凤庆县大摆田水库沥青混凝土心墙堆石坝设计
摘要：水库蓄水水源工程枢纽建筑物主要由拦河坝、溢洪道、导流输水放空隧洞等组成，其中，拦河坝相比其他建筑物体量大、投资高，往往是整个枢纽建筑物的关键和核心部分，坝体设计的合理与否直接决定项目成败及影响经济效益。本文结合项目实际情况，通过方案比选、分析论证，最终设计沥青混凝土心墙堆石坝作为大摆田水库挡水建筑物。
关键词：拦河坝；比选；结构布置；标准；分析计算
1.项目概况
大摆田水库径流区属澜沧江流域澜沧江水系，位于澜沧江二级支流岔河中上游。水库总库容1032.7万m3，工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，设计灌溉面积2.949万亩。枢纽建筑物由沥青混凝心墙堆石坝、溢洪道、导流输水放空隧洞组成。
2.坝轴线选择
水库选定坝址位于岔河中上游草坝河与酒房河交汇口附近，河道长度630m。该河段河床开阔，
左岸坡趋于顺直，基岩局部出露，左岸坡发育中型古滑坡，滑坡体量36万m3，右岸为凸出的山脊，基岩普遍出露，右岸地质条件较左岸好。靠坝址下游侧河道急剧转，且右岸地形坡度较陡，不具备布置枢纽建筑物的条件；两支流以上不具备兴建满足规划区用水要求的水库。经对枢纽建筑物详细布置分析，坝址具备布置枢纽建筑物并满足建库蓄水条件的坝轴线位于河床高程1590.00～1592.00m、河段长116m的范围，但该河段左岸部分被Ⅱ号滑坡体覆盖，要完全避开滑坡体难于实现。因此，为最大限度避开滑坡体对大坝影响，确保工程安全，本阶段选择不同的上、下两坝轴线进行比选。
经枢纽布置，对两坝轴线在地形地质条件、基础处理、施工条件、安全风险和工程投资等方面进行比较，比较结果详见下表。
表1上、下坝轴线方案综合比较表
序号
方案比较因素
下坝轴线
上坝轴线
比较结论
1
地形地质条件
下坝轴线地形基本对称，强度更低；更靠近区域断层F39，岩体风化更强烈，断层破碎带清除将扰动滑坡体；左岸发育中型古滑坡，左岸坝基大部分被滑坡体覆盖，体量约36万m³，对坝体危害大，处理难度大。
上坝轴线地形对称性不如下坝轴线；以火成岩为主，强度更高；不良物理现象基本不发育；水文条件与下坝轴线类似。
上坝轴线优
2
建筑物布置
坝轴线短，拦河坝左岸为滑坡体，拦河坝左右岸基础开挖都形成高边坡。高边坡、滑坡体处理难度和代价都比较大。
上坝轴线大部分避开滑坡体和避免形成高边坡开挖。但坝轴线较下坝轴线长
各有优 势
3
基础
处理
左岸滑坡体约36万m3，处理难度和代价非常大，F39断层穿过下游坝基，断层破碎带上部清除处理可能扰动滑坡体，存在不可控因素。
仅帷幕灌浆大于下坝轴线，其余开挖和处理难度都优于下坝轴线。
上坝轴线 优
4
施工条件
两坝轴线施工条件基本相同。下坝轴线滑坡体和高边坡受降雨影响均比较敏感，存在不可控因素，滑坡处理工程量大、施工难度大，施工工期长。上坝轴线优。
上坝轴线 优
5
安全
风险
下坝轴线左岸发育中型古滑坡体，全部开挖或者局部挖除，都存在较大的安全风险。
避免下坝轴线滑坡体和高边坡开挖带来的安全风险。
上坝轴线优
6
工程
投资
30908.96万元
27084.57万元
上坝轴线优
综上所述，下坝轴线区域断层F39穿过下游坝基，左岸分布中型古滑坡体，断层破碎带上部清除处理可能扰动滑坡体，坝体左右岸均存在高边坡，滑坡体和高边坡处理难度和代价都都特别大，存在不可控因素，安全风险大，且上坝轴线较下坝轴线节省投资3824.39万元。选定条件较好的上坝轴线作为大摆田水库的推荐坝轴线。
3.坝型选择
左岸右岸
3.1基本坝型选择
水库坝址左岸坝轴线处山嘴为陡峻凹坡，其下游冲沟切割较深，冲沟下游即为Ⅱ号滑坡；右岸山体向河床方向收窄，形成斜指上游的单薄弯曲山脊，坡面陡峻；上游两条支流之间为陡坡山包地形，坡面不规整。坝址基础置于变质砂岩、微晶片岩，泥质粉砂岩、砂岩，英安岩，岩基为软至坚硬岩，左右岸下伏基岩风化强烈，节理裂隙发育，岩体较破碎，左岸坡强风化层厚度0～20m，右岸坡强风化层厚度10～50m。刚性坝对坝址基础地质条件要求较高，坝基岩石风化较深，高重力坝建基面需置于弱～微风化基岩上，开挖巨大，不适宜建刚性坝。土石坝对基础要求低，清除表层松散的不良表土处理后，能满足土石坝基础强度要求，本阶段选择土石坝型作为基本坝型。
3.2代表坝型比选
本着因地制宜就地取材，充分利用当地材料筑坝，坝址区附近堆石料比较丰富，运距仅为5km，距离较近，储量和质量均满足堆石坝填筑要求，堆石坝较风化料坝填筑量小、投资更省、施工工期短，且堆石坝型占地范围小，对受地形条件限制的坝址更利于枢纽建筑物的布置，因此本工程拟定坝型为堆石坝。结合工程区地形地质条件，料场分布、储量和质量情况、施工条件等因素，选择沥青混凝土心墙堆石坝、粘土心墙堆石坝和混凝土面板堆石坝进行比较分析。
经比选分析，沥青混凝土心墙堆石坝建筑工程投资22867万元，粘土心墙堆石坝建筑工程投资24017万元，混凝土面板堆石坝建筑工程投资24862万元。本工程坝址区附近粘土料较少且分散，土料均一性难保证，可作为粘土心墙料的土地大部分种植核桃、茶叶等经济作物，征地困难，征地补偿费用高；部分粘土料场为国家基本农田范围，基本不具备征占使用条件；且粘土心墙堆石坝方案心墙底部宽度较大，心墙下部边界距Ⅱ号滑坡体较近，基础开挖会扰动滑坡体，存在较大的安全风险，因此，不宜采用粘土心墙堆石坝；另外，由于该工程坝址地形起伏大，坝基风化强烈，采用混凝土面板防渗则趾板基础条件差，趾板基础开挖产
生高边坡，趾板基础处理工程量大，防渗面板贴坡严重，存在不均匀沉降变形破坏并产生渗漏的问题。通过综合分析比较，设计选择沥青混凝土心墙堆石坝作为推荐坝型。