羅 明，唐林波，高 琛

（1.江西省水利規(guī)劃設計研究院，江西 南昌 330029；2.江西省水利廳工程建設稽察事務中心，江西 南昌 330009）

大壩能攔截阻擋水流，抬高上游水位，從而形成水庫。在水庫設計中，大壩壩型選擇是首選需要解決的一個重要問題，在選擇中涉及到許多重要影響因素，如大壩壩址條件、施工工期、工程造價等[1]。一般情況下，一個壩址可供選擇的壩型方案有好幾個，且各個方案各有優(yōu)缺點。不同的工程實際情況都不完全相同，通過分析壩型選擇的影響因素，并結(jié)合壩址區(qū)的實際自然條件，可選擇技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理的壩型[2]。

高樓水庫位于江西省萍鄉(xiāng)市蘆溪縣蘆溪鎮(zhèn)高樓村，主要建設任務為蘆溪縣城居民生活提供備用水源及提供農(nóng)田灌溉用水，是一座以供水、灌溉為主，兼有防洪效益的Ⅳ等?。?）型水庫工程。本文以蘆溪縣高樓水庫為例，依據(jù)工程實際條件，初選出面板堆石壩、重力壩及粘土心墻壩，在初選的基礎上，分別從壩址工程地質(zhì)條件、工程投資及施工條件等進行比選研究，最終推薦混凝土重力壩壩型。

1 工程概況

高樓水庫所在河流為袁水支流潭口水，壩址位置為潭口水下游河段，距蘆溪縣城3.0km，壩址控制流域面積17.70km2，水庫正常蓄水位218.00m（黃海高程，下同），水庫總庫容794×104m3，是一座以供水、灌溉為主，兼有防洪效益的Ⅳ等?。?）型水庫工程。

2 地質(zhì)條件

2.1 壩址工程地質(zhì)條件

壩址位于水山河V型河谷末端，河流在壩址前端彎曲，壩址附近總體較順直，河流自南東流向北西。河床寬20m左右，河底高程162～167m。左岸山頂高程約265.5m，谷坡相對高差 100.5m，自然坡角 37°～50°，壩址上下游分布一沖溝，但切割不深，左岸地形完整性一般；右岸山頂高程約290m，谷坡相對高差119m，自然坡角33°～60°，局部陡立，右岸上游為河流彎曲端，地形總體較完整。

壩址壩軸線右岸分布一滑坡體。據(jù)本次測量成果，滑坡體平面上呈不規(guī)則長方形，滑坡體頂部相對平緩，高程為207.70～210.76m，頂部寬度約35.00m，底高程為165.00m左右，寬度約45.00m。175.00m高程以上現(xiàn)狀坡度65°左右，175.00m高程以下現(xiàn)狀坡度45°左右。滑坡體坡面長度約70.00m，坡面積約2 800m2，平均厚度按5.00m估算，滑坡體總方量約為14 000m3（V＜10×104m3），屬小型滑坡體。

壩軸線工程地質(zhì)剖面圖如圖1所示。壩基利用弱風化變質(zhì)砂巖作為基礎，巖體完整性較好，壩基抗滑性能主要受結(jié)構(gòu)面控制，對壩基穩(wěn)定具有影響的結(jié)構(gòu)面主要為J6、J7、J10及F4。壩址水流方向為N27°W左右，壩軸線布置近垂直水流方向，庫水最大推力方向為N27°W。J1傾向下游，但其傾角較陡，對壩基抗滑穩(wěn)定影響不大。J1與J10兩結(jié)構(gòu)面組合交線其傾伏向為N10°W，傾伏角 48.5°，傾向下游，其若與 J6或 J7組合將構(gòu)成楔形體，其組合對壩基穩(wěn)定不利；但由于其傾角較陡，對壩基抗滑穩(wěn)定影響不大。J6與J7兩結(jié)構(gòu)面組合交線其傾伏向為SE28°，傾伏角61.6°，傾向上游，其若與J1或J10組合將構(gòu)成楔形體，其組合對壩基穩(wěn)定不利；但由于其傾角較陡，對壩基抗滑穩(wěn)定影響不大。斷層F4與水流方向斜交，其傾角較陡且傾向上游左側(cè)，對壩基的抗滑穩(wěn)定影響較小。但其距壩軸線距離較近，建議壩基對斷層破碎帶進行相應工程處理。

2.2 天然建材情況

根據(jù)查勘資料，壩址天然建筑材料表見表1。

3 壩型比較與選擇

3.1 壩型初選

根據(jù)推薦的壩址方案工程場址及壩址地形地質(zhì)條件、天然建筑材料情況，初步考慮壩址可修建重力壩、拱壩、面板堆石壩及粘土心墻壩；本階段壩型擬采用砌石重力壩、混凝土拱壩、面板堆石壩、混凝土重力壩、粘土心墻壩等五種壩型進行初步比選。

3.1.1 砌石重力壩方案

圖1 壩軸線工程地質(zhì)剖面圖

表1 壩址天然建筑材料對比表

圖2 混凝土面板堆石壩典型橫剖面

砌石重力壩方案，壩體采用M10漿砌石進行砌筑，因目前國家對生態(tài)環(huán)境較重視，經(jīng)2018年環(huán)保督查以后，許多采石場已關(guān)停，塊石材料較少，且砌石壩需耗費人力較多，不適合采用機械化作業(yè)，施工周期較長，人工成本較高，施工質(zhì)量受人為因素影響較大，因此本次不推薦采用砌石重力壩方案。

3.1.2 混凝土拱壩方案

混凝土拱壩方案：壩體在水平荷載作用下的穩(wěn)定性主要依靠作為拱座的兩岸巖體的反力，并不全靠壩體自身重力來維持穩(wěn)定，因此其壩身斷面比混凝土重力壩瘦小，一般比重力壩方案節(jié)省工程量1/3～2/3；同時可減少基礎開挖，縮短溢洪道及導流洞的長度，拱壩的抗震性能也較好，但是由于其穩(wěn)定性主要依靠作為拱座的兩岸巖體的反力，其對兩岸壩肩的巖基要求較高。根據(jù)地勘資料，壩址區(qū)巖體風化以面狀風化為主，根據(jù)鉆孔揭露，巖體垂直風化分帶可劃分為強風化帶、弱風化帶、微新巖體。根據(jù)本次物探成果結(jié)合鉆孔巖芯，壩基強風化巖體破碎～較破碎，巖體質(zhì)量差；弱風化上部巖體為較破碎～完整性差，巖體質(zhì)量較差；弱風化下部巖體為較完整；微風化巖體完整，巖體質(zhì)量較好。因此，本工程壩基情況修建混凝土拱壩明顯不經(jīng)濟。

3.1.3 面板堆石壩方案

混凝土面板堆石壩方案：壩頂上游側(cè)設置防浪墻，在考慮波浪爬高及安全超高后，壩頂高程222.50m，防浪墻頂高程223.50m，壩基開挖底高程160.00m，最大壩高 62.50m；上游壩坡取 1：1.4，下游壩坡取 1：1.3，下游側(cè)于168.10m、183.70m、203.70m高程處各設置一2.00m寬的馬道，上游壩面為一級坡，壩頂寬8.00m，壩軸線長158.20m。大壩自上游向下游分別為鋼筋混凝土面板、墊層區(qū)、過渡層區(qū)、主堆石區(qū)、副堆石區(qū)，施工渡汛采用大壩臨時斷面擋水，導流洞泄流度汛，下游壩面168.10m高程以上均采用干砌石護坡，以下為排水棱體。鋼筋混凝土防滲面板厚0.30m～0.60m。其典型橫剖面圖如圖2所示。

3.1.4 混凝土重力壩方案

混凝土重力壩方案：大壩采用混凝土重力壩，考慮波浪爬高及安全超高后，壩頂高程為222.50m，根據(jù)河床地形地質(zhì)條件，壩基開挖底高程為160.50m，最大壩高62.00m，上游壩面為鉛直面，下游壩坡1：0.8，壩頂寬度8.00m，壩軸線長度179.00m。壩內(nèi)布置灌漿、排水廊道；溢流壩對稱布置在壩體中部，共兩個壩段，溢流堰凈寬12.50m，堰頂高程218.00m，采用WES實用堰型，堰面曲線為Y=-0.064X1.85，上游采用橢圓曲線平順連接，下游采用圓弧曲線連接，大壩下游端設置挑流消能。其典型橫剖面如圖3、圖4所示。

圖3 非溢流壩段典型剖面圖

圖4 溢流壩段典型剖面圖

3.1.5 粘土心墻壩方案

粘土心墻壩方案：其典型橫剖面如圖5所示，粘土心墻壩上下游側(cè)壩殼料均采用風化料進行填筑，上游壩坡取1：2.5，下游壩坡取1：2.5，在上游壩坡177.00m、203.50m高程分別設一馬道，馬道寬均為2m；下游側(cè)于170.00m、183.50m、203.50m高程處各設置一2m寬的馬道，馬道寬均為2m。上游壩坡采用C15混凝土預制塊進行護坡，下游壩坡采用草皮護坡。下游側(cè)設置排水棱體，排水棱體頂高程170.00m，頂寬6m，上游壩坡為 1：1，下游壩坡為 1：2.5。

在大壩中間部位設置粘土心墻壩，心墻壩壩頂寬6m，底寬19.40m，兩側(cè)邊坡為 1：0.115，為防止壩基滲漏，在壩軸線部位對壩基風化巖體進行開挖，基礎開挖底寬為12m，兩側(cè)邊坡為1：2，開挖底高程為158.50m，開挖后采用C20素混凝土進行回填，混凝土回填面高程為161.50m，上部再設置一C25混凝土底板，厚1m，寬26m，C25混凝土底板上部設置灌漿孔。粘土心墻壩上下游均設置有粗反濾層、細反濾層，粗反濾層水平寬2m、細反濾層水平寬1m。

3.2 壩型經(jīng)濟技術(shù)比選

通過上述初步比較認為，本工程壩址適宜修建的壩型有面板堆石壩、混凝土重力壩和粘土心墻壩3種壩型方案；在此基礎上，分別從工程地質(zhì)條件、施工條件、工程量及工程投資等方面進行綜合經(jīng)濟技術(shù)比選。

3.2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地勘成果，面板堆石壩除混凝土址板坐落于弱風化巖層外，其它壩基對基礎要求不高，粘土心墻壩只要求對壩基進行一定的防滲處理，壩基對基礎要求不高，而混凝土重力壩需坐落于弱風化巖層上，相應開挖量較大，基礎處理工程量大，因此從減少壩基自身開挖及基礎處理方面，面板堆石壩及粘土心墻具有一定優(yōu)勢；但面板堆石壩及粘土心墻壩均需布置導流隧洞及岸邊溢洪道，而混凝土重力壩溢洪道采用壩體中部布置，可以進行分期導流，與面板堆石壩及粘土心墻壩相比可適當減少溢洪道及隧洞開挖，減少溢洪道及隧洞處理費用，具有一定優(yōu)勢。

3.2.2 施工條件

上述3種壩型中，面板堆石壩和粘土心墻壩施工機械化程度高，但土料場和石料場都較遠，土石料運輸存在困難，高峰強度難以得到保證；混凝土重力壩方案在下游設置混凝土拌和系統(tǒng)，高峰強度有保證。面板堆石壩和粘土心墻壩總工期36個月，混凝土重力壩總工期30個月，混凝土重力壩方案工期少6個月。

圖5 粘土心墻壩典型橫剖面圖

3.2.3 主要工程量及投資

3種壩型方案工程量及投資見表2。

3.2.4 壩型選擇

通過從壩址工程地質(zhì)條件、施工條件、工程投資等方面對3種壩型進行比較認為，混凝土重力壩方案相比于其他壩型方案，具有工程布置緊湊，可減少溢洪道及隧洞開挖，施工工藝成熟，工程施工質(zhì)量易控制，施工工期短，且投資少等優(yōu)點，作為本工程設計最終推薦壩型方案。

表2 主要工程量及投資比較表

4 結(jié)語

綜上所述，本文通過先定性后定量的方法，可在盡量減少設計工程量的情況下從諸多壩型中選出最適合本工程的壩型方案；研究成果可作為類似工程設計時參考。