谭军，项武林

（1.贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002；2.贵州东方世纪科技股份有限公司，贵州 贵阳 550002）

1 工程概况

河头上水库总库容1 602 万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》《防洪标准》划分工程为Ⅲ等中型水库，挡水坝、溢洪道及取水建筑物等主要建筑物为3 级，次要建筑物为4 级；根据泵站装机功率，泵站为3 级建筑物；根据供水对象重要性及输水流量，输水建筑物为4 级建筑物；临时建筑物为5级。挡水坝、溢洪道及取水建筑物按50 年一遇洪水设计（P=2%），1 000 年一遇洪水校核（P=0.10%）；消能防冲设施按30年一遇洪水设计（P=3.33%）；泵站按30 年一遇洪设计（P=3.33%），100 年一遇洪水校核（P=1%）；输水管道及建筑物按20年一遇洪水设计（P=5%），50年一遇洪水校核（P=2%）。工程区地震基本烈度为Ⅵ度，工程设防烈度为6度作为水工建筑物抗震设防标准。

2 坝型适应性分析

在上坝线上坝型比选。坝址河段河谷断面为一较宽缓的不对称“V”型河谷。正常蓄水位高程1 254.00 m 时，河床宽210.00 m，宽高比4.80。两岸上、下游受冲沟切割，地形较破碎。T2g1泥、页岩与泥质白云岩呈互层状分布于坝基（肩）地层岩体中，软质岩与中硬岩相间分布，岩体的抗压强度、弹性模量及变形模量有一定差异，对坝基（肩）岩体抗压及抗变形能力有一定影响。坝址区主要结构面是岩层面及裂隙，岩层缓倾上游偏左岸，坝址河段为一斜向河谷。坝址区主要为陡倾裂隙，两岸由于河谷深切，边岸卸荷作用形成卸荷裂隙。强风化带沿裂隙及层面局部夹泥，弱至微风化带裂隙逐渐闭合，夹泥变薄至尖灭。

由于两坝肩分布岩性不同岩体间的抗压强度、弹性模量及变形模量有一定差异，对坝基（肩）岩体抗压及抗变形能力有一定影响，故不适宜修建拱坝。从地形地质条件及施工进度等综合考虑，可选择粘土心墙土石坝、粘土心墙堆石坝、面板堆石坝和土坝重力坝等坝型。由于本工程5 km 范围无土料场储量，不能满足筑坝材料要求。因此，可就混凝土面板堆石坝和碾压混凝土重力坝展开比较择优。

3 堆石坝与重力坝两坝型比选

3.1 坝型地形地质条件

坝址处左岸较陡，地形坡度约50°，右岸稍缓，坡度为30°～40°，河道蜿蜒曲折，为河谷型地貌。坝基持力层为T2g1泥质灰岩，两岸为页岩、泥岩不等厚互层。有一小型正断层F0宽度5 m 左右，长度＞300 m，深度28.10～34.50 m，46～73 m，高程1 200 m 左右处于坝轴线上。断层面倾向170°，倾角85°。坝址地层产状110°～130°∠10°～15°，为缓倾下游的斜向构造。坝址的地形地质条件适宜修建面板堆石坝，经采取一定的工程措施后，可以修建重力坝，两坝型地形地质条件相当。

3.2 工程布置比较

3.2.1 工程枢纽布置条件

①混凝土面板堆石坝方案：面板堆石坝+岸边溢洪道+取水兼放空隧洞+坝后泵站+输水管道。堆石坝的防洪标准高于重力坝，防洪建筑物规模略大，采用岸边式溢洪道和取水兼泄洪放空隧洞，布置不紧凑，稍显复杂。②碾压混凝土重力坝方案：重力坝+坝顶溢洪道+冲沙底孔+取水口+坝后泵站+输水管道。重力坝因可以坝顶泄洪及坝身埋管取水，更便于布置泄洪和取水系统，工程量相对较小。③从上述条件来看，堆石坝和重力坝枢纽工程布置条件上体现出各自坝型特点。

3.2.2 水库大坝布置条件比较

重力坝坝顶高程1 257.30 m，最大坝高59.60 m，坝顶长317.80 m，坝顶宽度6 m，坝底宽度49 m，土石方开挖量约24.53万m3，坝体碾压混凝土填筑量约21.60万m3。面板堆石坝坝顶高程1 257.00 m，最大坝高56.00 m，坝顶宽6.80 m，坝顶长209 m，土石方开挖量20.47 万m3，坝体填筑量43.77 万m3。工程量上堆石坝比重力坝大，但堆石填筑单价比碾压混凝土填筑单价低，其经济性通过投资比较来确定。两种坝型防渗原则基本相同，由于面板坝帷幕灌浆要在趾板上进行，因此帷幕线长度较重力坝方案长一些，重力坝方案防渗线总长993.39 m，总进尺17 366 m，面板堆石坝方案防渗线总长786 m，总进尺15 741 m。防渗工程量上，堆石坝方案略大一些。

3.2.3 泄洪建筑物布置条件比较

重力坝为刚性坝，可采用坝顶溢洪道泄洪，消能方式为挑流消能，下游河床较开阔，溢洪道宽度布置与下游河床宽度基本一致，采用设闸方式，溢洪道宽度为13.50 m，设3 孔。面板堆石坝方案的溢洪道，布置于左坝肩，采用设闸方式的岸边溢洪道，溢洪道宽度15 m，设3孔，溢洪道长175 m，采用底流消能方式。两方案的泄洪建筑物比较，堆石坝的泄洪方案较复杂，工程量大。

3.2.4 取水、输水建筑物布置条件比较

重力坝方案取水口布置于大坝左坝段，于坝前设取水塔，经坝身埋管后，于坝后进入提水泵站，泵站布置于坝后左岸的缓坡上，经上水管提水至左岸山头的高位水池上。堆石坝方案受地形条件的限制，溢洪道、取水兼放空洞均布置于左岸，泵站布置选择坝后提水方案。重力坝方案与堆石坝方案泵站布置型式基本相同。堆石坝方案取水隧洞要长一些。综合比较，重力坝方案较堆石坝方案简单、紧凑。

3.3 施工条件比较

两方案在场内外交通条件、施工总平面布置上基本相同。其差异主要是在施工导流及度汛上。经初步比较，施工导流方式均采用全断围堰隧洞导流的方式进行，重力坝方案导流洞布置在大坝左岸，导流洞长160 m，断面为城门洞型，断面尺寸为3m×3 m（宽×高），堆石坝方案导流洞布置在大坝左岸，导流洞长242 m，导流隧洞断面为城门洞型，尺寸为3.50 m×4.01 m（宽×高），导流洞所处位置围堰类别为Ⅳ或Ⅴ类，洞内均采用0.50 m厚的C20钢筋混凝土衬砌，导流洞投资堆石坝方案较重力坝方案大。重力坝方案度汛洪水标准为10 年一遇，洪峰流量为188 m3/s，且汛期可以用坝身过水，堆石坝方案度汛标准为20年一遇，洪峰流量为237 m3/s，且坝身不能过水，需在度汛高程以下的坝体上游喷乳化沥青，进行临时挡水，为降低度汛水位，导流洞的过水断面尺寸较大。两方案比较，堆石坝方案的临时工程投资较重力坝方案大。混凝土面板堆石坝坝基深度较浅，总方量约44 万m3，工期30 个月。碾压混凝土重力坝坝基开挖较深，总方量约21.60 万m3，工期36 个月。因此两坝型施工条件基本相当。

3.4 水库工程投资比较

重力坝和面板堆石坝两方案工程投资除主体工程以外，可比部分投资还包括导流洞、金属结构等。泵站及输水管道两方案相同。重力坝方案投资计算包含：大坝（碾压混凝土重力坝）、坝顶溢洪道、取水口、冲沙兼放空隧洞、导流洞和金属结构。根据相关计算得重力坝方案工程投资为13 474.65 万元。堆石坝投资计算包含：大坝（混凝土面板堆石坝）、取水兼放空隧洞、导流洞金属结构。根据投资概算，可比部分投资见表1。

表1 堆石坝方案可比部分投资比较表

由上表可知，重力坝主体工程投资13 474.65万元，堆石坝为11 188.89万元，堆石坝比重力坝少2 285.76万元，堆石坝更优。

3.5 坝型综合比选结论

坝址处地形较适宜修建面板堆石坝。受坝轴线区域发育有小型断层，坝肩地层存在泥岩、泥页岩互层等不良地质条件影响，采取一定措施后才可能适宜修建重力坝，明显存在较大建坝风险。故地质条件上宜选择堆石坝。工程投资上面板堆石坝方案优于重力坝方案，同时面板堆石坝施工工期较短。因此，经综合比较后，选取混凝土面板堆石坝作为选优坝型。

4 结语

在了解选定坝址处工程概况，经坝型适应性分析论证后确定混凝土面板堆石坝和混凝土重力坝比选择优。从地形地质条件、工程全面布置条件（包括枢纽布置、挡水建筑物布置、泄洪建筑物布置和取水、输水建筑物布置）、施工综合条件和工程投资等几方面综合比选后确定混凝土面板堆石坝为最优坝型。