云南金漢拉扎水電站大壩設(shè)計

(長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010)

1 工程概況

金漢拉扎水電站位于云南省迪慶州香格里拉縣東部的洛吉鄉(xiāng)境內(nèi)，主要建筑物由擋泄水建筑物、引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房三大部分組成。項目為日調(diào)節(jié)電站，裝機(jī)容量58 MW，擋水建筑物、引水系統(tǒng)及電站廠房等為3級建筑物?；炷灵l壩50 a一遇設(shè)計洪水流量255 m3/s，500 a一遇校核洪水流量448 m3/s。壩址位于尼汝河金漢拉扎附近，下距尼汝河第一大支流洛吉河河口約12 km，距洛吉鄉(xiāng)政府15 km；引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房均位于尼汝河右岸，電站廠房下距洛吉河河口約 0.2 km。壩址控制流域面積457.1 km2，多年平均流量11.6 m3/s，正常蓄水位2 325 m，最大壩高22 m，最大發(fā)電水頭420 m，裝機(jī)容量2×29 MW，多年平均發(fā)電量 2.65億kW·h。

2 壩址區(qū)地形地質(zhì)條件

壩址區(qū)屬深切割高山峽谷地形，河道較狹窄，水流湍急，兩岸無沖溝發(fā)育。壩址區(qū)河流流向約153°，壩線附近河水位2 308 m(2005年1月15日)，河水面寬約14 m，水深1.8 m左右。左岸地形陡峻，岸坡坡度53°左右。右岸地形下緩上陡，高程2 325 m以下為緩坡地帶，坡度10°～24°；高程2 322 m以上地形逐漸變陡，高程2 325～2 345 m，坡度35°～43°；高程2 345 m以上約51°。

壩址區(qū)出露的基巖為華力西期侵入輝綠巖體，第四系覆蓋層主要為沖積、崩沖積、崩坡堆積和冰川堆積。其中，建筑物基礎(chǔ)以下沖積堆積(alQ)為砂礫卵石夾塊石、漂石，略具分選性，砂礫卵石磨圓度較好，以圓狀、次圓狀為主，塊石、漂石為次棱角狀、棱角狀，其主要成份為灰?guī)r、玄武巖、輝綠巖、板巖等。崩沖積厚35～43 m，上部15～21 m為砂礫卵石夾漂石、碎塊石，下部20～22 m為漂石含砂礫卵石夾一層厚約5 m的碎石混合土。崩沖堆積(col+alQ)厚3～8 m，分布于尼汝河岸邊緩坡地帶，主要為砂礫卵石、混合土碎塊石及漂石，其主要成份為玄武巖、輝綠巖、灰?guī)r等。土體物理力學(xué)參數(shù)值見表1。

表1 壩基土體物理力學(xué)參數(shù)值

3 壩型選擇及首部樞紐布置

3.1 壩型選擇

根據(jù)壩址地形、地質(zhì)條件，研究了能夠適應(yīng)本壩區(qū)地形地質(zhì)條件的混凝土溢流壩和塑性混凝土防滲心墻堆石壩兩種方案。混凝土溢流壩方案的樞紐布置由河床布置的混凝土溢流壩、泄洪沖沙消能建筑物和右岸布置的引水隧洞及電站廠房等組成。塑性混凝土防滲心墻堆石壩方案的樞紐布置由塑性混凝土防滲心墻堆石壩、左岸泄洪洞、右岸沖沙泄洪洞和右岸布置的引水隧洞及電站廠房等組成。

兩種方案比較結(jié)果表明，塑性混凝土防滲心墻堆石壩能充分利用泄洪洞開挖料及當(dāng)?shù)夭牧?，施工簡單便利，施工時不需另建上下游圍堰及導(dǎo)流洞，對變形和沉降要求較低。但該方案排沙相對較差，泄洪洞和沖沙洞的成洞條件均不佳，進(jìn)出口邊坡較高?；炷烈缌鲏畏桨覆捎瞄_敞式溢流堰與沖沙閘泄洪結(jié)合，可以較好地解決泄洪沖沙問題，保持引水口前“門前清”，適應(yīng)山區(qū)河流暴漲暴落的特點。采用河床分期導(dǎo)流，不需另設(shè)導(dǎo)流洞，邊坡開挖和支護(hù)工程量較小。但攔河壩座落在砂卵石層上，抗滑穩(wěn)定和基礎(chǔ)防滲相對復(fù)雜。綜合考慮，混凝土溢流壩方案后期運(yùn)行管理較為簡單靈活，施工期開挖范圍小，對原地貌改變少，對環(huán)境保護(hù)和水土保持更有利，因而選定混凝土溢流壩方案。

表2 溢流壩整體穩(wěn)定、應(yīng)力計算成果

3.2 首部樞紐布置

首部樞紐擋水建筑物從左到右依次為混凝土壩、沖沙閘和右岸連接段等，河床壩段上游布置鋪蓋，下游布置消力池和海漫，溢流壩右側(cè)墩墻內(nèi)設(shè)生態(tài)供水管，右岸壩肩上游側(cè)布置取水槽和進(jìn)水塔。泄洪、沖沙建筑物由寬46 m的開敞式溢流堰及孔口5 m×4 m(寬×高)的沖沙閘組成，下游采用底流消能型式。河床壩段壩基防滲采用混凝土防滲墻，墻底深入基巖1 m，兩岸巖石基礎(chǔ)則采用灌漿帷幕防滲。

4 混凝土壩設(shè)計

混凝土壩段長62.5 m，分為4個壩段，溢流前緣長46 m，堰頂高程2 325 m，建基面最低高程2 303.5 m,上游坡比1∶1，下游坡比1∶0.8，直線段下部與半徑 7.5 m的反弧段相切，然后與下游護(hù)坦相接。溢流壩段壩身底部和上游迎水面采用C25混凝土，溢流面采用1 m厚C35混凝土，壩體內(nèi)部最初采用埋石混凝土，施工期間為加快施工進(jìn)度，將埋石混凝土改為C15素混凝土。

混凝土壩位于砂卵石基礎(chǔ)上，由于混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范中沒有覆蓋層上進(jìn)行重力壩設(shè)計的控制標(biāo)準(zhǔn)，因此按水閘設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定[1]，分析了溢流壩施工完建期和正常運(yùn)行期的抗滑穩(wěn)定和基底應(yīng)力，計算典型剖面如圖1所示。

圖1 計算典型剖面

考慮的荷載主要有結(jié)構(gòu)自重、水重、水壓力、浪壓力、泥沙壓力、基底揚(yáng)壓力及地震荷載等。其中滲透壓力折減系數(shù)取0.6，水平向地震設(shè)計加速度為0.1g，地震作用效應(yīng)折減系數(shù)為 0.5。各工況下壩基應(yīng)力和抗滑穩(wěn)定成果見表2。

計算結(jié)果表明，在各種工況下，壩體整體抗滑穩(wěn)定、基底應(yīng)力和基底應(yīng)力不均勻系數(shù)等均滿足規(guī)范要求。

5 覆蓋層上重力壩設(shè)計探討

重力壩作為一個懸臂結(jié)構(gòu)要承受水的巨大推力，靠各截面的抗剪強(qiáng)度維持穩(wěn)定，一般修建在巖基上，重力壩設(shè)計規(guī)范中也僅列出了位于巖體基礎(chǔ)上的抗滑穩(wěn)定計算公式。但是在實際工程中，經(jīng)常遇到壩基為深度較大的覆蓋層：若考慮將覆蓋層完全挖除再建重力壩，則經(jīng)濟(jì)上投資太大；若選用土石壩，則可能存在泄洪建筑物布置難度太大等問題[2-3]。因此，對一些中小型水利水電工程來說，當(dāng)滿足技術(shù)條件時，在覆蓋層上修建重力壩是經(jīng)濟(jì)合理的。

覆蓋層上修建重力壩需要解決建基面抗滑穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定、地基承載力和沉降等問題[4]。對于抗滑穩(wěn)定和地基承載力，可采用上游面放坡或設(shè)向上游延伸的懸挑底板，擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸，利用上游水重的方式予以解決。對于滲透穩(wěn)定，根據(jù)滲漏量控制的相關(guān)要求，結(jié)合地形地質(zhì)條件，采用上游鋪蓋、混凝土防滲墻、帷幕灌漿或組合方案進(jìn)行處理。對于地基承載力和沉降，可采用置換、灌漿或者樁基礎(chǔ)加固等方式進(jìn)行處理。

國內(nèi)外部分修建在覆蓋層上的水電站，基于各種原因的基礎(chǔ)條件和相關(guān)參數(shù)見表3。從表3可以看出，對于一些山區(qū)內(nèi)河道，河床覆蓋層下部主要為沖積或崩坡積物，經(jīng)多年固結(jié)，承載力一般可達(dá)250 kPa以上，可根據(jù)上部壩體對承載力要求，采取一定的加固措施后，可利用覆蓋層作為重力壩的基礎(chǔ)。

表3 部分覆蓋層上重力壩基本資料

6 結(jié) 語

金漢拉扎水電站首部樞紐采用砂卵石基礎(chǔ)上的混凝土溢流壩和泄洪沖沙閘控相結(jié)合布置方式[5]，利用河床解決了泄水和沖沙問題。與同類工程比較，金漢拉扎大壩高度相對較大，基礎(chǔ)僅挖除表面3～8 m，下部保留的覆蓋層相對較厚，未再采用其他加固措施。自2010年1月水庫蓄水發(fā)電以來，監(jiān)測資料表明該工程運(yùn)行正常。

對中小型水利水電工程來說，當(dāng)壩基為深度較大的覆蓋層時，將覆蓋層完全挖除再建重力壩經(jīng)濟(jì)上投資太大，選用土石壩可能存在泄洪建筑物布置難度太大等問題，這時可考慮重力壩方案?，F(xiàn)有規(guī)范尚無覆蓋層上修建重力壩的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，可參考水閘設(shè)計規(guī)范中土基上的閘室穩(wěn)定和應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。通過加大基礎(chǔ)斷面、采用適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)加固處理措施等，在砂卵石等覆蓋層基礎(chǔ)上修建重力壩可以做到經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行。