东作里水库大坝坝型设计方案比选

魏 霆

（山西省水利建设开发中心，山西 太原 030002）

1 工程概况

东作里水库位于怀仁县毛皂镇境内的鹅毛河上，距县城区直线距离约10.0 km，水库控制流域面积261.62 km2，是一座以农业灌溉为主、兼顾防洪和生态用水的小（一）型水库。水库枢纽由主副坝、泄洪闸、引水工程等建筑物组成。

2 坝址区气象地质条件

2.1 气象条件

东作里水库工程区属温带半干旱大陆性气候，年内季风环流随季节交替明显，春秋干燥多风，夏季炎热多雨，冬季寒冷少雪。四季气温变化较大，多年平均气温7.6℃，最高气温40.5℃，最低气温-33℃；多年平均降雨量368.1 mm；多年平均蒸发量2004.8 mm；多年平均冻土厚度1.2m；无霜日数171 d。

2.2 地质条件

坝址区为不对称的“U”型河谷，宽158～220m，坡降1.9‰。坝址所处河床宽度约158m，海拔高程1000.45m，坝基由巨厚的第四系地层组成，地下水埋深0.5m，属空隙潜水。河床上部厚4.0～5.4m，由低液限粉土和中砂组成，表层为低液限粉土，厚1.2～2.0m，其下为中细砂层，厚2.2～3.5m，渗透系数4.5～7.7m/d，属中等透水层，该层沿河床向下游分布较连续，水库蓄水后成为坝基渗漏的主要通道。

左、右坝肩均由Ⅰ级堆积阶地阶坡构成，相对高差约 5.0～6.0m，海拔高程 1005.0～1007.76m，其中右岸地形下陡上缓，高程1003.5m以下为相对陡坡，自下而上坡度从35°渐变为15°左右。左岸地形呈缓坡状，坡度为12°，两坝肩岸坡稳定性相对较好。两坝肩埋深1.1～2.2m以下均分布厚度约1.0m左右的粉沙层，根据探坑资料，该层在水平方向分布较稳定，连续性较好，属中等透水。

3 坝型方案比选

怀仁县及周边区域土料丰富，砂砾料零星分布且储量较少，该区域大部以山体石方爆破为主，经筛分后作为当地建筑材料中混凝土的粗、细骨料使用。本次主要比选具有成熟建设经验的均质土坝、近几年新兴发展的自密实混凝土堆石坝及适应本工程坝址地基特性的混合坝三种坝型进行比较。另外，本次坝型选择仅针对主坝段进行，由于推荐坝址的副坝段挡水高度较低，从工程经济角度考虑，选择为均质土坝方案。

3.1 均质土坝

根据坝址区地形地质条件，主坝段坝轴线垂直于河道布置，左岸副坝轴线偏向下游，泄洪闸布置在左岸岸坡内。主坝顶长174.8m，坝顶宽6m，坝顶高程1008.2m，最大坝高8.25m。上游坝坡坡比1∶2.5，设30 cm厚的干砌石护坡，下铺复合土工膜防渗，与上游坝脚处混凝土防渗墙连接，防渗墙厚度0.4m，最大深度8m，防渗墙延伸至泄洪闸左侧；下游坝坡坡比1∶2.0，设混凝土网格草皮护坡，坡脚设排水棱体。坝脚下游13m范围内设填土压重。

3.2 自密实混凝土坝

自密实混凝土坝和均质土坝采用同一条坝轴线，泄水建筑物采用涵洞和泄洪闸组合，涵洞位于坝体桩号0+020下部，泄洪闸位于坝体左岸。主坝坝顶长174.8m，坝顶宽6.0m，坝顶高程1008.4m，最大坝高8.45m。上游1003.45m高程以上至坝顶为直线，以下坡度为1∶0.2，下游坝坡1006.2m高程以上至坝顶为直线，以下坝坡为1∶0.7，坝体上游面浇筑一层厚20 cm的C20F200W8钢筋混凝土作为防渗体，其余部分均由C15自密实混凝土浇筑堆石。

3.3 混合坝

混合坝和均质土坝采用同一条坝轴线，引泄水建筑物位置相同。主坝坝顶长174.8m，坝顶宽6.0m，坝顶高程1008.4m，最大坝高8.45m。上游坝坡1∶2.0，护坡采用30 cm厚干砌石护坡，护坡下部铺设25 cm厚砂砾石和15 cm厚细沙垫层。下游坝坡1∶1.75，护坡采用预制混凝土网格干摆石护坡，在高程1005.6m处设宽2.0m的马道。坝体断面以黏土作为防渗体，防渗体上下游两侧铺设8 mm厚长丝无纺布反滤保护。为保护坝基粉土，在防渗体下游坝基表层铺设双向塑料土工格栅及一层0.8m厚的反滤料。

三种坝型坝基均采用C10塑性混凝土防渗墙对坝基渗漏通道进行防渗处理，左右岸采用截水槽防渗。三种坝型方案的主要工程量及投资见表1。

3.4 技术经济分析

均质土坝属柔性坝体，有适应地基变形的良好性能，对坝基要求低，工程区坝体填筑土料较为丰富，运距近，施工工序简单，工程造价低，但坝体断面大，施工工期长。自密实混凝土坝为刚性坝体，适应地基变形能力较差，对坝基要求较高，坝体堆石料需从25 km外拉运，施工工序简单，坝体断面较小，施工工期短，但工程造价偏高。混合坝属柔性坝体，有适应地基变形的良好性能，对坝基要求低，施工工序较为复杂，坝体断面较小，施工工期短。

从工程造价方面比较，均质土坝投资最小，自密实混凝土坝最大，混合坝次之；从适应地基变形能力方面比较，土石坝和混合坝均具有良好的适应地基变形能力，自密实混凝土坝适应地基变形能力较差；从施工工序方面比较，土石坝和自密实混凝土坝施工工序简单，混合坝施工工序较为复杂；从施工工期方面比较，自密实混凝土坝和混合坝较土石坝时间短。

表1 三种坝型主要工程量及投资对照表

综合以上分析，结合工程区天然建筑材料的分布情况，认为均质土坝除施工工期较长外，其他技术、经济指标均较自密实混凝土坝和混合坝具有明显的优势，故本工程推荐采用均质土坝方案。