攀枝花市水利水电勘测设计院 四川攀枝花 617000
摘要：介绍大河沟水库枢纽大坝坝址、坝轴线、坝型的选择过程，着重介绍堆石混凝土、碾压式混凝土、埋石混凝土、细石混凝土砌块石四种重力坝方案与沥青混凝土心墙土石坝方案进行详细比较，并择优选择。
关键词：堆石混凝土；碾压式混凝土；埋石混凝土；细石混凝土砌块石；重力坝；沥青混凝土心墙土石坝；坝型选择
1工程概况
攀枝花市东区银江镇大河沟水库位于金沙江左岸一级支流—弄弄沟中游段，该水库坝址位于东区银江镇弄弄沟村一社管辖，北距仙人湖水库约1.66Km。工程包括水库枢纽工程和水库灌区工程。最大坝高53.70m，总库容为70万m3。
2 坝址、坝轴线选择
大河沟水库所在流域的河道较陡，分布地层岩性较简单，覆盖层主要为第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系全新统残坡积层（Q4el+dl），基岩为印支期正长岩（ξ）。通过现场勘测，根据当地实际地质、地形情况仅有杨家湾和大河沟两处有条件修建水库，但是根据本流域水资源配置、工程建设任务和地形地质条件，杨家湾处高程为1389.0m，直流控灌面积3953亩，不仅不能满足水库下游本流域的灌溉要求，而且也不能满足向邻域视野区生态林供水的功能需求，所以本次设计根据地形条件及灌区灌溉控制高程1550.0m等条件，坝址选择在大河沟处。
大河沟处沟口较狭窄，沟底出露弱风化正长岩，两岸坡积层相对较薄，工程开挖量较小，并且该河段相对较缓，上游河道相对开阔，库容条件较好，供布置坝轴线位置仅有一处，该坝轴线向下游约130m则为高达20.0m的跌坎，河道陡峭，不仅不利于工程布置，而且直流控灌面积也有所减少；向上游布置不仅影响库容，而且在满足水库功能的情况下大坝高度和长度都会增加，从而增加工程投资，所以本次设计坝址和坝轴线选择在大河沟处。
3 坝型比选
根据地质勘测情况，本工程选定的坝址处地址条件较好，地基承载力较高，同时工程区附近有储量较丰富的石渣料和块石料，且具有修建重力坝和土石坝的条件，本次设计对混凝土重力坝和沥青混凝土心墙土石坝两种坝型进行比选。
3.1方案布置
3.1.1重力坝方案[1]
本次方案比较选取了四种重力坝筑坝材料进行比较，包括：堆石混凝土坝、碾压式混凝土坝、混凝土砌块石坝和埋石混凝土坝，坝体除坝身筑坝材料不同，其余结构断面均采用同一断面，其布置如下：
重力坝方案包括大坝（非溢流段和溢流段）、冲砂设施及放水设施，溢流坝段布置于大坝桩号K0+059.5～K0+085m段，放水设施布置于大坝桩号K0+086.5m高程1568.00m处；大坝坝顶高程1604.0m，坝顶长165.0m，坝顶宽4.0m，最大坝高53.7m。
混凝土重力坝断面详见图1。
3.1.2碾压式沥青砼心墙土石坝方案[2]
碾压式沥青砼心墙土石坝方案包括拦河大坝、溢洪道及放水冲砂设施。大坝全长204.3m，为沥青砼心墙土石坝。坝顶高程1609.06m，坝顶长204.3m，坝顶宽5.0m，上游坝坡由上至下分为2级坝坡，分别为1：2.50、1：2.75；下游坝坡由上至下分为3级坝坡，分别为1：2.25、1：2.50、1：2.00，棱体顶宽2.0m。
碾压式沥青砼心墙土石坝断面详见图2。
3.2方案选择
3.2.1 枢纽布置条件
重力坝方案工程布置相对紧凑，溢流坝段、放水设施和冲砂设施均布置在坝体上，枢纽占地面积较小；沥青混凝土心墙土石坝方案工程布置相对分散，需要在右岸修建溢洪道和放水冲砂设施，不仅枢纽占地面积大，而且右岸地形坡度较陡，增加大量的开挖，从而引起高边坡需进行处理，且涉及到移民搬迁问题。
虽然两种方案在枢纽布置中均不存在制约性因素，但是由于大河沟水库坝址位置相对狭窄，两岸坡度较陡，所以更适合于工程布置紧凑的重力坝方案。
3.2.2 建筑材料比较
3.2.2.1 碾压式沥青砼心墙土石坝建筑材料
① 坝壳料
根据工程地质测绘和钻孔揭露，该料场斜坡表层为薄层残坡积层，下部全～强风化正长岩，其下为弱～微风化正长岩。上部全～强风化正长岩可以做沥青砼心墙土石坝坝体填料，经勘查全～强风化正长岩石碴料约9.19万m3。全～强风化正长岩石碴料下部为弱～微风化正长岩石，按岩土分类为Ⅳ～Ⅷ级，。Ⅳ～Ⅷ级岩石开挖是比较困难的，不适宜做石碴料用。右坝肩溢洪道开挖可利用石碴料仅7.5万方。经计算分析若采用土石坝方案，石碴料在勘查范围是不够的，必须在其它地方开采，料场占地24.85亩。
② 沥青砼心墙料
沥青砼骨料，按规范要求“宜用碱性岩石”，其骨料分为三类：填料（粒径小于0.075mm的矿质粉状材料）、细骨料（粒径为0.075mm～2.5mm）、粗骨料（粒径为2.5mm～25mm）；根据现场调查，坝址10千米范围内无碱性岩石，坝址附近岩石基本是弱酸性岩石，本工程所需碱性沥青砼骨料用量不大，故本阶段设计采取外购碱性材料为沥青砼心墙所需，通过调查，碱性岩石储量丰富，距大坝约35km处且有专门开采石灰石矿的企业，交通道路为省级道路，运输条件较好。
3.2.2.2重力坝建筑材料
本次设计选取了四种材料重力坝进行比较，重力坝坝体填筑材料上游坝面均为C20混凝土防渗面板。坝体填筑材料为别为：C15堆石混凝土、C15碾压混凝土、C15埋石混凝土、C15细石混凝土砌块石，主要筑坝材料为混凝土和块石。
筑坝用混凝土，因工程区施工场地狭窄，无布置现场搅拌系统条件，并且搅拌混凝土粗细骨料购买运距较远，砂、砾石运距达25km。通过实际调查，在水库下游约5km附近有一商品混凝土搅拌厂，该厂向外长期大量出售商品混凝土，质量和产量均能满足大河沟水库建设需要，本次设计大坝混凝土直接购买，枢纽不单独设置搅拌系统。
两种坝型的筑坝材料均具有开采或购买条件，沥青混凝土心墙土石坝方案的料场开采会增加工程占地24.85亩，在开采过程中形成新的裸露地表，造成新的水土流失，影响当地水土流失治理成果，同时在料场开挖中还将增加4户移民，增加移民搬迁投资；混凝土重力坝方案的混凝土直接购买商品混凝土，块石由邻近的采石场购买，有乡村公路通往施工区，路况好，运距短，不会产生不良影响，无料场占地，对环境影响小，所以建筑材料方面混凝土重力坝方案占优。
3.2.3 施工条件[3]
⑴碾压式沥青砼心墙坝
碾压式沥青砼心墙土石坝近年来在土石坝中应用较为广泛，施工简单，沥青混凝土做心墙时，采用摊铺机械配置上料和碾压设备，沥青混凝土及上下游过渡料同时填筑，坝壳料进度缓于心墙施工，而雨季降雨后处理简单，将心墙擦干、烧熔即可继续施工。整个施工操作简单、方便，施工干扰少，雨季施工方便，节省工期。但是由于坝址位置特殊的地形影响，需将工程溢洪道布置在大坝右岸10.4m，而溢洪道开挖深度达5-60m，必须爆破开挖，开挖后高边坡需做挂网喷护处理。所以只能等溢洪道开挖完毕后才能进行大坝填筑，施工影响较大，参照本地已建工程，预计坝体施工工期需要14个月。
⑵堆石混凝土坝重力坝
堆石混凝土重力坝主要施工工序包括：支立模板、堆石入仓和专用自密实混凝土浇筑。
由于堆石混凝土施工工艺简单流畅，且能简化温控，减少人为因素，充分发挥机械作业，施工速度快，施工质量控制简便有效，能大幅提高大仓面混凝土的施工效率、缩短工期，预计坝体施工工期需要8个月。但外加剂属专利产品，价格偏高；自密实混凝土对用水量非常敏感，其波动会导致离析泌水或流动性降低[4]。
⑶碾压式混凝土重力坝
碾压混凝土技术是利用土石坝施工工艺，作业施工程序包括铺料、整平、压实、质检等工序，其铺料厚度为每层不大于30cm，以振动碾，进行碾压密实，混凝土为干硬性混凝土，属一种新的混凝土施工技术，突破了传统的混凝土大坝柱状法浇筑，，但由于对此项技术的理解和掌握深度不一，部分碾压混凝土坝施工工艺和质量控制存在一定的问题，结合地区实际情况，无此类坝型工程，对施工质量控制、管理和技术要求等均难以保证，预计坝体施工工期需要8个月。
⑷埋石混凝土重力坝
埋石混凝土重力坝施工工序简单，场地干扰小，主要影响施工的是混凝土浇筑中的温度控制，设计的混凝土重力坝采用埋石（埋石率≤25%）的方式最大限度的减轻了水化热对坝体的影响，在施工中必须增加措施即可控制好温度。
埋石混凝土重力坝，其主要施工工序包括支立模板、混凝土浇筑、抛填块石。
参考类似工程，预计施工期坝体浇筑需要11个月。
⑸细石混凝土砌块石重力坝
细石混凝土砌块石坝在施工方面，主要是将块石利用人工堆砌完成后，利用细石混凝土浇筑灌缝，施工方法简单，但是利用人工进行堆放块石及浇筑振捣，人工用量大，耗时长，施工进度慢，预计坝体施工工期16个月。
在施工方面混凝土重力坝四种坝和碾压式土石坝进行比较，均有各自的优缺点，结合当地的实际情况，综合施工工艺、施工方法及施工队伍技术等综合考虑，现阶段从施工方案推荐选择埋石混凝土重力坝。
3.2.4 工程投资
根据两种坝型（其中：重力坝为四种材料坝）的工程布置和初步拟定的主要建筑结构尺寸，进行工程量计算，并根据主要工程投资估算进行比较分析。
通过对主要工程量的投资计算，沥青砼心墙土石坝直接投资为7303.29万元，堆石混凝土坝直接投资5757.58万元，碾压式混凝土直接投资6137.58万，埋石混凝土坝直接投资6111.93万元，细石混凝土砌块石坝直接工程投资5854.54万元。
3.3结论
经过以上综合比较，沥青混凝土心墙土石坝投资均高于重力坝方投资，并且混凝土重力坝方案在工程布置、建筑材料和施工条件等方面占优，所以本次设计推荐重力坝方案。
重力坝方案根据比较，C15埋石混凝土施工工艺简单流畅，施工速度快，施工质量控制简便有效，能大幅提高大仓面素混凝土的施工效率、缩短工期，埋石混凝土采用块石作为混凝土材料，块石含量可达到25%左右，可减少水泥用量，减少温控措施；C15堆石自密实混凝土坝由于为新技术新材料坝体；且外加剂属专利产品，价格偏高，自密实混凝土对用水量非常敏感，其波动会导致离析泌水或流动性降低[4]，现行水利行业对其无专门性的技术规范文本，质量控制标准尚少，大坝相对较高为53.7m，同时其余工种坝型结合工程的地形及施工场地，从施工工艺、施工方法、施工队伍技术水平、工程造价及安全等综合考虑，均没有明显的优势，故本阶段坝型推荐选择C15埋石混凝土重力坝。
参考文献：
[1]SL319-2005，混凝土重力坝设计规范［S］.
[2]DL/T5129-2013，碾压式土石坝设计规范［S］.
[3]SL303-2004，水利水电工程施工组织设计规范［S］.
[4]焦阳太。自密实混凝土及其在大坝工程中的应用技术[J].水利建设及管理，2011（10）：27-29
作者简介：
杜守来（1980-07），男，工程师，硕士，主要从事水利水电工程设计工作。
肖富桔（1987-05）男 助理工程师 主要从事水利水电工程设计工作。
论文作者:杜守来,肖富桔
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/8/1
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