古皂水库工程建设方案比选.pdf

广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（3）1工程概况古皂水库位于珠江流域西江干流一级支流蒙江上游的支流古皂冲上。古皂冲是湄江古排河段左岸支流，发源于金秀县巴勒山一带，于荷村一带汇入忠良河。流域集水面积 34.3 km2，河长 19.0km，平均坡降22.5。古皂水库是一座以人饮供水为主，兼顾灌溉和城区生态补水的综合利用中型水库。古皂水库推荐正常蓄水位为292 m，设计洪水位为294.62 m，校核洪水位为295.43 m，水库总库容1180万m3，为中型水库，等工程。挡水坝、溢洪道等主要建筑物，按3级建筑物设计。导流隧洞进水口的建筑物级别为3级；其余为次要建筑物，按4级建筑物设计，临时性水工建筑物级别为5级。挡水坝为黏土心墙堆石坝，设计洪水标准为50 a一遇，校核洪水标准为1000 a一遇，相应校核洪水位295.43 m，消能防冲建筑物设计洪水标准为30 a一遇。古皂水库年供水量为456.1万m3，供水工程为等工程，主要建筑级别为4级，次要建筑物级别为5级。供水工程永久建筑物的防洪标准10 a一遇洪水设计，30 a一遇洪水校核。2工程选址根据坝址选择的基本原则和古皂河道地形地貌条件，水流、河势条件、枢纽布置和施工条件以及供水要求等综合因素选择合适的坝址。根据1 1万地形图和现场察看，京柴冲沟往上游河段，峡谷狭窄，为满足相同蓄水库容所建大坝较高，工程投资较大，不宜选为坝址；古皂冲峡谷谷口往外为宽阔、平坦的台地，不具备建坝的地形条件。而在古皂冲峡谷谷口往内至京柴冲沟约900 m长河段范围内，该范围内两岸山体雄厚，河谷狭窄，适合建坝，并可充分利用库区内京柴冲沟沟谷作为库盆。根据地形初步选择相对顺直两段河道作为本阶段的上、下坝址。上坝址位于新圩镇双垌村，距古皂冲峡谷谷口往上游730 m处。坝址河谷为狭窄的“U”型，左岸冲沟不发育，山体完整，但受上游河弯地形及下游切割较深的左冲沟影响，山体稍显薄；边坡自然坡度4050，局部成陡崖状。右岸冲沟发育，山体完整性差，植被茂密，边坡自然坡度2035，山坡底部呈陡崖状。坝基范围内基岩主要为D1l2-3、D1l2-2砂岩、泥质粉砂岩互层，以及D1l2-1泥质粉砂岩夹砂岩，为中硬坚硬岩，岩体强度满足建筑物荷载要求，适宜修建拦河坝。下坝址位于新圩镇双垌村，距古皂冲峡谷谷口往上游440 m处。两岸山坡地形不对称。左岸多为收稿日期2022-11-04作者简介黄庆龙（1990-），男，广西平果人，广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司工程师，硕士，主要从事水工结构设计工作。规划设计 古皂水库工程建设方案比选黄庆龙（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁530023）摘要结合古皂水库工程地形条件、地质条件、施工条件、主要工程量、工程用地、水库淹没及工程投资等多方面对上、下坝址及坝型进行技术经济综合比较论证，推荐上坝址为水库坝址。从心墙防渗性及耐久性、心墙对基础的要求、心墙施工难度、主要工程量及工程总投资对黏土心墙堆石坝和沥青混凝土心墙堆石坝进行比较，选用坝型为黏土心墙堆石坝。从地形条件、地质条件、工程布置、基础处理难易程度、天然建筑材料供应条件、施工条件、工程运行安全性、工程占地、环境及水土保持的影响程度和主要工程量及工程总投资对黏土心墙堆石坝和重力坝进行比较，推荐选择坝型为黏土心墙堆石坝。关键词水库工程；工程建设；方案比选；总体布置；古皂水库中图分类号TV64文献标识码B文章编号1003-1510（2023）03-0044-0444广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（3）缓长的山坡，自然坡度1030，仅下游坝脚一带分布陡峭的崖壁。右岸山坡陡峭，山梁单薄，坡度4060，多处成陡崖状；山坡发育小冲沟，但切割较浅，对山体完整性破坏不大。坝基范围内基岩为D1n砂岩、含粉砂泥岩夹泥质粉砂岩，D1l2-3、D1l2-2砂岩、泥质粉砂岩互层，以及D1l2-1泥质粉砂岩夹砂岩，含粉砂泥岩为较软岩，泥质粉砂岩、砂岩为中硬坚硬岩，岩体强度满足建筑物荷载要求，适宜修建拦河坝。从工程区的地形、地质条件与天然建筑材料供应条件、施工条件，以及经济、技术、工程运行安全和对环境的影响程度等方面进行综合论证比较上、下坝址均不适合修建拱坝和土坝。通过上、下坝址方案的地形条件、地质条件、施工条件、主要工程量、工程用地、水库淹没投资及工程投资等多方面进行技术经济综合比较论证（见表1和表2），选定坝址。由表1和表2可知，上坝址方案的工程量、工程投资均较省，且从坝址地形条件、施工条件、工程建设对环境的影响、工程占地等方面来看，上坝址方案均较优。故选上坝址作为推荐坝址。表1上、下坝址主要工程量及工程总投资比较表项目11.11.21.31.41.51.61.71.8234567投资差/万元拦河坝及泄洪建筑物土石方开挖/万m3石方填筑（利用开挖料）/万m3石方填筑（石料场开挖）/万m3混凝土/万m3黏土心墙/万m3帷幕灌浆/万m锚杆/根钢筋制安/t施工临时工程/万元机电设备及金属结构安装工程/万元独立费用/万元基本预备费/万元移民与环境投资（含水保投资）/万元工程估算总投资/万元上坝址黏土心墙堆石坝62.0834.6759.944.1223.500.8642009171 702.251 577.925 219.961 304.9913 004.5140 409.280下坝址黏土心墙堆石坝70.8938.77134.634.9935.670.5023003521 332.151 592.747 276.701 819.1814 319.7552 522.4412 113.16表2上、下坝址优缺点比较表比较内容坝址地形条件坝址地质条件工程布置施工条件天然建筑材料供应条件比较工程建设对环境的影响上坝址河床相对狭窄，有利于工程布置，缩短坝轴线上坝址坝基断层构造不发育，但岩体褶皱现象发育，且主要发育于右岸，部分褶皱构造造成坝基岩体挤压破碎严重；左、右岸及河床岩层产状较为稳定，总体倾向下游，倾角多为1530，属缓倾角拦河推荐采用黏土心墙堆石坝为坝址代表坝型，溢洪道布置在右岸，放水系统布置在大坝右岸山体内施工导流方案采用隧洞导流、一次性拦断河流，导流隧洞长度比下坝址长56.5 m，施工导流工程量稍大混凝土骨料、堆石坝过渡料均从荔浦县杜莫镇的灰岩石料场外购，运距约20 km；坝体任意堆石料均为部分利用溢洪道开挖料，部分考虑从坝址附近堆石料场开采，运距约0.9 km；心墙黏土料从六尧土料场开采，运距约7 km上坝址方案土石开挖总量较下坝址少约1.98万m3，土石填筑总量较下坝址少约118.67万m3，弃渣总量较下坝址少约1.9万m3。上坝址的坝区和堆石料场开挖面积较少，同时较少的弃渣量可以减小弃渣场面积，更利于水土保持和环境保护下坝址河道弯曲，河床较为开阔，坝顶长度比上坝址长146.3 m，土建工程量较大下坝址坝基断层构造不发育，但岩体褶皱现象发育，造成右岸山梁部分岩体挤压破碎严重；岩层产状总体倾向左岸偏上游，倾角以1530为主，属缓倾角，局部达4060拦河推荐采用黏土心墙堆石坝为坝址代表坝型，溢洪道布置在左岸，放水系统布置在大坝右岸山体内施工导流方案采用隧洞导流、一次性拦断河流，主体工程土建工程量较大，施工工期比上坝址长10个月混凝土骨料、堆石坝过渡料均从荔浦县杜莫镇的灰岩石料场外购，运距约19.5 km；坝体任意堆石料均为部分利用溢洪道开挖料，部分考虑从坝址附近堆石料场开采，运距约0.8 km；心墙黏土料从六尧土料场开采，运距约6.5 km下坝址方案土石开挖总量、土石填筑总量、弃渣总量均较大，较上坝址需要更大的弃渣场面积，不利于水土保持和环境保护比较结果上坝址较优两坝址方案基本相同两坝址方案基本相同上坝址较优两坝址方案基本相同上坝址较优45黄庆龙:古皂水库工程建设方案比选3坝型选择上坝址所在河谷为狭窄的“U”型谷，单从地形条件考虑，可修建拱坝，但拱坝对河谷两侧坝肩的地质条件要求较高，而上坝址右岸冲沟发育，山体不完整，对拱座稳定不利，不适宜修建拱坝。工程区周围区域山坡覆盖层较薄，土料储备分散，无法进行大方量集中开采，若考虑分散开采土料，工程投资及环保代价过于巨大。经布置及测算，修建土坝需100万m3以上黏土，当地难以解决如此大方量的黏土料源问题，故不宜修建土坝。修建黏土心墙堆石坝所需的心墙黏土方量，经勘察在距坝址东北向约7 km处的六尧土料场储量可满足工程要求，土料场黏土原料经机械粉碎加工后，其土工性质满足堆石坝防渗黏土心墙的有关要求，本工程适宜修建黏土心墙堆石坝。从心墙防渗性及耐久性、心墙对基础的要求、心墙施工难度、主要工程量及工程总投资方面对黏土心墙堆石坝和沥青混凝土心墙堆石坝进行比较，结果见表3；从地形条件、地质条件、工程布置、基础处理难易程度、天然建筑材料供应条件、施工条件、工程运行安全性、工程占地、环境及水土保持的影响程度和主要工程量及工程总投资方面对黏土心墙堆石坝和重力坝进行比较，结果见表4。由表3可知，黏土心墙堆石坝的工程量、工程投资均较省，且从心墙防渗性及耐久性、心墙对基础的要求、心墙施工难度等方面来看，黏土心墙堆石坝均优于沥青心墙堆石坝；由表4可知，从坝址地质条件、基础处理难易程度、天然建筑材料供应条件及工程投资等方面来看，黏土心墙堆石坝均优于混凝土重力坝。综合以上各方面条件的比较成果，古皂水库坝型推荐黏土心墙堆石坝。工程占地工程运行安全性工程总投资上坝址正常蓄水位292 m，工程用地、库区淹没范围均小于下坝址古皂水库所在河流属山区河流，洪水呈暴涨暴落的特点，库水位涨落速度较快，对堆石坝坝坡的稳定安全影响较大移民与环境投资（含水保投资）为13 004.51万元，总投资40 409.28万元下坝址正常蓄水位281.5 m，工程用地、库区淹没范围均大于上坝址古皂水库所在河流属山区河流，洪水呈暴涨暴落的特点，库水位涨落速度较快，对堆石坝坝坡的稳定安全影响较大移民与环境投资（含水保投资）为14 319.75万元，总投资50 995.75万元上坝址较优两坝址方案基本相同上坝址较优表3当地材料坝坝型比较表比较内容心墙防渗性及耐久性心墙对基础的要求心墙施工难度工程总投资黏土心墙堆石坝黏土心墙具有较好的防渗性及耐久性黏土心墙对基础要求低，能较好适应各种地质条件基础黏土心墙材料可就地取材，施工技术成熟，施工简单，但其施工受天气影响较大40 409.28万元沥青混凝土心墙堆石坝沥青混凝土心墙同样具有较好的防渗性，但其投入运行后一旦渗漏或损坏，目前尚无办法进行修复作业沥青混凝土心墙对基础要求较高，需设置混凝土基座对心墙进行支撑沥青混凝土心墙施工难度较大，其施工需要特殊的拌合系统、加热系统及碾压设备，影响沥青质量可变因素多，对施工队伍的施工经验要求较高，目前国内只有少数大型施工企业具备沥青混凝土心墙的施工能力40 765.07万元比较结果黏土心墙堆石坝较优黏土心墙堆石坝较优黏土心墙堆石较优黏土心墙堆石坝较优表4黏土心墙堆石坝与混凝土重力坝比较表比较内容地形条件地质条件黏土心墙堆石坝上坝址附近无天然垭口可用于布置溢洪道，修建黏土心墙堆石坝，溢洪道须在河岸山坡上开挖而成，由于岸坡较陡，不仅开挖量较大，而且存在高边坡问题黏土心墙堆石坝为柔性基础，对地基承载力要求不高，坝基各岩土层物理力学指标可以满足规范要求混凝土重力坝溢流坝布置在河床中间位置，不需另外布置溢洪道，较好地利用地形条件坝基断层构造不发育，但岩体褶皱现象发育，且主要发育于右岸，部分褶皱构造造成坝基岩体挤压破碎严重。左、右岸岸及河床岩层产状较为稳定，总体倾向下游，倾角多为1530，属缓倾角，对坝基抗滑稳定不利。经坝基深层抗滑稳定计算复核，混凝土重力坝方案坝基深层抗滑稳定不满足规范要求，考虑深挖后回填混凝土齿墙进行处理比较结果混凝土重力坝较优黏土心墙堆石坝较优46广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（3）4结语古皂水库从地形条件、地质条件、施工条件、主要工程量、工程用地、水库淹没投资及工程投资等多方面对上、下坝址及坝型进行技术经济综合比较论证，推荐采用上坝址黏土心墙堆石坝。（责任编辑：刘征湛）Comparison and selection of engineering construction schemes forGuzao Reservoir ProjectHUANG Qing-long(Guangxi Water&Power Design Institute Co.,Ltd.,Nanning 530023,China)Abstract:For Guzao Reservoir Project,the upper and lower dam sites as well as dam type schemes were comparedfrom the aspects of topographical and geological conditions,construction conditions,main construction quantities,land occupation,reservoir inundation compensation and construction cost etc.Based on the results of technical andeconomic comparison,the upper dam site was recommended.Clay core wall rockfill dam scheme was compared withasphalt concrete core wall rockfill dam scheme in respects of the impermeability and durability of core wall,the requirements of core wall for foundation,construction difficulties of core wall,main construction quantities and totalproject cost,based on which clay core wall rockfill dam type was selected.Clay core wall rockfill dam scheme wasalso recommended after it was compared with gravity dam scheme from the aspects of topographical and geologicalconditions,project layout;foundation treatment difficulties,supply condition of natural building materials,construction conditions,project operation safety,land occupation,environmental impact,soil and water conservation,mainconstruction quantities and total project cost.Key words：Reservoir project;engineering construction;comparison and selection of schemes;overall layout;GuzaoReservoir工程布置基础处理难易程度天然建筑材料供应条件施工条件工程运行安全性工程占地、环境及水土保持的影响程度工程总投资需要分开布置大坝、溢洪道、放水系统（放水塔、放水钢管及导流隧洞）等建筑物，工程布置难度较大黏土心墙堆石坝方案除了心墙防渗体下部布置一道坝基防渗帷幕外，不需再进行其它坝基处理坝体堆石料部分利用溢洪道开挖料，部分考虑从上坝址左岸下游堆石料场开采，运距约0.9 km，心墙黏土料从六尧土料场开采，运距约7 km，混凝土骨料及过渡料拟从荔浦县杜莫镇的灰岩石料场外购，运距约19 km。虽然黏土心墙堆石坝方案亦需远距离供应一部分天然建筑材料，但其用量较少，对天然建筑材料总体供应单价的影响甚微，且下游堆石料场的距离较近，对减少运输费用，降低材料单价更为有利黏土心墙堆石坝方案堆石方量较大，填筑工期较长，施工工期比混凝土重力坝方案长12个月左右，黏土心墙施工技术要求较高，且施工度汛标准比混凝土重力坝方案的标准高古皂水库所在河流属山区河流，洪水呈暴涨暴落的特点，库水位涨落速度较快，对堆石坝坝坡的稳定安全影响较大一些黏土心墙堆石坝方案存在坝体体积大，溢洪道开挖量大，料场开挖量也较大的缺点40 409.28万元溢流坝布置在河床中间，左、右岸重力坝分别布置在左、右岸河床及坝肩，建筑物布置紧凑、简单混凝土重力坝方案考虑到坝基岩层缓倾角问题，坝基深层需进行混凝土齿墙开挖回填处理，同时坝基还需进行帷幕灌浆和大面积固结灌浆处理，基础处理方面重力坝较堆石坝复杂为了保证人工骨料的质量不影响混凝土的强度，重力坝混凝土骨料拟从荔浦县杜莫镇的灰岩石料场外购，运距约19 km混凝土重力坝方案基础开挖、基础处理工作量较稍大，开挖工期稍长，但总体工期较短。混凝土重力坝的施工受雨季条件的影响要小一些，施工进度可靠性上较有保障一些在抵御超标洪水的能力方面，尤其是在超标洪水越坝的安全性上，混凝土重力坝方案要优于堆石坝方案混凝土重力坝方案的泄洪建筑物布置在主河床位置，坝体体积较小，工程用地范围较小，对环境和水土保持的影响程度相对来说要小一些44 499.98万元混凝土重力坝较优黏土心墙堆石坝较优黏土心墙堆石坝较优混凝土重力坝较优混凝土重力坝较优混凝土重力坝较优黏土心墙堆石坝较优47