官地水電站攔河大壩上游圍堰設(shè)計(jì)

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，成都 610072)

1 概述

官地水電站總裝機(jī)容量4×600MW;水庫正常蓄水位1330.00m，為一等大 (1)型工程。樞紐建筑物主要由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪消能系統(tǒng)和右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)組成。

官地水電站導(dǎo)流建筑物級別為4級，大壩基坑初期導(dǎo)流采用全年斷流、圍堰擋水、隧洞導(dǎo)流等方式。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期20年，相應(yīng)洪水流量9780m3/s。左右岸各布置1條導(dǎo)流洞，導(dǎo)流洞為城門洞形，凈斷面尺寸為16m×19m(寬×高)，左、右岸導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)進(jìn)口高程1204.00m、出口高程1200.00m。根據(jù)選定的初期導(dǎo)流布置方案，上游圍堰堰前設(shè)計(jì)水位1247.93m，確定堰頂高程為1250.00m，最大堰高55.0m，頂寬10.0m，長271.7m。

2 工程地質(zhì)條件

上游圍堰軸線位于大壩軸線上游約200m處，枯水期江面寬122m，水深6～12m，河床左側(cè)為寬25～35m、長100～130m的漫灘。河床覆蓋層最深約33m，基巖巖性為P2β21杏仁狀玄武巖及斑狀玄武巖。根據(jù)覆蓋層結(jié)構(gòu)特征由上至下可分為三層:漂卵礫石層，孤塊碎石夾砂礫石層，卵礫石夾砂層。

左堰肩谷坡平均坡度35°。覆蓋層厚5～15m，為碎石土。邊坡基巖為P2β21杏仁狀玄武巖，少量斑狀玄武巖。

右堰肩谷坡平均坡度30°，基巖主要為P2β21杏仁狀玄武巖、斑狀玄武巖，少量P2β22杏仁狀玄武巖、斑狀玄武巖、致密狀玄武巖夾紫紅色凝灰?guī)r。

3 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上游圍堰為4級建筑物，按20年一遇流量9780m3/s設(shè)計(jì)時(shí)，上游水位為1247.93m?？紤]波浪爬高、壅高和安全超高，確定堰頂高程為1250.00m，最大堰高55m。上游圍堰與右岸過壩交通洞順接，聯(lián)系左右岸低線交通，設(shè)計(jì)堰頂寬度為10m。

3.1 堰型選擇

圍堰布置范圍內(nèi)的河床較寬闊，主河槽偏左岸，不對稱，寬高比為1.43，但兩岸覆蓋層較厚，巖體較破碎，滲透性強(qiáng)，不宜修建混凝土拱圍堰。由于混凝土圍堰方案基坑范圍與土石圍堰方案的相當(dāng)，不能達(dá)到縮短導(dǎo)流洞長度的目的。而土石圍堰能充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，既能適應(yīng)深厚覆蓋層基礎(chǔ)，又可使用大型施工設(shè)備進(jìn)行高強(qiáng)度堆筑，圍堰能夠在一個(gè)枯水期內(nèi)完建并擋水，故圍堰的型式推薦采用土石圍堰 (見表1)。

表1 導(dǎo)流建筑物特性比較

3.2 防滲型式選擇

3.2.1 堰基防滲

從工程進(jìn)度方面考慮，若采用塑性混凝土防滲墻，其基礎(chǔ)處理占用的工期偏長，工期要求緊;高壓噴射混凝土防滲墻突出的優(yōu)點(diǎn)是速度快，能保證圍堰按期完工擋水，但由于地質(zhì)條件因素受限，且考慮前期施工中下河棄渣中含有的大塊石與超徑石制約了高壓旋噴混凝土防滲墻的適用性。綜合分析，推薦采用工藝成熟、可靠、效果明顯的塑性混凝土防滲墻。

通過國內(nèi)工程實(shí)踐和大量研究認(rèn)為，圍堰采用高強(qiáng)度低模量的塑性混凝土防滲墻，墻的變形能與周圍土體變形協(xié)調(diào)，上覆荷載基本由墻與周圍土體均勻分擔(dān)，防滲墻的應(yīng)力狀態(tài)較好，因此，該階段堰基推薦塑性混凝土防滲墻。

基礎(chǔ)防滲采用塑性混凝土防滲墻與帷幕灌漿防滲相結(jié)合方式，見圖1。防滲墻施工平臺(tái)高程為1214.00m，混凝土防滲墻厚度0.8m、最大深度44.9m，嵌入基巖內(nèi)0.5m，墻下帷幕灌漿最大深度15.5m。除對兩岸混凝土底座下的基巖設(shè)置固結(jié)灌漿外，對基巖內(nèi)中等透水帶 (q≥10Lu)進(jìn)行帷幕灌漿處理。

3.2.2 堰體防滲

該工程碎石土料場位于下游溫泉堡村，儲(chǔ)量和質(zhì)量符合要求;但運(yùn)距遠(yuǎn) (距壩址約16km)，而且料源分散，須至少在三個(gè)料源點(diǎn)選取，而且全部占用農(nóng)田，需要移民，投資較高，且不利于環(huán)保。土工膜斜墻能較好地適應(yīng)圍堰變形，施工方便，相對投資較低，且滿足環(huán)保要求。由于圍堰堰體必須在一個(gè)枯水期建成，堰體堆筑總方量在100萬m3左右，2～3個(gè)月內(nèi)圍堰需上升的高度為35m，其施工強(qiáng)度大，對交通的要求高，工期較為緊張，宜采用施工速度快的結(jié)構(gòu)形式和防滲材料，運(yùn)用復(fù)合土工膜能較好地滿足上述要求。

3.2.3 堰肩防滲

根據(jù)地質(zhì)資料揭示，兩岸堰肩巖體較破碎、滲透性較強(qiáng)，為減少堰肩滲透量，對于強(qiáng)風(fēng)化強(qiáng)卸荷巖體采用固結(jié)和帷幕灌漿處理，見圖1。

圖1 上游圍堰基礎(chǔ)處理展示圖

灌漿平洞尺寸為3m×3.5m(寬×高)。左岸堰肩灌漿平洞長48m，帷幕灌漿最大造孔深度為33.11m。右岸堰肩灌漿平洞與過壩交通洞相結(jié)合，長26.0m，帷幕灌漿最大造孔深度為32.2m。

左岸混凝土底座基礎(chǔ)固結(jié)灌漿深度10m，右岸固結(jié)灌漿深度6m，灌漿孔間距3m、排距2m，灌漿壓力0.3～0.5MPa，以不抬動(dòng)基礎(chǔ)基巖和混凝土連接板為原則，通過灌漿試驗(yàn)最終確定。墻下帷幕灌漿孔間距1.5m，岸坡段帷幕灌漿孔間距2.0m，灌漿壓力1 ～2MPa。

3.3 結(jié)構(gòu)形式確定

上游圍堰迎水面坡比1∶2.25，考慮到交通要求，背水面布置有8m寬下基坑道路，坡比不陡于1∶1.8，最大底寬247.8m。堰體采用350g/0.8mm HDPE/350g的復(fù)合土工膜斜墻防滲，最大防滲高度36m，表面噴15cm厚混凝土進(jìn)行保護(hù)。上游圍堰堰體 (含防護(hù)層)總填筑量約為100.3萬m3。上游圍堰典型剖面見圖2。

圖2 上游圍堰典型剖面

3.4 堰體材料設(shè)計(jì)

根據(jù)堰體填筑的施工條件與施工時(shí)段，分為水上與水下填筑兩部分。

水上部分堰體由堆石料、過渡料、墊層料與塊石護(hù)坡組成;水下部分堰體由截流戧堤、過渡料、閉氣碎石土料、砂礫石料、石渣料、塊石護(hù)坡料、排水棱體鋼筋石籠和鋼筋鉛絲石籠等組成。除截流戧堤需單獨(dú)備料外，堰體填筑材料主要利用工程開挖的石渣料與渣場回采料、大橋溝天然料，經(jīng)過分選后用于堰體的各個(gè)不同部位。

堰體各個(gè)部位的填筑設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 填筑設(shè)計(jì)參數(shù)

4 設(shè)計(jì)調(diào)整

4.1 料源問題

因壩肩開挖進(jìn)度滯后，壩肩開挖料不能滿足截流和圍堰填筑施工需要;現(xiàn)場2-1號(hào)渣場料源雖然較多，但仍不能完全滿足圍堰施工，且含泥量偏高較多;2-2號(hào)渣場料源較少，且含泥量偏高較多;大橋溝河灘料級配不好，細(xì)料偏多，含泥量偏高。為滿足現(xiàn)場圍堰施工需要，相應(yīng)地采取了一系列措施:a上游圍堰減少A區(qū)料，相應(yīng)增加E區(qū)料;上下游圍堰C區(qū)料改用碎石土，以適應(yīng)工區(qū)料源情況;b背坡最大坡比由1∶1.6調(diào)整為1∶1.8;c上游圍堰右側(cè)E區(qū)增設(shè)土工格柵。

根據(jù)計(jì)算成果，需在上游圍堰下游坡右側(cè)中上部鋪設(shè)若干層土工格柵。選用單向粘焊土工格柵GDZ125，光老化等級Ⅳ級。其主要技術(shù)指標(biāo)為:a每延米縱向極限抗拉強(qiáng)度不小于125kN/m;b縱向標(biāo)稱抗拉強(qiáng)度下的伸長率不大于11%;c縱向2%伸長率時(shí)的拉伸力不小于60kN/m;d縱向5%伸長率時(shí)的拉伸力不小于90kN/m;e黏、焊點(diǎn)極限剝離力不小于30N。

4.2 計(jì)算復(fù)核

利用理正巖土系列5.3版，進(jìn)行堰體滲流穩(wěn)定分析與邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算。

根據(jù)《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》 (DL/T 5397—2007)分析穩(wěn)定滲流期和堰前水位驟降期圍堰邊坡的穩(wěn)定性，結(jié)果為堰體邊坡自身的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

根據(jù)大壩施工的實(shí)際情況，圍堰運(yùn)行期最不利時(shí)間汛期開挖到大壩建基面，上游水位為圍堰設(shè)計(jì)水位1247.93m，下游水位取1166.00m。計(jì)算成果見表3。

表3 圍堰邊坡抗滑穩(wěn)定成果分析

5 結(jié)語

a.官地水電站上游圍堰已經(jīng)過3個(gè)汛期的運(yùn)行考驗(yàn)，由其布設(shè)的5個(gè)外觀觀測墩和7支滲壓計(jì)等監(jiān)測結(jié)果分析，圍堰滿足工程需要，處于穩(wěn)定狀態(tài)，證明上游圍堰設(shè)計(jì)及調(diào)整是成功的。

b.上游圍堰最大高度55m，防滲墻最大深度約44.9m，防滲墻下部進(jìn)行帷幕灌漿，兩岸堰肩采用固結(jié)和帷幕灌漿結(jié)合的方式，這些斷面設(shè)計(jì)與防滲型式的確定為高土石壩設(shè)計(jì)提供了借鑒。

c.因現(xiàn)場料源不能滿足設(shè)計(jì)要求，使用土工格柵新型材料快速、經(jīng)濟(jì)地解決了工程的質(zhì)量和進(jìn)度問題，可以推廣應(yīng)用到其他類似工程。

［1］中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院．官地水電站可研(重編)報(bào)告施工組織設(shè)計(jì)［R］．2005．

［2］王金國，等．錦屏一級水電站圍堰優(yōu)化和調(diào)整研究［J］．四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版)，2010，42(2)．

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［5］DL/T 5397—2007水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［6］DL/T 5087—1999水電水利工程圍堰設(shè)計(jì)導(dǎo)則［S］．