山西省淜頭水電站工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)及創(chuàng)新

范志強(qiáng)

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 山西太原 030024）

山西省淜頭水電站工程位于平順縣北耽車鄉(xiāng)北耽車村上游約400 m 的濁漳河干流上，控制流域面積10 458 km2。樞紐由攔河閘壩和水電站組成，工程任務(wù)以發(fā)電為主。水庫總庫容425 萬m3，總裝機(jī)1 200（400×3）kW，工程規(guī)模為?。?）型，工程等別為Ⅳ等，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水，最大泄量4 210 m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇洪水，最大泄量7 865 m3/s。

主要建筑物有攔河閘壩和左岸壩后引水式電站。攔河閘壩主要包括：左右岸擋水壩段、水閘段。左岸壩后引水式電站進(jìn)水口布置在左岸擋水壩段，水電站主廠房布置在距大壩下游280 m 處的河道左岸。

1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及先進(jìn)性

由于本工程建于濁漳河干流下游，泄洪規(guī)模較大，受地形、地質(zhì)條件的限制，不便布設(shè)岸邊溢洪道和岸邊泄洪導(dǎo)流隧洞等泄洪建筑物。本工程特點(diǎn)是樞紐擋水高度低（最大擋水高度20.5 m），但設(shè)計(jì)洪水和校核洪水時(shí)最大泄量較大，泥沙較大，河床覆蓋層較厚。水閘方案可以采用閘門抬高水位發(fā)電，又可減少重力壩方案基礎(chǔ)開挖和河床以下壩體砌筑工程量，減少工程投資，且水閘具有較強(qiáng)的泄洪能力，大大降低了調(diào)洪庫容，因此本工程采用了擋水壩與水閘相結(jié)合的閘壩結(jié)構(gòu)型式。從工程技術(shù)條件方面具有以下優(yōu)越性和創(chuàng)新性：

1）多種類型擋水建筑物組合布置，多達(dá)4 種不同擋水建筑物組合應(yīng)用在同一永久擋水建筑物上，屬國內(nèi)首次。樞紐擋水建筑物由左至右依次為左岸鋼筋混凝土箱式擋墻段，閘壩段（2 孔底孔閘、7 孔表孔閘），右岸素混凝土重力式擋水壩段，共計(jì)四種形式的擋水建筑物。壩軸線垂直主河道布置，壩軸線長200.6 m，其中：左岸擋水壩段長39.48 m，水閘段全長135.62 m，右岸擋水壩段長25.5 m。

左岸擋水壩段采用C25 鋼筋混凝土箱式擋墻形式，墻厚1.0 m，其后為空箱，空箱內(nèi)部用土回填；右岸擋水壩采用C20 素混凝土結(jié)構(gòu)，壩頂寬6.5 m，上游側(cè)邊坡1∶0.3，下游側(cè)邊坡1∶1.0，最大壩高19 m；閘壩段共布置9 孔泄洪閘和1 孔電站進(jìn)水閘，總長135.62 m，從左至右依次為電站進(jìn)水口，1 孔底孔閘、7 孔表孔閘和1 孔底孔閘，閘室下游布置消力池、海漫、防沖槽等消能設(shè)施。

2）采用最大墻高17.5 m 箱式擋墻做為永久擋水建筑物，屬國內(nèi)最高。左岸擋水壩段采用C25 鋼筋混凝土箱式擋墻形式，分成兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元，分別長20.46 m和19.0 m，中間縫寬20 mm，箱式擋墻高3.0～17.5 m，頂寬7.0～19.0 m，距上游側(cè)墻2.5 m 布置垂直水流方向的隔墻，墻厚1.0 m，其后為空箱；平行水流方向根據(jù)擋墻高度不同，依次間隔4.5～3.0 m 布置隔墻，墻厚1.0 m，空箱內(nèi)部用土回填。擋墻底部根據(jù)岸坡地形布置為臺(tái)階狀，臺(tái)階底高程分別為602.5 m、595.0 m 和588.0 m，垂直水流方向邊坡分別為1∶1 和1∶2。底板厚2.0 m，上游側(cè)底板外伸2.0 m，下游側(cè)底板外伸1.0 m。箱式擋墻底板通過連接板與上游防滲墻連接。

3）多種防滲型式聯(lián)合運(yùn)用。左壩肩岸坡較緩，除局部出露基巖外，絕大部分為第四系堆積物覆蓋。左岸受地形地質(zhì)條件及施工機(jī)械設(shè)備等因素影響，擋水壩防滲上部覆蓋層采用高壓旋噴混凝土防滲墻，下部基巖采用帷幕灌漿。

河床段地形較平坦，主河床寬50 m 左右，地層巖性自上而下為：4.0～12.5 m 低液限黏土，5.0～10.5 m厚卵石混合土；10～32 m 厚由低液限黏土、卵石混合土、級(jí)配不良礫互層相間組成的早期沉積物；5～8 m厚紫紅、豬肝色頁巖夾薄層灰?guī)r。閘壩段防滲采用混凝土防滲墻。右壩肩岸坡較陡，為泥質(zhì)頁巖岸坡。因此右岸擋水壩采用固結(jié)灌漿+帷幕灌漿的組合型式。

左岸擋水壩樁號(hào)0+000～0+034.50 段為高壓旋噴混凝土防滲墻，采用雙排旋噴成墻，排距0.4 m，單排孔距1.0 m，樁徑不小于1.0 m，鉆孔深入基巖0.5 m。施工后通過圍井注水試驗(yàn)確定高壓旋噴混凝土防滲墻滲透系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。閘壩段樁號(hào)0+034.50～0+175.00 段為混凝土防滲墻，墻厚0.6 m，頂部3 m 為C20 鋼筋混凝土防滲墻，3 m 以下部分為C20 素混凝土，墻底深入基巖不小于1.0 m，抗?jié)B等級(jí)均為W6。防滲墻頂部通過C25 鋼筋混凝土連接板與水閘底板相連。沿防滲墻軸線，左壩肩在樁號(hào)0-042～0+034.50范圍內(nèi)，右壩肩在樁號(hào)0+152.4～0+200.0 范圍內(nèi)，進(jìn)行帷幕灌漿。灌漿孔單排布置，孔距2.0 m。右岸連接段（樁號(hào)0+175.10～0+200.6）基巖基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿深度6 m，孔距3 m。

4）地基加固處理。根據(jù)工程地質(zhì)資料，清基后閘室段上部覆蓋層厚度為5～23.3 m，下部基巖為紫紅、豬肝色頁巖夾薄層灰?guī)r。設(shè)計(jì)中通過計(jì)算，對(duì)混凝土灌注樁和高壓旋噴樁方案進(jìn)行對(duì)比，由于覆蓋層較薄，混凝土灌注樁僅靠摩擦作用不能滿足承載力要求，若采用灌注樁端承來提高承載力，則由于下部基巖的承載力較低，若滿足承載力要求則需要的灌注樁根數(shù)又較多，由于灌注樁的延米投資較大，所以采用混凝土灌注樁來處理地基費(fèi)用較高。高壓旋噴樁方案為采用同等樁徑及樁間距的高壓旋噴樁加固地基，通過旋噴樁和樁間土共同承載以提高承載力，旋噴樁的費(fèi)用相較灌注樁要便宜很多。通過分析比較并結(jié)合地基防滲處理及施工導(dǎo)流等多種因素進(jìn)行綜合比較，左壩肩及閘室段地基加固采用高壓旋噴樁法處理。

通過計(jì)算并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果，確定高壓旋噴樁的施工參數(shù)為：有效樁徑1.0 m，樁間距2.2 m（加密區(qū)1.7 m），呈梅花形布置，鉆孔深入巖面以下0.5 m，處理深度7.4～19.4 m。水泥采用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5 級(jí)。加固后基底復(fù)合地基容許承載力不低于250 kPa，加密區(qū)不低于332.1 kPa。施工后通過樁體芯樣的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)、單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)和單樁豎向抗壓載荷試驗(yàn)，均滿足設(shè)計(jì)要求。

2 結(jié)論

淜頭水電站為山西省的第一座采用了多種類型擋水建筑物組合布置的攔河閘壩，在設(shè)計(jì)中采用了多達(dá)4 種不同擋水建筑物組合應(yīng)用在同一永久擋水建筑物上，尚屬國內(nèi)首次，該組合合理的解決了工程運(yùn)行期蓄水水位低與泄洪規(guī)模大的矛盾；左岸擋水壩采用最高17.5 m 鋼筋混凝土空箱式擋墻，在已建同類擋水擋墻中屬于國內(nèi)最高，既節(jié)省了工程量和投資，又縮短了工期；高壓旋噴混凝土防滲墻+帷幕灌漿、固結(jié)灌漿+帷幕灌漿的多種防滲組合型式，有效的解決了深覆蓋層壩區(qū)防滲問題；高壓旋噴樁方案有效的解決了地基承載力問題，同時(shí)節(jié)省了工程投資。從工程設(shè)計(jì)及技術(shù)方面均具有一定的設(shè)計(jì)難度及創(chuàng)新性，同時(shí)可供類似的工程借鑒。