浩口水電站工程碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)與優(yōu)化

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(重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶 北部新區(qū)，401120)

1 工程概況

浩口水電站工程位于重慶市武隆區(qū)、彭水縣、貴州省道真縣交界的芙蓉江浩口村河段，是一座Ⅲ等中型工程，是芙蓉江水電開發(fā)規(guī)劃的第11個(gè)梯級(jí)。浩口水電站壩址處控制集水面積7400km2，工程主要任務(wù)為發(fā)電。水庫(kù)正常蓄水位為352.0m，死水位349.0m，水庫(kù)總庫(kù)容8962萬(wàn)m3，具有日調(diào)節(jié)能力，電站裝機(jī)容量為135MW。

工程主要建筑物由大壩、引水系統(tǒng)、廠房等組成，浩口水庫(kù)大壩按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核，電站廠房按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核。壩址地段沖溝不發(fā)育。工程場(chǎng)地地震基本烈度為Ⅵ度。

2 碾壓混凝土重力壩布置

浩口水電站攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，壩軸線坐標(biāo)方位角為NW26°49′。壩軸線長(zhǎng)210.60m，壩頂高程356.5m，最大壩高84.5m，最大壩寬72.10m，建基面最低高程272.00m。整個(gè)大壩分為左、右擋水壩段和溢流壩段。共分9個(gè)壩段(見圖1)。左擋水壩段長(zhǎng)64.6m，壩頂寬9.0m，壩體上游面295.0m以上鉛直，以下為斜坡，坡比1∶0.2；下游面341.50m以下坡比1∶0.675。右擋水壩段長(zhǎng)59.0m，壩頂寬9.0m，壩體上游面295.0m以上鉛直，以下為斜坡，坡比1∶0.2；下游面341.50m以下坡比1∶0.725。溢流壩段長(zhǎng)87.0m。壩體上游面295.0m以上鉛直，以下為斜坡，坡比1∶0.2；堰面曲線接坡比為1∶0.7下游面壩坡。

圖1 大壩下游立視

溢流壩段總長(zhǎng)87.0m，溢流凈寬65.0m，堰頂高程331.0m。在堰頂設(shè)置5孔13m×21m的溢流表孔。表孔設(shè)5扇弧形工作門和1扇平面檢修門，5孔共用1扇檢修門。表孔中墩厚4.0m，邊墩厚3.0m，墩長(zhǎng)40.5m，邊墩下游接導(dǎo)墻延伸至消力池。溢流壩消能方式為寬尾墩+溢流面臺(tái)階+消力池的綜合消能方式。

3 壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 壩體材料分區(qū)

根據(jù)重力壩布置和不同工況的壩體應(yīng)力分布狀況及水文地質(zhì)條件，綜合考慮壩體孔口及各部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將大壩進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)，典型斷面詳見圖2和圖3。大壩混凝土分為7個(gè)區(qū)(未包括小范圍變態(tài)混凝土)，混凝土分區(qū)材料見表1；大壩主要部位混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)見表2。

圖2 擋水壩段典型剖面

圖3 溢流壩段典型剖面

表1 大壩碾壓混凝土分區(qū)

大壩上下游、廊道周邊、岸坡接觸部位等不易碾壓部位設(shè)0.5m～0.8m厚變態(tài)混凝土。

表2 大壩主要部位混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)

3.2 壩體防滲

大壩331m高程以下上游防滲層采用C9020W8F100二級(jí)配碾壓混凝土，厚度3.5m～5.38m。上游模板周邊采用變態(tài)混凝土防滲，變態(tài)混凝土厚度0.5m。擋水壩段331m高程以上采用全壩段C9015W6F50三級(jí)配碾壓混凝土防滲。溢流面下游結(jié)合抗沖刷采用C2830W8F100和C2825W8F100常態(tài)混凝土防滲。

3.3 壩體分縫及止水、排水

大壩壩軸線長(zhǎng)210.6m，共設(shè)置8條誘導(dǎo)縫，從左至右將壩體分為9個(gè)壩段。誘導(dǎo)縫最大間距29.0m，最小間距16.75m。

壩體誘導(dǎo)縫距上游壩面30cm設(shè)一道紫銅止水片，距上游面60cm處設(shè)一道紫銅止水片。溢流壩段下游設(shè)一道紫銅止水片，和上游連接成封閉圈。擋水下游設(shè)一道紫銅止水片，頂部高程335m。誘導(dǎo)縫縫面設(shè)計(jì)采用切縫形成，切縫長(zhǎng)度不小于壩體寬度的2/3。止水銅片外側(cè)嵌填瀝青杉木板，切縫中間嵌填彩條布。

壩體排水管布置在靠上游側(cè)壩面緊靠二級(jí)配防滲碾壓混凝土之后，自左岸到右岸形成壩體排水幕。壩體上游排水管間距3m，采用塑料盲管和拔管形成，孔徑150mm。其中，溢流壩段排水管頂部設(shè)至326.0m高程；左右岸擋水壩段設(shè)至356.0m高程。考慮到下游尾水高，正常尾水位以下水深33.25m，因此，在溢流壩段壩體下游側(cè)設(shè)一排排水管，排水管頂部高程303.0m，排水管間距3m，管徑150mm，排水管底部接至廊道內(nèi)，形成排水通道。

3.4 壩基防滲與排水

本工程壩高較高，屬于高壩，壩基防滲按Q<3Lu。兩岸帷幕底界按相對(duì)不透水層Q<3Lu控制，河床帷幕底界按0.4倍壩前水深控制，河床底界高程230.0m。

考慮施工方便和帷幕搭接，在280.8m高程布置壩內(nèi)灌漿廊道，在302.0m和356.5m高程分別布置兩層灌漿平硐，以形成上下銜接的整體防滲帷幕。壩頂356.5m灌漿平洞斷面尺寸為3.0m×3.5m(寬×高)；302m灌漿平洞斷面尺寸為3.0m×3.5m。壩基帷幕灌漿，高程302m以下按雙排孔設(shè)計(jì)，孔距2.0m、排距1.00m，302m以上按單排孔設(shè)計(jì)，孔距2.00m。上下層帷幕間設(shè)搭接帷幕，搭接帷幕設(shè)2排，間距0.62m，孔距同主帷幕。主帷幕穿導(dǎo)流洞和引水隧洞段，在隧洞內(nèi)沿帷幕線鉆孔和主帷幕搭接。防滲線左岸長(zhǎng)84m，右岸長(zhǎng)163m，帷幕線總長(zhǎng)468m，防滲面積2.6073萬(wàn)m2。

壩基設(shè)置三排基礎(chǔ)排水。主排水孔布置于緊靠帷幕下游側(cè)，孔深按帷幕0.5倍考慮，孔深24.0m～39m，孔距為3.0m；2排副排水孔分別布置于B0+016和B0+050排水廊道中，第二排孔深8m～10.0m，第三排孔深7m，孔距均為3.0m?？紤]大壩下游水深較深，為降低大壩揚(yáng)壓力，保證大壩抗滑穩(wěn)定可靠性，在溢流壩段下游設(shè)一排深固結(jié)孔兼作帷幕孔，帷幕孔深入巖石15m。

3.5 大壩基礎(chǔ)處理

河床壩基置于弱風(fēng)化中下部基巖上，局部置于微風(fēng)化基巖上，河床最大壩高處基礎(chǔ)高程272.0m。為了使壩基具有足夠的整體性和均勻性，根據(jù)開挖后壩基聲波測(cè)試和巖體取樣試驗(yàn)成果，對(duì)壩基采取針對(duì)性固結(jié)灌漿。河床壩段固結(jié)灌漿范圍為壩踵下游和壩趾上游，中部未進(jìn)行處理。河床壩段固結(jié)灌漿深度為5m～8m，間排距3.0m×3.0m，梅花形布置。擋水壩段固結(jié)灌漿深度5.0m，間排距3.0m×3.0m，梅花形布置，其中左岸300m高程以上壩基斜面未進(jìn)行固結(jié)灌漿。

對(duì)于大壩左右岸壩基陡傾坡面且高差大于3m的邊坡范圍內(nèi)設(shè)置接觸灌漿，接觸灌漿各灌漿區(qū)面積≤200m2。在高程300m以下接觸灌漿孔深0.5m，在300m以上接觸灌漿孔深1.0m，所有灌漿孔間排距3.0m×3.0m，梅花形布置。灌漿管路采用預(yù)埋并引至壩后。

4 大壩設(shè)計(jì)特點(diǎn)及優(yōu)化

4.1 簡(jiǎn)化混凝土分區(qū)、盡量采用預(yù)制結(jié)構(gòu)

考慮壩址河谷狹窄，碾壓混凝土倉(cāng)面相對(duì)較小，為保證混凝土施工質(zhì)量的同時(shí)又能加快施工速度，設(shè)計(jì)時(shí)盡量簡(jiǎn)化混凝土分區(qū)以減小不同碾壓混凝土入倉(cāng)和異種混凝土施工干擾。

(1)擋水壩段331m高程以上采用全三級(jí)配C15碾壓混凝土，減少混凝土生產(chǎn)和入倉(cāng)交叉干擾；

(2)取消檢修門庫(kù)，使擋水壩段全段面施工；

(3)廊道采用預(yù)制結(jié)構(gòu)。吊裝預(yù)制廊道后直接碾壓混凝土，減少了廊道施工工期；

(4)閘墩聯(lián)系大梁采用疊梁。先預(yù)制下部結(jié)構(gòu)，上部再現(xiàn)澆，減少了搭設(shè)排架和立模工期，同時(shí)降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 大壩優(yōu)化

根據(jù)開挖后壩基聲波測(cè)試和巖體取樣試驗(yàn)成果，大壩建基面從可研階段最低高程265m提高到272m，最大壩高由91.5m優(yōu)化到84.5m。減少壩基石方開挖4.4萬(wàn)m3、混凝土澆4.2萬(wàn)m3，縮短工期1.5個(gè)月，節(jié)省投資1426萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

浩口水電站于2014年12月1日正式開工，2015年10月工程截流。截止2017年10月10日下閘蓄水，12月30日三臺(tái)機(jī)全部投產(chǎn)發(fā)電，比計(jì)劃工期提前6個(gè)月。浩口水電站的碾壓混凝土壩，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)研究，對(duì)材料分區(qū)以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，盡量發(fā)揮了碾壓混凝土施工的優(yōu)點(diǎn)，加快了施工進(jìn)度，為中小型碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)及施工提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。