大厚度50 m， 上壩址岸坡坡度相對較緩，大壩岸坡處理難度相對較小。

2.樞紐布置

根據(jù)壩址條件，擬采用瀝青混凝土心墻堆石壩對上、下游兩壩址進(jìn)行比較（表1）。 上游壩址樞紐布置方案由瀝青混凝土心墻堆石壩、左岸溢洪道和泄洪洞組成，壩長212 m，溢洪道長303.12 m，泄洪洞長236.1 m。 下游壩址方案由瀝青混凝土心墻堆石壩、右岸溢洪道和左岸泄洪洞組成，壩長355m，溢洪道長353m，泄洪洞長278m。上壩址各樞紐工程長度相對都較短。

從地形地貌、 地層巖性來看，兩壩址工程地質(zhì)條件近似，均有建壩條件。 下壩址壩軸線較上壩址長143 m，覆蓋層厚度又較大，瓦舍村居民主要位于下壩址庫區(qū)， 淹沒居民區(qū)較多，帶來較多移民；下壩址建庫后，將截斷垣曲到絳縣的縣級公路。 而上壩址有利于樞紐建筑物布置， 管理方便，淹沒范圍小且工程投資較少，綜合分析后推薦采用上壩址方案。

三、壩型比選

從地形地質(zhì)條件看，壩址處河谷寬淺，且左右岸不對稱，右岸覆蓋層最大厚度為35 m，此地基不宜修建拱壩、重力壩等剛性壩，但是滿足修建堆石壩、土壩等柔性壩條件。 從建筑材料來看，庫區(qū)石料豐富，隧洞、溢洪道開挖料也可作為大壩填筑料，滿足堆石壩材料要求。

1.混凝土面板堆石壩

混凝土面板堆石壩壩頂高程718.5 m，壩頂長212 m，最大壩高30.5 m，壩頂寬8 m。上游壩坡坡比1∶1.6，下游壩坡坡比1∶1.5，壩體分區(qū)為混凝土面板、墊層區(qū)、過渡區(qū)、特殊墊層區(qū)、堆石區(qū)和下游護(hù)坡。 上游混凝土面板0.4 m， 下游壩坡采用干砌石塊石防護(hù)，護(hù)坡厚0.3 m。 壩基處理挖除卵石混合土并清除強風(fēng)化層， 基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻加帷幕灌漿形式，帷幕灌漿深入相對不透水層以下5 m。

2.瀝青混凝土心墻堆石壩

瀝青混凝土心墻堆石壩壩頂高程718.5 m，壩頂長212 m，最大壩高30.5 m，壩頂寬8 m。壩體上游壩坡1∶2，下游壩坡1∶1.75， 壩體填筑分區(qū)自上游向下游分為上游干砌石護(hù)坡、砂礫石墊層、堆石體、心墻過渡層、碾壓式瀝青混凝土心墻和下游心墻過渡層、堆石、干砌石護(hù)坡。 上游干砌石護(hù)坡厚50 cm， 下游干砌石護(hù)坡厚30 cm，瀝青混凝土心墻垂直等厚布置，厚60 cm。壩基處理挖除卵石混合土并清除強風(fēng)化層，基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻加帷幕灌漿形式，帷幕灌漿深入相對不透水層以下5 m。

3.壩型比較

（1）防滲措施

混凝土面板堆石壩的防滲措施需要沿壩腳線布置，而瀝青混凝土心墻堆石壩是沿軸線布置，防滲線相對較短，防滲工程量較小。 從防滲措施考慮，瀝青混凝土心墻堆石壩要優(yōu)于混凝土面板堆石壩。

（2）材料

堆石料和砂礫石料分布面積廣、儲量大，開采條件較好，運輸方便，滿足壩體填筑需要。 瀝青混凝土材料可購于成品料場，方便施工管理。 從筑壩材料比較，兩種壩型無明顯差異。

（3）工程布置

兩種壩型均需設(shè)置與壩體分離的導(dǎo)流和泄洪系統(tǒng)，樞紐布置包括擋水大壩、溢洪道、泄洪洞及供水管，從樞紐布置方面來看兩種壩型無明顯差異。

（4）大壩滲透穩(wěn)定性

混凝土面板堆石壩由混凝土面板和趾板承擔(dān)防滲任務(wù)， 混凝土面板為剛性結(jié)構(gòu)， 氣溫和濕度等因素變化會對面板產(chǎn)生變形影響，在工程施工、運行期間或發(fā)生地震時容易裂縫。 瀝青混凝土心墻堆石壩中的瀝青混凝土心墻是一種粘彈塑性材料， 具有一定的強度和黏性，即使心墻產(chǎn)生裂縫，其自身也會愈合并堵塞滲水通道， 壩體滲透穩(wěn)定性較高，防滲設(shè)計相對簡單。

（5）施工條件

工程所在地冬季比較寒冷，混凝土面板壩的面板冬季施工效果差，瀝青混凝土心墻施工受冬季溫度影響較小；施工工藝方面，面板壩靠上游混凝土面板進(jìn)行防滲，對材料和施工質(zhì)量有較高要求，而心墻壩的結(jié)構(gòu)則較為簡單；施工進(jìn)度方面，瀝青混凝土心墻與混凝土面板相比，可適應(yīng)不同的氣候條件，壩體可全年施工。

比選內(nèi)容 瀝青混凝土心墻堆石壩上壩址 下壩址地質(zhì)條件 左岸部分基巖裸露， 右岸覆蓋層厚度35 m左岸部分基巖裸露，右岸覆蓋層厚度50 m地形條件 大壩工程量及河谷斷面相對較小 大壩工程量及河谷斷面較大樞紐布置 大壩、溢洪道和泄洪洞工程量相對較小 大壩、溢洪道和泄洪洞工程量較大水庫淹沒損失 淹沒土地5.89 hm2， 移民搬遷151人，淹沒公路0.35 km淹沒土地12.6 hm2， 移民搬遷177戶，淹沒公路0.5km工程投資 3 238萬元 5 073萬元

項目名稱 混凝土面板堆石壩 瀝青混凝土心墻堆石壩壩體主要工程量（m3）清基 10 657 10 846土石方開挖 21 986 19 536混凝土面板 6 103壩體堆石料 150 774 149 324瀝青混凝土 1 971干砌石 1 999 3 733帷幕灌漿 7 933 5 668防滲墻 8 898 7 863工程投資（萬元）壩基處理工程 1 206 1 008壩體填筑工程 1 476 1 384導(dǎo)流泄洪洞及供水管工程 582 582溢洪道工程 1 195 1 195合計 4 459 4 169

（6）工程量及投資情況比較

由于溢洪道及泄洪洞布置相同，只對大壩填筑及防滲工程投資進(jìn)行比較（表2）。

四、結(jié) 語

經(jīng)綜合比較，瀝青混凝土心墻堆石壩在適應(yīng)地形地質(zhì)條件、 筑壩材料、施工及工程量和投資等方面均優(yōu)于混凝土面板堆石壩。 瀝青混凝土心墻堆石壩的防滲性能和抗凍性能相對優(yōu)越，且建造技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單。因此，瓦舍水庫大壩壩型選定瀝青混凝土心墻堆石壩。

瀝青混凝土心墻壩防滲性能良好，適應(yīng)變形能力強。 當(dāng)選定壩址周圍天然防滲土料缺乏時，土石壩的防滲心墻可以用瀝青混凝土，當(dāng)瀝青含量在6%以上時， 孔隙率很容易壓實在3%以下，降低瀝青混凝土心墻的滲透系數(shù)。各種透水、半透水的砂石料或堆石可用在壩體兩側(cè)的壩殼中， 具有廣泛的實用性， 在水利工程中有一定代表性。 對混凝土面板堆石壩和瀝青混凝土心墻堆石壩兩種方案的介紹說明， 以及比選中所取得的經(jīng)驗對其他同類設(shè)計工作有一定的參考價值。