刁口水库坝址及坝型比选

任衍红

(临汾市水利勘测设计院，山西 临汾 041000)



刁口水库坝址及坝型比选

任衍红

(临汾市水利勘测设计院，山西 临汾 041000)

从地质条件、地形条件、施工条件、建设征地和移民安置、工程布置及投资等方面综合分析，最终选择上坝址作为刁口水库推荐坝址；从坝址处地形、施工难度、效益发挥、质量控制、工程投资等条件分析，坝型最终选用堆石混凝土重力坝。

水库；坝址；坝型；比选

1 工程概况

刁口水库位于山西省临汾市蒲县城南约8 km处的枣林镇屯里村，昕水河一级支流南川河支流的屯里沟河上，属黄河流域。

水库坝址以上控制流域面积55.6 km2，多年平均径流量145.79万m3， 200年一遇洪峰270.56 m3/s， 100年一遇洪峰213.1 m3/s，50年一遇洪峰156.3 m3/s，30年一遇洪峰150.1 m3/s，5年一遇洪峰94.1 m3/s。

工程枢纽建筑物布置方案为：自密实混凝土堆石重力坝，分4个坝段，自左向右依次为左岸挡水坝段、灌溉输水洞坝段、泄洪排沙洞坝段、右岸挡水坝段。大坝为自密实混凝土堆石重力坝，最大坝高40.5 m，坝顶宽9.0 m，坝顶全长165 m，大坝工程等别为Ⅳ等，水库规模为小(1)型。大坝设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为200年一遇。

2 工程选址及选线

2.1 坝址选择

经过多次实地踏勘，拟定了两个坝址：上坝址位于屯里沟口上游约3 180 m处，下坝址位于屯里沟口上游680 m处，两坝址相距约2 470 m。

(1) 地形、地质条件

上坝址：位于屯里沟口上游3 180 m处，河谷宽约80 m，河槽宽8～13 m，河底高程1 097.1～1 098.7 m，河床及左、右两岸基岩裸露，上部为黄土覆盖。左岸岸坡较陡，右岸较缓，右岸有阶地分布。主河槽坝基以厚层砂岩、砾岩为主，夹薄层、微薄层泥岩、砂质泥岩。左、右坝肩岸坡为厚层砂岩、薄层砂质泥岩、泥岩，岩层较缓，岩层倾角4°～ 11°，岩层倾向左岸偏下游，节理裂隙发育。

下坝址：位于屯里沟口上游680 m处，河谷宽约73 m，左、右两岸基岩裸露，上部为黄土覆盖。左岸岸坡较缓，有阶地分布，右岸岸坡较陡。坝轴线上游约80 m处有1条冲沟，距坝轴线较近，对大坝稳定不利。河床覆盖层为淤泥质砂土、碎石土，主河槽坝基以厚层砂岩为主，夹薄层泥岩、砾岩、砂质泥岩。左、右坝肩岸坡为砂岩、砂质泥岩、泥岩，岩层倾向左岸偏下游，倾角4°～10°，节理裂隙较发育。

由上可看出，上下坝址的地形、地质条件基本接近，但下坝址6个钻孔资料显示均有泥化夹层的分布，对岸坡和坝基稳定不利，处理工程量大。坝轴线上游约80 m处有1条冲沟，距坝轴线较近，对大坝稳定不利；上坝址基岩面高、砂质泥岩、泥岩分布薄，砂、砾岩分布厚，只有在上下游的2个钻孔有不连续的泥化夹层，坝基和岸坡较稳定。综合分析上坝址优于下坝址。

(2)施工条件

两坝址均便于施工导流，坝址附近及其下游地形相差不大，都便于布置施工场地，下坝址较上坝址有较开阔的地形，且距交通干线较近，建材运输距离较近，便于施工。施工用电可结合永久工程考虑从蒲县县城接入，下坝址接线距离较短。从施工条件方面考虑，下坝址优于上坝址。

(3)建设征地和移民安置

两坝址淹没影响范围区内均无搬迁安置人口。上坝址工程永久占地及淹没影响范围内荒草地136.8亩，旱地3亩，林地44.2亩。下坝址工程永久占地及淹没影响范围内耕地147.75亩，林地45.75亩，荒草地42亩，其中基本农田约有100亩。从建设征地和移民安置方面看，上坝址优于下坝址。

(4)工程布置及投资

上下两坝址相距约2 470 m，上坝址流域面积55.6 km2，坝址处库容185.88万m3；下坝址流域面积57.75 km2，坝址处库容187.53万m3。两坝址均设泄洪洞泄洪，经调洪计算，在总库容基本相同的情况下，上坝址坝高40.5 m，长165 m；下坝址坝高35 m，长176 m。在坝型相同条件下，上坝址建筑工程直接费用约5 876万元，下坝址约6 270万元。从工程布置及投资方面看，上坝址优于下坝址。

经过综合分析比较，选取上坝址作为推荐坝址。

2.2 坝型选择

水库枢纽坝址河床基岩面以上覆盖层较薄，坝基为基岩，岩性为长石、石英砂岩。从地质地形条件分析该坝址处可能选择的坝型有土坝、重力坝及堆石坝。

根据《山西省小型水库更新建设工程设计指导意见》(晋水规计〔2013〕411号)，本水库工程坝型选择不考虑土坝。

堆石坝坝料为松散结构，在坝体内布置泄洪及输水设施较困难，本处地形因坝址两岸山高坡陡，布置岸边溢洪道或泄洪洞很难选到合适的位置，因此本水库工程坝型选择不考虑堆石坝。

重力坝可利用坝身布孔或坝顶溢流解决水库防洪问题，且可在主河槽坝段设置泄洪排沙底孔，利用异重流排沙、蓄清排浑等运行方式有效解决山区多沙河流上洪水大、泥沙多、淤积严重、正常使用年限短等问题，故刁口水库工程坝型选择采用重力坝。

2.3 坝体材料选择

可供选择的重力坝有：常态混凝土重力坝；碾压混凝土重力坝；堆石混凝土重力坝和砌石重力坝(含水泥砂浆砌石坝和一级配混凝土砌石坝)。

(1)常态混凝土重力坝

常态混凝土重力坝是一种传统坝型，施工技术成熟，适合大型机械化施工，因水泥用量较大，造价相对较高。同时，施工技术和工序相对较复杂，温度控制和裂缝控制要求较高，对于施工队伍的技术和机械化水平要求较高。

(2)碾压混凝土重力坝

近年来，碾压混凝土筑坝技术得到了大面积推广。碾压混凝土坝可以大幅度降低水泥用量、降低造价，部分克服了混凝土坝的缺点。但受坝址区地形条件影响较大，当碾压混凝土坝体积不大时，大规模机械化施工的优势难以发挥；碾压混凝土和常态混凝土交错使用、互相干扰，增加了施工难度。同时，碾压混凝土坝一般不适宜坝段缺口分期施工导流。

(3)堆石混凝土重力坝

堆石混凝土(RFC)是一项创新混凝土筑坝施工技术，该技术是以自密实混凝土(SCC)技术为基础的大体积混凝土施工技术。方法是先将大粒径块石入仓，然后从堆石体上部浇入专用的自密实混凝土，利用其高流动性完全充填堆石体空隙，形成完整、密实、有较高强度和低水化热的大面积混凝土。堆石混凝土坝比普通混凝土可减少水泥用量，降低造价10%～20%。

(4)砌石重力坝

砌石重力坝有水泥砂浆砌石和一级配混凝土砌石两种施工方法。砌石坝的强度和均质性逊于混凝土坝，但可以发挥当地材料和人力资源丰富的优势，从而降低工程造价。以往山西省的砌石坝多为水泥砂浆砌石，材料和施工质量均缺乏保证；特别是混凝土防渗墙工艺粗糙，往往形成漏水通道。我国南方地区的一级配(小石子)混凝土砌石采用振捣棒振捣，其施工质量显著高于后者，但使用人工较多，劳动强度大。

通过以上比较，在发挥同等效益的条件下，常态混凝土重力坝造价相对较高，碾压混凝土坝和堆石混凝土坝次之，砌石坝最低。根据本工程确定的上坝址地形条件和坝体断面体型设计，坝址处地形较狭窄且坝体体积不大，难以发挥碾压混凝土坝大规模机械化施工的优势；砌石重力坝造价虽然较低，但质量控制难度较大，人工劳动强度大。因此，本次设计选用堆石混凝土重力坝。目前，该项技术由清华大学“华实水木科技有限公司”掌握并拥有专利权，该类坝型在山西省已有多项水库工程应用。

3 结 论

刁口水库坝址位置拟定了两个：上坝址位于屯里沟口上游约3 180 m处，下坝址位于屯里沟口上游680 m处。分别从地形、地质、施工条件，建设征地和移民安置，工程布置及投资几个方面进行综合分析，认为上坝址优于下坝址，故推荐方案上坝址作为选定方案。

水库从地质、地形条件分析上坝址处可能选择的坝型有土坝、重力坝及堆石坝，从坝址处地形、施工难度、效益发挥、质量控制、工程投资等条件分析，坝型最终选用堆石混凝土重力坝。

[1] SL 319—2005，混凝土重力坝设计规范[S].

[2] SL 25—2006，砌石坝设计规范[S].

■

责任编辑 吴 昊

2014-11-04

任衍红(1967-)，女，工程师，主要从事水利工程水文计算、工程设计及造价等工作。 E_mail：915658407@qq.com