光明水電站二期工程樞紐工程方案比選及工程設(shè)計

崔永建

關(guān)鍵詞：管線;輸水;線路

1工程概況

五道白河擋水建筑物包括漿砌石擋水壩段、漿砌石溢流壩段、沖砂閘段組成。五道白河擋水建筑物從左向右依次為樁號壩0+000m～壩0+011.9m左岸漿砌石擋水壩段，長度為11.9m;壩0+011.9m～壩0+018.9m為沖砂閘壩段，寬度為7.0m;壩0+018.9m～壩0+068.9m為溢流壩段，長度為50.0m;壩0+068.9m～壩0+083.9m為右岸漿砌石擋水壩段，長度為15m;壩頂總長度為83.9m。壩0+083.9m一壩0+164.9m為右岸砼截滲墻段，長度為81m。

2五道白河擋水壩”

2.1壩型選擇

根據(jù)地形、地質(zhì)條件分析，本壩址適合修建的壩型有土石壩、面板堆石壩及漿砌石重力壩。以上三種壩形的優(yōu)缺點如下：

（1）土石壩方案：土石壩方案采用黏土心墻壩，從當?shù)貤l件看，由于庫區(qū)缺乏黏土及過渡層料，致使土料運距遠，造價增加;從結(jié)構(gòu)上看，土石壩壩坡較緩，壩體工程量較大;從地質(zhì)條件看，沒有適宜位置布置溢洪道，使溢洪道工程量會比漿砌石溢流壩大。從施工角度看，黏土心墻施工受降雨、低氣溫等氣候因素影響大，施工質(zhì)量不易控制，另外河道狹窄（河道寬度約50m），土石壩施工工序復雜，施工干擾大。

（2）面板堆石壩方案：從建筑材料看，面板堆石壩堆石體和漿砌石重力壩壩體均可采用引水洞開挖料，節(jié)省造價，但砼面板量較漿砌石重力壩大;與土石壩方案一樣布置溢洪道的工程量會比漿砌石溢流壩大;從結(jié)構(gòu)上看，面板對基礎(chǔ)沉降很敏感，而本工程基礎(chǔ)為塊石且有架空，所以基礎(chǔ)處理造價會加大，另外該地區(qū)嚴寒冰凍對面板的影響也很大。面板的底座趾板需座于巖基上，趾板上下游的填料要求很高，施工工序復雜。

（3）從壩長、壩高看，河道狹窄，五道白河壩長僅83.9m，最大壩高18.4m;四道白河壩長僅130.2m，最大壩高5.0m。

從上面的論述看，無論采用何種壩型，工程造價相差不會很大，且漿砌石重力壩結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)簡單，質(zhì)量容易保證，運行管理也比較方便。綜上所述，設(shè)計選定采用漿砌石重力壩方案。

2.2結(jié)構(gòu)布置

五道白河擋水壩段總長為26.9m，其中左岸11.9m，右岸15m，壩頂高程為1033.20m，最大壩高為18.4m，壩頂寬度為5.Om，左岸漿砌石擋水壩段有交通要求，壩頂路面為素砼路面，素砼厚度為0.15m。擋水壩上游折坡點高程為1028.70m，上游壩坡為1：0.20，表面為鋼筋砼防滲面板，厚度為0.8m，下游壩坡為1：0.8，折坡點高程為1031.20m。壩體內(nèi)每隔3.0m設(shè)置一豎向排水管，上端通至壩頂，下端通至水平向排水管，由水平排水管將壩體滲水引至兩側(cè)壩肩，利用自流排至下游。壩體沿壩軸線方向每隔15m分一橫縫，縫內(nèi)用瀝青油毛氈填充，并設(shè)止水。

2.3基礎(chǔ)及壩肩處理

壩基坐落級配良好的礫上，但為解決滲漏問題上游防滲面板嵌入氣孔狀玄武巖以下1.0m，由于氣孔狀玄武巖透水率q=12～221u，屬中等透水巖體，且透水巖層很厚，設(shè)計采用懸掛式帷幕灌漿，灌漿深度按0.7倍水頭控制。

為解決左壩肩滲漏問題，帷幕灌漿線伸至正常蓄水位1030m與地下水位相交處，即利用灌漿平洞向左壩肩山體深入55.65m進行帷幕灌漿。

為解決右壩肩滲漏問題，設(shè)計采用砼截滲墻方案，深入右側(cè)山體81m，砼截滲墻厚50cm。

2.4五道白河相關(guān)計算成果

3五道白河溢流壩

光明水電站二期工程為徑流式水電站，水庫無調(diào)節(jié)能力，下游無防洪要求，另外從五道白河河床、兩岸多分布崩積塊石，從地質(zhì)描述看粒徑在20～60cm范圍，抗沖刷能力強，同時洪峰流量小，以及運行管理方面考慮溢流壩設(shè)計為開敞式溢洪道。溢流壩前緣寬度根據(jù)壩址處實際地形條件確定為50m。

可行性研究階段采用的溢流壩形式為常規(guī)式溢流壩，下游采用底流式消能方式，具體結(jié)構(gòu)布置如下：溢流壩長度為50.0m，結(jié)構(gòu)型式為WES型實用堰，溢流壩堰頂高程為1030.00m，上游面坡度為1：0.20，溢流堰堰面曲線方程為y=0.242X1，直線段坡度為1：0.70，反弧段反弧半徑為5.0m，溢流壩堰面采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，厚度為0.5m。下游消能方式采用底流式消能，消力池深度為1.40m，底板厚1.0m，長度經(jīng)計算為24.63m，消力池后接40.0m海漫段，海漫段結(jié)構(gòu)由30cm厚干砌石，下鋪10cm卵礫石及無紡布組成。

為優(yōu)化設(shè)計，節(jié)省工程投資，本次設(shè)計考慮采用新型的臺階式溢流壩，目前國內(nèi)外建成和在建的臺階式溢流壩已達數(shù)十座，臺階式溢流壩以其顯著的消能效果越來越受到工程技術(shù)人員的關(guān)注，由于臺階式溢流壩其下游壩面臺階的存在，使下泄水流在臺階之間形成繞水平軸旋滾，并于壩面主流發(fā)生強烈的摻混作用，使水流紊動加劇，摻氣增強，消散大部分能量，使下游消能設(shè)施簡化，節(jié)省工程投資。

臺階式溢流壩特別適用于低壩、單寬泄流量較小的工程，五道白河大壩工程恰好具備這些特點，通過模型實驗確定了臺階式溢流壩的尺寸及其消能特性。

具體結(jié)構(gòu)布置如下：溢流壩長度為50.0m，溢流面依然是標準的WES剖面，曲線方程為y=0.242X，自曲線段與直線段切點處，直線段由連續(xù)的直角臺階所代替，從模型實驗結(jié)論看臺階高度為1.0m，臺階寬度0.8m，消能效果好，見表4，另外從模型實驗看臺階上的應力也不大，故臺階采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，厚度為0.5m。由于下泄水流在臺階上消散了大部分能量，經(jīng)計算不需要設(shè)置消力池，但由于壩后一定范圍水流速度依然很大，為避免沖刷河床及兩岸，通過水力計算設(shè)置20m長鋼筋砼護坦，厚度0.5m，以及20m長干砌石海漫段，厚度為0.3m。

通過采取新的結(jié)構(gòu)方式，能節(jié)省直接工程投資104.56萬元，因此選定臺階式溢流壩方案。

4五道白河沖砂閘

五道白河流域內(nèi)森林茂密，植被良好，河水常年清澈見底，泥沙含量較少，根據(jù)壩址下游的松江站泥沙觀測資料測算，五道白河壩址處多年平均輸沙量1.023×10年。輸沙量雖然少，但由于五道白河庫容很少，正常庫容為4.88×104m3，經(jīng)測算6年左右水庫將被泥沙淤滿，因此必須設(shè)置沖砂閘，以保證引水發(fā)電隧洞進水口“門前清”，以免淤堵進水口或損害發(fā)電機械設(shè)備。

沖砂閘壩位于樁號壩0+011.9m～壩0+018.9m，寬度為7.0m，沖砂閘由引渠段、閘室段、消力池段、海漫段組成。引渠段自五道白河進水閘至閘前，采用漿砌石護底，厚度為500mm。沖砂閘閘孔型式為孔流式，依靠閘門和胸墻共同擋水，為滿足引水發(fā)電洞進水口對沖砂的要求，經(jīng)計算沖砂閘孔口尺寸為4.0m（寬）×3.0m（高），進口閘室段設(shè)有檢修閘門一道4.0m（寬）×3.0m（高），事故檢修閘門一道4.0m（寬）×3.0m（高），沖砂閘底板高程為1022.50m。沖砂閘檢修平臺高程為1033.20m，啟閉平臺高程為1038.80m。消力池深度為1.55m，長度為23.00m，消力池后接15.088m海漫段，海漫段結(jié)構(gòu)由30cm厚干砌石，下鋪10cm厚卵礫石及無紡布組成。

5結(jié)論

五道白河重力壩段，因漿砌石重力壩結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)簡單，質(zhì)量容易保證，運行管理也比較方便，設(shè)計選定采用漿砌石重力壩方案。

溢流壩段通過采取新的結(jié)構(gòu)方式，能節(jié)省直接工程投資104.56萬元，因此選定臺階式溢流壩方案。