御道川水库大坝设计方案比选 (1)

SHANXI WATER RESOURCES

御道川水库大坝设计方案比选

栗献锋

（山西省水利建设开发中心，山西

太原

030002）

［摘要］介绍了御道川水库工程概况，分析了大坝坝址地质、总体布置及施工条件等情况，对坝型设计了钢筋混凝土面板砂砾石坝、沥青混凝土心墙砂壳坝、自密实混凝土堆石重力坝三种方案，经综合比较，确定采用钢筋混凝土面板砂砾石坝。该设计方法可为类似工程提供依据。［关键词］大坝；设计方案；工程地质；御道川水库［中图分类号］TV698.2+3

［文献标识码］C

［文章编号］1004-7042（2014）08-0030-02

1

工程概况

拟建的御道川水库枢纽位于御道川河与大川河交汇口上游约0.86km 处，坝址以上控制流域面积64.35km 2。坝址处多年平均径流量398.3万m 3，多年平均输沙量5.9万t 。水库设计总库容162.0万m 3。主要建设任务为农业灌溉、工业供水及下游生态补水。2工程地质情况2.1坝址地质

根据地质勘查资料，推荐的下坝址位于陈家岭村下游约600m 处，河床高程1280.0~1283.0m ，左低右高，河道宽约245m 。左岸坡及河谷底多被松散层覆盖，右岸基岩坡大多基岩裸露。

据钻孔揭露，下坝址区覆盖层有第四系上更新统坡洪层、全新统洪冲积层、人工堆积层等。坝基强风化层厚1.0~3.0m ，弱风化层厚3.0~5.0m ，左岸基岩强风化层厚3.2m ，弱风化层厚4.0~6.0m ，右岸基岩强风化层厚1.5~2.5m ，弱风化层厚3.0~4.0m 。2.2天然建筑材料

设计拟用块石堆石料13.0万m 3，混凝土细骨料1.34万m 3，混凝土粗骨料2.22万m 3，坝壳填筑砂砾料21.0万m 3。

块石料场位于御道川水库西南的古交市闫家峪村东南约2km 的黑里沟，距水库南坝址7~8km ，开采运输方便。石料质量、储量均满足设计要求。

坝址附近没有合适的粗骨料场，建议外购。古交市营立大狼沟石料场主要开采层为奥陶系中统上马家沟组灰岩，储量丰富，距坝址区约30km ，可以用作人工骨料场。

坝址附近没有合适的细骨料料场，建议外购。太原市娄烦县万光集团水洗砂厂的细骨料质量较好，距坝址区约40km 。

坝壳填筑拟用的砂砾料场位于坝址上下游的御道川河谷，卵石混合土层厚度5~13m ，最大达16m ，储量丰富，从试验结果来看，各项指标均满足坝体填筑质量要求。3坝型设计方案

根据御道川水库坝址的工程地质、总体布置、施工条件等情况，本次设计选择钢筋混凝土面板砂砾石坝、沥青混凝土心墙砂壳坝、自密实混凝土堆石重力坝三种坝型进行比选。

3.1钢筋混凝土面板砂砾石坝

拦河大坝为钢筋混凝土面板砂砾石坝，设计坝顶高程1298.9m ，防浪墙顶高程1300.0m ，最大坝高18.9m ，坝顶长324.3m ，宽6.0m ，上游坝坡1∶1.5，下游坝坡1∶1.6。筑坝材料采用河床内砂砾石料。

坝体防渗采用整体式钢筋混凝土面板，厚0.3m ，板间缝与周边缝均设两道止水。河床段趾板坐落在砂砾石层上，两岸趾板基础坐落在基岩上。下游坝坡采用混凝土网格梁砂砾石护坡。

河床段坝基防渗采用混凝土防渗墙，墙体深入弱风化基岩1~1.5m ，墙厚0.6m ，最大处理深度16.0m 。防渗墙底部基岩做帷幕灌浆防渗，最大灌浆深度控制在基岩面以下14.0m 。

左右坝肩设计清除坡上坡积碎石土层后，对基岩进行帷幕灌浆和固结灌浆，帷幕灌浆最大深度14.0m ，固结灌浆深度5.0m 。

导流泄洪冲砂隧洞布置在右岸岩体内，洞径4.8m ，总长283.25m 。

溢洪道布置在左岸岩体上，总长128.0m，控制段净宽21m。

3.2沥青混凝土心墙砂壳坝

拦河大坝为沥青混凝土心墙砂壳坝，设计坝顶高程1299.7m，最大坝高19.7m，坝顶长328m，宽6m。上游坝坡坡比1∶2.25，下游坝坡坡比1∶2.0。上游坝坡为混凝土板护坡，板厚20cm，下游坝坡采用混凝土网格梁砂砾石护坡。筑坝材料同钢筋混凝土面板砂砾石坝。

坝体防渗采用沥青混凝土心墙，墙体轴线偏向上游，距坝轴线2.0m，心墙顶高程1298.6m，心墙建基面高程1280.0m，最大高度18.6m，厚度0.4m。

河床段坝基及左右坝肩防渗处理形式同钢筋混凝土面板砂砾石坝。

导流泄洪冲砂洞及溢洪道布置同钢筋混凝土面板砂砾石坝。

3.3自密实混凝土堆石重力坝

拦河大坝为自密实混凝土堆石重力坝，设计坝顶高程1298.3m，防浪墙顶高程1299.4m，最大坝高33.0m；坝顶长330m，宽6.0m。上游坝面上部铅直，死水位以下坡度1∶0.15，下游坝坡1∶0.6。

在坝体内设纵向、横向排水廊道，均采用城门洞型，尺寸分别为2.5m×4.0m和1.5m×2.2m。上游防渗层下游面侧设置竖向排水管，间距3m，管径20cm，坝顶设置排水与坝内竖向排水相接，坝体设置横缝，横缝间距30m，横缝设两道止水。

坝基及两岸坝肩全部开挖至弱风化层以下1.0m，并对坝基基岩进行固结灌浆及帷幕灌浆处理，帷幕灌浆最大深度14.0m，固结灌浆深度5.0m。

导流泄洪冲砂洞布置在坝体桩号0+060处，进口高程1283.5m。

溢洪道为坝顶开敞式溢洪道，位于坝体桩号0+ 119处，堰顶高程1295.7m，控制段总净宽30m。

4坝型方案比选

4.1地形地质条件

钢筋混凝土面板砂砾石坝、沥青混凝土心墙砂壳坝对大坝基础要求较低，基础可直接坐落在河床砂砾卵石层上，只需对表层土进行清理和整平，对坝基覆盖层采用混凝土防渗墙进行防渗处理，可大大降低工程投资。

自密实混凝土堆石重力坝的坝基要求坐落在弱风化基岩面上，需要把深厚的覆盖层全部挖除，由于河床覆盖层厚度达16m，河床面以上坝高仅20m，坝基开挖方量和坝体混凝土的浇筑方量会大大增加。另外，坝址区岩层倾角较小，不利于重力坝的抗滑动稳定性。

因此，坝址区地形地质条件更适宜修建钢筋混凝土面板砂砾石坝和沥青混凝土心墙砂壳坝。

4.2坝基处理

钢筋混凝土面板砂砾石坝和沥青混凝土心墙砂壳坝采用混凝土防渗墙对基础覆盖层进行处理，坝基处理工作量小，处理周期较短。自密实混凝土堆石重力坝需考虑深基坑开挖和基坑排水，固结灌浆的工程量大，基础处理周期长且难度相对较大。

从坝基处理方面来看，钢筋混凝土面板砂砾石坝和沥青混凝土心墙砂壳坝更优。

4.3枢纽布置方案

钢筋混凝土面板砂砾石坝、沥青混凝土心墙砂壳坝的建筑物布置方案基本一致，在主河床布置拦河坝，溢洪道布置在左岸坝肩岩体上，导流泄洪冲砂洞布置在右岸岩体内。

自密实混凝土堆石重力坝的导流泄洪冲砂洞布置在河床段坝体内，溢洪道采用坝顶溢流形式，布置在河床段坝顶上。

从枢纽布置来看，自密实混凝土堆石重力坝的建筑物布置条件最便利，泄洪建筑物部分投资最省，优于钢筋混凝土面板砂砾石坝、沥青混凝土心墙砂壳坝。

4.4建筑材料

坝址区的砂砾卵石料场均能满足三种坝型方案对砂砾料的需求。

沥青混凝土心墙砂壳坝所需材料中的沥青需在距坝址区约60km的太原市购买，会增加工程投资。钢筋混凝土面板砂砾石坝和自密实混凝土堆石重力坝所需混凝土粗细骨料均需从古交市、娄烦县等地外购，运距在30~40km以上，增加了工程投资。

因此，从建筑材料看，钢筋混凝土面板砂砾石坝所需材料大部分可就地取材，需外购的量相对较少，对工程投资影响相对较小。

钢筋混凝土面板砂砾石坝的坝体填筑不受季节和气温影响，面板浇筑对气温有一定要求，可安排低温季节填坝，气温回升即开始面板混凝土的浇筑，汛期来临前达到挡水高程即可，施工速度快、工期短。

沥青混凝土心墙砂壳坝心墙施工受气温及天气的影响较大，雨天及低温时质量难以保证。坝壳砂砾石施工受沥青混凝土心墙的影响，施工速度较慢，工期相对较长。

自密实混凝土堆石重力坝坝体（下转第33页）

浇筑、上游防渗面板施工均受气温因素影响较大，且基坑排水难度大，相对其他两种坝型，所需工期较长。

4.5运行维护

钢筋混凝土面板砂砾石坝和自密混凝土堆石重力坝的防渗层均位于坝体上游面，若正常运行期或遭遇地震等特殊情况出现损坏，便于检查维修。

沥青混凝土心墙砂壳坝的防渗体位于坝体中部，防渗体遇上述情况损坏时，不易发现，更不宜修补和维护。

从运行维护角度看，钢筋混凝土面板砂砾石坝和自密混凝土堆石重力坝优于沥青混凝土心墙砂壳坝。

4.6工程投资及效益

经测算，钢筋混凝土面板砂砾石坝方案需投资6367万元，沥青混凝土心墙砂壳坝方案为6988万元，自密实混凝土堆石重力坝方案为7338万元。

钢筋混凝土面板砂砾石坝坝体填筑料在坝址上、下游1km范围内就地取材约20万m3，上游可增加水库有效库容，降低坝高，下游可疏浚河道，提高河道防洪能力。

5结语

经综合比较，钢筋混凝土面板砂砾石坝具有地质条件适宜、可就地取材、基础处理简单、运行维护方便、投资小等优势。因此，推荐钢筋混凝土面板砂砾石坝为御道川水库大坝设计坝型。

［作者简介］栗献锋（1976-），男，2005年毕业于太原理工大学水力学及河流动力学专业，工程师。

［收稿日期］2014-06-13；［修回日期］2014-07-20

3.4土方要求

预制混凝土U型渠道衬砌前渠道底部必须夯实，衬砌勾缝完成后回填两侧土方并夯实，以免因土方工程影响渠道的整体质量。

为保证土方回填质量，要求土料内不得含有腐植土、草皮、树根等杂物，土堤顶要高于混凝土渠顶10~ 15cm，并做成向渠中心放坡2%~5%，以利排水。

4效益分析

4.1社会效益

U型渠道流速快，防渗效果好，可节省水量、缩短灌溉周期，保证农田及时灌溉，且其挟砂能力强，在夏季时可利用含砂量大的洪水进行灌溉，既可解决全县水源不足的问题，又可利用泥砂中所含有机物和各种肥料元素，增加土壤肥力，提高作物产量。

根据2010年完成的孟封村U型防渗片区可知，防渗前农渠最窄宽度为5m，防渗后渠宽1.24m，两边各留出0.8m的保护范围，每千米防渗渠道可节省占地0.2hm2。

4.2经济效益

根据2010年完成的清徐县孟封村北220hm2混凝土U型防渗片区应用情况来看，区内配套预制混凝土U型渠道11km，当年投资180万元，年灌溉440hm2·次。

根据调查，U型渠道配套后因能合理及时灌溉，每年每公顷平均可增产475kg，按农作物玉米2元/kg 计算，年增产效益29.7万元。

预制混凝土U型渠道配套后，包括渗漏损失在内每年可节约用水20万m3，按0.25元/m3计算，年节水效益5万元。

区内预制混凝土U型渠道配套前，村民每年用于灌溉的机械费开支为2.6万元，人工费开支为2.4万元，而配套后每年仅需开支1.4万元的人工费，年节约开支3.6万元。

区内预制混凝土U型渠道配套后，可用以多种植的土地约2.2hm2，按每公顷平均收益9000元计算，年增加收益2万元。

以上年效益合计40.3万元，总投资180万元，投资回收年限为4.5年，而U型渠的使用寿命为20年，经济效益相当可观。

5日常维护管理及推广应用

加强预制混凝土U型渠道科学管理，是保证工程质量完好、充分发挥工程效益的关键。首先，应设专人管理，做到责任到人。其次，发现渠道出现裂缝等问题时，应及时修补或局部更换预制板，防止损毁程度发展严重。第三，应防止污水排入渠内，造成农田的污染。第四，灌溉结束后应及时排空渠内积水。第五，严格控制渠道冬季行水时间，规定低温停水界限，防止冬季渠道因冻胀而破坏。第六，严禁在渠道顶部种植、放牧，并严禁在渠道顶部修建违章建筑物等。

该项目于2010年开始向全县推广，经过近5年的发展，全县已完成预制混凝土U型渠道建设300km，今后应多方筹集资金，推广和完善预制混凝土U型渠道及其配套建设，从根本上缓解全县农业用水紧张的矛盾，促进当地经济社会可持续发展。

［作者简介］马爱成（1974-），男，2001年毕业于山西省水利职工大学水利工程管理专业，助理工程师。

［收稿日期］2014-06-15；［修回日期］2014-07-24

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御道川水库大坝设计方案比选

作者：栗献锋

作者单位：山西省水利建设开发中心,山西 太原,030002

刊名：

山西水利

英文刊名：Shanxi Water Resources

年，卷(期)：2014(8)

本文链接：https://www.360docs.net/doc/8715395972.html,/Periodical_sxsl201408020.aspx