勐曼二級水電站堆石混凝土壩型比選

陸秉山，彭章超

（廣西南寧水利電力設(shè)計院，南寧 530001）

勐曼二級水電站堆石混凝土壩型比選

陸秉山，彭章超

（廣西南寧水利電力設(shè)計院，南寧 530001）

云南省綠春縣勐曼二級水電站選壩，主要從投資、施工、溫控、環(huán)保及風險等方面，對常態(tài)混凝土、碾壓混凝土及堆石混凝土3種筑壩材料進行分析比較后，推薦采用堆石混凝土重力壩方案。

水電站大壩；壩型選擇；堆石混凝土重力壩

1 工程概況

勐曼二級水電站位于云南省紅河哈尼族彝族自治州西南部綠春縣三猛鄉(xiāng)境內(nèi)，小黑江流域勐曼河中游，是勐曼河規(guī)劃河段三級開發(fā)方案中的第二級。電站以發(fā)電為主，采用混合開發(fā)方式。樞紐建筑物由首部樞紐、引水建筑物和廠區(qū)樞紐3部分組成，主要建筑物包括攔河大壩、發(fā)電進水口、有壓引水隧洞、調(diào)壓井、高壓管道、地面廠房及升壓站等。攔河大壩壩址位于勐曼河龍沙山腳上游約1.1km處，大壩采用混凝土重力壩，最大壩高66m，壩頂長131m。電站廠房采用地面式，布置在洛瓦電站勐曼河大壩上游約500m處的右岸臺地上，廠內(nèi)安裝2臺單機容量16MW的混流式水輪發(fā)電機組。引水系統(tǒng)布置于河道右岸，由發(fā)電進水口、引水隧洞、調(diào)壓井及高壓管道等建筑物組成。選用一洞一管兩機布置形式。有壓引水隧洞全長4.16km，采用圓形斷面，洞徑4m。水庫正常蓄水位788m，總庫容2949萬m3，設(shè)計水頭124m，引用流量38m3/s，電站裝機容量32MW，多年平均年發(fā)電量1.45億kW·h，屬三等中型工程，主要建筑物大壩、引水系統(tǒng)和電站廠房的建筑物級別均為3級。大壩洪水標準為100年一遇洪水設(shè)計，1000年一遇洪水校核。工程總工期36個月，工程靜態(tài)總投資31028.69萬元。

本電站建設(shè)對緩解當?shù)赜秒娋o張局面，促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，維護民族團結(jié)和邊疆穩(wěn)定有著重要的現(xiàn)實意義。

2 水文地質(zhì)條件

攔河大壩壩址以上集雨面積297km2，多年平均流量25.1m3/s，相應(yīng)水位735.21m。100年一遇洪水設(shè)計流量1420m3/s，相應(yīng)水位743.73m；標準為1000年一遇洪水校核，洪水流量1950m3/s，相應(yīng)水位745.00m。

壩址處河段河谷呈狹窄V形，兩岸岸坡地形基本對稱，河床底寬23.5m，壩肩為高陡基巖岸坡，完整性好，坡高大于200m。無大的順河斷裂構(gòu)造發(fā)育，河床覆蓋層以沖積砂卵礫石為主，厚4.5～8.5m。壩基壩肩基巖為中厚層狀長石石英砂巖、輕變質(zhì)泥巖，岸坡強風化厚10～31.4m，河床部位基本無強風化層，弱風化層的厚度一般大于20m，岸邊卸荷帶厚約10～25m。按照巖體基本質(zhì)量分級標準，微風化、新鮮的長石石英砂巖、輕變質(zhì)泥巖巖體定為Ⅱ類，弱風化巖體定Ⅲ類，強風化巖體定為Ⅳ類巖體。由于壩址巖層多元化，軟硬相間，風化深度及程度不一致，室內(nèi)巖石飽和單軸抗壓強度綜合平均值為24.4～114MPa，因此，壩址基巖屬中硬巖，工程地質(zhì)分類綜合定為BⅢ2類，選定壩址具備修建重力壩的工程地質(zhì)條件。壩址附近石料豐富，巖性主要為砂巖。

3 壩型比選

3.1 壩型比選方案

根據(jù)地質(zhì)勘察和現(xiàn)場察勘成果，壩址區(qū)地處峽谷河段，呈狹窄V形，河流順直，兩岸山體雄厚，地形基本對稱，兩岸岸坡陡峻，平均坡度在53°以上。壩址區(qū)巖石覆蓋層較淺，基巖為長石石英砂巖等組成，屬中硬質(zhì)巖石，無軟弱夾層，巖層厚度大，整體強度好，巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的斷裂構(gòu)造穿過壩址，也未發(fā)現(xiàn)有構(gòu)成滑床的緩傾角軟弱平層，壩址具備修建重力壩的工程地質(zhì)條件。同時，兩岸無布置溢洪道的地形條件，采用土石壩作為擋水建筑物，對工程工期和投資等方面顯然不利，因此，該壩址適宜選用具有壩身泄洪優(yōu)勢的混凝土壩型作為本壩址的基本壩型。

由于左壩肩受風化和卸荷作用的共同影響，壩肩強風化巖體厚度較大、相對破碎，由坡殘積碎石土組成的左岸邊坡穩(wěn)定性較差，對左壩肩邊坡穩(wěn)定影響較大，對混凝土拱壩予以否定，故選用混凝土重力壩壩型較為合適。

混凝土重力壩，主要選擇常態(tài)混凝土、碾壓混凝土、堆石混凝土3種筑壩材料進行比較，如表1所示。

表1 壩型比較

3.2 堆石混凝土技術(shù)

堆石混凝土大壩施工方法是一種新型的施工工藝，施工時將堆石（由粒徑大于300mm塊石組成）直接入倉，然后澆筑自密實混凝土，利用自密實混凝土的高流動性能，使得自密實混凝土填充到堆石的空隙中，形成完整、密實、有較高強度的混凝土。簡而言之就是用自密實性能優(yōu)良的自密實混凝土充填堆石體所形成的致密混凝土。堆石混凝土施工過程：自密實混凝土從表面倒入，無需振搗；澆注完成，表層裸露大量塊石，大大減少甚至避免了鑿毛工序；混凝土成型后表面與常態(tài)混凝土無差別。

堆石混凝土技術(shù)是近年來被受關(guān)注的一種新型壩筑技術(shù)，與傳統(tǒng)混凝土技術(shù)相比，具有節(jié)約水泥、縮短工期、簡化溫控、節(jié)省投資、促進節(jié)能減排、環(huán)境保護并保證工程質(zhì)量等優(yōu)點，在壩筑、河堤治理等方面凸顯其經(jīng)濟環(huán)保優(yōu)勢，并被廣泛應(yīng)用于水利水電工程施工中。2004年至2012年，該筑壩新技術(shù)在山西臨汾清峪水庫（新建重力壩高38m）、山西太原恒山水庫（拱壩加固壩高55m）、國投晉城圍灘水電站大壩工程、貴州石龍溝水庫雙曲拱壩工程（壩高44.9m）、四川沙坪二級水電站大壩工程等40多個工程中得到成功應(yīng)用，為這項新技術(shù)在設(shè)計、施工和安全監(jiān)測等方面總結(jié)了新的成果和經(jīng)驗。

為了更好地促進堆石混凝土技術(shù)的健康發(fā)展，2009年水利部有關(guān)部門組織技術(shù)力量總結(jié)該筑壩新技術(shù)在設(shè)計、施工和安全監(jiān)測等方面取得的成果和經(jīng)驗，著手編制堆石混凝土技術(shù)規(guī)范性文件——《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》，近日將正式頒布。

隨著堆石混凝土技術(shù)行業(yè)性技術(shù)標準的出臺，將進一步推進該筑壩新技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展應(yīng)用，該筑壩新技術(shù)會愈加規(guī)范和成熟，也將促進該筑壩新技術(shù)在本電站工程中的成功使用。

3.3 壩型比選

3．3．1 筑壩材料、施工條件及技術(shù)風險

常態(tài)混凝土壩的優(yōu)點是采用常規(guī)混凝土施工方法，技術(shù)成熟，施工速度和質(zhì)量易于保證，因此技術(shù)風險最小；其缺點是工期較長，水化溫升高，溫控較復(fù)雜。

碾壓混凝土重力壩具有施工進度快、水化溫升低和溫控簡單的優(yōu)點；其缺點是對施工隊伍和施工設(shè)備要求較高，且在碾壓混凝土層面結(jié)合處易成為滲水的薄弱層面，有一定的風險，同時壩體需要使用大量的Ⅰ級粉煤灰（云南省僅有曲靖宣威火電廠生產(chǎn)，運距遠，約800km），因此大大增加了壩體的綜合成本。

堆石混凝土筑壩新技術(shù)發(fā)展至今，已通過各種實驗室試驗和現(xiàn)場工程試驗驗證，并在國內(nèi)40多個水利水電工程中得到了成功應(yīng)用。其優(yōu)點是：①由于壩體混凝土大量采用塊石（約占混凝土體積的55%），可以減少砂石骨料用量，單位堆石自密實混凝土中的水泥含量較少，因此堆石混凝土壩具有水化溫升小，溫控較簡單等優(yōu)點；②通過大量采用塊石這種當?shù)夭牧?，降低了綜合成本；③與常態(tài)混凝土、碾壓混凝土相比，采用堆石自密實混凝土避免了混凝土振搗密實的過程，消除了人為的不利干擾，施工質(zhì)量和穩(wěn)定性較容易保證。其缺點：①目前采用堆石混凝土技術(shù)修建的大壩（新建）最大壩高尚未超過45m，而勐曼二級水電站大壩壩高66m，屬中壩，應(yīng)用該筑壩新技術(shù)有一定風險；②堆石自密實混凝土采用的高性能添加劑價格較高，增加了壩體混凝土的綜合成本。

3.3.2 大壩造價方面

C15常態(tài)混凝土重力壩造價6306.54萬元，C15碾壓混凝土重力壩造價6828.61萬元，C15自密實堆石混凝土重力壩6083.08萬元?？梢?，堆石混凝土重力壩造價最低，其次是常態(tài)混凝土混凝土重力壩，而碾壓混凝土重力壩造價最高。

3.3.3 環(huán)境保護影響方面

常態(tài)混凝土重力壩水泥用量最多，排放CO2量最大；碾壓混凝土重力壩水泥用量最少，排放CO2量最少；堆石混凝土重力壩水泥用量較少，排放CO2量較少。分析可見：碾壓混凝土重力壩對節(jié)能減排及環(huán)保最有利，其次是堆石混凝土重力壩，常態(tài)混凝土重力壩對節(jié)能減排及環(huán)保不利。

3.3.4 工程總工期影響方面

由于本電站工程引水隧洞較長，施工總工期和第一臺機組發(fā)電的時間主要由隧洞施工進度控制，各方案攔河壩的施工進度對施工總工期影響不大。

3.4 推薦壩型

根據(jù)河谷的形狀、地形地質(zhì)條件及大流量泄洪的條件分析，電站壩址不具備修建如拱壩、土石壩等其他壩型的條件，而具備修建混凝土重力壩的條件。

（1）由于當?shù)厝狈μ烊簧笆橇?，但壩址附近天然石料儲量十分豐富，故混凝土骨料主要采用人工骨料，但因石料巖性為石英砂巖，故骨料加工成材率相對不高。采用堆石混凝土重力壩，由于壩體混凝土大量采用塊石（約占混凝土體積的55%），可以減少自密實混凝土用量，從而減少砂石骨料用量和生產(chǎn)加工量，還可以充分利用隧洞開挖出來的塊石料，達到節(jié)省投資、節(jié)能減排及低碳環(huán)保作用，因此，堆石混凝土重力壩較合適本工程，其優(yōu)勢明顯。

（2）從壩體造價、施工速度、混凝土溫控、環(huán)境保護、技術(shù)要求及風險等方面比較，堆石混凝土重力壩型具有造價較低，無需振搗，施工簡單，施工速度快，水化溫升較低，溫控容易，施工噪音小，水泥用量少，對節(jié)能減排及環(huán)保有利，可就地取材達到“宜材適構(gòu)”原則等優(yōu)點；同時技術(shù)相當成熟，與常態(tài)混凝土、碾壓混凝土相比，堆石混凝土重力壩型明顯較優(yōu)，因此，推薦采用堆石混凝土重力壩方案。

4 堆石混凝土重力壩基本斷面設(shè)計

勐曼二級水電站大壩選定堆石混凝土重力壩，最大壩高66m，壩頂高程792m，壩頂長度131m。從左到右依次布置左岸非溢流壩段、溢流壩段、右岸非溢流壩段，分別長55，36，40m。

左右岸非溢流壩段，壩頂寬度7.00m，壩頂設(shè)防浪墻，下游壩坡780.86m高程以上為豎直，780.86m高程以下為1∶0.8，上游壩坡749.50m高程以上為豎直，749.50m高程以下為1∶0.1。壩基面高程736m，最大壩高56m，最大壩底寬44.24m。

溢流壩段布置在河中，設(shè)置3個有閘溢流表孔，每個孔口尺寸8m×8m（寬×高），采用WES型實用堰，堰頂高程780.00m，溢流壩段全長36m，底寬58.45m，壩基面高程726m，最大壩高66m。上游堰面倒懸，堰頭為橢圓曲線連接，下游溢流堰面選用WES曲線，曲線后接1∶0.8陡坡段，之后接反弧段。消能方式采用挑流消能。

壩體混凝土分區(qū)采用中間為C15堆石混凝土，外包常態(tài)混凝土。壩體上游側(cè)設(shè)C20常態(tài)混凝土防滲層，厚度1.5～2.5m；溢流面對材料性能要求較高，采用2～3.5m厚C40抗沖磨混凝土，增強防沖刷能力；下游側(cè)745m高程以下設(shè)C20常態(tài)混凝土防滲層，厚度約1.5m；壩基設(shè)2m厚C15常態(tài)混凝土基礎(chǔ)墊層。壩體孔口、閘墩、邊墻及廊道等部位均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

堆石混凝土技術(shù)是近年來被受關(guān)注的一種新型壩筑技術(shù)，與傳統(tǒng)混凝土技術(shù)相比，具有節(jié)約50%以上水泥、縮短工期、簡化溫控、節(jié)省投資、促進節(jié)能減排、環(huán)境保護并保證工程質(zhì)量等優(yōu)點，近年來在國內(nèi)40多個水利水電工程中得到成功使用。根據(jù)即將頒發(fā)的堆石混凝土技術(shù)規(guī)范性文件《膠結(jié)顆粒筑壩技術(shù)導(dǎo)則》中關(guān)于“本導(dǎo)則適用于中、低壩膠結(jié)顆粒筑壩技術(shù)的設(shè)計和施工，壩高超過70m的壩應(yīng)進行專題研究”的規(guī)定，本電站大壩壩高為66m，屬中壩，從本電站壩址地形地質(zhì)條件、砂石料情況、簡化溫控設(shè)施、節(jié)省投資及環(huán)境保護等方面考慮，推薦采用堆石混凝土重力壩是適合本工程實際的，經(jīng)濟合理技術(shù)可行，能就地取材，體現(xiàn)了“宜材適構(gòu)”的設(shè)計理念。但是應(yīng)考慮到本電站大壩壩高66m，是目前國內(nèi)應(yīng)用堆石混凝土筑壩新技術(shù)最高的大壩，因此，在施工階段，應(yīng)在壩體防滲層、保護層、基礎(chǔ)墊層、分縫分塊及溫控等設(shè)計和施工方面進行重點研究。

［1］廣西南寧水利電力設(shè)計院.云南省綠春縣勐曼二級水電站工程可行性研究報告［R］.2011.

［2］DL/T5005—1992，碾壓混凝土壩設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］DL5108—1999，混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］DL/T5207—2005，水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］金峰，安雪暉，石建軍，等.堆石混凝土及堆石混凝土大壩［J］.水利學報，2005，36（11）:1347-1352.

［6］金峰，李樂，周虎，等.堆石混凝土絕熱溫升性能初步研究［J］.水利水電技術(shù)，2008，39（5）:59-63.

［7］張光斗，王光綸.水工建筑物［M］.北京：水利電力出版社，1994.

［8］華北水利學院.水工設(shè)計手冊（第5卷混凝土壩）［K］.北京：水利電力出版社，1989.

Selection of Rock-fill Concrete Dam Type of Mengman Second Cascade Hydropower Station

LU Bing-shan，PENG Zhang-chao
（Guangxi Nanning Design Institute of Water Conservancy&Hydropower，Nanning 530001，China）

After comprehensive comparison，concrete gravity dam was the selected dam type in Mengman second cascade hydropower station ordinary concrete，roller compacted concrete and rock-filled concrete were analyzed and compared from sides of investment，construction condition，temperature control，environment protection and risks，rock-fill concrete gravity dam was recommend finally.

hydropower dam；selection of dam type；rock-fill concrete gravity dam

TV4；TV641

A

1672-9900（2013）01-0050-04

2012-10-29

陸秉山（1966-），男（壯族），廣西南寧人，高級工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計與研究工作，（Tel）13807877846。