摘要：土石坝是尽可能充分利用当地材料建设的一种坝型，在水库设计中应用广泛。做好大坝的坝料设计工作，拟定出合理的大坝断面是土石坝设计工作的重中之重。本文通过对清塘河水库大坝坝料设计过程的对比分析，阐释了如何考虑料源的分布、其它建筑物的布置等设计因素，做好土石坝坝料设计，进而优化大坝设计断面的思路。
关键词：土石坝；坝料设计；最优方案；清塘河
Abstract: the earth dam is to make full use of local materials as much as possible of the construction of the dam, a model, in reservoir design is used widely. Do the dam design work for the dam, draw up a reasonable dam section is earth dam design work the most important. This article through to clear the dam liantang river reservoir material design process of comparative analysis, this paper explains how to consider the optimal distribution, the layout of other buildings design factors, completes the earth-rock dam material design, design is optimized and the thinking of the dam section.
Keywords: earth dam; Dam material design; The optimal solution; Liantang river clear
中图分类号：TV22文献标识码：B
土石坝是尽可能充分利用当地材料建设的一种坝型，其坝料设计是大坝设计优劣的关健，设计方案的好坏直接影响工程投资、工期、环境和其它建筑物的设计。现以清塘河水库工程坝料设计实例，浅述水库大坝坝料设计的策略。
1清塘河水库概况
清塘河水库地处云南省德宏州芒市境内，位于芒市大河戈朗河左岸一级支流清塘河上游河道上，水库坝址位于芒市西南面，距芒市约23km，勐戛乡北面5km。水库枢纽主要建筑物有大坝、溢洪道、导流输水隧洞。水库总库容为1202.3万m3，工程规模为Ⅲ等中型。水库建成后可增加灌溉面积2.1163万亩，改善灌溉面积0.6747万亩；设计水平年2020年水库总供水量952.3万m3（不含生态水），其中：为区域7332人提供优质新鲜水量35.1万m3、农业灌溉供水917.2万m3，下游生态供水100.9万m3。水库大坝最大坝高66m，为3级建筑物，设计洪水重现期为50年（P=2%），校核洪水重现期为1000年（P=0.1%），下游消能防冲洪水重现期为30年(P=3.33%)。
2大坝基本坝型
清塘河水库坝段地处J3n砂、泥岩地层中；岩体强度低(泥岩湿抗压强度＜15MPa)，属中硬岩与软质岩相间，以软质岩为主；上覆第四系覆盖层较厚；岩石风化严重；地形条件差，两岸岸坡受冲沟切割严重，岸坡完整性差。故不适于筑刚性坝，初拟清塘河水库大坝的基本坝型为土石坝。
3工程区料源情况
坝址区及附近均为J3n地层，主要以泥岩、泥质粉砂岩为主，工程区内土料在坝址及周围广泛分布，可供开采的土料场就位于坝址右坝肩山脊一带，呈带状分布，最远处距离坝址约600m，料场有用层储量28.01×104m3。坝址区及附近均为J3n地层，主要以泥岩、泥质粉砂岩为主，夹少量砂岩、灰岩（透镜状或呈条带状），且岩石风化强烈，故石碴料、石料十分匮乏。区内可供开采作为石碴料的料场位于库区内拱兴坡一带，现有简易车路通至料场脚，直线距离1.5Km，有用层储量231.949×104m3。
4大坝坝料设计
4.1坝料的选择
坝料设计就是要做好不同料源在大坝各部位的分区设计。土石坝的型式可在以下三种基本型式中选择：①均质坝；②土质防渗体分区坝；③非土质材料防渗体坝。从清塘河水库工程区料源情况分析，防渗土料充裕、运距近；砂石料十分匮乏，因此非土质材料防渗体坝型（如混凝土面板堆石坝等坝型）不予考虑，主要根据坝址区料源情况对均质坝和土质防渗体分区坝进行比选。
同时，根据坝址地形地质条件和工程区料源情况，防渗土料、风化土料、石碴料均可用于填筑土石坝，关键在于坝壳料的选用。清塘河水库适宜作坝壳料的有土料场风化料和石料场灰岩石碴料；土料场风化土料运距近、开采单价低，但属于软岩风化料，遇水易软化、强度指标低、透水性差，坝坡缓，填筑用量大，并需在坝表面设置保护层；石料场石碴料运距较远、开采单价高，但强度指标高、透水性好，坝坡陡，填筑用量小。
4.2坝料设计比选
清塘河水库坝料设计按不同坝料的填筑部位，分四种大坝断面进行设计比选：心墙石碴料坝（防渗心墙采用土料场土料、坝壳料采用石料场石碴料）、心墙风化料坝（防渗心墙采用土料场土料、坝壳料采用土料场风化料）、心墙分区坝（防渗心墙采用土料场土料、坝壳料采用土料场风化料和石料场石碴料分部位填筑）、均质坝（采用土料场土料，需扩大土料场开采范围）。对4种坝型进行主要工程量对比（见表1），其中对于帷幕灌浆、防浪墙等相同的工程量未纳入比较。
表1
4.3料源分布影响分析
根据以上分析比较，可得出以下比选结论：① 4种坝型在技术上都可行，但从工程投资上看，均质坝可比性较差。②其余3种坝型中，心墙石碴坝坝壳料需到1.5km远的石料场开采，运距较远，开采单价较高；工程投资相对心墙分区坝高，但低于心墙风化料坝和均质坝。③心墙风化料坝充分利用了坝址处土料场的风化料，但因风化料以强弱风化粉砂质泥岩为主，强度低，属极软岩，坝坡较缓，填筑方量较大；投资较大，仅次于均质坝。④心墙分区坝合理利用了土料场的风化料；投资最小。
4.4建筑物布置影响分析
根据工程地形条件，清塘河水库泄洪建筑物只能布置在右岸坝肩，当坝型采用心墙石碴料坝时，泄洪建筑物为了避免高边坡开挖只能采用洞式方案，心墙石碴坝枢纽综合投资14564.98万元。采用心墙风化料坝时，右岸坝顶以上土料场风化料可开采完，泄洪建筑物开挖边坡很低可采用开敞式方案，心墙风化料坝枢纽综合投资14513.62万元，且大坝填筑以风化土料为主，施工受汛期影响较大。采用心墙分区坝时，右岸坝顶以上泄洪建筑物部位土料场风化料可开采完，泄洪建筑物开挖边坡很低可采用开敞式方案，心墙分区坝枢纽综合投资14012.59万元。采用均质坝时，土料场开采范围要扩大，增加了水土保持和环境影响方面的不利影响，相应措施增加、投资增加，泄洪建筑物为了避免高边坡开挖也只能采用洞式方案，均质坝枢纽综合投资14793.438万元，且大坝填筑为防渗土料，施工工期受汛期影响最大。
4.5综合对比分析结论：
心墙分区坝方案合理利用坝址区天然填筑料，进行坝体合理分区设计，心墙采用土料场的残坡积、全风化料填筑；下游坝壳干燥区采用强弱风化粉砂质泥岩、下部排水区采用石料场强弱风化灰岩石碴料填筑；上游根据滑弧位置和料的特性，死水位以下采用土料场强弱风化粉砂质泥岩填筑，死水位以上采用石料场强弱风化灰岩石碴料填筑。经反复计算，风化料顶高程1130m、边坡1:1时，对大坝边坡稳定改善较大，总方量101.03万m3。分区坝横剖面见图1。
图1心墙分区坝大坝剖面图
从以上对比分析可知，清塘河水库设计应用的心墙分区坝，合理利用了土料场风化料，坝坡适中，大坝不影响泄水建筑物出口布置，占地面积相对较小，泄洪建筑物可布置为开敞式溢洪道，工程对水土保持及环境影响较小，投资最省，是为最优方案。
5 结语
通过对清塘河水库大坝的坝料设计过程可以看出，水利工程中土石坝坝料的设计处于龙头地位，坝料设计方案的优劣直接关系工程投资大小、工期长短、环境影响大小。因此当选用以当地材料作为填筑材料的土石坝时，在进行水利工程设计中，要做好各种天然建筑材料在坝体中的填筑部位设计。其中，最主要的是应综合考虑料源的分布、其它建筑物的布置等设计因素，通过计算科学、客观地做好坝料分区设计，进而优化大坝的设计断面。
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作者简介：李志锋（1977-），男，云南人，工程师，主要从事水利水电工程水工设计工作。
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