鄭光俊，陳志康，徐 靜，劉 磊

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，430010，武漢）

拉洛水利樞紐瀝青混凝土心墻壩設(shè)計研究

鄭光俊，陳志康，徐 靜，劉 磊

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，430010，武漢）

西藏拉洛水利樞紐及配套灌區(qū)工程地處高寒高海拔地區(qū)，大壩是其重要的建筑物。經(jīng)過多年系統(tǒng)研究，從工程地形地質(zhì)條件、總體布置、施工和投資等方面綜合比較，同時考慮當(dāng)?shù)貝毫拥臍夂驐l件對工程耐久性的影響，拉洛水利樞紐大壩設(shè)計選擇上壩址的瀝青混凝土心墻壩方案。介紹了大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計研究成果，相關(guān)成果和思路可供其他工程借鑒。

拉洛；瀝青；心墻壩；軸線；壩型；大壩設(shè)計

拉洛水利樞紐及配套灌區(qū)工程包括拉洛水利樞紐工程和配套灌區(qū)工程兩部分。樞紐大壩位于拉洛鄉(xiāng)下游約6 km峽谷進口河段，海拔高程4 300 m，高寒缺氧。根據(jù)工程區(qū)的水文氣象及工程地質(zhì)條件，對壩軸線、壩型及壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計等大量研究后，推薦采用瀝青混凝土心墻壩，最大壩高61.5 m，壩長425.6 m。

一、設(shè)計基本條件

工程所在夏布曲流域?qū)俑咴瓬貛О敫珊导撅L(fēng)氣候區(qū)。流域氣候干濕季節(jié)分明，夏季雨水集中，溫暖濕潤；冬季寒冷干燥。流域日照充足，太陽輻射強烈；氣溫日溫差較差大，而年溫差較差小，無霜期短。

壩址地處夏布曲峽谷進口河段，河谷為不對稱的U形橫向谷。河床、漫灘砂礫石層厚3.5～13.5 m，右岸Ⅰ級階地礫卵石層厚1.2～15.2 m?；鶐r為T3n板巖，單斜構(gòu)造，板理傾向北東，傾角50°～70°。未見較大規(guī)模的斷層破碎帶發(fā)育。強風(fēng)化層厚0～6.3 m，弱風(fēng)化厚0～38.6 m。兩岸邊坡為橫向坡，整體穩(wěn)定條件較好。對于當(dāng)?shù)夭牧蠅危瑝沃返匦蔚刭|(zhì)條件滿足建壩要求。壩址附近有8處滑坡，其中大型滑坡1處，中型滑坡2處，其余為小型滑坡，壩址左岸上游分布1處大規(guī)模崩坡堆積體。

大壩瀝青混凝土心墻地基為弱風(fēng)化板巖，巖體強度和抗變形能力均滿足要求，局部破碎巖體可適當(dāng)挖除或加強固結(jié)灌漿。填筑區(qū)清除地表粉細砂層，河床、漫灘上部砂礫石結(jié)構(gòu)松散—稍密，進行密實處理后可作為填筑區(qū)壩基；右岸Ⅰ級階地礫卵石較密實,承載力較高，可作為填筑區(qū)壩基。防滲帷幕透水率＜3 Lu，巖體頂板基巖面以下埋深在左岸斜坡約40 m，河床、漫灘一帶20～30 m，Ⅰ級階地一帶3.7～32.5 m，右岸斜坡18～20 m。

二、大壩軸線與壩型選擇

1.軸線比選

大壩軸線選擇受制于壩址區(qū)兩岸分布的8個滑坡和1個大型堆積體（見圖1），壩線可選擇的余地不大。綜合考慮壩址區(qū)河谷地形、地質(zhì)條件，左、右岸滑坡分布及堆積體位置，樞紐布置方案等因素，擬定上、下兩條比較壩線，下壩線距上壩線100 m。兩條壩線的樞紐布置格局相同，即左岸布置溢洪道，右岸布置泄洪洞及電站廠房、魚道。上壩線壩頂長度425.6 m最大壩高61.5 m；下壩線壩頂長度448.5 m最大壩高61.0 m。

由圖1可見，若上壩線上移，左岸溢洪道的引水渠和壩肩會受到岸坡堆積體影響，右岸壩坡也會受HB01～HB06滑坡群的限制；若下壩線下移，左岸溢洪道將穿過HB12滑坡體。若壩線采取斜向布置，壩線長度增加，還會影響拉洛電站、魚道等建筑物的布置，基礎(chǔ)防滲面積增大。從地質(zhì)角度看，下壩線溢洪道尾端位于HB12滑坡，施工及泄洪對滑坡擾動較大，上壩址地質(zhì)條件優(yōu)于下壩線；從工程布置的角度看，下壩線右岸拉洛電站布置所需的階地位置被大壩占壓，電站布置將下移導(dǎo)致與泄洪洞出口靠近，汛期泄洪時尾水波動對發(fā)電有一定的影響，因此上壩線更優(yōu)；兩條壩線施工條件基本相同，但工程量下壩線較上壩線大。綜合比較推薦采用上壩線作為大壩軸線。

圖1 壩軸線比較示意圖

2.壩型比選

根據(jù)壩址地形地質(zhì)條件、筑壩材料、生態(tài)環(huán)境影響、對外交通條件和工程投資等方面比較研究，初定土石壩為基本壩型。根據(jù)地質(zhì)勘探成果當(dāng)?shù)仞ね亮暇哂蟹稚⑿?，需改性后才能使用，施工難度較大，費用較高，因此，以瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板堆石壩為典型壩型，做進一步的技術(shù)經(jīng)濟比選。

兩種壩型對地質(zhì)條件要求大體相同，大壩所壓占河床覆蓋層的厚度變化不大，防滲帷幕的底線變化也不大，兩種壩型在地形地質(zhì)適應(yīng)性方面基本相當(dāng)。瀝青混凝土心墻壩與面板堆石壩包括上游圍堰在內(nèi)的最大底寬分別為225 m與308 m，兩種壩型的樞紐布置格局相同，兩岸永久建筑物的布置與結(jié)構(gòu)型式完全相同，因混凝土面板堆石壩的底寬大，對建筑物的布置局限性大，不利于樞紐工程布置。從施工導(dǎo)流看，瀝青混凝土心墻壩方案上游圍堰與大壩結(jié)合，混凝土面板堆石壩方案上游圍堰不能與大壩結(jié)合，需在大壩上游布置圍堰以保證趾板開挖、基礎(chǔ)灌漿及面板澆筑等干地施工條件，故瀝青心墻壩相對較優(yōu)。從施工條件看，瀝青心墻碾壓施工和面板混凝土澆筑均會受降雨、低氣溫等氣候因素影響，但瀝青心墻碾壓施工機械化程度較高，人力需要較少。從施工工期上看，砂礫石瀝青心墻壩略優(yōu)于砂礫石面板堆石壩。

圖2 壩軸線比較示意圖

在西藏高寒、風(fēng)大、日照強，水分蒸發(fā)快，晝夜溫差變幅大等惡劣自然條件下，混凝土面板澆筑質(zhì)量控制較難，如果出現(xiàn)裂縫等缺陷后修補費時費力，同時，惡劣的水文氣象條件對面板混凝土的質(zhì)量及耐久性要求亦較高；另外，砂礫石面板堆石壩的造價較瀝青混凝土心墻壩的高約2 924.8萬元。經(jīng)綜合比較，瀝青心墻壩相對面板壩能較好地適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，且工程投資少，因此選擇瀝青混凝土心墻壩為推薦壩型。

三、大壩設(shè)計研究

1.壩體斷面及材料分區(qū)設(shè)計

拉洛水利樞紐大壩斷面情況見圖2，壩頂高程為4 305.00 m，壩頂寬度7 m，為節(jié)省壩體工程量,壩頂部采用防浪墻的形式,防浪墻高135 cm。大壩上游壩坡高程4 279.00 m以下部分壩體利用導(dǎo)流圍堰，4 269.00 m高程以下堰體上游坡1∶1.75、以上1∶2.0，在高程4 290.00 m設(shè)一寬2.0 m馬道；下游壩坡1∶2.0～1∶2.25，在高程4 293.00 m和 4 280.00 m各設(shè)一寬 2.0 m馬道，坡腳設(shè)排水棱體。

大壩防滲采用瀝青混凝土心墻，滲透系數(shù)不大于i×10-8cm/s。心墻中心線位于壩軸線上游2.0 m處，心墻頂高程較校核洪水位高66cm,為4303.00 m。為便于心墻施工，瀝青混凝土心墻頂厚度60 cm，底厚度100 cm，心墻從上至下采用變厚度的階梯式，階梯共分三級，高程4 290.00 m以上60 cm，高程4 290.0～4 272.00 m為80 cm，高程4 272.00 m以下為100 cm。心墻底部及岸坡設(shè)置混凝土基座,與基座接觸部位心墻進行擴大處理，采用圓弧連接，底部5.0 m（兩岸3 m）高的漸變擴大段使瀝青混凝土心墻截面由100 cm擴大到最大厚度200 cm，圓弧心墻與混凝土基座間設(shè)紫銅止水。心墻下游側(cè)設(shè)置300 cm×350 cm （寬×高）基礎(chǔ)帷幕灌漿廊道。

瀝青混凝土心墻防滲體兩側(cè)布置厚300 cm細砂礫石過渡料層。在瀝青心墻下游側(cè)的過渡料與下游砂礫石壩殼料之間設(shè)置排水區(qū)，由豎向排水體和水平排水體組成L形煙窗式排水體，其豎向排水體頂部高程為4 303.00 m，寬200 cm；水平排水體頂高程為4 260.50 m,厚度200 cm，將壩身滲水排出壩外。大壩下游坡腳設(shè)置排水棱體，頂高程為4 264.00 m，水平寬度300 cm，排水棱體上下游側(cè)坡度均為1∶1.5，采用人工開采砂巖石渣料填筑形成。大壩壩體主要填筑材料設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 壩體填筑材料設(shè)計參數(shù)

2.壩體護坡設(shè)計

為方便施工，而且使壩體更加美觀，壩體上游采用現(xiàn)澆混凝土護坡，下游采用8 cm厚、30 cm寬的預(yù)制六邊形混凝土塊護坡。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL 274—2001）附錄A的規(guī)定，經(jīng)過計算，上游面現(xiàn)澆混凝土護坡厚度取20 cm，寬度為5 m，順坡向長度不小于10 m，根據(jù)坡面馬道設(shè)置，順坡向適宜長度取10～14.07m。

表2 壩坡抗滑穩(wěn)定分析成果

表3 壩體應(yīng)力、變形最大值

3.壩體計算分析

（1）滲流分析

①計算方法及工況。采用有限元法對壩體滲流進行數(shù)值模擬分析。取典型斷面進行材料分區(qū)概化，針對設(shè)計洪水位工況建立二維穩(wěn)定滲流數(shù)值模型，計算模型底部隔水邊界約取至微新巖體面以下77 m，高程為4 165.48 m。

②計算參數(shù)。壩體材料滲透參數(shù)依據(jù)料場取樣試驗結(jié)果取值，地層參數(shù)則按地質(zhì)建議值取值。壩基下帷幕滲透系數(shù)為1 Lu，帷幕進入微新巖體約14.0 m。

③計算結(jié)果及分析。計算結(jié)果顯示，瀝青混凝土心墻最大水平比降為39.14；心墻上游面水位接近上游水位值為4298.86m,心墻下游面自由面高程降至4260.86m，僅比下游水位4260.33 m高出0.53 m，說明瀝青混凝土心墻防滲效果較好，承擔(dān)了98.62%的壓力水頭；帷幕與心墻形成了一個完整的防滲體，下游壩殼料水平比降小于0.01，垂直比降為0.05，根據(jù)滲透試驗成果，水平及垂直比降均小于允許比降，排水墊層的水平及出逸比降均小于0.01。壩體滿足滲透穩(wěn)定要求。

（2）壩坡穩(wěn)定分析

①計算方法及工況。壩坡穩(wěn)定計算軟件采用加拿大GEO-SLOPE，計算采用簡化Bishop法。分析工況包括：正常運行期上、下游壩坡；死水位上游壩坡；設(shè)計洪水位上、下游壩坡；完建期上、下游壩坡；正常蓄水位驟降3 m；校核洪水位上、下游壩坡；正常運行期遇地震時上、下游壩坡，地震設(shè)防烈度為7度，相應(yīng)地震加速度為0.15 g。

②計算參數(shù)。壩體填料和壩基覆蓋層參數(shù)取試驗得到非線性強度指標(biāo)，瀝青混凝土心墻取線性強度指標(biāo)。同時，比較分析了上、下游壩殼料選用試驗參數(shù)相對較低和參數(shù)相對較高不同料場填料時壩體的穩(wěn)定性。

Design of Laluo Dam with asphalt concrete core wall

Zheng Guangjun,Chen Zhikang,Xu Jing,Liu Lei

Laluo Multipurpose Hydraulic Project and Counterpart Irrigation Scheme is located at high altitude and cold zone where its main structure Laluo Dam is built.Thanks to years of systematic studies,the project has conducted comparative analysis on geological and topographical?conditions,general layout,construction and cost and investment.Considering bad weather conditions on the dam site and its impact on the durability of the dam,the type of asphalt concrete core wall dam is designed.Research results of dam structure design are reviewed that can be referenced by other similar projects in China.

Laluo;asphalt;core-wall dam;axis;dam type;dam design

TV61

B

1000-1123（2016）20-0039-03

2016-10-18

鄭光俊，高級工程師，主要研究方向為水工結(jié)構(gòu)。