梁現(xiàn)培，蔡建國，王永明，李 軍，任金明

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州311122)

1 工程概況

1.1 基本概況

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內，距巧家縣城45 km，電站上接烏東德梯級，下鄰溪洛渡梯級。電站的開發(fā)任務以發(fā)電為主，兼顧防洪，并有攔沙、發(fā)展庫區(qū)航運和改善下游通航條件等綜合利用效益，是西電東送骨干電源點之一。

工程樞紐由攔河大壩、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等主要建筑物組成。攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程834 m，最大壩高289 m。大壩下游布置水墊塘和二道壩，左岸布置3條泄洪隧洞，左右兩岸地下廠房各安裝8臺單機容量為1 000 MW的水輪發(fā)電機組，總裝機容量16 000 MW，水庫總庫容206.27億m3。電站施工導流采用一次斷流圍堰、隧洞導流方式，左岸布置3條導流隧洞，右岸布置2條導流隧洞[1]。

1.2 氣象水文條件

白鶴灘水電站位于金沙江下游河段，金沙江流域地處亞熱帶季風區(qū)。據(jù)白鶴灘氣象站1994年～2009年資料統(tǒng)計，白鶴灘壩址區(qū)多年平均氣溫21.9 ℃，多年平均年降水量733.9 mm，金沙江流域年最大洪峰的發(fā)生時間主要集中在7、8、9三個月，約占總數(shù)的95%以上，其余5%多發(fā)生在6月下旬和10月上、中旬。

1.3 地形地質情況

左岸坡為斜順向坡，680 m高程以下坡度36°，大部分基巖裸露，坡腳處堆積厚約5 m的碎塊石。右岸坡為斜逆向坡，坡度相對較陡，坡度52°，630 m 高程以下為臨江陡壁，坡度達82°，基巖裸露。河谷呈“V”形，岸邊無漫灘，由于河流側蝕作用，主流線偏右岸。

河床覆蓋層厚4.5～14.4.0 m不等，覆蓋層主要為漂石夾卵(礫)石，漂石直徑一般20～30 cm，直徑最大達3 m，漂石占80%～90%，漂石及卵石成分以玄武巖為主，少量卵石為砂巖。覆蓋層內未見連續(xù)砂層分布。

堰基范圍無大規(guī)模斷層發(fā)育。左岸發(fā)育NW向斷層F11，左岸層間、層內錯動帶發(fā)育，層間錯動帶C3分布于坡腳(595 m高程左右)。右岸主要發(fā)育NE向斷層F4，層間錯動帶C3分布于坡腳570 m高程左右，層內錯動帶較左岸不發(fā)育，僅發(fā)育1條[1]。

2 圍堰設計

2.1 設計標準

上游圍堰最大高度達83.0 m，擋水時間長達4年，攔洪庫容達4.0億m3，級別選定為3級，擋水標準選定為50年一遇，相應設計洪水流量為28 700 m3/s。

2.2 平面布置

上游圍堰推薦采用復合土工膜斜墻土石圍堰，最大堰高83.0 m。根據(jù)導流隧洞平面布置、大壩基坑開挖邊線，結合地形條件，將上游圍堰軸線布置于拱壩拱冠上游約264 m處，下游坡腳距基坑開挖線約20 m，上游坡腳距左岸導流隧洞進口約85 m，距右岸導流隧洞進口約27 m。

2.3 結構形式

上游圍堰堰頂高程經計算分析取658.00 m，堰頂寬度根據(jù)施工運行及構造要求取12.0 m，堰頂總長度約為208 m，最大堰高83 m，圍堰上游面621 m高程以下坡比為1∶1.5，621 m高程以上為1∶2.3，下游面坡比為1∶1.75，考慮馬道，綜合坡比為1∶2.25，坡面布置堰后上堰下基坑道路。圍堰戧堤布置在防滲墻下游側，戧堤頂高程610 m，頂寬32 m，上、下游坡比為1∶1.5，戧堤上游側布置一層5 m過渡料C，防滲墻兩側填筑細石渣料，坡比為1∶1.5，細石渣料上游側布置石渣料D(過渡料)，最外側拋填5 m厚大塊石。下游坡腳布置排水棱體，頂高程605 m，頂寬15 m，上游側坡比為1∶1.5，下游側坡比1∶1.75。

堰體防滲采用復合土工膜斜墻，復合土工膜下面鋪設0.6 m厚的墊層料A和3 m厚的過渡料A，復合土工膜上面噴20 cm厚混凝土進行防護。復合土工膜底部錨固在防滲墻頂部，并埋置在蓋帽混凝土內；兩岸岸坡設置有混凝土趾板，復合土工膜錨固在混凝土趾板上，并以二期混凝土進行覆蓋。

防滲墻為塑性混凝土，墻厚1 m，墻頂高程615 m，最大深度51 m，為保證防滲效果，根據(jù)規(guī)范要求，墻底嵌入基巖1 m。

2.4 基礎防滲處理

2.4.1 河床部位基礎處理

上游圍堰處覆蓋層主要為漂石夾卵(礫)石(厚度4.50～14.40 m)，覆蓋層滲透系數(shù)K為10-3～10-1cm/s，屬中等透水層；巖體表層由于卸荷、風化等綜合作用，使巖體裂隙擴張，透水性變大。強卸荷帶巖體透水率一般為10 Lu，為中等透水，弱卸荷帶巖體透水率一般為3～10 Lu，平均5 Lu。

根據(jù)圍堰堰基處的地質條件，堰基防滲可采用高噴灌漿和混凝土防滲墻。高噴灌漿具有施工速度快的特點，適用于軟弱土層，如第四紀的沖(淤)積層、殘積層以及人工填土等；混凝土防滲墻施工速度較慢，但防滲效果較好，國內有比較成熟的施工經驗，適用于各種地質條件。本工程堰基處漂石占80%～90%，同時考慮上游圍堰擋水水頭高，為確保防滲效果，采用全封閉混凝土防滲墻。

白鶴灘上游圍堰基礎覆蓋層厚4.50～14.40 m，采用地下連續(xù)墻方式防滲，由于圍堰高達83.0 m(擋水水頭約95.0 m)，如果采用高彈性模量的剛性混凝土防滲墻在上部荷載的作用下，周圍土層的沉降比防滲墻大得多，使得墻體承受巨大的周圍土體的側面拖拽力，可能引起墻體內部產生巨大的壓應力而導致墻體破壞，因此基礎防滲選擇彈性模量低，適應變形能力強的塑性混凝土材料。

通過國內工程實踐和大量研究認為，尤其是三峽二期圍堰的實踐表明，圍堰防滲墻采用高強度低彈模的塑性混凝土能較好地與周圍土體協(xié)調分配荷載，防滲墻的應力狀態(tài)較好。

防滲墻下帷幕灌漿采用單排孔，孔距1.5 m，要求貫穿C3層間錯動帶不小于3 m，穿過3 Lu線不小于2 m控制。

2.4.2 兩岸堰肩防滲處理

根據(jù)DL/T5395—2007《碾壓式土石壩設計規(guī)范》8.4.8條規(guī)定[2]，帷幕灌漿的設計標準應按灌漿后巖體的透水率控制。根據(jù)壩的級別和壩高確定，1級、2級和高壩的透水率宜為3～5 Lu，3級以下的中低壩的透水率宜為5～10 Lu，基巖相對不透水層透水率的控制標準同上。

上游圍堰堰基巖體表層由于卸荷、風化等綜合作用，使巖體裂隙擴張，透水性變大。強卸荷帶巖體透水率一般為10 Lu，為中等透水，弱卸荷帶巖體透水率一般為3～10 Lu，平均5 Lu。層間錯動帶C3工程類型為巖屑夾泥型，試驗表明，其滲透系數(shù)為10-4cm/s。

考慮到本圍堰設計擋水水頭達95.0 m，以及圍堰工程的重要性，結合上游圍堰的基礎水文地質條件，層間錯動帶C3分布于左岸595 m高程左右，為解決堰肩和堰基基巖透水層防滲問題，在防滲墻下部及混凝土趾板下部設置防滲帷幕，防滲帷幕灌穿過q=3 Lu線以下深度3～5 m(同時保證帷幕灌穿左岸及堰基C3埋深較淺部位)，并將防滲帷幕向兩岸延伸，左、右岸分別延伸75.0 m和右岸40.0 m，左岸堰肩帷幕灌漿深度約35～60 m，右岸帷幕灌漿深度25～55 m。

表2 上游圍堰堰坡抗滑穩(wěn)定計算成果

2.5 圍堰滲流及穩(wěn)定分析

2.5.1 滲流計算

針對上游圍堰在50年一遇設計洪水位655.58 m的工況下的穩(wěn)定滲流情況，進行了計算，圍堰下游坡腳水位假定在基坑底部545.00 m。不同填筑區(qū)域材料的滲透系數(shù)參考類似工程經驗取值，計算軟件采用在巖土工程中應用極為廣泛的Geo-Seep/W進行計算。圖1、2分別為計算工況簡圖、等水頭線圖，計算結果見表1。

圖1 白鶴灘上游圍堰平面滲流計算剖面示意

圖2 上游圍堰等水頭線及浸潤線

單寬滲流量/m3·(d·m)-1防滲墻承受的最大水力坡降防滲墻后浸潤線高程/m邊坡出逸比降邊坡岀逸高程/m13.9184.10571.330.14568.38

在上述假定條件下，滲流計算成果表明，通過堰體和堰基的最大單寬滲流量為13.91 m3/(d·m)-1，防滲墻內最大水力坡降84.10，未超過混凝土防滲墻一般允許坡降；逸出點位于圍堰的下游坡腳處，逸出段水力坡降為0.14，根據(jù)工程實踐經驗及長科院土工試驗結果[2]，上游堰趾處覆蓋層臨界比降為0.1～0.2，因此，存在發(fā)生滲透破壞的可能，同時考慮到實際情況與計算模型假定條件的差異，宜在上游圍堰的下游坡腳處覆蓋層采取適當?shù)姆雷o措施，以免造成坡腳覆蓋層發(fā)生滲透破壞。

2.5.2 堰坡穩(wěn)定分析

根據(jù)滲流計算成果，對上游圍堰進行與滲流耦合的邊坡穩(wěn)定分析。

根據(jù)《水電工程圍堰設計導則》[3]，并結合DL/T5395—2007《碾壓式土石壩設計規(guī)范》第10.3.2條規(guī)定，“控制抗滑穩(wěn)定的有施工期(包括竣工時)、穩(wěn)定滲流期、水庫水位降落期和正常運用遇地震四種工況”[4]，對圍堰的上述4種工況進行邊坡穩(wěn)定復核，計算結果見表2。

根據(jù)表2可知，各種工況下上游圍堰上、下游邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，圍堰邊坡是安全的。

2.6 圍堰填筑料要求[5- 6]

2.6.1 石渣料

石渣料級配要求：①石塊飽和抗壓強度>35 MPa，軟化系數(shù)>0.8；②級配連續(xù)，最大粒徑800 mm(圍堰防滲墻區(qū)域采用細石渣料，最大粒徑300 mm)，小于5 mm的顆粒含量不超過20%，小于0.075 mm的顆粒含量不超過5%；③石渣料A區(qū)(水上碾壓部分)填筑設計指標要求為，孔隙率不大于24.5%，干密度不小于2.05 g/cm3，滲透系數(shù)不小于1×10-1cm/s。

2.6.2 過渡料

過渡料級配要求：①石塊飽和抗壓強度>35 MPa，軟化系數(shù)>0.8；②級配連續(xù)，最大粒徑150～300 mm，小于5 mm的顆粒含量不超過20%，小于0.075 mm的顆粒含量不超過5%；③填筑設計指標要求為孔隙率不大于24.0%，干密度不小于2.05 g/cm3，滲透系數(shù)控制在1×10-2～5×10-2cm/s。過渡料與石渣料之間需滿足層間系數(shù)要求。

2.6.3 墊層料

級配要求：①級配連續(xù)，最大粒徑20 mm，小于5 mm的顆粒含量不少于50%，小于0.075 mm的顆粒含量不超過5%；②設計指標要求為相對密度不小于0.75，干密度不小于1.98 g/cm3，滲透系數(shù)控制在5×10-3～10×10-3cm/s。墊層料與過渡料之間需滿足層間系數(shù)要求。

為保證墊層料在施工過程中不刺破土工膜，應安排生產性試驗進行驗證。在具備條件的基礎上應盡可能利用天然砂礫料作為墊層料，如果采購不到或總量不足，墊層料可采用人工碎石料。

2.6.4 排水棱體

排水棱體填料采用弱風化開挖料，巖塊濕抗壓強度大于40 MPa，要求粒徑為600～800 mm。

2.6.5 碎石土料

要求碎石土最大粒徑不大于100 mm，粒徑大于5 mm的顆粒不宜超過50%；壓實度控制在0.98以上，采用壩址區(qū)進水口開挖的碎石土料。

3 圍堰施工

圍堰施工節(jié)點為：2015年11月27日圍堰戧堤進占合龍，大江截流；2015年12月16日開始防滲墻槽孔施工；2016年1月15日防滲墻首倉澆筑；2016年3月5日防滲墻澆筑完成；2016年4月17日墻下帷幕灌漿施工全部完成；2016年6月7日上游圍堰填筑完成至658 m高程；2016年6月14日上游圍堰斜墻復合土工膜敷設、焊接、檢查完成。

4 結 語

目前，上游圍堰已經過兩個汛期的考驗，圍堰坡腳沒有發(fā)現(xiàn)大的滲水點，上、下游邊坡穩(wěn)定安全，運行情況良好，為大壩澆筑、水墊塘等基坑內工作面正常施工提供了保障。

參考文獻：

[1] 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司. 金沙江白鶴灘水電站大壩上、 下游圍堰招標設計報告[R]. 杭州： 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司， 2013．

[2] 長江水利委員會長江科學院.金沙江白鶴灘水電站可研階段土石圍堰土工試驗及結構應力滲流與穩(wěn)定分析研究報告[R]. 武漢： 長江水利委員會長江科學院， 2013．

[3] NB/T 35006—2013 水電工程圍堰設計導則[S]．

[4] DL/T 5395—2007 碾壓式土石壩設計規(guī)范[S]．

[5] 張潔， 劉懿輝. 溪洛渡水電站高土工膜心墻土石圍堰設計[J]. 黑龍江水利科技. 2013(3): 67- 69．

[6] 魏麗琴， 涂小飛. 溪洛渡水電站上游圍堰設計與施工[J]. 水電站設計， 2011， 27(3): 36- 40．