(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，西安 710065)

三關(guān)廟水電站漿砌石重力壩設(shè)計(jì)

馬杰

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，西安 710065)

本文對(duì)三關(guān)廟水電站漿砌石重力壩的溢流壩段和非溢流壩段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了介紹。壩體穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表明該重力壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的。

漿砌石；重力壩；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；穩(wěn)定；應(yīng)力

1 工程概況

三關(guān)廟水電站位于陜西省鎮(zhèn)安縣西南部達(dá)仁河上，是達(dá)仁河梯級(jí)電站開(kāi)發(fā)規(guī)劃中的第五級(jí)電站。電站采用低壩引水式開(kāi)發(fā)，以發(fā)電為主，兼顧生態(tài)環(huán)境保護(hù)，無(wú)灌溉、防洪等綜合利用要求。電站設(shè)計(jì)裝機(jī)容量1890kW，發(fā)電設(shè)計(jì)凈水頭77m，發(fā)電引用流量3.20m3/s，多年平均發(fā)電量722萬(wàn)kW·h。樞紐主要建筑物包括攔河壩、進(jìn)水口、引水隧洞、前池、壓力鋼管、引水式地面廠房及升壓站等。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—1994)和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2000)的規(guī)定，三關(guān)廟水電站為V等小(2)型工程，其主、次要建筑物及臨時(shí)性水工建筑物的級(jí)別均為5級(jí)。

2 重力壩設(shè)計(jì)

攔河壩壩址處河谷呈“U”形，谷底寬45m，河床段地形平坦，上部有2～4m的沖積漂礫卵石層，不具備修建拱壩的條件?？紤]到當(dāng)?shù)厥县S富，加之表孔溢流的特點(diǎn)，該工程攔河壩采用漿砌石重力壩。攔河壩主要建筑物從左至右依次為左岸非溢流壩段、河床溢流壩段以及右岸非溢流壩段和進(jìn)水口。

2.1 左岸非溢流壩設(shè)計(jì)

左岸非溢流壩長(zhǎng)4.38m，由一個(gè)壩段組成。壩頂高程588.90m，最大壩高6.50m?？紤]到壩頂無(wú)交通要求，壩頂寬度取2m，壩底最大寬度為5.78m。壩體上游面鉛直，下游折坡點(diǎn)高程587.80m，坡比為1∶0.7。

在壩體上游迎水面設(shè)置一道鋼筋混凝土防滲面板或混凝土防滲心墻是砌石壩廣泛采用的防滲措施。鋼筋混凝土防滲面板位于壩體外部，受環(huán)境溫度變化影響較大，即便配置了一定數(shù)量的溫度鋼筋，也難免在運(yùn)行過(guò)程中不出現(xiàn)裂縫，因而防滲面板一般需要分塊澆筑，并設(shè)伸縮縫。在壩體砌筑過(guò)程中，還需在砌體內(nèi)預(yù)埋錨筋，并把錨筋與面板內(nèi)的溫度鋼筋連接在一起，以便使面板與砌體牢固地連在一起。此外，面板在施工過(guò)程中需另立模板和腳手架。而混凝土防滲心墻位于壩體內(nèi)部，受氣溫變化影響較小，一般不用布置溫度鋼筋；已建成的砌石重力壩的心墻多是整體澆筑，不需要分縫；在施工過(guò)程中可以利用心墻兩側(cè)的砌石體作模板，因而可以節(jié)省大量木材和鋼筋。當(dāng)然，防滲心墻也有缺點(diǎn)：如有裂縫及滲漏問(wèn)題，不如防滲面板那樣便于檢修。基于上述兩種防滲措施優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比，考慮到該工程屬于小型工程，攔河壩防滲措施選用混凝土防滲心墻。左岸重力壩防滲心墻設(shè)置在距上游壩面0.5m處，厚度在壩體最大作用水頭的1/60～1/30之間選取，在此取0.3m。心墻頂高程按照在上游正常蓄水位584.50m基礎(chǔ)上加0.5m的方法確定。心墻上游砌筑0.5m厚M10水泥砂漿砌料石，壩體采用M7.5漿砌塊石砌筑。同時(shí)，為使砌體與基巖緊密結(jié)合，沿建基面鋪設(shè)0.5m厚C15素混凝土墊層，墊層上部埋塊石，以保證砌體與墊層的牢固結(jié)合。為保證該壩段的側(cè)向穩(wěn)定，在靠近小達(dá)公路一側(cè)沿壩軸線方向開(kāi)挖成臺(tái)階狀，臺(tái)階沿壩軸線方向的長(zhǎng)度為1m，寬度與該處壩基寬度相同。

2.2 河床溢流壩設(shè)計(jì)

溢流壩布置于主河床，泄水采用開(kāi)敞溢流式，溢流凈寬32.5m，中間不設(shè)閘墩。溢流堰堰頂高程為584.50m，與水庫(kù)正常蓄水位相同，底寬9.93m，高4.6m，堰頂不設(shè)閘門和工作橋。由于該溢流壩屬于低壩，如果上游壩面設(shè)計(jì)成鉛直的，則壩踵很容易出現(xiàn)拉應(yīng)力；而如若上游壩面坡度過(guò)緩，增加的壩體自重和水重被增加的浮托力所抵消，即便設(shè)計(jì)斷面能夠滿足穩(wěn)定應(yīng)力要求，也會(huì)造成斷面過(guò)大而顯得很不經(jīng)濟(jì)，最終通過(guò)穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算，確定溢流壩上游面坡度為3∶1。溢流堰頂上游采用雙圓弧曲線與上游壩面銜接；堰頂下游堰面采用WES冪曲線，定型設(shè)計(jì)水頭3m，曲線方程為y=0.2062x1.936；冪曲線段后接反弧段，半徑3m，挑射角20°。溢流壩下游接3m長(zhǎng)鉛絲石籠護(hù)坦。溢流壩兩側(cè)設(shè)導(dǎo)墻，以防止回流掏刷而影響左岸非溢流壩的安全以及緊臨溢流壩右側(cè)的沖沙底孔的泄流。

溢流壩防滲心墻設(shè)置在距上游壩面0.5m處，傾斜布置，坡度與上游壩面同為3∶1，厚度0.3m。溢流面采用C25鋼筋混凝土澆筑，厚度0.3m，面板內(nèi)雙向配置直徑8mm、間距250mm的溫度鋼筋。為加強(qiáng)溢流面板與壩體的連接，在壩體內(nèi)預(yù)埋直徑12mm的“L”形錨筋，呈梅花形布置，間、排距均為1m，錨入漿砌石體的深度不小于1.5m，頂部與壩面鋼筋焊接。心墻上游砌筑0.5m厚M10水泥砂漿漿砌料石，壩體采用M7.5水泥砂漿漿砌塊石砌筑，底部設(shè)0.5m厚C15埋石混凝土墊層。由于該溢流壩結(jié)構(gòu)尺寸不大，故不設(shè)橫縫，僅在溢流壩與左、右側(cè)導(dǎo)墻連接處分別設(shè)沉降縫一道。

2.3 右岸非溢流壩設(shè)計(jì)

右岸非溢流壩長(zhǎng)12.77m，由一個(gè)壩段組成。壩頂高程588.90m，最大壩高8.9m。考慮到?jīng)_沙底孔閘門及啟閉設(shè)備安裝、檢修的需要，壩頂寬度取3m。壩體上游面鉛直，下游折坡點(diǎn)高程586.90m，坡比為1∶0.6。防滲心墻設(shè)置在距上游壩面0.5m處，厚度0.3m，心墻頂高程585.00m。心墻上游砌筑0.5m厚M10水泥砂漿漿砌料石，壩體采用M7.5水泥砂漿漿砌塊石砌筑，底部設(shè)0.5m厚C15埋石混凝土墊層。

該工程正常擋水位以下庫(kù)容0.87萬(wàn)m3，壩址處多年平均輸沙量8.173萬(wàn)t，折合體積4.8萬(wàn)m3，工程建成后一場(chǎng)洪水即可淤至溢流壩頂。為保證進(jìn)水口“門前清”，在右岸重力壩緊鄰溢流壩右導(dǎo)墻一側(cè)布置一個(gè)沖沙底孔，孔口尺寸2m×2m(寬×高)，孔口底高程581.00m，較進(jìn)水口底高程低1.5m。沖沙孔底板直接置于壩基巖石上，厚度1m，其后接3m長(zhǎng)鉛絲石籠護(hù)坦；頂板厚0.5m，上覆M7.5水泥砂漿漿砌塊石。沖沙底孔設(shè)置一扇2m×2m(寬×高)的鑄鐵閘門擋水，啟閉設(shè)備選用LQ-10型手電兩用螺桿啟閉機(jī)。

2.4 重力壩穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算

根據(jù)左、右岸非溢流壩及溢流壩抗滑穩(wěn)定和基底應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可知：在荷載基本組合情況下按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范規(guī)定值3.00；在荷載特殊組合情況下按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于2.50，滿足規(guī)范要求。正常蓄水位工況、設(shè)計(jì)洪水位工況、校核洪水位工況下，計(jì)算的壩趾、壩踵應(yīng)力均小于砌石體容許壓應(yīng)力和地基允許承載力，且壩踵沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力。這表明：所擬定的左、右岸非溢流壩及溢流壩基本剖面是合理的。此外，設(shè)計(jì)洪水位工況、校核洪水位工況下，溢流壩與沖沙底孔通過(guò)的流量之和與相應(yīng)工況的洪峰流量之差均在5%以內(nèi)，因而攔河壩的過(guò)流能力是滿足設(shè)計(jì)要求的。

2.5 壩基處理

該工程由于壩體高度小，無(wú)需帷幕灌漿、壩基排水等基礎(chǔ)處理措施，僅要求兩岸壩肩開(kāi)挖至弱風(fēng)化基巖，河床壩基開(kāi)挖至基巖裸露。壩基主要以設(shè)置混凝土墊層為手段，一方面找平基礎(chǔ)凹凸不平面，另一方面填塞河床基巖面的小沖溝，以達(dá)到防滲目的。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文主要對(duì)三關(guān)廟水電站漿砌石重力壩左、右岸非溢流壩段以及中間河床溢流壩段的設(shè)計(jì)原則和具體結(jié)構(gòu)做了介紹。計(jì)算結(jié)果表明：攔河壩的抗滑穩(wěn)定和基底應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，溢流壩段的過(guò)流能力也能滿足設(shè)計(jì)要求，因而該重力壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的。

[1]GB 50201—1994 防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]SL 252—2000水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]SL 25—2006砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]華東水利學(xué)院，四川省水利電力局，廣西大學(xué). 砌石壩設(shè)計(jì)[M]. 北京：水利電力出版社，1980.

[5]華東水利學(xué)院.水工設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四卷 土石壩)[M].北京：水利電力出版社，1984.

簡(jiǎn)訊

溪洛渡工程正式啟動(dòng)第二階段蓄水

8月21日上午10點(diǎn)，溪洛渡工程正式啟動(dòng)第二階段蓄水，由目前水位574m左右起蓄，8月下旬蓄水至水位580m，蓄水過(guò)程按照不超過(guò)每天1.5m的升幅控制。維持水位580m運(yùn)行10～20天，期間將按照驗(yàn)收委員會(huì)要求，由驗(yàn)收專家組組織開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢查，對(duì)樞紐工程和電站運(yùn)行的觀測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研判。9月中旬由水位580m蓄至正常蓄水位600m，期間按照不超過(guò)每天1m的升幅控制。

溪洛渡工程經(jīng)審查已具備實(shí)施第二階段蓄水條件。8月14日，長(zhǎng)江防汛抗旱總指揮部組織召開(kāi)會(huì)議對(duì)中國(guó)三峽集團(tuán)編制的《金沙江溪洛渡水電站2014年蓄水實(shí)施計(jì)劃(審定稿)》進(jìn)行審查，結(jié)合溪洛渡水電站工程建設(shè)進(jìn)展、長(zhǎng)江中上游來(lái)水情勢(shì)以及上下游水庫(kù)群蓄水計(jì)劃安排等情況，于8月18日正式批復(fù)：同意溪洛渡水電站從目前水位開(kāi)始進(jìn)一步抬升水位至580m和正常蓄水位600m，具體抬升過(guò)程由三峽集團(tuán)根據(jù)樞紐運(yùn)行工況、庫(kù)岸穩(wěn)定和來(lái)水情況確定。

8月18日下午，中國(guó)三峽集團(tuán)組織編制的《金沙江溪洛渡水電站2014年560～600m蓄水階段航運(yùn)調(diào)度方案》通過(guò)長(zhǎng)江航務(wù)管理局審查，原則同意并向交通運(yùn)輸部水運(yùn)局進(jìn)行了報(bào)告。19日，中國(guó)三峽集團(tuán)專程進(jìn)一步向交通運(yùn)輸部主管部門報(bào)告了溪洛渡水電站蓄水實(shí)施計(jì)劃、航運(yùn)調(diào)度方案以及向家壩水電站航運(yùn)有關(guān)情況。

據(jù)了解，在國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、交通運(yùn)輸部、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)土資源部、水利部等有關(guān)部委、云南和四川兩省各級(jí)黨委政府及其相關(guān)部門的高度重視和大力支持下，2013年溪洛渡水電站第一階段蓄水至水位560m目標(biāo)已圓滿完成。第二階段實(shí)際蓄水過(guò)程中，相關(guān)部門將根據(jù)水文測(cè)報(bào)預(yù)報(bào)成果，合理優(yōu)化調(diào)整蓄水進(jìn)程。

來(lái)源：中國(guó)三峽集團(tuán) 水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)網(wǎng) 2014年8月22日

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=14062

GroutedRubbleGravityDamDesignforSanguanTempleHydropowerStation

MA Jie

(NorthwestEngineeringInstituteofHydroChinaConsultationGroup,Xi’an710065,China)

This paper introduces the structure design in overfall section and non-overfall section of Sanguan temple hydropower grouted rubble gravity dam. The result of stability stress calculation of the dam shows that structure design of this gravity dam is reasonable.

grouted rubble; gravity dam; structure design; stability; stress

TV222

B

1673-8241(2014)09-0049-03