蒙江灰洞水電站拱壩建基面抬高設(shè)計(jì)

□陶碧芳（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

1.工程概況

灰洞水電站是蒙江流域格凸河上第六級(jí)電站，壩址以上流域集水面積2273 km2。工程位于貴州省長(zhǎng)順縣境內(nèi)，總庫(kù)容256×104m3，為 ⅠV 等?。?）型水庫(kù)，電站為中型，裝機(jī) 2×25 MW。樞紐由雙曲拱壩、左岸發(fā)電引水線(xiàn)路及河岸式發(fā)電廠房組成。主要建筑物為4級(jí)建筑物，大壩設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為50年，校核洪水重現(xiàn)期為200年。

混凝土砌毛石雙曲拱壩設(shè)計(jì)壩高51 m，壩頂高程659.5 m，壩底高程608.5m，頂厚4.0m，拱冠梁底厚11.0m?？偣て诩胺姥炊妊匆?011年4月大壩須砌筑至度汛高程633.0m，2012年8月下閘蓄水，壩體施工任務(wù)緊，度汛目標(biāo)壓力大。

2011年3月，兩壩肩基槽開(kāi)挖完畢，基坑挖至614.2～615.2m，基槽揭露巖體完整性好，爆破殘孔率高；河床段揭露出在大壩基坑靠右岸發(fā)育有f1張扭性小斷層，斷層產(chǎn)狀250°/NW∠82°，破碎帶寬0.1～0.3m，斷距1～1.5m，沿?cái)鄬用鏋閿鄬咏堑[巖含泥質(zhì)充填，發(fā)育3組裂隙，除此，基坑巖體完整性較好。

為此、大壩建基面抬高至614.0 m高程后，壩體應(yīng)力、基礎(chǔ)承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，壩肩抗滑巖體安全，沖坑后坡比滿(mǎn)足規(guī)范要求；可節(jié)省工程投資85萬(wàn)元，縮短工期2個(gè)月。

2.壩基地質(zhì)

2.1 壩基地質(zhì)情況

壩址出露地層為石炭系上統(tǒng)馬坪群第一段（C3mp1）厚層灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀115°∠24°，走向與河流交74°。巖體節(jié)理裂隙中等發(fā)育，完整性較好，巖質(zhì)較新鮮、堅(jiān)硬?；蛹皦渭鐭o(wú)較大斷裂構(gòu)造破壞，局部陡傾角節(jié)理裂隙較發(fā)育，多為方解石充填，膠結(jié)較好，無(wú)危及壩體的不利結(jié)構(gòu)面組合。

2.2 聲波檢測(cè)孔布置與檢測(cè)

沿基坑布設(shè)了9個(gè)聲波測(cè)試孔，分左、中、右共3組布置，每組3個(gè)孔，每孔深度11～11.8m左右，河床基坑開(kāi)挖深度現(xiàn)狀在基巖面以下5～8 m，根據(jù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)河床壩基615.2 m以下巖體質(zhì)量較好，故檢測(cè)水平確定為615.2～616.5m高程。

根據(jù)《水電水利工程物探規(guī)程》DL/T5010-2005，對(duì)壩址區(qū)基巖的單孔聲波測(cè)試豎直方向和穿透聲波測(cè)試水平方向范圍巖體完整性評(píng)價(jià)見(jiàn)表1。

表1 單孔聲波測(cè)試豎直方向巖體完整性評(píng)價(jià)表

3.建基面抬高設(shè)計(jì)

3.1 拱壩體型調(diào)整

原拱壩混凝土墊層厚度為2.0 m，考慮到壩體砌筑速度較慢，墊層厚度調(diào)整為4.0 m，即拱壩起拱高程調(diào)整至618.0 m，614.0～618.0 m為混凝土墊層區(qū)，618.0～659.5 m為砌石壩體，拱壩體型特征參數(shù)見(jiàn)表2和圖1。

表2 抬高后拱壩體型特征參數(shù)表

圖1 抬高后壩體與技施設(shè)計(jì)方案對(duì)比圖

3.2 拱壩應(yīng)力復(fù)核

應(yīng)力復(fù)核考慮以下幾種工況：工況一：正常蓄水位+溫降；工況二：校核洪水位+溫升；工況三：死水位+溫升；工況四：正常蓄水位+溫升。工況一、三、四為基本荷載組合工況，工況二為特殊荷載組合工況。應(yīng)力計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 應(yīng)力計(jì)算參數(shù)表

采用多拱梁方法進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，結(jié)果由表3可見(jiàn)應(yīng)力情況滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.3 壩肩抗滑巖體穩(wěn)定復(fù)核

壩肩抗滑巖體穩(wěn)定分析工況同應(yīng)力復(fù)核，采用剛體極限平衡法進(jìn)行分析計(jì)算。

兩壩肩主要發(fā)育以下3組裂隙，①245°/NW∠72°，②270°/N∠50°，③80°/NW∠80°。由于f1小斷層位于壩基底部，走向偏右岸上游，對(duì)下游抗滑巖體未形成切割體，不進(jìn)行穩(wěn)定復(fù)核，基礎(chǔ)處理一并處理。對(duì)右壩端而言，第①組裂隙與拱端推力方向接近平行，指向山體內(nèi)，第②、③組裂隙近橫河向，不構(gòu)成危險(xiǎn)斷裂面；對(duì)左拱端來(lái)說(shuō)，第①、②組裂隙為近橫河向發(fā)育，第③組裂隙與拱端推力方向近平行，指向山體內(nèi)。故兩拱端發(fā)育的裂隙面，均構(gòu)不成危險(xiǎn)斷裂面。復(fù)核時(shí)左、右拱端分別假定與拱端呈10°、20°、30°交角的3組裂隙，采用發(fā)育裂隙面的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算?；瑒?dòng)模式見(jiàn)圖2。

圖2 拱肩抗滑巖體滑動(dòng)模式示意圖

大壩級(jí)別為4級(jí)建筑物，參照3級(jí)拱壩的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)作為控制值，通過(guò)計(jì)算，基本荷載工況下安全系數(shù)均＞3.0，特殊荷載組合工況下安全系數(shù)均＞2.5，滿(mǎn)足規(guī)范要求，壩肩巖體穩(wěn)定。

3.4 消能防沖復(fù)核

該大壩為4級(jí)建筑物，按規(guī)范，消能防沖設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為20年，本次復(fù)核考慮校核、設(shè)計(jì)及消能防沖洪水共3種工況，分別計(jì)算各頻率相應(yīng)水位下泄流量的水流射距和最大沖坑深度。

4.結(jié)語(yǔ)

本工程為三等中型水電站工程，主要建筑物擋水大壩按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期50年（P=2.0%），校核洪水重現(xiàn)期200年（P=0.5%）。

基坑揭露出的巖體已達(dá)到弱風(fēng)化底部和微風(fēng)化層，詳勘資料表明，壩基巖體平均波速為4500～4900m/s，巖體抗壓強(qiáng)度大于50kPa，拱壩建基面有抬高的可能。

建基面抬高后，壩體應(yīng)力、基礎(chǔ)承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，壩肩抗滑巖體抗剪斷安全系數(shù)滿(mǎn)足規(guī)范要求，消能防沖后坡比滿(mǎn)足規(guī)范要求。