昭通悦乐水电站混合坝型方案比选设计

昭通悦乐水电站混合坝型方案比选设计 摘要：混凝土重力坝为“刚性坝”，石渣坝为“柔性坝”，两种坝型在同一挡水坝体中结合使用，因存在不均匀沉降，使其接头部位可能存在开裂或脱开，从而形成集中渗漏通道，危及坝体安全。 关键词：混凝土心墙石渣坝；扶壁挡墙石碴坝；均质石渣坝；不均匀沉降；高压旋喷； 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 清洁水能资源的利用对促进经济社会的发展起到极大推动作用，近些年来水能资源的开发也得到较大的发展，随着开发的不断推进，优越条件的资源也变得越来越少，可开发资源的条件变得越来越差，设计技术难度也越来越大。因此设计中根据当地实际条件情况，如何择优选取各建筑物结构形式尤为重要，它直接关系到工程的建设投资成本。本文以悦乐水电站为工程实例，介绍设计过程中如何根据当地的实际地形地貌、地质条件，选择最优的坝型。本文对坝型和坝体结构选择进行了充分的比选和深入分析研究，最终采用混凝土重力坝+均质石渣坝混合坝型作为设计实施方案，为今后类似工程提供一定的参考和借鉴。 1 工程概况 悦乐水电站地处滇东北高原昭通市大关县悦乐乡，金沙江一级支流横江的支流洒渔河下游河段。该电站为引水式电站，电站装机20MW，年发电量8887万kwh，坝址控制径流面积2789km2。工程由河闸坝、取水口、引水隧洞、调压井、压力管道、厂房、开关站及附属工程组成。首部枢纽为混合坝型，坝轴线长125m，最大坝高21m，坝顶高程996.00。死水位为987m，汛前水位为991.89m，正常蓄水位为993.8m，设计洪水位(P=3.33%)为 994m，校核洪水位（P=0.5%）为994.30m。坝体分为6个坝段，号坝段为左岸挡水坝段，根据实际地形地质条件选用重力坝+均质石渣坝混合坝型，、号坝段为泄洪表孔坝段，共二孔，孔口尺寸127m，堰顶高程987.30m，为开敞式WES曲线型实用堰。号坝段为泄洪冲沙底孔坝段，设两孔，孔口尺寸5.55.5m；号坝段为宽3m的一道溢流堰及右岸挡水坝段。 2设计条件 本工程从地质条件上分析，枢纽区天然防渗土料缺乏，而混凝土骨料则较为丰富，储量、质量均能满足要求，坝基弱风化泥质粉砂岩强度高，具备筑刚性坝的条件，但地形条件上，左岸滩地冲洪积层覆盖厚度较大，平均厚度约11m，滩地至坝顶仅为6.3m，该段如修建混凝土坝，清基深度较深，开挖及混凝土回填工程量较大，如修建土石坝，只要作好防渗处理问题，具备筑坝条件。因此坝型的选择主要取决于二者的投资大小。 经计算，混凝土重力坝方案投资较混凝土重力坝石渣坝方案增加投资365.28万元。且混合坝型坝体石渣可利用隧洞已开挖的风化料（弱微风化泥质粉砂岩及弱微风化灰岩）及坝体本身的开挖料，储量约4.5104m3，质量及储量均满足设计要求。因此结合实际地形、地质情况，并就地取材以节省工程投资，选取混凝土重力坝石渣坝混合坝型作为基本坝型。 本工程号坝段采用混凝土重力坝石渣坝混合坝型，两种坝型在同一挡水坝体中结合使用，因存在不均匀沉降，使其接头部位可能存在开裂或脱开，从而形成集中渗漏通道，危及坝体安全，必须采取工程措施进行处理，且基础砂卵砾石层结构松散、透水性强、中等压缩性，存在管涌及流土等渗透变形破坏，对基础也必须采取工程措施进行处理。因此凝土重力坝石渣坝混合坝型也存在一定的技术问题，在设计中需要进一步研究，本工程的重点及难点问题就主要是坝型方案的比选研究。 3混合坝坝型方案比较 为使大坝经济安全，本工程进行混凝土重力坝+混凝土心墙石渣坝混合坝型、混凝土重力坝扶壁挡墙石碴坝混合坝型、混凝土重力坝+均质石渣坝混合坝型三种坝型比选。 （1）混凝土重力坝+混凝土心墙石渣坝混合坝型 左岸混凝土心墙石渣坝坝基开挖主要是清除崩堆体及滩地表层砂壤土层，至下部的砂砾石层处，满足石渣坝坝基承载力要求，开挖深度约为2m，F8断层破碎加深开挖后坝基做混凝土塞处理；岸坡段基础座落在洪冲积层，厚约211m，为砂卵砾石层。由于石渣坝坝段及左岸岸坡坝段基础均为砂砾石层，结构松散、透水性强、中等压缩性，存在管涌及流土等渗透变形破坏，采用高压旋喷处理，利用河床砂卵石形成混凝土幕墙，解决该层的渗透变形及混凝土心墙基础的沉降变形问题，高压旋喷采用三排孔，排距70cm，孔距80cm。 混凝土重力坝+混凝土心墙石渣坝混合坝型结构简结明了流畅。但是由于混凝土重力坝为“刚性坝”而混凝土心墙堆石坝为“柔性坝”，两种坝型之间可能存在不均匀沉降，而使其接头部位开裂或脱开，从而形成集中渗漏通道，危及坝体安全。 (2)混凝土重力坝扶壁挡墙石碴坝混合坝型 混凝土重力坝扶壁挡墙石碴坝，扶壁挡墙石碴坝基础高程为987.8m，坝高仅8.2m，坝顶宽4m，挡墙底宽5.0m,上游迎水面设置1.0m厚钢筋混凝土面板防渗，横向设混凝土肋板，板厚400mm，间距4m。重力坝段基础开挖至973.50m，两坝段基础高程相差14.3m，且扶壁挡墙石碴坝段基础作坐落在砂卵砾石层上，故无法进行垂直开挖，需要在两坝段间进行1：1的放坡处理，因此在重力坝段与扶壁挡墙石碴坝坝段间，987.8m高程以上仍然为扶壁挡墙石碴坝，987.8m高程以下采用重力式结构，其顶宽与挡墙底同宽，均为5m，上游迎水面同样设置1.0m厚钢筋混凝土面板防渗，与挡墙混凝土防渗面板连为整体，下游为M7.5浆砌石，混凝土面板与浆砌石间采用直径为20的锚筋连接，锚筋间距1.5m，梅花型布置。扶壁挡墙后坝坡为石碴坝，坝顶宽2.0m，坝坡为1:1.8。其结构布置形式见图1。 图1扶壁挡墙石碴坝标准断面图 混凝土重力坝扶壁挡墙石碴坝混合坝型受力结构明确，解决了两种坝型之间不均匀沉降问题。但是由于扶壁挡墙石碴坝坝段肋板间距只有4m，使得后坝坡石渣回填部分只能人工夯实，施工设备无法进入，夯实密度低，施工复杂，工期较长；且扶壁挡墙肋板较薄，混凝土振捣达到设计要求相对困难，另外扶壁挡墙施工工艺复杂。 （3）混凝土重力坝均质石碴坝混合坝型 由于本工程坝址距上游电站厂区较近，仅80多米，且上游电站厂区间已回填为一平台，若将扶壁挡墙石碴坝改为均质石渣坝，则上游可作为左岸上坝公路的回填区；公路路面高程与坝顶高程相同，因此石渣坝上游坝坡不存在稳定问题。因此采用重力坝+均质石渣坝混合坝型优势更加明显。 均质石渣坝采用坝址区开挖的弃渣作为上坝料。石渣坝与混凝土重力坝结合处止水问题，可在结合处设混凝土刺墙，刺墙伸入石渣坝内长18.47m，以达到防渗目的。同时将集水井设置于刺墙下游，与刺墙连为整体，不仅增加坝肩的绕坝渗径且有利于刺墙施工期的稳定。 考虑到上游水位波动对及水库水位骤降对石渣坝的影响，在库区重力坝与石渣坝结合处顺水流方向向上游设置了36.47m长的钢筋混凝土挡墙，挡墙结构采用稳定性高、结构简单、材料消耗不大、利于防渗且便于施工的轻型半重力式结构。挡墙顶高程为991.30m，强背坡度为1：0.57，并在基底深1.5m的抗滑齿以增加其稳定性，为防止混凝土挡墙的不均匀变形，每10m设一伸缩缝，并安装铜止水。另外，为了保证挡墙与坝体之间的连接封闭，在其连接分缝处设置铜止水。挡墙顶高程至坝顶高程护坡采用厚0.4m的M7.5浆砌石，过渡料及反滤料分别为0.2m厚的碎石及0.1m厚细沙。 通过对号坝段进行了技术处理后，增加了左岸石渣坝的绕坝渗流渗径，降低渗透压力，减少渗漏量，提高了坝体的安全性，坝体的抗滑稳定及应力、渗透稳定均能满足要求。其结构布置形式见图2及图3。 图2均质石渣坝平面图图3挡墙剖面图（A-A） 采用重力坝+均质石渣坝混合坝坝型优点较明显：解决了不同坝型结合的多种缺点；就地取材，施工方便；取消高压旋喷桩，使得施工相对简单；缩短了工期，节省工程量，节省了工程投资；解决了交通问题；与上游电站厂区平台连接，使得工程管理更加方便。因此最终采用混凝土重力坝+均质石渣坝混合坝型作为设计实施方案。 5.结束语 从以上分析可以看出，悦乐水电站不同坝型的结合问题，经过多种坝型的比较设计研究，最终选用的重力坝+均质石渣坝结合的混合坝型，结构简单、施工方便、受力明确，方便管理，从多方面节省了工程投资 总之，最终优选的拦河坝坝型， 既解决了不同坝型的结合问题，又有效的减少工程量、缩短了工期，节省了工程投资，同时保证了拦河坝的运行安全可靠，还方便了管理。本电站已建成正常运行多年至今未存在坝体渗漏现象，说明对混合坝型接合部位的技术方案的设计是可行的，可为今后类似工程提供一定的参考和借鉴。 参考文献： 1DL/T 5395-2007 碾压式土石坝设计规范.中国水利水电出版社.2002 2 DL 5108-1999 混凝土重力坝设计规范. 中国电力出版社.2000 3水工设计手册第四分册.水利电力出版社.华东水利学院主编 4水工设计手册第五分册.水利电力出版社.华东水利学院主编 5坝工设计手册水利电力出版社.水利电力出版社.1999