崇礼水库坝型比选分析

崇礼水库坝型比选分析

王彤宇

张家口市隆源供水有限公司河北省张家口市

摘要：结合五十家坝址地形、地质条件及周边环境、施工条件等方面综合分析，坝型选择进行了多方面的分析和研究，就选用土质心墙坝或碾压混凝土重力坝作为枢纽坝型进行详细对比。

关键词：坝型；土质心墙；混凝土；拦河坝

一、工程概况

崇礼水利枢纽位于永定河上游洋河左岸一级支流清水河上游支流上，清水河干流全场122km，流域面积2380km2。崇礼水库五十家坝址总库容5457万m3、调洪库容1347万m3，兴利调节库容1261万m3，死库容3122万m3，是以防洪为主，兼顾供水及灌溉综合利用的枢纽工程。

二、坝型分析

根据坝址区（五十家坝址）的地形、地质条件，在满足工程任务的前提下，坝型选择主要从以下几个方面考虑：

1、工程安全可靠、节省投资；

2、能充分利用工程开挖料，减少料源和弃渣占地，尽量避免对当地自然环境的破坏，以减少水土流失，保护环境。

3、减少施工难度，缩短建筑周期，提前发挥工程效益。

根据坝址区的地形、地质条件，考虑刚性材料和当地材料两类坝型，其中刚性坝型中考虑使用混凝土拱坝和碾压混凝土重力坝两种型式，当地材料坝中考虑使用均质土坝、土质心墙坝和混凝土面板砂砾坝三种形式。

根据测量、地址勘探可知，所选坝址均为U型不对称宽浅河谷，两岸基石岩以上均分布覆盖层，不具备修建拱坝的地形和地质条件；均质土坝方案不能充分利用工程开挖料，且坝体填筑所需的土方量较大，填筑坝体所需土料、工程开挖料均需占用大量耕地，对环境破坏严重，从保护生态环境和耕地的角度考虑，均质土坝不适合本工程；混凝土面板砂砾坝方案防渗体在坝体上游，右岸覆盖黄土状壤土，坝体防渗面板与岸坡难以形成完整的防渗体系，因此混凝土面板砂砾坝方案亦不适宜本工程。因此项目建议选用土质心墙坝和碾压混凝土重力坝进行坝型比选。

三、坝型情况

1、土质心墙坝

枢纽工程由拦河坝、溢洪道、泄洪洞及放水洞组成。拦河坝设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为2000年一遇。

拦河坝为土质心墙坝，采用土质心墙防渗，坝壳采用河床沙砾料、溢洪道、隧洞开挖石渣填筑。拦河坝坝顶高程952m，坝顶宽7m，坝顶长780m，最大坝高43m。上游坝坡坡比自上而下分别为1:2.25和1:2.5，下游坝坡坡比自上而下分别为1:2.0和1:2.25。防渗心墙顶高程950m，顶宽5m，心墙两侧坡比1:0.2。防渗心墙下部设混凝土防渗墙，墙厚0.8m；防渗墙下部岩基进行帷幕灌浆。

2、碾压混凝土重力坝

拦河坝由左、右岸非溢流坝段、底孔坝段、溢流坝段组成。拦河坝设计洪水标准100年一遇，校核洪水标准1000一遇。拦河坝坝顶高程950m，坝顶总长711m，坝顶宽7.0m，最大坝高70m。

拦河坝坝体上、下游均采用折面，折坡点以上为铅垂直，折坡点以下为坡面，上游折坡点高程910m，折坡点以下坡比1:0.2；下游折坡点高程941m，折坡点以下坡比1:0.75,。坝体内部为三级配碾压混凝土，防渗层采用2.5~9.5m厚二级配碾压混凝土，上游坝体表面设0.5m厚变态混凝土。

四、坝型比选

五十家坝址地形、地址条件均能满足土质心墙坝和碾压混凝土重力坝的筑坝要求，不存在决定坝型的制约因素，因此从地形地质条件、工程布置、工程量、施工条件、建筑材料、工期等方面综合分析比较，从而确定推荐坝型。

1、地形、地址条件

土质心墙坝适应基础变形能力强，对基础要求条件不高，防渗心墙和坝壳均坐落在清基厚河床覆盖层上，坝基开挖工程量小。

碾压混凝土重力坝对基础条件要求较高，根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）“坝高50~100m时，可建在微风化至弱风化中部基岩上”的要求，拦河坝基础坐落于弱风化基岩上。坝址区弱风化基岩以上分布最大厚度21m覆盖层和3m左右强风化基岩，主槽部位全风化基岩最大厚度11m，重力坝方案坝基开挖工作量大。

2、工程布置

土质心墙坝方案枢纽工程主要由拦河坝、溢洪道、泄洪排沙洞和放水洞组成，溢洪道、泄洪排沙洞和放水洞布置在左岸，泄洪排沙洞进、出口闸室和放水洞进口闸室等控制性建筑物布置较分散。

碾压混凝土重力坝方案枢纽工程主要由非溢流坝、溢流坝、泄洪底孔和放水洞组成，各主要建筑物布置紧凑，泄洪排沙底孔布置在主河槽，更有利于水库泄洪排沙。

3、建筑材料

土质心墙坝方案心墙料和坝壳料均取自坝址附近的料场，最大运距不超过15km，运距较短。

清水河附近砂砾料具碱活性，添加粉煤灰可抑制混凝土骨料碱活性，故河道天然砂砾料可以使用，但碾压混凝土重力坝三材用料较大，施工工艺较为复杂。

4、施工条件及工期

坝址处河谷宽度560m左右，对于土质心墙坝方案考虑坝体之间需要放坡连接，分期导流较为困难，因此采用导流洞导流、全断面施工方案；碾压混凝土重力坝方案可以通过设置纵向混凝土围堰，分期施工拦河坝，前期河道明流导流，后期利用坝体泄洪排沙洞导流。碾压混凝土坝方案较土质心墙坝方案工程布置方便，节省施工工期。

5、运行条件

土质心墙坝方案主要建筑物的控制性建筑物分布较为分散，工程管理不便。

碾压混凝土重力坝方案主要建筑物则布置较为紧凑，便于工程管理。

6、对环境的影响

土质心墙坝需修建岸边溢洪道，开挖工程量大，自然条件破坏面略大：防渗土料会破坏地表植被，但水土保持措施可减少破坏；施工期对地方环境产生一定不利影响。

碾压混凝土重力坝坝体占用耕地很少，不需要开挖岸边溢洪道，可有效减少地表植被破坏，但弃渣占地对环境产生不利影响。

五、结语

由上可知，虽然碾压混凝土重力坝在枢纽布置、工程管理和可靠度方面较土质心墙坝由一定优势，但是由于土质心墙坝方案施工工艺简单，工期短，节省投资，同时可充分利用建筑物开挖料用于坝体填筑，减少弃渣占地和对环境的影响，综合比较，建议在五十家坝址选取土质心墙坝作为枢纽工程坝型。

参考文献：

[1]SL319-2005.混凝土重力坝设计规范

[2]SL274-2001.碾压式土石坝设计规范

[3]SL314-2004.碾压混凝土坝设计规范