上库脚水库坝型选择分析研究

上库脚水库坝型选择分析研究

发表时间：2018-05-02T15:01:00.287Z 来源：《科技中国》2017年10期作者：杨玉坚李锋陈雪冬[导读] 摘要: 通过对胶凝砂砾石的应力强度对比，结合上库脚水库地质勘探成果及中国水利水电科学研究院室外颗分试验、室内碾压试验成果，山西守口堡水库胶凝砂砾石坝的设计和施工经验，对宁蒗县上库脚水库坝型选择进行了论证。结合《胶凝颗粒料筑坝技术导则》，通过料场分析、地质勘探，坝型比较，胶凝砂砾石坝具有就地取材、工期短、投资省、经济效益及环境效益显著等诸多优势。

摘要: 通过对胶凝砂砾石的应力强度对比，结合上库脚水库地质勘探成果及中国水利水电科学研究院室外颗分试验、室内碾压试验成果，山西守口堡水库胶凝砂砾石坝的设计和施工经验，对宁蒗县上库脚水库坝型选择进行了论证。结合《胶凝颗粒料筑坝技术导则》，通过料场分析、地质勘探，坝型比较，胶凝砂砾石坝具有就地取材、工期短、投资省、经济效益及环境效益显著等诸多优势。

关键词：水库胶凝砂砾石坝坝型选择

1、上库脚水库简介

上库脚水库位于丽江市宁蒗县翠玉乡阿海村委会境内，坝址位于金沙江一级支流中村河上，坝址高程2175m，工程枢纽区地理坐标为：东经100°33′33″～100°37′05″，北纬27°22′20″～27°29′42″，中村河属金沙江左岸一级支流，发源于流域东部的翠玉乡药山，全长19.9km，河道平均坡降88.7‰，径流面积115km2。工程规模为小（1）型Ⅳ等蓄水工程，主要建筑物级别为4级，等别为Ⅳ等，次要建筑物和渠道建筑物级别为5级，水库总库容为198.85万m³，正常蓄水位为2210.43m，相应库容为178.20万m³，兴利库容为124.65万m³，死库容为53.55万m³，该工程是一座以农田灌溉为主，兼顾周边农村人畜饮水的工程。

宁蒗县是全国重点扶贫县，上世纪中期因环境保护意识相对落后，受斜坡耕作、毁林垦荒、薪炭采伐和过度放牧等破坏植被和生态环境的人类活动的影响，中村河泥石流等地质灾害较为严重。流域内因1969年修建了小塘坝一座，且发生过泥石流，受废弃老塘坝的拦挡，上游河床段成为了逐次搬运的“再生泥石流”堆积区［1］。经过多年的水力搬运和沉积，堆积区内砂砾石已有较高的磨圆度，成为当地百姓修路建房的建筑材料。

2、上库脚水库坝型比选

（1）土石坝方案

当地粘土零星分布，风化料分布也零散，坝体填筑料的采挖运输成为土石坝最大的限制。

（2）心墙堆石坝和面板堆石坝

这两种坝型对坝基岩土体的强度要求相对较低，其心墙可置于强风化层上，堆石体可置于强风化层或砂卵石层上，当河床砂卵石层较厚时，心墙可置于砂卵石层上。推荐坝址两岸的强风化岩体底界埋深9～13m，河床砂卵石层厚9.2m，强风化层厚1.2m。两岸心墙可于强风化层上，挖除河床砂卵石层和强风化层，河床心墙可置于弱风化基岩上，坝基满足心墙堆石坝的要求。但心墙堆石坝及面板堆石坝方案需对5Km以外的料场进行大规模开采，造成的环境影响和破坏均较大。

（3）混凝土坝方案

河床砂砾石堆积厚度较深，为9.2m，开挖至弱风化中部基岩则约为15m，坝基础开挖量较大的同时相对坝高较高，要达到相同的规模，坝高约为57m，所需混凝土骨料均需至韭菜坪砂石料场开采，混凝土重力坝存在水泥用量较大、投资较高的特点，对于本工程而言，不大经济。

（4）胶凝砂砾石坝（CGS）方案

近年来国际上发展起来的新型胶凝砂砾石筑坝技术，采用胶凝材料和砂砾石材料，包括砂、石、砾石等特点拌合筑坝。与常规的混凝土或散粒体筑坝比，该筑坝技术扩大了坝型范围的选择，筑坝条件放宽，筑坝技术体系以土石坝、混凝土坝、砌石坝等为主，筑坝技术组合选择合理，大坝施工对环境的影响大幅度减少。胶凝砂砾石筑坝技术的研究及推广应用对众多的病险工程的除险加固具有重大意义。

（5）碾压混凝土坝（RCC）方案

相同基础条件下，两者相比，具有以下主要特征：修筑坝的主体是采用坍落度接近于零的超干硬性混凝土；。浇筑时不分纵缝，用推土机平仓，振动碾压实等；温控措施简化。施工工艺程序简单，便于连续施工，简化温控措施，因而施工速度快，工期短，工程费用低。即使考虑到防渗等设施的投资，碾压混凝土坝仍远较常态混凝土坝经济，对本工程而言，采用碾压砼坝地质条件基本满足，同时可将泄水建筑物布置于河床坝段，对环境影响较小［2］。

3、胶凝砂砾石坝和碾压混凝土坝比选

胶凝砂砾石是一种新型材料介于散粒体和刚性体之间，通过对我国在建的第一座永久胶凝砂砾石坝（山西守口堡水库大坝）的参观学习，丰富和拓宽了设计思路，结合工程地质勘探，坝基具备刚性坝建坝条件。可研阶段重点对胶凝砂砾石坝（CGS）及碾压混凝土坝（RCC）进行了比选。

随着胶凝砂砾石坝筑坝技术的发展，目前胶凝砂砾石坝已逐步从临时围堰工程应用到永久工程当中。上库脚水库坝体胶凝砂砾石填筑量约18万m3，通过对上库脚水库砂砾石料场的详查，储量达29.21万m3，可用料达24.10万m3；室内碾压试验成果表明，复合水泥（P.C 32.5R）掺量70～80Kg／m3，180d强度即大于6Mpa，因此料场储量及质量均满足设计要求。胶凝砂砾石坝和碾压混凝土坝相比，采用上下游对称的梯形断面，设计边坡1:0.7，经稳定计算，运用期坝基面最大垂直正应力为926.3kPa，小于坝基容许压应力2～2.5MPa；坝基最小垂直正应力为497.0kPa，发生在校核洪水位的时候，大于零；遭遇地震时，坝踵垂直正应力为323.4kPa，未出现拉应力。碾压混凝土坝方案运用期坝基面最大垂直正应力为1156.86kPa，小于坝基容许压应力2～2.5MPa；坝基最小垂直正应力为-175.35kPa，发生在校核洪水位的时候，遭遇地震时，坝踵垂直正应力为-175.35kPa，出现了拉应力。

稳定计算成果对比

因采用对称梯形断面，胶凝砂砾石坝基础应力比碾压混凝土坝基础应力小，地基适应范围更宽，《胶凝颗粒料筑坝技术导则》（SL678-2014）明确指出胶凝砂砾石坝基础可置于弱风化基岩上部，较碾压混凝土坝方案基础设置于弱风化层中上部适当放宽，这样坝体开挖工程量及水泥用量均比碾压混凝土坝大大降低。

胶凝砂砾石坝采用土石坝碾压工艺，施工相对简单，钢筋及混凝土用量少，质量控制比碾压砼坝简单。通过工程投资比较，可行性研究阶段胶凝砂砾石坝建安投资为5807.33万元，碾压混凝土坝建安投资9572.06万元，节省投资3764.73万元。

4.结语

上库脚水库具有级配良好的天然砂砾石料场，可就地取材，符合“宜材适构、环境友好”的筑坝理念，使用库盆堆积的砂砾石料后，增加库容近25万m3，将溢洪道布置于河床坝段，减少了岸坡开挖，具有较好的环境效益。工程区地处金沙江河谷温带区，年平均气温12.80℃，无极端低温情况，气温对坝体填筑的影响及胶凝砂砾石的防冻无需进行专题研究，施工难度较小。因此综合分析比较，上库脚水库胶凝砂砾石坝是适用于本工程的理想坝型。

参考文献：

［1］周建平，党林才．水工设计手册第二版( 第5 卷混凝土坝) ［M］．北京:水利水电出版社，2011．［2］杨晋营，燕荷叶，李丽华等．胶凝砂砾石坝研究［C］山西：