摘要：黄土高原区地形地质条件比较复杂，在满足水库工程任务的基础上，如何择优选取各建筑物结构形式尤为重要。传统的该地区一般选用当地材料坝土石坝居多，本文以长益庙水库为工程实例，特别介绍混凝土重力坝+均质土坝混合坝型的典型设计方案，介绍设计过程中如何根据当地的实际地形地貌、地质条件进行布置，为今后类似工程提供一定的参考和借鉴。
关键词：黄土高原；混合坝型；方案设计
1 工程概述
麟游县长益庙水库位于天堂镇长益庙林场内天堂河一级支流长益庙河下游。河流属于泾河流域，坝址以上流域面积约38.1km2。水库工程任务是以解决天堂镇居民生活用水和农业0.22万亩灌溉用水需求。水库总库容为331万m3，枢纽工程等别为Ⅳ等、工程规模为小（1）型，设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇。
2 坝址工程地质条件
坝址位于渭北黄土高原南部，河流流向自南向北，河谷呈“U”型，河谷底部宽130～140m，坝址区河流平面呈“S”形发育。坝址左右坝肩边坡坡角27°～38°，坡高65～70m,自然状态下基本稳定。坝址区岩性主要为砂泥岩互层，属软岩。左右坝肩基岩出露，自然岸坡稳定，表层岩体属强风化，结构面不发育。坝址区地层岩性主要分布有下白垩系（K1L）砂岩与泥岩互层及第四系（Q）松散堆积层。坝址区未发现断层通过坝址区地质构造不发育，构造条件简单。土料场位于坝轴线下游500m左右两岸。石料场距离坝址约50Km，选用凤翔县姚家沟镇翟家山石料，岩石属硬质岩满足规范要求。砂砾料距离坝址约60Km，选用宝鸡卧龙寺大桥到千河口段渭河河漫滩料。
3.混合坝型方案提出
根据坝址的工程地质条件和地形条件，河谷较宽，左、右边坝肩为基岩斜坡，无不良地质现象。坝基长196m，由河床漫滩和一级阶地组成，基底由K1砂泥岩互层构成，河床漫滩表面覆盖砂壤土层下部堆积砂砾石层厚3.0～6.0m，具备修建重土石坝和土石坝的地形、地质条件。
在重力坝方案布置上，由于坝址左岸及漫滩覆盖层及强风化岩层较厚9.5～15m，在修建重力坝开挖及填筑工程量较大，当地缺少混凝土粗细骨料，工程造价不经济。因此结合地质和筑坝材料条件，左岸主要布置为挡水建筑物，坝高较低，可考虑当地土料较丰富，基础处理方便，故可采用均质土坝布置。右岸为主河床，岸坡较陡，基岩出露，适于布置混凝土坝。主要布置泄洪和放水建筑物。为防止洪水上滩淤积和便于泄洪，导流泄洪底孔应尽量靠近原主河槽布置；为防止泥沙淤积进水口和便于引水管的引出，进水口应靠近岸边并紧邻导流泄洪底孔布置；为便于消力池的集中布置，表孔溢流坝段应紧邻泄洪底孔布置。左、右坝段之间采用混凝土扶壁式挡墙进行连接。因此就提了混凝土重力坝+均质土坝混合坝型的设计方案。
4混合坝型工程总布置
混合坝布置总体原则：河床左侧覆盖层较厚，岸坡较缓，主要为挡水坝段，结合坝址区附近广泛分布有土料，砂砾料和块石料缺乏的特点采用土石坝。右岸主要为泄水放水建筑物
，河床岩石出露，故采用混凝土坝布置形式。
枢纽建筑物从左岸到右岸依次为：左岸均质土坝段、混凝土连接挡墙坝段、表孔溢流坝段、导流泄洪底孔、放水孔坝段和非溢流挡水坝段。凝土连接坝段采用扶壁式挡墙插入式连接形式，与均质土坝结合处结合，坝顶总长度 269.5 m。见图1。
4.1左岸均质土坝段
均质土坝段布置在河床左岸，设计坝顶高程1218.50m，坝顶宽6m，最大坝高22.8m，坝段长185m，最大坝底宽134m。均质土坝为梯形断面，大坝迎水坡护坡采用厚15cm现浇C25砼板，由坝基护至坝顶，迎水坡坡比取1:2.75。背水坡采用砼框格草皮护坡，中间设戗台一道，戗台宽2m，高程1210m，背水坡戗台以上坡比1:2.5，戗台以下坡比1:2.75。背水坡坝趾处设排水棱体一道，棱体高3.9m，顶宽2m，顶高程为1198m。坝基础处理：清除坝基覆盖层，建基面为弱风化岩石，坝基防渗处理采用截渗槽对砂砾石层进行截渗处理，同时进行固结灌浆和帷幕灌浆。
4.2混凝土连接挡墙坝段
紧靠均质坝右设置连接挡墙，连接挡墙采用C25钢筋混凝土扶壁式挡墙结构，挡墙长度140m，最大挡墙高度28.9m，基础置于基岩上，扶壁插入均质土坝中与均质土坝结合连接。
4.3右岸重力坝段
重力坝段布置在右岸，从左到右依次为溢流坝段、放空泄流坝段和非溢流挡水坝段。溢流坝长33m，溢流净宽30m，最大堰高26.5m，堰基础纵向长度25.90m。坝体采用M7.5浆砌石块石，溢流面采用50cm厚C30混凝土护面。护坦消力池长25m，后接海幔段采用铅丝笼块石砌筑，长度30m。
导流放空泄流放水坝段长度7.75m，放空泄洪底孔单孔布置，，孔口尺寸2×2m。进口紧靠坝体，设置放水塔，闸室内设平面工作闸门和检修闸门各一扇。 出口接消力池护坦段，长25m，池底高程1192.50m，底板厚度2m。后接海幔段采用铅丝笼块石砌筑，长度30m。放水洞紧靠泄洪放空洞取水高程1205.5m，进口设放水塔闸阀控制，后接着压力钢管。
非溢流挡水坝段长43.75m，与右岸山体连接，最大坝高25.5m，为M7.5浆砌石重力坝，坝顶宽5m，坝体上游面铅直，设置C25混凝土防渗面板，下游面坡比为1:0.75。
5.混合坝与均质坝的对比
基础和防渗方面：坝址具备修建均质坝和混合坝的地形地质条件,两种坝型都有较好的适应性。均质坝对基础没有特殊要求,仅剥除表面覆盖层即可,坝基可以保留一部分砂砾石。混合坝的重力坝段对基础的要求比土坝高,坝基开挖至弱风化中部到微风化岩体上,坝基砂砾石必须挖除。土坝适应变形能力较好,混合坝由于两种坝段的不均匀沉降及对地基的要求不同,基础变形能力稍微差。混合坝的重力坝段与均质坝段之间的连接部位是防渗相对薄弱环节，工程处理措施要求较高。
泄洪布置方面：混合坝方案在漫滩处布置与均质土坝相同，在靠近右岸的主河床段布设溢流坝段及放空孔引水孔，该方案的优势在于可以利用右岸基岩裸露适于布置重力坝的有利地质条件，泄洪建筑物布设简单，避免了在围岩比较破碎、完整性较差的Ⅳ、Ⅴ类岩体中开挖溢洪洞和放水洞。
施工条件方面：混合坝需同时采用均质坝、重力坝两种坝型的施工工艺，但就坝体施工方法来讲较为繁琐，混合坝施工需均质坝和砌石坝2套施工设备,工作面多，劳动强度较大。但其在工程导流相对土石坝简单，不需新建专门的导流设施。
筑坝材料与挖填平衡方面：均质坝、混合坝的均质坝段均可使用当地材料。但混合坝重力坝段和连接挡墙所用骨料等需要外购或骨料筛分系统加工生产,混合坝利用的当地材料相对较少,弃渣量较均质土坝较多。
工程投资方面：初设阶段均质坝方案投资3536万元，混合坝方案投资3998万元，均质坝方案投资方面占优势。经分析主要建材单价影响较大，项目区土料丰富，料场位置近。而混凝土粗细骨料匮乏，料场距离工程较远。同时混凝土重力坝+均质土坝混合坝型两种坝型之间连接部位工程基础和防渗措施措施较大。
6 结语
坝型选择是水库枢纽工程前期论证的主要工作内容，坝型方案优选对缩短工程项目的建设工期、节约工程投资、提高经济效益起到主导作用。黄土高原地区的工程区砂砾料和石料缺乏，从工程经验上判断，不适合修建混凝土建筑物，采用当地材料坝具有明显优势。但根据实际的工程地质，提出了混合坝方案，即混凝土重力坝+均质土坝混合坝型，这样能很好解决满足了施工期导流、汛期排沙泄洪的要求，又能够充分利用当地丰富的土料，枢纽布置紧凑简洁，施工方便、受力明确，方管方便。混合坝布置方案近年来已广泛运用在黄土高原沟壑区。如已建成陕西省内神木县瑶镇水库、延安市南沟门马家河低坝引水枢纽和甘肃省小盘河水库中均采用了这种形式。这种形式布置适宜于河床阶地覆盖层较厚，主河道基岩面高程较低、多泥沙河流上，泄洪排沙规模大的工程中。
长益庙水库混合坝型因为投资方面最终未采用，但它给我们坝工设计提供了一个新的设计思路，如何在黄土高原工程区合理布置混合坝，进一步优化建筑物设计来降低其工程造价，这是我们设计工作者下一步创新的目标和任务。
参考文献
[1]SL274-2001 碾压式土石坝设计规范.中国水利水电出版社.2002.
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[3] 李 艳 陈晓年 包芬芬 小盘河水库枢纽布置及坝型设计[B]. 河南水利与南水北调，1673-8853（2015）22-0019-02.
[4] 《坝工设计手册》水利电力出版社.水利电力出版社.1999.
论文作者:杨砾,王健,解豪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/13
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