老撾Nam Khan 2面板堆石壩趾板優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)踐

田業(yè)軍　龍起煌　張毅

摘要：為控制老撾Nam Khan 2面板堆石壩工程投資，在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段通過抬高趾板基礎(chǔ)崁深、采用斜趾板結(jié)構(gòu)、調(diào)整趾板內(nèi)坡開挖的三項(xiàng)優(yōu)化措施，減少了石方開挖約30萬m3，為大壩節(jié)省了上千萬投資，對工程投資和工期的控制起到了重要作用。

Abstract： In order to control the investment of Nam Khan 2 concrete faced rockfill dam in Laos， In the detailed design stage， three optimization measures were adopted， such as raising the foundation of the toe plate embedded deep， using the inclined toe plate structure， and adjusting the excavation of the inner slope of the toe plate，which reduced the rock excavation by about 300，000 m3， saved tens of millions of investment for the dam and played an important role in the project investment and period control.

關(guān)鍵詞：面板堆石壩;趾板;優(yōu)化設(shè)計(jì);Nam Khan 2

Key words： concrete faced rockfill dam （CFRD）;plinth;optimized design;Nam Khan 2

中圖分類號：TV642.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0180-02

0? 引言

老撾Nam Khan 2混凝土面板堆石壩于2015年建成，最大壩高136m。項(xiàng)目在基本設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)階段對大壩趾板進(jìn)行了大量的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低了工程成本，提高了工程經(jīng)濟(jì)效益。

1? 趾板區(qū)地質(zhì)條件

Nam Khan 2面板堆石壩壩基為石炭系中下統(tǒng)Nam Thom組第二段（C1～2 nt2）深灰色、灰黑色中厚層至厚層含炭質(zhì)條帶絹云母板巖、鈣質(zhì)粉砂質(zhì)板巖偶夾透鏡狀砂巖。河床覆蓋層深1～8.5m，物質(zhì)成份為沖積砂卵礫石，岸坡覆蓋層深3.4～8.8m，物質(zhì)成份為殘坡積粘土夾碎石及少量崩積塊碎石。河床壩基巖體無強(qiáng)風(fēng)化帶，弱風(fēng)化下限一般深10～15m;岸坡強(qiáng)風(fēng)化下限鉛直深10～35m，弱風(fēng)化下限鉛直深30～55m，斷層帶風(fēng)化略深。

2? 趾板原設(shè)計(jì)方案

可行性研究階段，趾板結(jié)構(gòu)采用變寬變厚的分段設(shè)計(jì)，400m高程以下、400～440m段、440～481m段分別采用寬10m厚1m、寬8m厚0.8m、寬6m厚0.6m三種型式的平趾板。河床段趾板基礎(chǔ)坐落在340m高程，岸坡段趾板基礎(chǔ)從弱風(fēng)化底部逐步抬升至強(qiáng)風(fēng)化底部。河床段趾板內(nèi)坡開挖向下游延伸30m后按1：2的坡度開挖出露，岸坡段趾板內(nèi)坡開挖統(tǒng)一向下游延伸20m后與壩軸線成45°角向下游開挖出露。大壩趾板區(qū)（含內(nèi)坡及外坡）石方開挖總計(jì)55.74萬m3。

基本設(shè)計(jì)階段，詳勘發(fā)現(xiàn)兩岸趾板基礎(chǔ)的強(qiáng)風(fēng)化層變深，若按照原設(shè)計(jì)思路和原則對趾板進(jìn)行設(shè)計(jì)，趾板區(qū)（含內(nèi)坡及外坡）石方開挖總計(jì)75.24萬m3。

3? 趾板優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了減少大壩工程的開挖量，嚴(yán)格執(zhí)行限額設(shè)計(jì)，主要開展了減小趾板基礎(chǔ)崁深、調(diào)整趾板結(jié)構(gòu)型式、優(yōu)化趾板內(nèi)坡開挖三項(xiàng)研究工作。

3.1 減小趾板基礎(chǔ)崁深

根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成果，趾板區(qū)弱風(fēng)化板巖地基承載力2.5MPa，變形模量2～4GPa、允許水力坡降7～10，強(qiáng)風(fēng)化板巖地基承載力0.6MPa，變形模量0.8GPa，能滿足大壩趾板建基要求。斷層軟弱帶及強(qiáng)風(fēng)化帶趾板地基以碎裂至鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)為主，局部呈散體結(jié)構(gòu)，承載力較低，抗變形與抗?jié)B透能力差，允許水力坡降3～5。

考慮趾板基礎(chǔ)及內(nèi)坡采取固結(jié)灌漿措施，并在趾板后設(shè)置滲徑延長區(qū)的措施后，將河床段趾板基礎(chǔ)抬高5m至弱風(fēng)化下部。兩岸345～440m高程段趾板基礎(chǔ)平均抬高5m，即從原弱風(fēng)化中下部抬升至弱風(fēng)化中上部，440～481m高程段趾板基礎(chǔ)平均抬高8m，即從原弱風(fēng)化頂部抬升至強(qiáng)風(fēng)化中下部。

Nam Khan 2面板壩趾板基礎(chǔ)崁深優(yōu)化調(diào)整后，最大壩高136m，河床段趾板基礎(chǔ)最大水頭132m。趾板后設(shè)置10～15m的滲徑延長區(qū)，主要采用掛鋼筋網(wǎng)、噴15cm厚的C20聚丙烯腈混凝土，并采用深5m、間排距3m的固結(jié)灌漿措施。通過計(jì)算復(fù)核，趾板基礎(chǔ)抬高并設(shè)置滲徑延長區(qū)后，各高程承受的水力坡降均小于基礎(chǔ)允許水力坡降。

3.2 調(diào)整趾板結(jié)構(gòu)型式

Nam Khan 2大壩趾板原設(shè)計(jì)為平趾板結(jié)構(gòu)，為減少趾板基礎(chǔ)及趾板外坡開挖工程量，根據(jù)趾板區(qū)巖層風(fēng)化線陡峭的特點(diǎn)，結(jié)合趾板基礎(chǔ)崁深設(shè)計(jì)原則，將兩岸平趾板全部調(diào)整為斜趾板。由于兩岸巖層風(fēng)化線傾角不同，各高程也有較大差異，所以傾斜角根據(jù)巖層風(fēng)化線特點(diǎn)、基礎(chǔ)穩(wěn)定條件和施工難易程度綜合確定。Nam Khan 2大壩兩岸斜趾板傾斜角4～35°，典型剖面見圖1。

3.3 優(yōu)化趾板內(nèi)坡開挖

Nam Khan 2大壩趾板內(nèi)坡開挖設(shè)計(jì)參數(shù)主要包含三個：一是趾板下游開挖延伸長度L，二是趾板下游開挖偏轉(zhuǎn)角度β（相對于壩軸線方向），三是開挖出露角度δ（相對于壩軸線方向）。Nam Khan 2大壩趾板基礎(chǔ)風(fēng)化較深，且位于凸岸地形上游側(cè)，內(nèi)坡開挖量較大。經(jīng)研究后，將原內(nèi)坡開挖參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，調(diào)整后的內(nèi)坡開挖參數(shù)詳見表1。

3.4 優(yōu)化效益

趾板設(shè)計(jì)優(yōu)化后，趾板區(qū)（含內(nèi)坡及外坡）石方開挖總計(jì)45.42萬m3，較原方案少約30萬m3，其中，通過趾板基礎(chǔ)整體抬高，節(jié)約石方開挖約22萬m3，將兩岸平趾板調(diào)整為斜趾板，節(jié)約趾板外坡石方開挖約13萬m3，通過趾板內(nèi)坡開挖優(yōu)化措施，節(jié)約趾板內(nèi)坡石方開挖約5萬m3。最終趾板區(qū)（含內(nèi)坡及外坡）石方開挖較EPC合同報(bào)價工程量少約10萬m3。

4? 趾板施工及運(yùn)行情況

Nam Khan 2大壩趾板基礎(chǔ)開挖過程中，揭露的地質(zhì)條件與勘探成果基本吻合，左岸強(qiáng)風(fēng)化范圍雖增加，但經(jīng)計(jì)算復(fù)核并加強(qiáng)灌漿處理后基礎(chǔ)滿足趾板建基面要求，趾板線及基礎(chǔ)崁深未再作調(diào)整。趾板基礎(chǔ)開挖采用“深孔臺階一次爆破法”，除預(yù)留保護(hù)層外，開挖一次成型，省去了趾板二次定線，簡化了開挖程序。

工程于2015年4月下閘蓄水，水庫蓄水后，埋設(shè)于帷幕后的左岸趾板滲壓計(jì)水頭較蓄水前變幅3～36m，較正常蓄水位低40～60m，處于正常范圍內(nèi)，右岸趾板滲壓計(jì)水頭較蓄水前變幅較小，最大為3m，表明趾板地基經(jīng)工程處理后滿足要求。至今，大壩已運(yùn)行4年，各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)均在設(shè)計(jì)控制范圍內(nèi)，趾板及面板完好，滲漏量小，工程運(yùn)行良好。

5? 結(jié)束語

在Nam Khan 2水電站大壩工程中，通過發(fā)揮設(shè)計(jì)潛力，將兩岸上部1/3高程的大范圍趾板基礎(chǔ)抬高至強(qiáng)風(fēng)化基巖，采用較大傾斜角度的斜趾板結(jié)構(gòu)，減少趾板內(nèi)坡開挖范圍，并對基礎(chǔ)采取合理的工程措施，大大降低了工程投資，并節(jié)省了工期。Nam Khan 2面板壩趾板的優(yōu)化設(shè)計(jì)與成功實(shí)踐，表明面板壩趾板基礎(chǔ)具有較強(qiáng)的地基適應(yīng)能力，在趾板設(shè)計(jì)時，應(yīng)結(jié)合實(shí)際地形地質(zhì)條件，因地制宜，選擇經(jīng)濟(jì)合理的趾板基礎(chǔ)崁深和內(nèi)坡開挖方式，并優(yōu)先考慮斜趾板結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步發(fā)揮面板壩對地基適應(yīng)能力強(qiáng)和相對經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，從而提高工程效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣頌濤，等.《水利水電施工》叢書-混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)與施工[M].北京：水利電力出版社，1992.

[2]DL/T 5016-2011，混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2011.

[3]葉南普.淺談老撾Nam Khan2水電站大壩斜趾板基礎(chǔ)開挖[J].科技咨詢，2012（31）：85.

[4]王繼堯.DXS水庫面板壩趾板設(shè)計(jì)[J].廣西水利水電，2015（3）：19-20，23.

[5]肖化文，周忠蘭.混凝土面板壩趾板體型設(shè)計(jì)[J].人民長江，2004，35（1）：10-12.