瀑布溝水電站石料平衡設(shè)計(jì)

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(中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都 610072)

1 工程概況

瀑布溝水電站位于大渡河中游的四川省漢源縣及甘洛縣境內(nèi)，是一座以發(fā)電為主，兼具防洪、攔沙等綜合利用效益的大型水電工程，總裝機(jī)3600MW。

電站樞紐由碎石土心墻堆石壩、左岸地下廠房系統(tǒng)、左岸岸邊開敞式溢洪道、左岸泄洪洞、右岸放空洞及尼日河引水工程等建筑物組成。

碎石土心墻堆石壩最大壩高186m，壩體建基面高程670.00m，壩頂高程856.00m，壩頂寬14m，上游邊坡1∶2、1∶2.25，下游邊坡1∶1.8。碎石土心墻的頂高程為854.00m，頂寬6m，上、下游邊坡均為1∶0.25，心墻上、下游面均設(shè)有反濾層，反濾層以外為過渡料和壩殼料。心墻底高程670.00m下接兩道厚1.2m、間隔12m的插入式混凝土防滲墻，最大墻深78m。心墻內(nèi)在675.00m高程處設(shè)有灌漿廊道。

大壩填筑主要工程量見下頁(yè)表1。

表1 大壩填筑主要工程量 單位：萬m3

2 開挖料利用

壩址附近有兩個(gè)石料場(chǎng)：上游加里俄呷石料場(chǎng)和下游卡爾溝石料場(chǎng)。石料場(chǎng)的質(zhì)量和儲(chǔ)量均能夠滿足大壩填筑要求。壩址附近無天然砂石料，因此混凝土骨料及反濾料采用人工砂石骨料。根據(jù)地質(zhì)資料，壩址區(qū)內(nèi)可利用的人工骨料場(chǎng)為壩址附近石料場(chǎng)和該工程地下洞室開挖石渣。為降低工程造價(jià)，利用地下洞室群的開挖石渣作為砂石加工廠加工砂石骨料和壩體過渡區(qū)的填筑料，反濾料由石料場(chǎng)開采加工。

該工程大壩壩基、溢洪道、引水發(fā)電系統(tǒng)、泄洪洞、放空洞及導(dǎo)流洞等建筑物有大量的開挖石渣。除地下洞室開挖石渣外，還有大量的明挖石渣，能滿足圍堰、大壩次堆石及下游壩體壓重的填筑要求。因此，為減少工程投資，在滿足大壩設(shè)計(jì)要求的前提下，考慮盡量利用開挖石渣填筑壩體。

2.1 工程建筑物開挖料概況

該工程導(dǎo)流及主體建筑物土石明挖1379萬m3，其中石方開挖629.64萬m3。地下工程石方洞挖417.9m3。各主要建筑物巖石的地質(zhì)條件及物理性質(zhì)如下：

a.大壩基礎(chǔ)。壩址兩岸谷坡一般為35°～55°，河谷狹窄，谷坡陡峻，左岸壩肩巖性主要為弱風(fēng)化和弱卸荷的中粗?；◢弾r，無強(qiáng)風(fēng)化巖石分布。右岸壩肩為玄武巖和凝灰?guī)r兩種巖體。玄武巖可滿足筑壩要求。凝灰?guī)r層面、節(jié)理裂隙等軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育，抗風(fēng)化、抗水性能差，巖體完整性差。

b.溢洪道。位于左岸壩肩斜坡Ⅳ級(jí)階地平臺(tái)，地勢(shì)相對(duì)較平坦，但該階地平緩地形為早期古河道流經(jīng)之地，古河道沖積、堆積物深厚，兩側(cè)花崗巖巖體風(fēng)化卸荷較強(qiáng)，巖體質(zhì)量較差。根據(jù)分析計(jì)算，強(qiáng)風(fēng)化巖石約占20%，其余為弱風(fēng)化中粗花崗巖。

c.引水發(fā)電建筑物。地下廠房系統(tǒng)巖性為單一的中粗?；◢弾r，巖體內(nèi)無大的斷層分布，完整性好，洞挖巖石為新鮮—微風(fēng)化巖石。進(jìn)水口巖石為弱風(fēng)化巖石，屬?gòu)?qiáng)卸荷和弱卸荷范圍。尾水隧洞出口段巖石約有15%為強(qiáng)風(fēng)化巖石，其余為弱風(fēng)化巖石。開關(guān)站巖體主要為弱風(fēng)化花崗巖，局部存在強(qiáng)風(fēng)化夾層。

d.泄洪洞。泄洪洞進(jìn)口位于左岸進(jìn)水口上游約300m，隧洞沿線山體雄厚，圍巖巖性以中粗粒花崗巖為主，出口挑流段由流紋斑巖組成，沿線無大的斷層或控制性軟弱結(jié)構(gòu)面，洞身圍巖以微風(fēng)化—新鮮花崗巖為主，巖體一般呈塊狀—整體結(jié)構(gòu)；進(jìn)、出口巖石為弱風(fēng)化巖石，由強(qiáng)卸荷和弱卸荷花崗巖組成。

e.放空洞。放空洞布置于右岸條形山體內(nèi)，洞身通過的巖性自上游至下游依次為淺變質(zhì)玄武巖、凝灰?guī)r和花崗巖，巖石呈新鮮—微風(fēng)化。經(jīng)分析計(jì)算，隧洞圍巖約30%是凝灰?guī)r，進(jìn)口巖體為淺變質(zhì)玄武巖，屬弱風(fēng)化弱卸荷區(qū)，出口為弱風(fēng)化花崗巖。

f.導(dǎo)流洞。導(dǎo)流洞設(shè)于地下廠房與河床之間，洞身除160m長(zhǎng)段由玄武巖組成外，其余為巖性單一的花崗巖，圍巖主要為新鮮—微風(fēng)化巖石。進(jìn)口和出口段巖石呈弱風(fēng)化狀態(tài)。

g.尼日河引水系統(tǒng)。尼日河引水系統(tǒng)首部巖石開挖料巖性主要為凝灰質(zhì)砂巖，洞挖料主要為凝灰?guī)r、花崗巖。

2.2 開挖料使用原則

對(duì)工程開挖石渣的上壩使用原則，主要考慮在滿足施工方便、組織容易、填料質(zhì)量保證的條件下盡可能利用。

a.覆蓋層、強(qiáng)風(fēng)化料不用。

b.分布零星、不易分選者，不作為壩體填筑料。

c.因開挖工藝，使可用料與不可用料容易混雜，為不可用料。

d.凝灰?guī)r不能作為壩體填料。

e.臨建工程開挖料及巖石明挖施工附加量由于數(shù)量小、不易集中，不考慮使用。

由于壩肩開挖厚度薄，施工中分層開挖時(shí)，對(duì)覆蓋層和巖石可用與不可用料難以分離，該部位開挖料不考慮作為大壩填筑料。尼日河引水系統(tǒng)因開挖料質(zhì)量符合要求的量少、分布零星，且不易分離堆存和管理，故也考慮該開挖料不作為大壩填筑料。其他部位的開挖料，根據(jù)總進(jìn)度安排及開挖質(zhì)量的要求，在合理的時(shí)段內(nèi)考慮其開挖料作為工程的填筑料使用。

在工程利用開挖料時(shí)，還須考慮到下列物料損耗因素：

a.斷層和軟弱結(jié)構(gòu)面。

b.可用巖體和不可用巖體在多數(shù)情況下并不分明，剝除不可用巖體時(shí)，將可用巖體挖除一部分。

c.明挖采用梯段爆破時(shí)，導(dǎo)致部分可用巖石舍棄。

d.爆破飛石和炸碎損失。

e.施工組織不力可能帶來的損失。

根據(jù)工程施工總進(jìn)度的安排，前期工程用于場(chǎng)地填筑和平整的，按不可用料處理。

按上述原則及各主要建筑物巖石條件，巖石明挖可上壩利用量349.52萬m3，占巖石明挖總量的55.5%。巖石洞挖可利用量341.33萬m3，占巖石洞挖總量的81.7%。明挖、洞挖可利用總量690.85萬m3，占石方開挖總量的65.95%(見表2)。

表2 各單項(xiàng)工程石方開挖量可用巖統(tǒng)計(jì) 單位：萬m3

2.3 壩料供料規(guī)劃

2.3.1 反濾料

由于壩址附近無天然砂石料，故壩體反濾料全部采用人工砂石廠生產(chǎn)的人工骨料，共計(jì)146.21萬m3(壓實(shí)方)。料源來自卡爾溝石料場(chǎng)。

2.3.2 壩殼料

根據(jù)大壩設(shè)計(jì)，過渡料和堆石料均可采用石料場(chǎng)開采或工程開挖的花崗巖、玄武巖。

過渡料粒徑要求D100≤300mm，壩工結(jié)構(gòu)要求盡量利用新鮮巖石；堆石料粒徑要求D100≤800mm，采用新鮮或微風(fēng)化的花崗巖、玄武巖，弱風(fēng)化巖石可用在下游壩殼料700.00m高程以上次堆石部位、與壩體結(jié)合的上游圍堰及壩體下游壓重區(qū)。

按照大壩設(shè)計(jì)要求，結(jié)合施工因素，洞挖爆破巖石粒徑小、巖石新鮮，應(yīng)首先滿足覺托砂石加工廠料源需要，剩余部分用于壩體上下游過渡區(qū)填料，不足部分分別從加里俄呷料場(chǎng)和卡爾溝料場(chǎng)開采。工程洞挖可利用量341.33萬m3(自然方)，考慮開挖、運(yùn)輸?shù)纫蛩?，?shí)際可利用量為299.41萬m3。覺托砂石加工廠混凝土骨料料源需要212.73萬m3(自然方)，剩余部分折合成壓實(shí)方113.55萬m3，考慮堆存、運(yùn)輸損耗，實(shí)際方量為108.14萬m3。壩體上游過渡料填筑需要量145.41萬m3(壓實(shí)方)，可充分利用洞挖剩余渣料，不足的過渡料由加里俄呷料場(chǎng)提供。

工程明挖巖石屬微—弱風(fēng)化部分，粒徑大，明挖料直接上壩，落哈渣場(chǎng)回采部分用于壩體下游700.00m高程以上次堆石填筑部位及下游壩體壓重區(qū)，三谷莊渣場(chǎng)回采部分用作上游圍堰堆筑料，相應(yīng)的工程量分別為281.83萬m3、73.01萬m3和89.24萬m3(壓實(shí)方)，合計(jì)444.08萬m3(壓實(shí)方)。工程明挖可利用量349.52萬m3(自然方)，考慮開挖、運(yùn)輸及二次倒運(yùn)等因素造成的材料損耗，折合成壓實(shí)方339.16萬m3。下游壩體次堆石區(qū)部分料還需要從料場(chǎng)開采上壩填筑。

為減小施工干擾，保證防滲心墻的填筑質(zhì)量，上、下游壩殼料分別由上、下游石料場(chǎng)供料。壩體上游壩殼料填量585.16萬m3(壓實(shí)方)由加里俄呷料場(chǎng)供應(yīng)，該料場(chǎng)還負(fù)擔(dān)上游過渡料37.32萬m3(壓實(shí)方)和上游塊石護(hù)坡15.30萬m3(實(shí)方)的料源。料場(chǎng)共需開采545.60萬m3(自然方)，根據(jù)開采布置方案計(jì)算料場(chǎng)有效儲(chǔ)量975萬m3，開采量占有效儲(chǔ)量的56.0%。

壩體下游填筑工程量主要為主堆石料311.08萬m3(壓實(shí)方)、次堆石料281.83萬m3(壓實(shí)方)、下游大塊石護(hù)坡15.97萬m3(壓實(shí)方)及壓重區(qū)73.01萬m3(壓實(shí)方)，合計(jì)681.89萬m3(壓實(shí)方)。其中采用工程明挖石渣填筑量249.92萬m3(壓實(shí)方)，余下431.97萬m3(壓實(shí)方)由卡爾溝料場(chǎng)供應(yīng)，該料場(chǎng)還負(fù)擔(dān)下游過渡料152.82萬m3(壓實(shí)方)料源、卡爾溝砂石加工廠349萬m3(自然方)人工骨料(含反濾料)料源?？紤]開采、運(yùn)輸、上壩等施工環(huán)節(jié)損耗，料場(chǎng)需開采量為654.98萬m3(自然方)，料場(chǎng)有效儲(chǔ)量1200萬m3，開采量占儲(chǔ)量的55.0%。

3 結(jié) 語

根據(jù)對(duì)工程石料平衡設(shè)計(jì)，有效地利用了工程建筑物開挖料，減少了石料場(chǎng)開采量，縮小了渣場(chǎng)占地面積，降低了工程造價(jià)。

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