王伟伟 新疆塔城地区水利水电勘察设计院

1.前言

新疆地处祖国西北，特殊的地质、地理环境为水库大坝建设提供了天然的筑坝材料，新疆当地材料坝的发展走在祖国的前列。本工程以XBT水库为例，就坝址处的地形、地质条件及筑坝材料等方面考虑，对碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝和混凝土面板砂砾石坝进行坝型比选分析，为干旱寒冷区筑坝提供理论和实践经验。

2.工程概况

XBT水库位于准噶尔盆地西北边缘区，属干旱地区，由于处于盆地，降雨量较大，蒸发较少，冬季冷而漫长，夏季热且短促。址区出露的地层岩性主要有：①上泥盆统塔尔巴哈台组下亚组（D3ta），岩性主要为砂砾岩、砾岩、粉砂岩。②第四系全新统冲积层（Q4al）、中更新统洪积层（Qp2pl）、全新统冲洪积层（Q4al+pl）、全新统坡积层（Q4dl）。工程由大坝、放水洞、放空洞、溢洪道四部分组成。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2017规定，该水库工程属Ⅲ等中型，本工程坝高超过70m，大坝级别提高一级，为2级，永久性主要建筑物放水洞、放空洞、溢洪道级别为3级，次要建筑物和临时建筑物级别均为4级。据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）的划分，本区地震动峰值加速度0.15g，反应谱特征周期0.35s，对应地震基本烈度为Ⅶ度。

3.坝型比选

（1）混凝土面板砂砾石坝。坝顶高程1254.80m，坝顶宽8.0m，坝顶全长365m，最大坝高为78.92m，上游坝坡为1：1.6，下游坝坡为1：1.5，防浪墙顶高程1254.80m，高出坝顶1.0 m，防浪墙的结构形式为“L”型，高3.2m，厚0.3m，采用C25F200钢筋混凝土现浇。坝顶路面为15cm厚的C25F200混凝土路面，路面自上游向下游倾斜，坡度2%，坝顶下游侧设C25 F200预制路沿石，高出坝顶0.3m。上游坝坡：上游坝坡设置混凝土面板，面板厚度采用40～60cm，从面板向下游依次铺设挤压边墙和垫层料。下游坝坡采用6cm厚的预制六棱块护坡，下游设“之”字形上坝道路，路宽8m，坡度8%，大坝下游综合坝坡1：1.91。

（2）碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝。坝顶高程1253.10m，全长362m，最大坝高82.70m，坝顶宽8.0m。上游坝坡为1：2.25，上游坝坡采用20cm厚的C25F200W8混凝土板护坡，上游护坡每隔3m设缝，填缝材料采用高压闭空板。下游坝坡为1：1.8，设6cm厚预制六棱块护坡。下游设“之”字形上坝道路，路宽8m，坡度8%，大坝下游综合坝坡1：2.18。坝顶浇注15cm厚混凝土路面，路面自上游向下游倾斜，坡度为2%。坝顶上游侧设C25F200W8钢筋混凝土现浇防浪墙，墙顶高程1254.10m，高出坝顶1m，墙厚0.3m。坝体防渗采用碾压式沥青混凝土心墙，根据《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》[2]及已相关程经验，该工程沥青心墙厚度由0.8m渐变至0.5m。

4.比选分析

（1）地形地质条件比较。坝址处无不良地质条件，两岸山体坡度较缓满足面板坝和沥青心墙坝的建坝条件。

①基础处理，根据地质勘查资料，混凝土面板砂砾石坝和沥青混凝土心墙砂砾石坝基础覆盖层和强风化层厚度相当。面板坝趾板线长469.37m，心墙坝基础处理长度362m，面板坝基础处理长度大于心墙坝，且趾板开挖底宽大于心墙基座，面板坝土石方开挖量大于心墙坝；面板坝基础固结和帷幕灌浆量大于心墙坝；心墙坝基础开挖完成后直接浇筑心墙基座进行灌浆和心墙及坝体填筑，基础开挖边坡为临时边坡。面板坝施工完成后除河床段死水位以下部分外，其余边坡均为永久边坡，边坡处理工程量远大于心墙坝。因此从基础处理考虑心墙坝优于面板坝。

②两岸岩石破碎，可以通过灌浆来处理，但右岸趾板线岩体受断层及向斜的作用，在裸露岩体上表现为连续的小褶皱，岩石破碎，岩石产状变化较大，节理裂隙发育。趾板浇筑前需对褶皱及断层进行处理，由于岩石节理裂隙发育两岸坡趾板灌浆时可能存在冒浆或灌浆压力较小的问题，需要增设灌浆盖板。因此混凝土面板砂砾石坝对基础断层处理及灌浆工程量较大，沥青混凝土心墙砂砾石坝较优。

（2）施工条件。混凝土面板坝和沥青混凝土心墙坝坝壳料施工工艺简单，受寒天气影响程度小，也能够保证坝壳料的碾压质量。混凝土心墙砂砾石坝能在冬季施工，但面板要求连续浇筑完成；沉降期后才能进行面板施工，沥青混凝土心墙砂砾石坝较优。

（3）防渗防冻处理。混凝土面板防渗性较好，但是施工过程中，非常容易产生各类裂缝，采用提早覆盖养护或涂刷养护剂等措施防止裂缝产生，以提高混凝土面板的抗裂性能、防渗性能及抗冻等耐久性。碾压式沥青混凝土心墙的防渗体位于大坝中心，且沥青混凝土具有较小的孔隙率，防渗效果较好，受冰冻影响小，抗冻性较好。碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝较优。

（4）稳定性分析。混凝土面板砂砾石坝防渗体混凝土面板位于坝前坡，受力条件好，坝体整体稳定性可靠。沥青混凝土心墙位于坝体中间，水荷载垂直作用于心墙，下游坝坡受力较大。当砂砾石体产生沉降时，心墙的塑性能保证在不降低坝体稳定的条件下，吸收坝体附加位移，沥青混凝土在较大剪切变形情况下不会破坏，该坝型的稳定性较好。从稳定性分析混凝土面板砂砾石坝略优于碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝。

（5）工程量及投资。碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝围堰可以与坝体结合，减少坝体填筑量，混凝土面板砂砾石坝围堰与坝体分开布置，增加了围堰的填筑量。同时，碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝比混凝土面板砂砾石坝节约2458.58万元，投资上方面更加优越。

5.结论

通过从地形地质条件、施工条件、防渗防冻处理、稳定性分析、工程投资等方面进行综合比较分析。混凝土面板砂砾石坝除稳定性方面略优于碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝，其余方面均是碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝占优势，且碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝的稳定性较好，满足大坝安全运行要求。因此选定碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝作为推荐坝型。