某水電站壩型比選設計

譚志軍，姜軍，宋國付

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021；2.國家電網(wǎng)公司東北分部，遼寧沈陽110000）

某水電站壩型比選設計

譚志軍1，姜軍1，宋國付2

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021；2.國家電網(wǎng)公司東北分部，遼寧沈陽110000）

文中主要對某水電站工程的壩型進行比選，針對碾壓混凝土重力壩和常態(tài)混凝土重力壩這兩種有代表性壩型，綜合比較兩種壩型的優(yōu)缺點，優(yōu)選出合適的壩型。

水電站；壩型比選；混凝土重力壩；碾壓混凝土重力壩

1 工程概況

某水電站工程等別為一等工程，工程規(guī)模為大（1）型，攔河壩為1級建筑物，壩后式電站廠房及開關站為2級建筑物，其他建筑物為3級建筑物。大壩按500年一遇洪水設計，5 000年一遇洪水校核；壩后電站廠房、開關站按100年一遇洪水設計，500年一遇洪水校核；消能防沖建筑物按100年一遇洪水設計，5 000年一遇洪水校核。電站裝機4臺，總裝機容量為300 MW。水庫正常蓄水位425.00 m，設計洪水位為425.61 m，校核洪水位為428.26 m，相應總庫容18.03×108m3，死水位397.00 m。

樞紐工程主要建筑物由左、右岸擋水壩段、溢流壩段、導流壩段、廠房引水壩段及壩后式廠房組成。大壩由左岸擋水壩段、溢流壩段、導流壩段、廠房引水壩段及右岸擋水壩段組成，共分31個壩段，壩頂高程430.80 m，最大壩高102.8 m，壩頂全長522 m。溢流壩段布置于主河床，布置11孔開敞式溢流壩。廠房引水壩段布置于主河床偏右岸，布置4孔壩式發(fā)電引水進水口，4臺水輪發(fā)電機組布置于右岸壩后廠房內(nèi)。導流壩段位于廠房引水壩段和溢流壩段之間，共設3孔。

2 壩型適宜性及擬定

根據(jù)壩址地形條件分析，壩址處河谷較寬，寬高比（壩頂高程處的河谷寬度與最大壩段的比值）為5.2，基本不適合修建拱壩。

從巖體強度及變形性能方面考慮，滿足修建重力壩和土石壩的要求。工程地質(zhì)條件較好，地形坡度一般小于3°，近漫灘部位15°左右，覆蓋層主要為卵石和細砂，厚度一般0.5～2 m。基巖為巨厚層狀安山質(zhì)碎屑凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝巖熔巖及少量安山巖脈，均為硬質(zhì)巖。右岸山坡地形坡度一般30°～40°，局部地形坡度可達60°以上，左岸山坡高程440 m以下坡度約35°。若修建土石壩，該地形地質(zhì)條件不具備布置岸邊溢洪道的條件，泄水建筑物如采用泄洪洞則需要多排大洞徑泄洪洞，不僅地形不足，而且施工困難。考慮到上游梯級水電站均是重力壩，故壩型采用混凝土重力壩較為合適，覆蓋層較薄且能夠有效利用河床寬度布置泄水和發(fā)電建筑物，即泄水建筑物采用溢流壩、電站廠房采用壩后式地面廠房、兩岸擋水建筑物采用混凝土壩。根據(jù)混凝土重力壩施工方法和膠凝材料配比的不同，分別考慮了碾壓混凝土壩壩型方案及常態(tài)混凝土壩壩型方案進行比較。綜上所述，最終擬定比選壩型方案為：

方案一：擋水壩、溢流壩和廠房引水壩段均采用碾壓混凝土重力壩型，稱為碾壓混凝土壩型。

根據(jù)壩址處的地形、地質(zhì)條件、碾壓混凝土重力壩的壩軸線布置成折線，右岸及主河床段壩軸線方位角NE15°，左岸轉(zhuǎn)為SW212.02°。

主河床布置11孔開敞式溢流壩段，每孔凈寬12 m，跨壩縫布置，閘墩厚3 m，共12個溢流壩段總長180 m。溢流壩采用差動鼻坎消能，高坎頂高程364.55 m，低坎頂高程362.55 m，挑角分別為30°和20°，相應反弧半徑為21.3 m和25.0 m，梳齒寬度為2.0 m和1.75 m。右岸廠房引水壩段寬18 m，總長72 m。進水口壩段與溢流壩段間布置27 m寬擋水壩段兼導流底孔壩段。右岸布置1號～6號擋水壩段，總長117 m。左岸布置7個擋水壩段（25～31號），總長126 m。

進水口壩段與溢流壩段之間，設置3個導流底孔，擋水壩段布置2孔，溢流壩段布置1孔，跨壩縫布置。導流底孔底板高程340 m，進口高度21 m，寬度9 m，出口高度14.20 m。固定卷揚機啟閉平臺高程398 m，下設鎖定平臺高程365 m。下閘蓄水后封堵底孔。

廠房總裝機300 MW，機組臺數(shù)4臺，單機容量75 MW，廠區(qū)樞紐建筑物主要由主廠房（主機間和安裝間）、上游副廠房、尾水副廠房、尾水渠、開關站、廠前區(qū)及進廠公路組成。發(fā)電廠房為壩后式地面廠房，布置在右岸壩下。主機間尺寸76 m×22 m×50.78 m（長×寬×高），廠內(nèi)設有4臺立軸混流式水輪機和與之配套的發(fā)電機組，機組間距18 m。

方案二：擋水壩、溢流壩和廠房引水壩段均采用常態(tài)混凝土重力壩型，稱為常態(tài)混凝土壩型。

常態(tài)混凝土壩型樞紐布置方案與碾壓混凝土壩型樞紐布置相同，混凝土分區(qū)僅將碾壓混凝土改為相應標號的常態(tài)混凝土，僅壩體施工方法和混凝土膠凝材料配比不同。常態(tài)混凝土壩結(jié)構(gòu)型式唯有需要設置縱縫，縱縫的間距為30 m。

3 壩型比選各方案優(yōu)缺點分析

3.1 地形地質(zhì)條件方面比較

壩址處河谷較寬，工程地質(zhì)條件較好，地形坡度一般小于3°，近漫灘部位15°左右，覆蓋層主要為卵石和細砂，厚度一般0.5～2 m?；鶐r為巨厚層狀安山質(zhì)碎屑凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝巖熔巖及少量安山巖脈，均為硬質(zhì)巖。右岸山坡地形坡度一般30°～40°，局部地形坡度可達60°以上，左岸山坡高程440 m以下坡度約35°。從地形地質(zhì)條件方面比較，根據(jù)樞紐布置要求，壩型比選無制約性因素。

3.2 樞紐布置及建筑物結(jié)構(gòu)方面比較

由于溢流壩段、廠房引水壩段及發(fā)電廠房均布置在主河床，并且均為混凝土壩段，布置條件一致，因此從泄水建筑物及發(fā)電、引水建筑物比較，兩方案是相同的。從擋水建筑物方面，兩方案基本相同。從樞紐布置上，兩方案基本相同。

3.3 運行管理條件方面比較

從運行角度看，各方案泄洪、發(fā)電條件相同，沒有任何區(qū)別。

兩方案壩型單一，均為混凝土壩，日常管理及維護較為便利。

3.4 施工方面比較

兩方案在施工導流、施工交通和施工布置上基本一致。兩種壩型的主要差別有：

1）混凝土澆筑施工方法不同。碾壓混凝土壩采用自卸汽車直接入倉、負壓溜槽+自卸汽車運輸及膠帶機+自卸汽車運輸，倉面碾壓的施工方法，常態(tài)混凝土壩采用自卸汽車運輸，起重機吊罐入倉，人工振搗的施工方法。碾壓混凝土壩施工機械化程度高。

2）混凝土澆筑倉面不同?；炷翝仓}面分區(qū)主要受溫度控制影響。碾壓混凝土直接鋪筑層間間隔時間：常溫季節(jié)為6.0 h，高溫季節(jié)為4.0 h；常態(tài)混凝土直接鋪筑層間間隔時間：常溫季節(jié)為4.0 h，高溫季節(jié)為2.5 h。所以碾壓混凝土壩更適宜劃分較大倉面，進而加快混凝土澆筑速度。

3）壩體縱縫設置不同。兩種壩型的斷面尺寸基本一致，根據(jù)工程所在地的氣溫條件及溫控要求，以及參考國內(nèi)外類似工程規(guī)模的施工經(jīng)驗，碾壓混凝土壩不用設置縱縫，常態(tài)混凝土壩最大厚度超過40 m，宜設置縱縫。所以常態(tài)混凝土壩增加了壩體接縫灌漿工程量，并且接縫灌漿時縱縫兩側(cè)壩體混凝土齡期，在采取有效措施后不宜小于4個月，灌漿漿液達到預期強度后，壩體方能擋水受力等條件要求，使常態(tài)混凝土壩壩體上升速度受限制，從而降低混凝土澆筑速度。

根據(jù)以上兩個壩型的施工方案，合理分析施工總進度，碾壓混凝土壩較常態(tài)混凝土壩工期短12個月，首批機組發(fā)電早12個月，能夠較早地獲得發(fā)電效益，增加1年發(fā)電量8.48億kW·h，節(jié)省了建設管理費用。

3.5 樞紐建筑物工程量及投資方面比較

從工程量及投資角度看，碾壓混凝土重力壩方案，較常態(tài)混凝土重力壩方案節(jié)省了3 600萬元，并且提前1年的發(fā)電效益，具有一定的經(jīng)濟性。

4 結(jié)語

文中主要針對某水電站的壩型設計，比選了碾壓混凝土重力壩和常態(tài)混凝土重力壩這兩種壩型，選擇經(jīng)濟上合理、技術上可行的碾壓混凝土重力壩方案，為同類工程設計壩型比選提供借鑒。

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