青龙沟水库坝型方案比选

青龙沟水库坝型方案比选

作者：徐锋周健余勇

来源：《科技创新与应用》2013年第30期

摘要：拟建青龙沟水库将有效缓解信阳市新县县城供水紧张的矛盾。文章从当地的基本情况入手，结合水文地质状况，对拟建水库坝型进行了科学比选，得出了切合实际的方案，这对类似的工程建设有一定的指导意义。

关键词：水库；大坝；方案

1 概况

河南省信阳市新县为全国著名的“将军县”、“红色旅游县”和“生态示范县”。近年来，随着县城规模的不断拉大，企业的大量迁入以及红色旅游、绿色旅游业的发展，县城的供水矛盾日益突出，急需开辟新的供水水源。因此，建设青龙沟水库对改善新县县城供水现状、缓解产业集聚区的供水紧张局面、促进地方经济社会的发展具有重要意义，工程建设十分必要。

青龙沟水库设计坝高52.2m，坝顶长度197m，主要建筑物由大坝、输水洞组成。水库按50年洪水标准设计，500年一遇洪水校核，总库容411.6万m3，设计日供水能力8000m3。

1.1 水文气象

坝址区位于信阳市新县新集镇长潭村，水库所在河流周冲河为潢河支沟，走向由西向南。流域多年平均降水量1300mm，径流深605mm，多年平均最大风速15m/s。流域面积

F=8.44km2，河道长度L=4.73km，河底平均比降J=0.086。

流域属亚热带季风性气候区，多年平均气温15.1℃，无霜期221.4天，多年平均日照时数为2178.9小时，日照率49.1%。多年平均降水量1300mm，大部分雨量集中在5、6、7、8四个月份，约占全年降雨量的60%，流域多年平均径流深605mm，陆面蒸发710mm，水面蒸发900mm，多年平均最大风速15m/s。流域的多年平均年径流深为605mm，流域多年平均径流量为511万m3。

1.2 坝基工程地质

坝基岩体呈块状或次块状结构，结构面中等发育，软弱结构面局部分布，不成为控制性结构面，不存在影响坝基或坝基稳定的大型楔体或棱体。岩体工程性质评价：岩体较完整，有一定强度，抗滑、抗变形性能一定程度受结构面和岩石强度控制，影响岩体变形和稳定的结构面应做局部专门处理。

2 坝型一次比选

根据坝址实际情况，初步拟定粘土心墙坝、砼面板堆石坝、拱坝和重力坝四种规划坝型进行比选。坝型比选前已对坝址进行了比选，本文不再赘述。

2.1 对有效库容的影响

拟建坝址以上河段，河床比降陡，河谷狭窄，库容条件差。以心墙坝和重力坝为例，从地形图上量算青龙沟水库水位～库容曲线。当选用土石坝时，需考虑坝体占用库区内体积，需扣除坝体占用库区内体积，经比较，心墙坝由于坝体断面相对偏大，相同水位条件下占用有效库容较多，低水位（水库供水有效利用范围）时最多比重力坝偏多17%，影响水库正常效益的发挥。砼面板堆石坝对有效库容的影响介于两者之间，拱坝影响最小。

2.2 建筑材料

坝址区及附近土料质量及储量不能满足粘土心墙坝所需要的粘土量（约10.8万m3），符合心墙填筑质量及储量要求的土料区运距较远（约80km），且需开挖破坏现有耕地及山地（约占地54亩），协调困难。坝址区及附近建材石料丰富，花岗岩石料质量好，储量丰富，开采易，运距近，因此，采用砼面板堆石坝、砌石拱坝和砌石重力坝较优。

2.3 枢纽建筑物布置

坝址区河谷两岸地形坡度陡，地形条件对布置坝肩河岸式溢洪道有一定困难，而水库大坝枢纽泄洪流量又较大这一实际情况，可采用拱坝或重力坝坝顶溢洪布置方案，不需另开溢洪道，其他建筑物均布置在坝体内，具有建筑物布置集中的优点。

粘土心墙坝或砼面板堆石坝只能在大坝左侧山凹处布设开敞式溢洪道，地形狭窄，上下游落差大，布置困难，尾水顶冲下游河道岸坡，且需修建两座跨溢洪道交通桥。加之受地形、工程地质条件及输水洞线走向等方面的制约，水库枢纽输水洞及施工导流隧洞兼放空洞均集中布置于左岸坝肩，致使水库枢纽各主要建筑物施工有一定干扰。

2.4 地形地质

粘土心墙坝或砼面板堆石坝对坝基要求不高，对地基变形适应性强，坝体可置于强风化破碎基岩上，因而大坝开挖石方工程量相对较少。

坝址区左岸坝肩工程地质条件相对较差，强风化层厚，岩体裂隙发育，基础处理难度大，左右岸不对称，坝址地形条件也不适合建拱坝。综合以上比较，优选重力坝为青龙沟水库推荐坝型。

3 坝型二次比选

根据坝址区地形、地质及天然建材条件，在重力坝坝型中选择混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝、混凝土砌块石重力坝几种坝型再次进行比选。

推荐坝址河谷呈“V”型窄谷，河床几乎无覆盖层，河床及坝肩出露侏罗系花岗斑岩，中、酸性侵入岩体，形成于燕山运动晚期，岩体呈块状或次块状结构，结构面中等发育，软弱结构面局部分布，不成为控制性结构面，不存在影响坝基或坝基稳定的大型楔体或棱体。

本工程的优势是当地天然建材石料丰富，经地质勘察，推荐位于大坝下游右侧2km处投资方开发区内两座山体，岩性为花岗岩，储量在20万m3左右，可剥离呈风化状态花岗岩，开采新鲜岩石供工程使用。完全能满足水库枢纽建筑所需石料和混凝土骨料要求。

混凝土重力坝及碾压混凝土重力坝型的主要优点是：可采用机械化专业队伍施工，施工进度快、工期短、工程质量有保证。碾压混凝土重力坝方案存在的突出问题是：大坝碾压混凝土掺合料粉煤灰，本地无法解决，需到外地（信阳火电厂）采运，运距达150多km，粉煤灰的料源问题，也是采用碾压混凝土重力坝的一个突出问题。混凝土重力坝的主要问题是水泥用量较大，不节能，且混凝土凝固时水化热高，散热条件差，各部分浇筑顺序有先有后，因而同一时间内冷热不均，温度应力变化大，热胀冷缩，相互制约，易形成裂缝，坝体温度控制困难，施工时需要有严格的温度控制和散热措施，施工技术要求较高。

混凝土砌块石重力坝的主要缺点是：除石料运输，混凝土拌和可采用机械外，坝体砌筑以人力施工为主，不但施工进度慢，工期长，而且由于用工较多可能存在人工工资不断上涨等不确定因素造成工程投资缺口等情况。优点是砌筑施工技术要求不高，质量较易控制，而且当地建材花岗岩石料丰富，推荐料场靠近大坝，开采条件好，运距近，工程投资较省。

三种重力坝比选坝型中，坝体总工程量基本相同，但筑坝材料单价（含材料价差）分别为：普通混凝土415.17元/m3，碾压混凝土368.93元/m3，混凝土砌石353.38元/m3。可见，在同等工程量条件下，混凝土砌石重力坝投资较省。

为了充分利用当地建材石料丰富、开采条件好的优势，节约工程投资，节能环保，加快工程进度，结合本工程坝址工程地质条件，经综合分析各方面因素，确定推荐混凝土砌块石重力坝坝型。

4 结束语

青龙沟水库的前期工作始于2011年6月，信阳市新县县委、县政府对此高度重视，于2012年5月成立了新县青龙沟水库建设领导小组，加强了对前期工作的指导，信阳市水利局颁发了《水利工程建设规划同意书》，相关设计单位已完成了勘测，编制了《新县青龙沟水库工程项目建议书》、《新县青龙沟水库工程可行性研究报告》、《新县青龙沟水库工程项目申请报告》等相关文本及图册，2012年10月，河南省工程咨询中心组织有关专家对《新县青龙