张辉能

[摘 要]水利工程中最重要的问题是如何在不同的地质条件中选择适合的坝型。选择坝型时要综合考虑多方面因素，因此难度比较大。可以说坝型的选择直接决定着水利工程的成败。在选择坝型之前需要详细了解该地区的地质面貌，分析哪种坝型比较适合，再根据分析结果初步设计水利工程的建设方案。

[关键词]水利工程；地质条件；坝型选择

中图分类号：TN919 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0028-01

坝型的选择是水利工程建设中最重要也是最难的环节之一，建设水坝地区的自然环境、地质条件、淹没和占地、经济发展等直接影响着水利工程的建设难易程度，在这些影响因素里最关键的影响因素是建设资金和地质条件，只有详细了解这些影响因素，并对这些影响因素作出合理分析后才能选择或设计出最合适的坝型。坝型的选择和建设质量直接决定后期的管理维护难度以及防洪抗灾等工作的进行，因此，在选择坝型时一定要十分谨慎。

1 工程概况

本文将对某地区的某一水利工程进行具体的分析。该水利工程的水库枢纽选址于二级支流的下游河段，水坝以上的积水面积约151km2主河道河长28km，平均坡降为11.7%，正常的蓄水位有4414.0m，校核洪水位是419.39m，非汛期的水库积水量是950万m3，汛期水库积水量可达1361万m2，兴利库容是817km2。水坝建址距离公路大约2.5km，距离县城31km，距离市区51km。大坝的设计材料是混凝土面板堆石坝，坝顶高程达420.00m，趾板最低高程为356.00m，水吧最高处为64m。该水坝的主要功能是供水灌溉，保障了坝区周围农村人畜的用水，是一项综合性的水利工程。下图1为坝式水电站结构。

2 坝区地质条件

水库大坝的建址地左右两岸的最高点分别是432.5m、476m，河床的最低高程是366.3m，相对高差在96.2-109.7m之间。右岸的地形坡度为500，相较左岸来说地形偏陡，但左岸的地势差异较大，高程高于294m的地形坡度平均在100-200之间，高程低于394m的地形坡度约450。河谷呈“U”型，上窄下宽，河床为无阶地发育，河漫滩宽度在8-13m之间。河谷的上枢纽是低山丘陵地貌，出露的地层有寒武系地层和第四系地层。

2.1 地层岩性

寒武系是寒武纪形成的地层，有上、中、下三个统。我国的寒武系全部是海象沉积，分布遍布全国各地。该坝区的寒武系地层为灰白色的块状、较厚的白云岩，部分是中厚层的白云岩和晶洞样的白云岩。第四系地层主要是第四纪的松散堆积物形成的，主要存在于坝区的河床、河漫滩，组要的物质组成是崩积巨块石、砾石、飘石、砂、卵石等。

2.2 地质构造

大坝枢纽区的地质构造是单斜构造，岩层向上倾斜偏向右岸，倾向25-35度，倾角15-25度，倾角15-25度。枢纽区内的断层有三条，分别是F1、F13、F15。F1断层为导水断层，位于坝区的左上区域，是压扭性区域的断层也是区域性主断层，F1的次级张性断层是F13和F15断层，有良好的钙质和铁质胶，在坝区防渗漏等方面的稳定性较好；F13断层为压性断层，位于坝区的右岸，弱导水；F15断层是对坝区影响最小的断层，但是在F15层进行钻孔时，若处理不当，则有可能在左岸产生绕坝渗漏。在选择坝型时要充分了解坝区地质构造，消除各种隐患，全面保障坝体稳定。

2.3 坝区物理地质现象

坝区的地势较陡，悬岩较陡，边坡是基岩岩，切向坡，自然条件下边坡岩质稳定，不容易出现泥石流和规模较大的地质崩塌。坝区左右两肩在开挖施工之后会出现较高的临空面，引起岩体应力的重新分布，如果遇到易风化的岩层，可能在坝区内出现小范围的崩塌、岩体剥落。考虑到这种地质，在建设大坝时要提前做好应对措施，合理规划防范于未然。

3 针对工程地质条件选择坝型

3.1 比较坝型的确定

对坝区的地质条件进行分析后可知，该坝区适合上宽下窄的坝型，在正常蓄水位414米高程上，河床开挖宽高比与河床自然宽高比分别是2.8：1、3：1.在这当中，394米高程以下的开挖宽高比与自然宽高比分别是2.1：1、2.8：1。在394m到414米高程范围内的开挖宽高比与自然宽高比分别是8.5：1、7.7：1，河谷呈极不对称“U”型横向河谷。从地形条件上看，它会对拱坝应力产生较为严重的影响。通过对相关调研数据的分析不难看出，两岸岩石的完整性不大好，右岸的3.5至4米范围内、5.2至5.9米段节理裂隙发育密集，走向基本平行河床发育，属于大坝可能滑移侧裂面，左岸的8.5至8.7米段属于断层破碎带，大坝可能滑移侧裂面的稳定性不佳。因此，从地形地质条件上讲，上坝址对建拱坝并不适用。基于此，本次研究最终不选用拱坝坝型。

通过对坝基承载力的分析可知，坝区岩性属于寒武系上统追屯组的厚至块状白云岩，倾向上游偏右岸，它的岩体工程地质属于BIV类。坝基单轴饱和抗压强度标准值是19.9MPa，率先受损的饱和抗压强度较低的岩体或者会控制大坝基础的岩体的承载力应当设置在标准值的10%至15%的范围内，它所对应的承载力就是1.99至2.98MPA。把中风化白云岩当成大坝基础，假定坝高值达到最大，使坝基承载力能符合建设重力坝的相关标准。

在选择石料厂时要进行实地考察，若坝区附近的没有石料厂，或者石料厂距离坝区较远，可以考虑建立堆石坝。堆石坝分为粘土芯墙坝、沥青混凝土芯墙坝和混凝土坝，具体选择哪种堆石坝要依据坝区的情况而定。混凝土坝的上游和下游的坝坡度是三种堆石坝中坝坡度最陡的，原因是混凝土坝的坝区填料较少且坝底部的宽度不如另外兩种堆石坝，从而导致坝坡度较陡。粘土心墙坝和沥青混凝土坝的施工导流隧洞较长，相应的建设成本也比较高，在施工过程中，由于心墙坝施工互相干扰，导致施工速度较慢，给施工导流和渡汛造成很大压力。总而言之，混泥土坝是堆石坝中最具优势的。

3.2 就工程地质条件比选坝型

坝区地势为不对称“U”型结构的横向河谷，在394-414m之间高程的自然宽高之比B/h=7.71，开挖宽高之比B/h=8.5：1。坝区右岸下游有几处大裂缝，岩体残缺破碎，非常不利于坝肩的稳定，从这一点考虑最适合建立混凝土面板堆石坝和重力石坝。对两种坝型的建设资金进行估算后得知，建设混凝土面板堆石坝需要总资金7360.16万人民币，建设混凝土重力坝需要总资金7869.34万人民币，相对来说建设混凝土面板堆石坝比较合适。总体而言，不论是地势还是投资上混凝土面板堆石坝最为合适。

4 结语

综上分析可知，堆石坝的优势是在地形上，但必须另外建设取水隧洞和溢洪道；重力坝具有泄洪和取水的共同优势，但需要紧密布置坝区枢纽，对坝区的基础建设有很高的要求。坝区地质结构中存在软弱结构，如果建设重力坝可能出现岩体滑动，有很大的安全隐患。堆石坝不论是在地形上还是施工技术、施工条件上都占有优势，并且经济成本相对较低，安全系数高总结来说，堆石坝式最适合本工程的坝型。

参考文献

[1] 郑松.凤冈县响滩子水库坝址工程地质勘察分析[J].黑龙江水利科技.2014（04）.

[2] 陈永兴，常昊天，鲁文妍，任炳昱.堆石坝坝型优选模型及评价方法研究[J].中国工程科学.2013（04）.