许玉梅

（新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院 新疆 阿勒泰 836500）

1 工程概况

也拉曼水库工程位于布尔津县北部低山丘陵区与高中山地区分界处，在窝依莫克乡也拉曼村南部1.5km，其地理坐标在东经 86°47′54″～86°49′31″，北纬 48°09′25″～48°10′30″之间。

也拉曼水库是以灌溉为主的拦河式水库，水库总库容703.39万m3，水库正常蓄水位735.45m，相应库容503.91万m3，最大坝高31.76m，坝长300m。水库控制灌溉面积3.66万亩。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），也拉曼水库工程属Ⅳ等小（一）型工程。

2 坝址区工程地质概况

坝址区地处盆地南侧隆起的低山丘陵基岩冲蚀哑口处，海拔高程715m～750m，坝址区河谷两岸基本对称，河谷呈“U”型，两岸发育Ⅰ、Ⅱ级堆积阶地，右岸Ⅱ级堆积阶地宽度120m，高出河床5m～7m，阶面平坦，Ⅰ级阶地仅在库区发育，坝址区不发育。现代河床宽约10m，河道纵坡20‰。坝址左右岸基岩裸露，谷坡坡度10°～50°不等。

2.1 大坝建基面

也拉曼水库河床段为现代河谷，左右岸均发育Ⅰ、Ⅱ级阶地，Ⅰ级阶地较窄，宽度3m～5m，覆盖有0.3m～0.6m的粉质土砂。Ⅱ级阶地开阔、平坦，高程718m～721m，宽度达150m，阶地堆积物具有明显的多元结构。据钻孔揭露及物探波速测试表明，从上到下依次沉积有：淤泥质粉土、中细砂、低液限粉土、中细砂、含土漂石夹砂卵砾石。河床平水期河水位715.5m，河床底部基岩裸露。其中桩号0+050～0+100段为左岸坡脚，表层为0.5m的含砂粉土，下部为1.5m厚的坡积碎石土，下伏为眼球状斜长花岗岩，基岩强风化层厚度一般在1.0m～1.5m，弱风化层厚度在10.0m左右。

作为建坝基础，淤泥质粉土属高压缩性土，作坝壳基础沉陷量较大；下部中细砂层（第二层）虽然属于中等压缩性土，作坝壳基础沉陷量不大，但存在地震液化的可能性。而以下低液限粉土、中细砂及砂卵砾石层均属中等压缩性土，作为坝壳基础沉陷量不大，且不存在地震液化问题。因此，坝体在清除表层淤泥质粉土和中细砂层后，坝壳基础坐落在低液限粉土上，沥青心墙防渗体基础坐落在基岩弱风化层上部。

2.2 地基承载力与变形问题

据钻孔揭露及物探波速测试河床段地层自上而下可分为5层：

（1）表层深度0m～1.2m为灰黑色淤泥质粉土，厚度约1.2m，有机质含量较高。根据取样试验分析，天然干密度ρd=1.48g/cm3，孔隙比e=0.75，压缩系数αv1-3=0.43MPa-1，压缩模量Es1-3=4.56MPa，液限Wl=40%～49%，塑限Wp=21.9%～25.4%，塑性指数Ip=17.1～27.0，渗透系数 K20=1.1×10-4cm/s～4.0×10-5cm/s，属高压缩性、弱透水层，钻孔标贯试验N=3～5击，承载力标准值fk=120kPa～140kPa。

（2）深度1.2m～3.2m为中细砂，厚度约2.0m，局部含少量砾石。该层分布较连续、稳定，青灰色，结构中密。根据取样试验分析，天然干密度1.60g/cm3～1.75g/cm3，比重Gs=2.70，孔隙比e=0.55～0.61，压缩系数αv1-3=0.28MPa-1，压缩模量Es1-3=8.43MPa，饱和抗剪c=16.5kPa，Φ=24°，渗透系数 K20=5.0×10-4cm/s，属中压缩性、中等透水层，钻孔标贯试验N=4～6击，承载力标准值fk=140kPa～160kPa。

（3）深度3.2m～7.6m为低液限粉土，厚度约4.4m，该层分布较连续、稳定，土黄、灰褐色，结构较密实。根据取样试验分析，低液限粉土天然干密度ρd=1.45g/cm3～1.52g/cm3，比重Gs=2.70，孔隙比 e=0.50～0.55，压缩系数 αv1-3=0.19MPa-1，压缩模量 Es1-3=10.25MPa，饱和抗剪 c=17.7kPa～18.9kPa，Φ=24°～27°，塑限Wp=18%，塑性指数Ip=17，渗透系数K20=1.1×10-4cm/s～4.0×10-5cm/s，属中等压缩性、微透水层，钻孔标贯试验N=9～11击，承载力标准值fk=150kPa～200kPa。

（4）深度7.6m～10.6m为中细砂，厚度约3.0m，局部含少量砾石。该层分布较连续、稳定，青灰色，结构较密实。根据取样试验分析，天然干密度1.65g/cm3～1.78g/cm3，比重Gs=2.71，孔隙比e=0.60～0.65，压缩系数αv1-3=0.21MPa-1，压缩模量Es1-3=9.12MPa，饱和抗剪 c=19.6kPa，Φ=24.0°，渗透系数K20=7.0×10-4cm/s，属中等压缩性、中等透水层，钻孔标贯试验N=17～20击，承载力标准值fk=160kPa～220kPa。

（5）深度10.6m～13.6m为含土漂石夹砂卵砾石，土黄、灰色，厚度约3.0m，分布较连续稳定，结构密实。根据取样试验分析，含土漂石、卵砾石夹砂砾石天然干密度ρd=2.1g/cm3，比重Gs=2.73，饱和抗剪 c=25kPa～55kPa ，Φ=37°～41°，压缩系数αv1-3=0.01MPa-1，压缩模量Es1-3=15MPa，渗透系数K20=4.7×10-4cm/s，属低压缩性、中等透水层，承载力标准值fk=300kPa～400kPa。

深度13.6m以下岩性为斜长花岗岩，基岩强风化带厚度一般在1.8m～3.7m，裂隙发育，纵波速度Vp＝2500m/s～3000m/s。弱岩风化带厚度在6.0m～12.5m，岩体较完整，纵波速度Vp＝3500m/s～4000m/s。微新岩体完整，纵波速度Vp＝4500m/s～5000m/s。

该段岩体透水率q＜10Lu界限在基岩面以下埋深20m～27m，q＜5Lu界限在基岩面以下埋深30m～36m。

2.3 坝基渗漏稳定问题

根据坝址区勘探揭露，坝基地表从上至下0m～13.6m深度内主要分布有淤泥质低液限粉土、中细砂、低液限粉土和含土砂砾石层，表层淤泥质低液限粉土厚度较薄，工程地质条件较差，需全部清除，可不计算，只对下部的中细砂、低液限粉土进行土的渗透变形判别。

根据水利水电工程地质勘察规范允许水力坡降需取安全系数，其值为1.5～2.0。因此，坝基中细砂的的管涌允许水力比降取0.20～0.25，坝基低液限粉土的管涌允许水力比降取 0.5～0.6。

2.4 坝肩边坡稳定

左右坝肩基岩裸露，岩性眼球状斜长花岗岩，左坝肩段发育有一条规模较小的断层，此断层走向在NW320°左右，倾角近直立，与坝轴线夹角在15°左右，从左坝端起，向库盆内延伸，右坝肩出露的基岩山体均有发育，但在钻孔未曾发现，其宽度在10cm～20cm，呈波状起伏，局部呈羽状，断层面粗糙不平，充填有岩屑、断层泥等，此断层规模较小，且未发现近期活动的痕迹，稳定性较好，对水库及大坝稳定无较大影响。从基岩露头上发现节理裂隙较为发育，基岩强风化带厚度一般在3.0m～4.0m，纵波速度Vp＝2500m/s～3000m/s，基岩弱风化带厚度在12.0m～14.0m，岩体较完整，纵波速度 Vp＝3500m/s～4000m/s。

3 坝型选择

坝型比选主要从各坝型对地形地质条件的适应性、筑坝材料、工程布置、施工条件、工程投资等方面进行综合比较。由于当地25km范围内没有合适的粘土料场，所以修建粘土心墙坝的条件不具备，拟选了沥青砼心墙砂砾石坝、土工膜斜墙坝和砼面板砂砾石坝方案进行比选。

3.1 拟选坝型的比选

（1）坝型对地形地质条件的适应性分析

左右坝肩基岩裸露，岩性眼球状斜长花岗岩，岩石较坚硬。主河床宽约120m，主流靠河床右岸。三种坝型对该地形地质条件均适合，坝址处覆盖层不深，在技术上都是可行的。左岸岸坡较陡，对面板的影响较大，趾板布置困难，趾板基础开挖机支护处理工程量大。

（2）枢纽布置

从枢纽布置上来看，各方案均是合理可行的。沥青砼心墙坝和砼面板坝溢洪道均可布置在大坝右坝肩，规模相同。

（3）坝基处理

沥青砼心墙坝下的基础处理灌浆工作在坝体填筑前应全部完成，但可以完成上游坝坝体的填筑，围堰和坝体结合，施工干扰较小，面板坝地基处理范围集中在趾板部位，面积大，并且施工与坝体填筑干扰小。

3.2 工程施工条件

（1）气象条件

工程区位于严寒地区，夏季气候较湿润，温和，降雨丰沛，冬季寒冷，积雪较深。工程区多年平均气温4.8℃，极端最高气温39.4℃；极端最低气温-37.6℃，最大冻土深106cm。冬季不能进行面板砼坝的浇筑。而且全年中月平均气温低于零度有5个月之久，冬季时间较长，施工期较短。浇筑式沥青砼心墙坝可以在较低温度时施工，通过采取简单的保护措施，可延长施工时间。

（2）工程施工

三种坝型施工导流标准相同，浇筑式沥青砼心墙坝上游围堰可和坝体结合，节省坝体填筑的工程量，砼面板坝和土工膜斜墙坝上游围堰与坝体不能结合，临时工程工程量大。三种坝型第二年均采用坝体临时断面度汛。

沥青砼心墙浇筑与坝体填筑基本同步上升，相互之间在施工中存在交叉作业，相互干扰较大，需要工序之间的密切衔接。需要增设一套沥青砼骨料的破碎系统及拌和系统。土工膜斜墙铺盖施工能与上游坝面整修有效结合在一起，施工受库水位的影响较小。但土工膜有缺点：①土工膜容易被锐物刺穿，覆盖不到位时容易老化破坏；②遇到交叉建筑物时施工困难；③上游围堰与坝体不能结合布置，坝体施工中道路等布置较复杂，坝体挡水后上游围堰需拆除。面板坝也存在上游围堰施工问题，从施工角度来讲，项目区属高寒地区，面板防裂问题比较突出。

（3）防渗材料

沥青砼心墙位于坝体内，受外界温度、阳光辐射等影响很小，故沥青砼耐久性、抗老化性好。因沥青砼具有较小的空隙率，没有水浸入其中，冰冻作用不会影响到沥青砼的工程性质，所以沥青砼心墙不需要防冰保护。沥青本身抗侵蚀性强，对水质无污染。

面板坝防渗体位于表层，右岸边坡表层岩体较破碎，对面板有一定的威胁，而且气温和冰清对表层的砼面板也有一定破坏。根据本工程区风大、气候干燥、温差大等气候特点，砼面板的抗裂问题较为严峻。

土工膜斜墙坝对坝体填筑料要求不高。土工膜的柔性好，塑性变形能力强，它不会因坝体、坝面的变形，产生拉伸破坏。土工膜防渗可起到与粘土一样的防渗效果。但塑膜在施工过程中，容易被破坏，由于塑膜位于现浇砼板下，出现漏水，不便于检查和维修，而且对也拉曼坝属低坝中偏高的坝，也不太适宜土工膜斜墙坝。

（4）主要工程量

沥青砼心墙坝主要工程量：土石方开挖7.90万m3，土石方回填24.67万m3，混凝土1.6万m3，固结灌浆3479m，帷幕灌浆10838m，钢筋 43t。

面板坝主要工程量：土石方开挖10.46万m3，土石方回填20.68万m3，混凝土0.98万m3，固结灌浆3399m，帷幕灌浆8563m，钢筋 272t。

土工膜斜墙主要工程量：土石方开挖25.69万m3，土石方回填25.34万m3，混凝土0.49万m3，固结灌浆4998m，帷幕灌浆 8539m，钢筋 43.4t。

（5）坝型比选结论

从技术经济综合比较结果看，沥青砼心墙坝的施工条件、对气候的适应性、防渗体的保护均优于面板坝和土工膜斜墙坝。投资方面，三者相比，土工膜斜墙坝最经济。

3.3 坝型选择

通过以上综合分析可以看出，三种坝型从施工条件、基础处理、运行维修来看沥青砼心墙坝方案比较优越，施工工期比较长，受气温的影响较小，并且上游围堰与坝体结合在一起，可以缩短工期和节约投资。砼面板坝施工受气温影响较大，施工期均短，围堰不能结合在坝体内，大坝挡水后需拆除围堰。投资角度来讲，面板坝比较便宜。虽然砼面板坝方案投资略低，但是砼面板施工期受气候影响较大，施工工艺较沥青砼心墙坝复杂，而且布尔津县处于高寒地区，冬季漫长，冰盖厚达1m左右，对水库砼面板产生挤压作用，对砼面板的抗冻及开裂问题较为严峻。砼面板坝建成后运行管理维修较为困难，而且本地的工程实例不多。而沥青砼心墙坝可在较低温度下施工，施工期较长，而且建成运行期沥青砼心墙防渗体受严寒气候影响较小，安全性较高。而且在当地运用沥青砼心墙坝的实例也很多，如已建成的中小型水库克孜加尔水库、东塔勒德水库、强罕水库等都采用的是沥青砼心墙坝。

4 结论及建议

沥青混凝土做为一种新型的防渗材料已经开始在水利水电工程中得到推广应用，特别是高寒地区沥青心墙坝施工简单、工期短，不受气候的影响等优点在阿勒泰地区被广泛应用。阿勒泰地区沥青混凝土心墙坝的兴起于2010年，目前已建成和待建沥青混凝土心墙坝就有7座。它应用的主要原因有：

（1）沥青混凝土心墙坝受气候影响小，施工周期短。

（2）沥青混凝土心墙具有良好的自愈能力，广大工程界专家和学者一致认为沥青混凝土心墙在其水压、坝体填料、心墙两侧过渡料等共同作用下，具有较强的自愈能力，工程界普遍认为，沥青混凝土心墙在运行过程中，一旦发生变形甚至裂缝，不容易扩大，并且能自愈闭合。

（3）阿勒泰距离克拉玛依油田大约400km左右，交通便利，而且沥青的来源和成本都很低，具有得天独厚的地理优势，所以在防渗材料选择上比起其它坝型上要节省更多的勘探工作量。

（4）目前无论是浇筑式沥青混凝土心墙坝还是碾压式沥青混凝土心墙坝，其施工工程和机械设备已在国内外有成功的施工经验和施工设备，所以工程建设上将更省投资、施工更简单快捷，也是其被阿勒泰地区普及的一个主要原因。

考虑到上述因素及沥青砼心墙的特点，也拉曼水库大坝选择沥青砼心墙坝方案是最佳设计方案。※