Nam Dik 2水電站大壩壩型設(shè)計(jì)方案選擇

岳 亮， 黃 開 江

(中國水利水電第十工程局有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)院，四川 成都 610072)

1 工程概況

Nam Dik 2水電站位于老撾北部華潘省桑代縣境內(nèi)，為壩后式，開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主。電站總裝機(jī)容量19.5 MW，安裝3臺(tái)混流式機(jī)組，年利用小時(shí)數(shù)4 253 h，年平均發(fā)電量為8 293萬kWh。

電站工程等別為三等，規(guī)模為中型；永久性主要水工建筑物按3級(jí)設(shè)計(jì)、次要水工建筑物按4級(jí)設(shè)計(jì)，臨時(shí)建筑物按5級(jí)設(shè)計(jì)；地震設(shè)防烈度為Ⅵ度，地震動(dòng)峰值水平加速度為0.10 g。

電站壩址處于河谷為對(duì)稱“U”型斜向谷，水深0.5 m～2 m，水面寬25 m～30 m，河谷寬50 m～200 m，坡度一般40°～50°，區(qū)域內(nèi)基巖裸露,為寒武系～志留系深海相火山沉積巖序列(Pz1)黑云母石英砂巖，巖石致密堅(jiān)硬,新鮮完整,裂隙不發(fā)育,呈整體塊狀結(jié)構(gòu)。表層為第四系覆蓋層，組成物質(zhì)為第四系全新統(tǒng)殘坡積(Q4dl+el)粉質(zhì)粘土夾碎石，厚度一般2～4 m，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，在壩址區(qū)局部邊坡分布。根據(jù)勘察成果，其防滲深度一般40～45 m。

2 研究思路

結(jié)合電站壩址區(qū)地形地質(zhì)條件、樞紐布置要求等因素綜合考慮，可供比選的壩型主要有混凝土重力壩、當(dāng)?shù)夭牧蠅蝺煞N，著重從建壩條件、壩型特點(diǎn)及工程投資等幾個(gè)方面進(jìn)行比較。

由于壩址區(qū)附近防滲土料缺乏，不適合修建當(dāng)?shù)夭牧蠅螇涡椭械男膲Χ咽瘔危虼?，選定混凝土面板堆石壩作為當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚拇韷涡?。同時(shí)，因碾壓混凝土具有施工快、強(qiáng)度高、縮縫少、造價(jià)低及施工環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，選定碾壓混凝土重力壩作為混凝土重力壩的代表壩型。

綜上所述，本次選定碾壓混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩兩個(gè)壩型進(jìn)行方案比選。

3 方案比較

3.1 碾壓混凝土重力壩

3.1.1 洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

按照《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-2014)和《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(DL5180-2003)要求，擋水、泄水建筑物按50 a一遇洪水設(shè)計(jì)，500 a一遇洪水校核；消能防沖建筑物按30年一遇洪水設(shè)計(jì)。

3.1.2 建筑物設(shè)計(jì)

碾壓混凝土重力壩由擋水壩、取水口壩、泄洪沖沙底孔壩、溢流壩和導(dǎo)流底孔壩等主要壩段組成，壩頂設(shè)計(jì)高程439.50 m，壩頂總長(zhǎng)度214 m，碾壓混凝土重力壩主要由擋水壩、取水口壩、泄洪沖沙底孔壩、溢流壩和導(dǎo)流底孔壩等壩段組成，壩頂設(shè)計(jì)高程439.5 m，壩頂總長(zhǎng)度214 m，壩頂寬為5 m，最大壩高69.5 m，壩體上游面直立，下游壩坡為1∶0.7，各建筑物布置從左向右分別為：92 m長(zhǎng)的左岸擋水壩段；24 m長(zhǎng)的取水口壩段，采用壩式進(jìn)水口，單機(jī)單管引水，擬定鋼管直徑1.9 m，壩后布置地面廠房；15 m長(zhǎng)的泄洪沖沙底孔壩段，泄洪沖沙底孔布置于壩體內(nèi)，孔口尺寸為4 m×4 m(寬×高)；河槽中間位置23 m長(zhǎng)的溢流壩段，布置2孔8 m×10.5 m的溢流表孔，壩頂設(shè)交通橋；15 m長(zhǎng)的導(dǎo)流底孔壩段，導(dǎo)流底孔布置于壩體內(nèi)，孔口尺寸為5 m×5 m(寬×高)；45 m長(zhǎng)的右岸擋水壩段。

由于壩體下部混凝土采用碾壓混凝土施工，層面結(jié)合部位往往是抗?jié)B的弱點(diǎn)，因此，在大壩上游面澆筑抗?jié)B性能較好的變態(tài)混凝土和富膠凝碾壓混凝土作為防滲體。碾壓混凝土重力壩方案大壩典型剖面見圖1。

3.1.3 主要工程量

圖1 碾壓混凝土重力壩方案大壩典型剖面圖

3.2 混凝土面板堆石壩方案

3.2.1 洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

按照《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-2014)和《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(DL5180-2003)要求，擋水、泄水建筑物按50 a一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000 a一遇洪水校核；消能防沖建筑物按30 a一遇洪水設(shè)計(jì)。

3.2.2 建筑物設(shè)計(jì)

混凝土面板堆石壩以左岸布置一條開敞式溢洪道、右岸布置引水系統(tǒng)為代表性樞紐布置方案,壩體從上游到下游依次為壩前壓重保護(hù)料、上游鋪蓋區(qū)、鋼筋混凝土面板、墊層、過渡層、主堆石區(qū)、下游次堆石區(qū)、下游底部堆石區(qū)八大區(qū)?；炷撩姘宥咽瘔畏桨复髩蔚湫推拭嬉妶D2。

圖2 混凝土面板堆石壩方案大壩典型剖面圖

表1 碾壓混凝土重力壩方案主要工程量表

(1)大壩：壩頂高程441.50 m，壩頂長(zhǎng)151.02 m、寬6.0 m，最大壩高71.50 m。上、下游壩坡均為1∶1.4，下游壩坡設(shè)置上壩公路，寬4.5 m。上游側(cè)的鋼筋混凝土防滲面板厚，400.00 m高程以下的面板上游設(shè)粘土鋪蓋，并鋪設(shè)蓋重料進(jìn)行保護(hù)，其迎水面坡比1∶2.5。

(2)開敞式溢洪道：布置在左岸壩肩，由引水渠、控制段、泄槽段和出口消能段組成。引水渠段長(zhǎng)約136 m；控制段頂部總寬度為30 m，共3孔，單孔尺寸為7.0 m×21.1 m(寬×高)，長(zhǎng)度為15.8 m，溢流堰采用WES型實(shí)用堰型，底板基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿處理；泄槽段為明槽，坡度為i=0.287 3，平面長(zhǎng)度為122.72 m，底板基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿處理并設(shè)置錨筋與基礎(chǔ)連接；出口消能段采用挑流消能，設(shè)斜切挑坎并對(duì)挑坎基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，底部設(shè)置錨筋與基礎(chǔ)連接。

(3)引水系統(tǒng)：布置在右岸，采用壩前塔式進(jìn)水口，引水道穿越壩體，采用一管三機(jī)的引水方式，設(shè)2道攔污柵、1道檢修閘門、1道工作閘門。鋼管直徑3.20 m，壁厚16 mm，長(zhǎng)140.26 m。

(4)發(fā)電廠房：位于面板壩下游側(cè)右岸，廠區(qū)地形較為平緩，廠房后坡整體坡度約45°，主廠房尺寸為28 m×12.5 m×20.17 m(長(zhǎng)×寬×高)。由主機(jī)間、安裝間、副廠房、開關(guān)站和尾水渠五部分組成。

(5)放空洞：布置在左岸，與導(dǎo)流洞完全結(jié)合，由進(jìn)口段、盲腸段、閘門豎井、無壓段、出口段組成，施工期為導(dǎo)流洞，運(yùn)行期為放空洞。

3.2.3 主要工程量

3.3 壩型比選

表2 混凝土面板堆石壩方案主要工程量表

3.3.1 建壩條件

混凝土面板堆石壩方案溢洪道邊坡開挖量較大且邊坡治理成本高、難度大；碾壓混凝土重力壩整體開挖量較小，邊坡治理較簡(jiǎn)單，因此,其對(duì)壩址區(qū)工程地質(zhì)條件的適應(yīng)性相對(duì)更好。

3.3.2 樞紐布置

兩方案樞紐布置在技術(shù)上都是可行的，但由于壩址區(qū)河道順直，碾壓混凝土重力壩樞紐布置格局順暢、簡(jiǎn)潔、協(xié)調(diào)，而混凝土面板堆石壩溢流道進(jìn)出口水流相對(duì)不暢，且溢洪道與面板壩的連接部位邊墻高，成本較大。

3.3.3 施工條件

面板堆石壩方案利用永久泄水建筑物進(jìn)行導(dǎo)流，施工導(dǎo)流工程量較小，但其料場(chǎng)開采及支護(hù)工程量較大；兩方案均能滿足施工布置需要，不制約壩型選擇，但碾壓混凝土重力壩方案工期更短。

3.3.4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

經(jīng)初步估算比較，碾壓混凝土重力壩方案的工程總投資比面板堆石壩方案少235.64萬美元。

表3 壩型選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表

綜上所述，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面綜合比較后，選用碾壓混凝土重力壩作為本工程推薦壩型。

4 結(jié) 語

根據(jù)工程實(shí)際并結(jié)合壩后式水電站特點(diǎn)，經(jīng)過選定適宜壩型并對(duì)其進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后，最終確定了碾壓混凝土重力壩作為工程推薦壩型，其不僅工程布置簡(jiǎn)單、施工難度較小，而且工期短、投資省。因此，水電站壩型的選擇不僅要滿足安全和使用功能的要求，而且還要從施工條件、投資、工期及環(huán)境保護(hù)等諸多方面進(jìn)行綜合考慮。