大渡河沙坪二級廠壩間導(dǎo)墻兼魚道結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定設(shè)計(jì)

王愛林，黃 維，吳宏榮，涂承義

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州，311122）

1 工程概況

沙坪二級水電站位于四川省樂山市峨邊彝族自治縣和金口河區(qū)境內(nèi)，距峨邊縣城上游約7 km，是大渡河中游22個(gè)規(guī)劃梯級中第20個(gè)梯級——沙坪梯級的第二級，上接沙坪一級水電站，下鄰已建龔嘴水電站。電站采用河床式廠房開發(fā)方式。水庫正常蓄水位554.00 m，總庫容2084萬m3，擋水建筑物最大壩高63.0 m，裝機(jī)容量348 MW。樞紐工程主要由左右岸擋水壩段、泄洪閘、河床式廠房和魚道等建筑物組成，其中泄洪閘布置在右岸主河床，河床式廠房布置在左岸臺(tái)地上，廠壩間導(dǎo)墻位于泄洪閘與廠房之間，運(yùn)行期兼作魚道出口段，施工期兼作縱向圍堰。

本工程施工采用左岸明渠分期導(dǎo)流方式，其導(dǎo)流順序?yàn)椋簩?dǎo)流明渠施工階段（2010年12月～2013年5月）進(jìn)行左岸導(dǎo)流明渠施工，期間來水由原河床下泄；一期導(dǎo)流階段（2013年11月～2015年3月）進(jìn)行泄洪閘施工，來水由導(dǎo)流明渠下泄；二期導(dǎo)流階段（2015年3月～2017年4月）進(jìn)行左岸廠房施工，來水由廠房土石圍堰、廠壩間縱向?qū)r擋，泄洪閘閘孔下泄，見圖1。

2 廠壩間導(dǎo)墻基礎(chǔ)地質(zhì)條件

廠壩間導(dǎo)墻基礎(chǔ)巖性為生物碎屑灰?guī)r，導(dǎo)墻基礎(chǔ)底部分布有緩傾角裂隙L22、頁巖夾層Sh4-3及擠壓破碎帶J3。

（1）裂隙L22：于閘右0+15.5、閘上0+50～閘下0+159，出露高程516～522 m。其性狀為：閘上0+50～閘下0+15段及閘下0+70～閘下0+159段，面起伏粗糙，厚度1～3 cm，為巖塊巖屑型；閘下0+15～閘下0+70段，面起伏粗糙，厚度2～3 cm，受構(gòu)造影響，為巖屑夾泥型。

圖1 二期施工導(dǎo)流規(guī)劃平面示意圖Fig.1 Schematic plan of diversion in the second construction stage

圖2 廠壩間導(dǎo)墻平面示意圖Fig.2 Schematic plan of guide wallbetween the power house and dam

（2）頁巖夾層Sh4-3：出露于L22以下2～4.5 m，于閘右0+15.5、閘上0+50～閘下0+159，出露高程512～520 m。其性狀為：厚度0.4～2 cm，波狀起伏，延伸長，受河水沖刷侵蝕，在基坑左岸基巖陡崖沿線被掏空，充填砂卵石。

（3）擠壓破碎帶J3：N75°～85°W，NE∠75°～85°，寬0.3～0.5 m，帶內(nèi)以碎裂巖、碎塊巖為主，充填有黃泥。

3 廠壩間導(dǎo)墻兼魚道設(shè)計(jì)

按照滿足施工導(dǎo)流布置，盡量利用河床基巖及永臨結(jié)合，減少工程量及投資的原則，沙坪二級水電站廠壩間導(dǎo)墻在二期施工中兼作縱向圍堰，運(yùn)行期兼作魚道，做到了“一墻三用”。

廠壩間導(dǎo)墻兼魚道位于泄洪閘與廠房之間，采用混凝土重力式斷面型式，上、下游方向總長度226.50 m，分上游段、閘室段、中間段、下游段共四段。

3.1 上游段

上游段長度67.50 m，樁號為閘軸線0＋000.00～閘上0+67.50。

3.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上游段采用重力式斷面，為魚道出口段，頂高程557.00 m，最大高度約37.0 m，壩頂寬度14.0 m，基礎(chǔ)寬約25.0 m，左側(cè)為廠房進(jìn)水渠，坡比1∶0.6，右側(cè)直立，為泄洪閘進(jìn)水渠。該段魚道采取連續(xù)“繞彎”方式布置。

3.1.2 穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算及處理措施

本工程導(dǎo)墻高度大于15 m，應(yīng)按照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算。按照概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則，按分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行導(dǎo)墻穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算，并進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定復(fù)核。計(jì)算模式見圖3。

材料取值：抗剪斷指標(biāo)中，巖屑夾泥型及斷層、擠壓破碎帶f"取0.35～0.45、C"取0.03～0.05，巖塊巖屑型f"取0.45～0.50、C"取0.10～0.20；抗剪指標(biāo)中，巖屑夾泥型及斷層、擠壓破碎帶f取0.30～0.40，巖塊巖屑型f取0.40～0.45，C值為0。

計(jì)算考慮的荷載組合為：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+錨筋樁作用（抗滑不考慮），其中上游段、閘室段迎水面水位按546.94 m考慮，中間段、下游段水位按545.56 m考慮。

上游段考慮到巖坎質(zhì)量較差，材料取中值，帷幕揚(yáng)壓力效果按照不折減考慮。

基礎(chǔ)開挖至約520 m高程，根據(jù)地質(zhì)資料顯示，頁巖夾層和裂隙已基本挖除，但計(jì)算中需考慮裂隙L22和頁巖夾層沒有完全挖除的可能性。取兩個(gè)典型斷面進(jìn)行穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算，結(jié)果表明：閘軸線0+000.00（520.00 m高程）斷面的墻踵應(yīng)力出現(xiàn)了拉應(yīng)力，為254.91 kPa，超過允許最大拉應(yīng)力150 kPa要求。建基面及深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足電力口規(guī)范及水利口規(guī)范的要求，抗傾覆安全系數(shù)滿足電力口規(guī)范及水利口規(guī)范的要求。墻趾應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

圖3 計(jì)算假定模式Fig.3 Hypothetic mode of caculation

施工中對閘軸線0+000.00（520.00 m高程）～閘上0+006.60段進(jìn)行了錨筋樁處理，處理后，由于考慮到錨筋樁的受力，墻踵拉應(yīng)力減少為140.29 kPa，滿足規(guī)范要求。

基巖為弱風(fēng)化，巖體大多完整性差，為Ⅲ2類巖體。為加強(qiáng)基巖的整體性，對其進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿深度為5 m，梅花形布置，間排距為3 m，見圖4。

圖4 上游段基礎(chǔ)處理Fig.4 Foundation treatment of upstream section

3.2 閘室段

閘室段長度49.0 m，樁號為閘軸線0＋000.00～閘下0+49.00。

3.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

閘室段與1號閘室整澆，采用“U”形斷面，增大了斷面面積，也增加了剛度。左側(cè)靠廠房機(jī)組邊墩，右側(cè)靠2號閘室，頂高程557.00 m，最大高度約37.0 m，基礎(chǔ)寬約31.0 m。該段魚道單向布置。

3.2.2 穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算及處理措施

對閘軸線0+000.00（520.00 m高程）斷面進(jìn)行穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算，結(jié)果表明：抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求；墻踵應(yīng)力為-28.19 kPa，沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求；墻趾應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

計(jì)算考慮了導(dǎo)墻基礎(chǔ)存在部分巖屑夾泥型Sh4-3及泥夾巖屑型L22結(jié)構(gòu)面未挖除的可能性，假定緩傾角頁巖Sh4-3及L22為滑面，計(jì)算單滑面深層抗滑穩(wěn)定，計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

為加強(qiáng)基巖的整體性，對基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿深度5 m，梅花形布置，間排距3 m，基礎(chǔ)1∶0.3陡坡開挖處加錨筋樁處理，3根32，間排距3 m，長度5 m。

3.3 中間段

中間段長度27.8 m，樁號為閘下0＋049.00～閘下0+76.80。

3.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中間段與1號閘室下游護(hù)坦整澆，采用“L”形斷面，左側(cè)靠廠房機(jī)組邊墩，右側(cè)為護(hù)坦導(dǎo)墻，頂高程549.85 m，最大高度約29.85 m，基礎(chǔ)寬約25.50 m。該段魚道單向布置，并在墻體內(nèi)設(shè)置一個(gè)魚道觀察室。

圖5 閘室段（閘軸線0+000.00斷面）基礎(chǔ)處理Fig.5 Foundation treatment of the lock chamber section

3.3.2 穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算及工程處理

取兩個(gè)典型斷面分別進(jìn)行穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算，結(jié)果表明：建基面及深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求；在揚(yáng)壓力不折減的情況下，兩斷面拉應(yīng)力分別為236.82 kPa和290.68 kPa，不滿足允許最大拉應(yīng)力150 kPa的要求。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算中對帷幕后的揚(yáng)壓力進(jìn)行了折減，按照系數(shù)0.6折減時(shí)，壩踵拉應(yīng)力分別為152.11 kPa和205.97 kPa，仍不滿足要求?？紤]錨筋樁作用時(shí)，拉應(yīng)力減小為83.34 kPa和137.20 kPa，滿足要求。施工中，導(dǎo)墻底部布設(shè)了滲壓計(jì)，監(jiān)測結(jié)果顯示，帷幕后的滲透壓力是帷幕前的0.55～0.62，也驗(yàn)證了計(jì)算假設(shè)的合理性。

兩個(gè)斷面以緩傾角頁巖夾層及L22為滑面計(jì)算單滑面深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，按照電力口規(guī)范計(jì)算，結(jié)果分別為0.94和0.99（＜1.0），不滿足要求，按照水利口規(guī)范計(jì)算均滿足要求。施工中對開挖基礎(chǔ)面進(jìn)行了調(diào)整、深挖，對頁巖夾層和結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了挖除，再計(jì)算挖除后的深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，按照電力口規(guī)范計(jì)算，最小值1.27＞1.0，按照水利口規(guī)范計(jì)算，最小值4.76＞2.5，均滿足規(guī)范要求。

另外，為減小深層抗滑穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，在技施過程中，對中間段導(dǎo)墻和1號閘墩下游側(cè)護(hù)坦進(jìn)行了整體受力處理，該應(yīng)用（“一種改善廠壩間導(dǎo)墻施工期受力的方法”）獲得了國家實(shí)用新型發(fā)明專利。通過在廠壩間導(dǎo)墻和護(hù)坦分縫處設(shè)置水平連接鋼筋，將導(dǎo)墻和護(hù)坦連成一個(gè)整體，相應(yīng)增大導(dǎo)墻底部面積，從而減小深層滑動(dòng)角度，達(dá)到解決深層抗滑問題的目的。同時(shí)，由于鋼筋設(shè)置在截面中心位置，基礎(chǔ)對上部混凝土不會(huì)形成強(qiáng)約束，表面混凝土亦能自由收縮。這樣既保留了分縫的優(yōu)點(diǎn)，又給抗滑穩(wěn)定提供了抗力。專利的應(yīng)用避免了使用傳統(tǒng)的錨索補(bǔ)償措施時(shí)施工麻煩的弊端。

圖6 中間段典型斷面處理Fig.6 Treatment of typical profile in middle section

3.4 下游段

下游段長度82.2 m，樁號為閘下0＋076.80～閘下0+159.00。

3.4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下游段采用重力式斷面，頂高程549.85 m，最大高度27.45 m，壩頂寬度7.0 m，基礎(chǔ)寬約22.0 m，左側(cè)坡比1∶0.4，為廠房尾水渠，右側(cè)直立，為泄洪閘護(hù)坦及海漫。該段魚道單向布置，在閘下0+079.60位置通過廠房尾水平臺(tái)上的渡槽轉(zhuǎn)向左岸，與魚道進(jìn)口連接。

3.4.2 穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算及工程措施

根據(jù)初步估算，下游段抗力有較大的裕度，按照最不利情況（即揚(yáng)壓力不折減）計(jì)算，材料取中值。典型斷面的建基面穩(wěn)定、應(yīng)力計(jì)算滿足規(guī)范要求；深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按照電力口規(guī)范計(jì)算為0.95＜1，不滿足要求，按照水利口規(guī)范計(jì)算為3.13＞2.5，滿足要求。

從鉆孔及現(xiàn)場開挖情況看，下游段出露基巖明顯好于上游閘室段出露基巖，結(jié)合現(xiàn)場開挖，并與地質(zhì)專業(yè)人員商榷后，此處的深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算取材料上限值、安全系數(shù)取1.06，滿足規(guī)范要求。

施工中對該段進(jìn)行了固結(jié)灌漿加固處理，灌漿深度為5 m，梅花形布置，間排距為3 m；設(shè)置了錨筋樁，3根32，間排距為3 m，長度為5 m。

圖7 下游段典型斷面處理Fig.7 Treatment of typicalprofile in downstream section

4 結(jié)語

沙坪二級水電站采用明渠方式導(dǎo)流，其廠壩間導(dǎo)墻在運(yùn)行期兼作魚道，二期施工導(dǎo)流中兼作廠房基坑縱向擋水圍堰，做到了“一墻三用”，其施工導(dǎo)流期的穩(wěn)定尤為關(guān)鍵。2014年12月完工以來，廠壩間導(dǎo)墻經(jīng)歷了2015年、2016年兩個(gè)汛期的考驗(yàn)，運(yùn)行正常。

綜上所述，本工程廠壩間導(dǎo)墻的穩(wěn)定計(jì)算模式假定、工程加固處理是合理成功的，可為其他類似工程提供有益借鑒。