南水北调西线一期工程扎洛坝址坝型比较研究-论文

1 / 7 南水北调西线一期工程扎洛坝址坝型比较研究（李鑫 姜苏阳 孙凯 包芬芬） 摘要 根据地形、地质条件及当地筑坝材料分析，以扎洛坝址为典型代表的西线一期工程有可筑坝土料的高坝坝址，具备修建混凝土面板堆石坝和粘土心墙坝的条件。进一步的研究和论证结果表明，修建混凝土面板堆石坝和粘土心墙坝在技术上都是可行的，混凝土面板堆石坝方案在投资、工期及施工方面，优势明显。 关键词 扎洛坝址 坝型比较 混凝土面板堆石坝 粘土心墙坝 1 前言 南水北调西线一期工程位于四川省的甘孜、色达、壤塘、阿坝县，青海省的班玛县和甘肃省 的玛曲县境内。工程区属青藏高原东部边缘地带，引水枢纽处于海拔 500m 左右。工程由五座高坝、二座低坝和几处跨河建筑物串联而成，截引雅砻江、大渡河流域共七条河流。在输水线路比选中，每条引水河流均布置了三个以上的比选坝址。大部分坝址地形、地质、地震烈度、施工、建材、气候条件都很类似。当地石料丰富，可筑坝的防渗土料缺乏。西线一期工程仅玛柯河、杜柯河上坝址附近存在筑坝土料。因此选择玛柯河的扎洛坝址作为代表，进行混凝土面板坝与粘土心墙坝坝 型比较，对其它类似坝址的坝型确定能起到参证和举一反三的作用。 2 / 7 扎洛坝址概况 扎洛坝 址位于青海省果洛藏族自治州班玛县境内，是南水北调西线一期工程引水线路在玛柯河上规划的比选坝址之一。坝址控制流域面积 946km2，水库总库容为 9.73 亿 m3，正常蓄水位 519.9m，工程等级为一等大型水利枢纽工程。大坝坝高约 150m，坝址河谷高程 390m。该区域地震动峰值加速度为 0.10g，大坝设计烈度为 8 度。 该地区 5 9 月是夏半年，旬平均气温在 5 以上，为雨季，降水集中，平均降水量 555.mm，占全年降水的 76.9%。10 月次年 4 月是冬半年，旬平均气温在 5 以下，降水量89.mm，仅为全年降水的 23.1%。 坝址地形地质条件。坝址区邻近地段山顶高程多在200 800m 之间，河谷高程 200 600m，相对高差 500 100m，河谷形态以 “V” 字形为主，峡谷与宽谷相间排列，漫滩、阶地断续出现。 坝段附近地区出露的地层主要有三叠系、上第三系和第四系。坝基岩性主要为三叠系甘德组 T12g 的砂岩夹板岩，其中砂岩致密坚硬，抗风化能力强，饱和抗压强度 32.284.5MPa，板岩抗风化能力相对较弱，饱和抗压强度为 28.449.8MPa。据钻孔和浅层地震资料，坝址河床覆盖层厚度约10 13m，基岩强风化卸荷带厚度约 2 3m。 坝址区筑坝材料。坝址上游约 7km 处的江巴桑石料场，地层岩性为层状长3 / 7 石石英砂岩夹粉砂质、泥质板岩，砂岩与板岩比例约为3151 ，储量和质量可满足要求。在坝址下游 23.5km 处的班前土 料场、 26km 处的忠志土料场、 35km 处的灯塔土料场均有大量的土料，总储量约为 463 万 m3，主要为重粉质粘土、粉质粘土，粘粒含量为 21.4%36.9%。土料除天然含水率略大于最优含水率，需进行晾晒处理外，其余各项指标均满足工程要求，符合防渗土料质量标准。 扎洛坝址基本坝型方案比选 从筑坝材料方面看，当地石料极为丰富，坝 址附近粘土储量不是很丰富且运距远；结合施工条件看，坝址区冬长夏短，全年降水主要集中在 5 10 月，年降水量达 700mm 以上，粘土需要进行洒水或翻晒，施工比较困难，不宜采用粘土用量较大的均质土坝和粘土宽心墙坝。砂砾石运距远，用作坝壳料储量紧张，能满足反滤料和过渡料的用量要求，故不宜采用砂砾石坝壳。 从大坝的工作条件看，由于库水位降落缓慢，各种坝型均可采用，但考虑到粘土斜墙坝需要放缓上游坝坡，增加坝体填筑量，相应加大了工程投资，且坝址位于高地震烈度区，斜墙对坝体的沉降变形较为敏感，故不宜采用。 从坝址河床条件看， 河谷长，形状呈“ U” ，左岸覆盖层深厚，达 30m，混凝土重力坝对坝基条件要求相对较高，坝基开挖量很大，增加工程投资，因此混凝土重力坝不宜采4 / 7 用。 经过以上分析，扎洛大坝坝型主要在面板堆石坝、粘土心墙堆石坝二种坝型中考虑。 扎洛坝址面板堆石坝与粘土心墙坝设计 混凝土面板堆石坝方案。枢纽主要由混凝土面板堆石坝、泄洪洞、溢洪道组成。堆石坝坝顶高程 524.9m，最大坝高 150m，防浪墙高出坝顶 1.20m，坝顶长度 670m，坝顶宽度11m，上游坝坡为 11.4 ，下游坝坡为 11.6 ，并设有 8m宽的 “ 之 ” 字形上坝路。坝体堆 石区以坝轴线向下游 10.5为分界线，分出上游主堆石区和下游次堆石区。坝体上游设有最大高度为 47.5m 的铺盖区以及盖重区。 基础处理方面，趾板及其下游 1/6 坝基宽度范围内，原则上挖至强风化下 5m；河床段坝基清除 2m 厚覆盖层；两岸坝基挖除全部覆盖层，并清除 1m 厚的岩石表层。趾板基础下部进行固结灌浆和帷幕灌浆。固结灌浆孔深 10m、间排距2m，帷幕灌浆孔布置在趾板中部一排，孔距 2m，深度暂按不小于 1/2 倍水头。左、右岸帷幕利用灌浆廊道向山体内各延伸一倍坝高。 泄洪洞设高位和低位两条，其中，高位泄洪洞进口高程461.9m，洞身长 192m，洞身断面 3.6m5.4m ，为城门洞型；低位泄洪洞进口高程 431.9m，洞身长 253m，洞身断面4.5m7.75m ，同样是城门洞型。溢洪道平行布置于低位泄5 / 7 洪洞以左 100m 左右，为单孔净宽 8m 开敞式溢洪道，进口引渠底板高程 515.3m，泄槽总长 246m。 粘土心墙坝方案。枢纽主要由粘土心墙坝、泄洪洞、溢洪道组成。粘土心墙坝坝顶高程 524m，最大坝高 153m，防浪墙高 1.2m，心墙顶高低于坝顶 1m，心墙顶宽为 6m，上下游边坡均为 10.3 。坝顶长度 670m，坝顶宽度 12m，上游坝坡采用 12 ，下游坝坡采用 11.8 ，并设有 8m 宽的 “ 之 ”字形上坝路。心墙上下游各设两层层厚 4.5m 的反滤层，除在低于死水位 5m 以上的上游块石护坡厚度为 2m 外，上下游护坡块石均为 1m 厚。 基础处理方面，心墙基础原则上挖至新鲜岩石；上下游坝壳沿心墙 1/3 基础范围内覆盖层全部挖除，并清除 2m 厚的岩石表层；坝基其余部分，河床段清除 2m 厚的表面覆盖层，两岸挖除全部覆盖层，并清除 1m 厚的岩石表层。心墙基础壤土与基岩之间设 0.3m 厚的混凝土板，混凝土板下做帷幕灌浆和固结灌浆。固结灌浆孔深 10m、间排距 2m，帷幕灌浆孔布置在混 凝土板中部一排，孔距 2m，深度不小于 1/2倍水头。左、右岸帷幕利用灌浆廊道向山体内延伸一倍坝高。 泄洪洞、溢洪道布置同面板堆石坝方案。 扎洛面板堆石坝与粘土心墙坝二种坝型比较 鉴于两种方案的泄洪建筑物布置均相同，方案比较主要从施工、工期、工程量、投资以及后期运行维护等方面对面6 / 7 板堆石坝和粘土心墙坝进行比较。 技术条件方面。两种坝型，国内外均有较成熟的工程实践经验，设计理论和施工手段比较完善，不存在制约性因素； 坝址区地形、地质条件对两种坝型均无太大影响，但由于坝址位于高地震烈度区，粘土心墙坝在大坝稳定性能和应力变形适应性能方面要优于混凝土面板堆石坝； 两种坝型均具备较充足的料场资源。但面板坝较之粘土心墙坝坝体断面小、筑坝材料运距小； 导流渡汛方面。两种方案的导流洞后期均可考虑改建为永久泄洪洞，以节省投资。另外，粘土心墙坝可以结合上游围堰作为坝体一部分，从而降低造价。施工进度方面，混凝土面板堆石坝便于机械化施工，受夏季气候影响较小，工期短；粘土心墙坝的心墙反滤层、过渡层、堆石施工相互干扰大，心墙质量要求高，雨雪天气不能施工，上坝强度不易提高，工期较长； 枢纽布置、坝基处理方面。两种坝型条件相类似，但心墙坝基础处理 量稍多于面板堆石坝。 后期运行维护方面。由于面板坝的防渗体面板位于上游面，即使出现一些裂缝和渗漏，也比较容易检查和维修，这一点较之粘土心墙坝为优。 坝及枢纽的总工程量、总工期和总造价方面。面板堆石坝较优。 7 / 7 结语 扎洛面板坝直接费用 16.25 亿元，工期