长治市水利勘测设计研究院 山西 长治 046000

正文：

1 工程概述

永和水电站位于沁源县郭道镇永和村东沁河一级支流紫红河上，是1986年《山西省沁河流域修订规划报告》、2006年《山西省流域分区水资源规划配置》、《长治市“十一五”规划》等各次规划中均肯定工程项目。在2006年《山西省流域分区水资源规划配置》规划报告中，永和水电站（即过去历次规划中“西沟水库”）是沁河流域长治市境内沁河支流上规划水源和水能开发利用工程。永和水电站坝线处于砂页岩区，河床覆盖层不厚，两岸岩石出露，河底较宽。坝址附近没有大量用于筑土坝粘土材料，河滩中没有可使用砂和卵石，较多是强度较低砂泥岩互层红砂岩，附近地区石灰岩分布较多，可用于块石和碎石开采。工程拟定以可以就地取材混凝土面板堆石坝、砌石重力坝、混凝土重力坝等三种坝型方案进行对比分析。

2 坝型设计

2.1 砌石重力坝方案

大坝采用砌石实体重力坝，砌石坝结合坝顶溢流、坝底放空（排砂）洞、电站引水洞等集中布置。坝全长395m，最大坝高40.00m，坝顶宽10.0m，坝顶高程为1152.00m。坝溢流段位于坝左岸主河槽处，总长133m，堰顶高程1148.0m，不设闸门，最大泄量1080.15m3/s。坝体放空(排砂)洞紧靠溢流段布置，位于其右侧。电站为坝后电站，布置于坝后右岸，引水洞结合电站布置。

2.2 堆石坝方案

堆石坝有钢筋混凝土面板堆石坝、混凝土心墙堆石坝等多种形式，根据各坝型适应条件、运用管理要求、坝址处地形、两岸岸坡稳定条件、库岸渗漏水条件等选用混凝土面板堆石坝。大坝垂直于河道布置，河底开挖高程1115.20m，坝顶高程1152.15m，最大坝高36.95m，坝顶宽6m，坝顶长380m。大坝上游坝坡为钢筋混凝土面板，坡度为：1：1.40，下游坝坡采用0.5m厚干砌块石护坡，坡度为：1：1.50，在下游坝坡设置二道马道，高程1141.15m、1131.00m，宽度1.5m。溢洪道布置于水电站大坝右岸上游约200m处，采用无底坎宽顶堰形式，加闸门控制，总长726m，堰顶高程1144m，堰顶净宽35m，设计洪水位时泄量576.03m3/s，校核洪水位时989.64 m3/s。泄槽段底板与边墙、消能坎及护坦边墙、底板均用C20钢筋混凝土现浇，尾水渠底板与边墙均为浆砌石护砌。发电引水隧洞结合导流洞布置水电站大坝右岸上游约250m处，洞全长426m，设计流量3.0m3/s，圆形洞径1.8m，隧洞进口底高程1133.1m，出口底高程1121.24m，洞底坡i=0.002。

2.3 混凝土重力坝方案

大坝采用混凝土重力坝，坝体结合坝顶溢流、坝底放空（排砂）洞、电站引水洞等集中布置。坝全长395m，最大坝高40.00m，坝顶宽8.0m，坝顶高程为1152.00m。坝溢流段位于坝左岸主河槽处，总长133m，堰顶高程1148.0m，不设闸门，最大泄量1080.15m3/s。坝体放空(排砂)洞紧靠溢流段布置，位于其右侧。电站为坝后电站，布置于坝后右岸，引水洞结合电站布置。

3 坝型选择

3.1 从工程布置方面分析

砌石重力坝及混凝土重力坝方案：坝址处（上坝线）河床宽243.0m，重力坝可以将挡水坝段、溢流坝段、导流放空(排砂)洞、电站引水洞等挡水、泄水、引水、导流建筑物集中布置于一体。坝顶溢流段布置长为100m～120m，对总投资影响不大，可以降低水电站校核洪水位，减少对水电站库区淹没损失，下游可直接泄水于主河道，消能防冲设施短，结构简单、影响范围小。混凝土面板堆石坝方案：挡水坝、溢洪道、引水洞利用地形分散布置。溢洪道选择在大坝右侧冲沟中，进水口处地面高程为1175.0m，堰顶高程1144.0m，最大挖深达31.0m，开挖方量和护岸工程量较大。泄水距离总长726.0m，占用耕地面积36.0亩，影响范围大。导流放空(排砂)洞和电站引水洞结合布置，打隧洞解决，电站布置为引水式电站。

3.2 从工程材料供给分析

砌石坝方案主要材料采用石灰岩块石，运距在30km左右。沁源当地砂料可满足砌筑用砂质量数量要求。混凝土重力坝所用碎石料来源与砌石坝块石料相同，运距30km左右。混凝土面板堆石坝方案，主要材料为堆石，以当地5km以内开采砂石料为主，溢洪道和引水洞开挖出土石方弃料，有50%可于来填筑坝体分区中对材料要求不高部位。对三种坝型，有防渗、抗冻及较高强度（C20及以上）要求混凝土用砂，均需外地购入。

3.3 从工程占地分析

混凝土重力坝、砌石重力坝方案工程占地主要为坝址河道，比混凝土面板堆石坝方案占地少488.0亩，特别是耕地面积占用少，对周围环境影响相对较小。混凝土面板堆石坝方案，不仅坝址占地比重力坝方案多，溢洪道长且占用耕地多。

3.4 从工程投资构成分析

混凝土重力坝、砌石重力坝方案：以枢纽工程建设投资为主；工程占地和水土保持工程投资相对较少。混凝土面板堆石坝方案：枢纽工程建设投资相对较少；工程占地和水土保持工程投资相对较多。

3.5 从工程施工分析

砌石坝方案：浆砌石坝施工期可以直接挡水或过水，坝体临时度汛洪水标准为10年一遇低于土石坝20年一遇。坝基处河道较宽，采用左右岸分期导流和施工，第一期左坝段先施工，右岸明渠导流；第二期，右坝段施工，利用坝体左坝段底部预留临时导流孔导流，利用坝体右坝段底部设导流冲砂洞可用于泄洪度汛，左坝段底部预留临时导流孔规模要保证非汛期洪水标准泄洪，导流冲砂洞规模保证坝体临时度汛洪水标准为10年一遇泄量即可。坝基防渗灌浆可预留灌浆廊道后期进行，可降低总工期时长，分期导流和坝体施工工期成为总工期控制关键线路。混凝土重力坝方案：与浆砌石重力坝同样具有施工导流便利，该方案与砌石坝相比能大规模机械化施工作业，有利于保证工程进度和施工质量。但大体积混凝土施工对温控、防裂等要求较高，施工技术难度比砌石坝要高。混凝土面板堆石坝方案：坝体临时度汛洪水标准为20年一遇，施工期不允许坝顶溢流。利用河道宽，采用左右岸分期导流和施工，第一期左坝段先施工，右岸明渠导流；第二期，右坝段施工，利用导流冲砂洞泄洪，导流冲砂洞需与左坝段同时施工和完工，洞规模需保证坝体临时度汛洪水标准为20年一遇泄量。度汛时需修较大规模围堰等临时工程，以确保主体工程安全施工。在施工中，受施工组织管理及协调水平、资金及其它风险因素影响，土石坝达到安全度汛存在较大风险。坝基防渗灌浆需在混凝土面板施工前完成，部分延长总工期时长。溢洪道可与坝体同期施工。施工高峰期总规模较大，总工期控制难度相对较大。

3.6 从工程管理及防汛安全方面分析

浆砌石重力坝及混凝土重力坝方案：坝防洪洪水标准设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇，大坝及主要建筑物集中布置，要求管理人员少，坝顶溢流无闸门，防洪管理要求低，重力坝溢流段宣泄超标洪水能力大，水库大坝防汛安全性高，垮坝机率较小，这些都有利于水库安全和管理。混凝土面板堆石坝方案：坝防洪洪水标准设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为1000年一遇，大坝和主要建筑物分散布置，要求管理设施多，管理行走距离长，溢洪道为有闸控制，坝顶不能溢流，防汛管理要求高；遇上超标洪水，垮坝机率较大。从防汛安全方面看，堆石坝安全性不及重力坝。

3.7 环境影响方面

重力坝方案：工程占地面积小，土石方开挖比混凝土面板堆石坝方案总量小得多，施工对环境影响范围小，恢复措施简单，恢复投资也小。混凝土面板堆石坝方案：工程占地面积大，工程量总量大，施工对环境影响大，需要投入恢复环境措施复杂，投资大。

4 结论

表1 工程坝型比较主要指标表

长度 m 426.00 34.44 29.84孔口尺寸 1.5×2.0 1.2（直径）孔口闸型式 平面定轮钢闸门平面定轮钢闸门（检修）进口中心线高程 1134.10 1130.00（五） 水电站型式 引水式 坝后式装机容量 kw 3×125 1×75+2×125年发电量 万kw·h 119.09 84.84年运行小时数 h 3000 3000二 施工1 主体工程量明挖土方 万m3 62.94 27.48 22.48明挖石方 万m3 19.98 8.57 33.88洞挖石方 万m3 1.01 0.00土石方填筑 万m3 110.50 14.37 17.17砌 石 万m3 2.13 24.82 0.91混凝土和钢筋混凝土 万m3 3.77 5.20 30.25帷幕灌浆 m 13320 20298 30425固结灌浆 m 63000 14083 35204 2 主要建筑材料木材 m3 25.70 16.60 28.50水泥 t 14258.10 40153.00 71869.90钢筋 t 1253.17 1024.04 2996.32钢材 t 27.86 59.46 100.27石子 m3 70005.00 47482.00 337997块石 m3 23987.0 268506.00 9972砂m3 44843.00 122605.00 149185 3 所需劳动力总工时 万工时 321.22 458.22 389.98 4 施工临时房屋 万元 189.49 173.28 198.44三 经济指标 浆砌石重力坝混凝土重力坝(一) 工程项目总投资 万元 25875.64 24381.54 40453.05(二) 水电站枢纽投资 万元 18014.53 18029.26 26884.88其中：静态总投资 万元 17223.49 17237.88 25923.82建筑工程 万元 11420.40 12449.48 20194.88机电设备及安装工程 万元 548.63 369.97 362.00金属结构及安装工程 万元 162.67 102.80 210.50临时工程 万元 1406.65 739.28 1031.50独立费用 万元 2409.33 2299.47 2890.46基本预备费 万元 1275.81 1276.88 1234.47建设期还贷利息 万元 791.04 791.38 961.06(三) 水电站淹没处理补偿费 万元 15124.42 13044.82(四) 水保投资 万元 591.19 345.75(五) 环保监测投资(施工期) 万元 376.51 177.60

综合以上分析，在工程效益相同条件下，重力坝与混凝土面板堆石坝方案对比中，重力坝以其主要建筑物布置集中，管理方便，防汛安全性高，占地少，而优于混凝土面板堆石坝方案，推荐重力坝方案为设计方案。浆砌石重力坝及混凝土重力坝又各有优缺，经综合考虑，本工程坝型推荐混凝土重力坝方案。