（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

石龍水電站混凝土重力壩設(shè)計(jì)

譚志軍，鄭軍，傅迪

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

文章介紹了石龍水電站工程混凝土重力壩總體布置設(shè)計(jì)，考慮到采用引水式廠房，溢流壩布置在主河床，兩岸布置擋水壩段，同時(shí)兼顧施工條件，有效利用河谷空間使布置協(xié)調(diào)緊湊。溢流壩挑流鼻坎采用高低坎，結(jié)合溢流壩在最右側(cè)邊墩采用寬尾墩，有效解決消能防沖問題和右岸山體淘刷問題。總體布置布局合理，運(yùn)行管理方便。

重力壩；總體布置設(shè)計(jì)；石龍水電站

1 工程概況

石龍水電站總庫容0.412×108m3，電站總裝機(jī)容量為70 MW，最大壩高43 m。工程等級(jí)為Ⅲ等，大壩、引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房建筑級(jí)別為3級(jí)。混凝土重力壩、引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房等主要建筑物按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)；大壩（含泄洪系統(tǒng)）按100年一遇洪水設(shè)計(jì)、1000年一遇洪水校核，發(fā)電廠房按100年一遇洪水設(shè)計(jì)、200年一遇洪水校核，消能防沖建筑物按30年一遇洪水設(shè)計(jì)。

2 大壩工程地質(zhì)條件

基巖為侏羅系下統(tǒng)小營子組熔巖凝灰?guī)r，兩岸高程494 m以上分布第三系～第四系玄武巖（βN-Q），其下有1.5～6.0 m砂礫石層。玄武巖底部在左岸呈水平分布，右岸向山里傾斜，坡度約20°。第四系為崩積、坡積及沖洪積層，巖性為碎塊石夾壤土。

震旦系萬隆組（Z1W）石灰?guī)r與橋頭組（Z1Q）石英砂巖接觸產(chǎn)狀：走向N70°E，傾向SE，傾角86°。壩址區(qū)發(fā)現(xiàn)斷層5條。熔巖凝灰?guī)r內(nèi)節(jié)理主要有下列三組：①走向N50°～60°E，傾向NW，傾角35°～60°；②走向N30°～40°E，傾向SE，傾角60°～80°；③走向N80°～85°W，傾向SW或NE，傾角大于75°。熔巖凝灰?guī)r內(nèi)節(jié)理一般延伸不長，表部一般充填泥質(zhì)和巖屑，深部多趨于閉合。

水文地質(zhì)條件按地下水埋藏條件可分兩類：

1）松散巖層中的孔隙潛水，主要埋藏于漫灘、階地的砂礫石層中。受大氣降水和基巖裂隙水補(bǔ)給，向河流排泄。

2）基巖裂隙潛水，右岸埋藏深度為2.0～26 m，左岸2.0～31.6 m，相對(duì)隔水層頂板（q＜0.05 L/（min. m.m））埋深差別較大，右岸7.26～54.21 m（基巖面起算，下同），河床漫灘4.05～54.42 m，左岸11.50～48.90 m。基巖裂隙水受大氣降水補(bǔ)給，向河流排泄。

地下水的化學(xué)類型為低礦化度的重碳酸鈣鎂型水，對(duì)混凝土有溶出性、一般酸性和碳酸性侵蝕。

3 工程總體布置

混凝土重力壩壩頂高程為485.00m，最大壩高43 m，壩頂長204.2 m，共分14個(gè)壩段。1號(hào)、11～14號(hào)壩段為擋水壩段，2號(hào)壩段為門庫壩段，3～8號(hào)壩段為溢流壩段，8～10號(hào)壩段為導(dǎo)流底孔壩段；1號(hào)壩段長16.9 m，2號(hào)壩段長16.0 m，14號(hào)壩段長6.3 m，其余壩段長15 m。擋水壩段壩頂寬度為7.0 m，上游坡為直立，下游坡為1∶0.73。導(dǎo)流底孔壩段設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)流底孔，底孔形狀為方形，孔口尺寸8 m×8 m，底孔底高程為449.0 m，導(dǎo)流底孔閘門安裝平臺(tái)高程461.50 m。溢流壩堰頂高程為472.80 m，堰型為WES堰，共5孔，單孔凈寬12 m，閘墩厚度3 m，右邊墩為寬尾墩。溢流壩采用堰中間分縫，消能方式為挑流消能，挑流鼻坎采用高低坎，低坎的挑角為35°，高坎的挑角為45.966°。壩頂設(shè)5孔弧形工作閘門及1孔平板檢修閘門。大壩上游設(shè)兩道止水（止水銅片和橡膠止水帶），下游設(shè)一道橡膠止水，大壩左壩頭設(shè)回車場(chǎng)，壩頂為水泥混凝土路面。

引水系統(tǒng)布置在壩址左岸，其建筑物由進(jìn)水口、引水隧洞兩部分組成。引水隧洞采用單機(jī)單洞引水方式，無調(diào)壓井，進(jìn)水口設(shè)置快速工作門，1號(hào)、2號(hào)引水隧洞長分別為206.66 m（攔污柵槽中心線至廠房上游墻外邊線）和202.08 m（攔污柵槽中心線至廠房上游墻外邊線），引水洞為圓形過水?dāng)嗝?，洞徑?.2 m，襯砌厚度0.5 m。電站進(jìn)水口設(shè)4扇攔污柵、1扇檢修閘門(兩洞共用)和2扇快速門，攔污柵孔口尺寸為5.4 m×12.0 m(寬×高)，檢修閘門和快速門孔口尺寸均為5.0 m×6.2 m（寬×高）。

廠址位于壩址下游2.7 km處，廠房縱軸線方位角為NE43°30’，廠區(qū)地面高程452.55 m，GIS開關(guān)站位于中控室側(cè)，主廠房尺寸（長×寬×高）79.36 m×28.67 m×50.99 m，裝兩臺(tái)單機(jī)容量35 MW水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組安裝高程435.27 m，單機(jī)引用流量123.6 m3/s。

4 溢流壩段布置

溢流壩布置在主河床，共5孔，單孔凈寬12 m，溢流前緣總寬72 m。溢流壩堰面采用WES曲線，堰頂高程472.80 m，選用倒懸堰頂，堰面冪曲線方程為y=0.067 593 6x1.85，冪曲線后與高坎用半徑為9.4 m的圓弧相接，與低坎用半徑分別為14 m和9.7 m圓弧相接，低坎的挑角為35°，高坎的挑角為45.966°。閘墩厚3 m，右邊墩為寬尾墩，溢流壩采用堰中間分縫，每個(gè)壩段長15 m，消能方式為挑流消能，挑流鼻坎采用高低坎。上游側(cè)設(shè)有4.8 m寬交通橋，壩頂在門機(jī)軌道中心線處設(shè)工作橋。閘室設(shè)有1扇平板檢修閘門和5扇弧形工作閘門。溢流壩選擇消能方式挑流消能。高坎的反弧半徑為9.4 m，鼻坎挑角為45.966°，鼻坎頂高程為462.916 m；低坎的反弧半徑為14.0 m和9.7 m，鼻坎挑角為35°，鼻坎頂高程461.646 m。泄流時(shí)水舌形成的回流淘刷右岸下游山體，而對(duì)左岸下游山體影響很小，故右邊墩設(shè)寬尾墩，頂高程474.40 m，左邊墩寬度為3 m，頂高程為469.0 m，有效解決泄流時(shí)水舌形成的回流淘刷右岸下游山體問題。

為了防止溢流壩泄洪沖刷大壩下游右岸耕地，自下游壩腳到大蒲春河口段設(shè)防護(hù)堤，防護(hù)堤總長度為600 m。根據(jù)（GB50201-94）《防洪標(biāo)準(zhǔn)》確定防護(hù)堤設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，相應(yīng)洪水位為454.30 m，經(jīng)計(jì)算，堤頂高程為456.50 m。防護(hù)堤體采用混凝土結(jié)構(gòu)，堤體座落在基巖上，堤頂寬度為1.0 m，迎水面直立，背水面坡度為1∶0.6。

該工程重力壩建基于熔巖凝灰?guī)r弱風(fēng)化中上部。為了使壩基具有足夠的強(qiáng)度、提高壩基的整體性和均勻性，壩基范圍內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿。帷幕灌漿上游側(cè)設(shè)一排固結(jié)灌漿孔，孔距2 m，孔深10 m。廊道下游壩基范圍內(nèi)固結(jié)灌漿孔排距3 m，孔距3 m，孔深6 m。固結(jié)灌漿合格標(biāo)準(zhǔn)以單位吸水量小于0.05 L/(min.m.m)控制。

5 左右岸擋水壩段

擋水壩段壩頂寬度為7.0 m，上游坡為直立，下游坡為1∶0.73。1號(hào)壩段長16.9 m，2號(hào)壩段長16.0 m，14號(hào)壩段長6.3 m，其余壩段長15 m。擋水壩段不設(shè)縱縫。

左、右岸重力壩混凝土分區(qū)：上游水位變動(dòng)區(qū)、廊道周圍和導(dǎo)流底孔周圍混凝土采用C30F300W4（三級(jí)配），上游最低水位以下及基礎(chǔ)部位混凝土采用C20F50W6（三級(jí)配），下游面混凝土采用C20F200W4（三級(jí)配），壩體內(nèi)部混凝土采用C10F50W4（四級(jí)配）。

壩體內(nèi)只設(shè)一道縱向基礎(chǔ)廊道，在1號(hào)和13號(hào)壩段各設(shè)一條橫向廊道與壩外連通，廊道出口均設(shè)在下游壩面處，各設(shè)鋼梯通向壩頂。大壩基礎(chǔ)廊道上游壁距上游壩面3 m，廊道斷面為城門洞形，寬度2.5 m，高度3 m。廊道上游側(cè)排水溝斷面為20 cm×20 cm，下游側(cè)排水溝斷面為30 cm×30 cm，以0.3%的底坡向8號(hào)壩段的滲漏集水井匯集。廊道兼基礎(chǔ)帷幕灌漿、壩基排水、壩內(nèi)交通和壩體觀測(cè)等作用。9號(hào)壩段設(shè)一吊物孔，吊物孔斷面為2 m×2 m，從壩頂直通至基礎(chǔ)灌漿廊道443.00 m高程，吊物孔主要擔(dān)負(fù)壩頂與廊道之間搬運(yùn)設(shè)備物資任務(wù)。

擋水壩段在壩體橫縫處距壩體上游面1.5 m設(shè)一道止水銅片，距下游面1.5 m設(shè)一道橡膠止水，距上游面2.7 m一道橡膠止水。距上游面2.1m設(shè)管徑200 mm的半圓排水管，間距2.5 m。壩體止水與壩基及岸坡采用止水槽有效聯(lián)接。

大壩滲漏集水井布置在8號(hào)壩段，設(shè)計(jì)滲透量為25 L/s，集水井的容積為169.6 m3，集水井內(nèi)設(shè)排水泵，并且在8號(hào)壩段邊墩內(nèi)埋設(shè)φ300排水鋼管，排水泵出水管與φ300排水鋼管相接，將集水井滲水排到大壩下游河道內(nèi)。

6 滲流控制工程設(shè)計(jì)

大壩基礎(chǔ)采用垂直防滲設(shè)計(jì)，在壩基及兩岸透水巖體中設(shè)置防滲灌漿帷幕進(jìn)行滲漏控制。

該工程大壩壩基防滲帷幕灌漿按0.05 L/（min. m.m）控制。

在大壩廊道內(nèi)設(shè)置一排灌漿帷幕，孔距2 m。防滲面積11 908 m2，帷幕灌漿長度357.9 m。根據(jù)大壩壩基滲透剖面，確定右岸防滲帷幕深30～50 m，河床防滲帷幕深18～30 m，左岸防滲帷幕深18～53 m。為防止兩岸繞壩滲漏，將兩岸帷幕延伸至地下水位線與正常蓄水線相交處，左岸帷幕延伸段長46 m，右岸帷幕延伸段長93.6 m。

帷幕灌漿上游側(cè)設(shè)一排固結(jié)灌漿孔，孔距2 m，孔深10 m。灌漿廊道下游壩基范圍內(nèi)上游側(cè)設(shè)2排、壩下游側(cè)設(shè)3排固結(jié)灌漿孔，排距3 m，孔距3 m，孔深6 m。

壩基設(shè)1排主排水孔，孔距2.5 m，深度為0.5倍帷幕灌漿孔深度。

大壩滲漏集水井布置在8號(hào)壩段，在8號(hào)壩段443.00 m高程設(shè)置10 m長橫向廊道作為水泵室，水泵室寬度4 m，高度3 m。設(shè)計(jì)滲透量為25 L/s，集水井的容積為169.6 m3，有效容積為90 m3，集水井內(nèi)設(shè)2臺(tái)排水泵，兩臺(tái)水泵輪流工作，互為備用，，并且在#8壩段邊墩內(nèi)埋設(shè)φ300排水鋼管，排水泵出水管與φ300排水鋼管相接，將集水井滲水排到大壩下游河道內(nèi)。

7 結(jié)語

石龍水電站工程于2006年開工，2010年投產(chǎn)發(fā)電。大壩布置充分結(jié)合地形、地質(zhì)和交通條件，以及建筑物的施工條件：溢流壩布置在主河床，導(dǎo)流底孔在溢流壩右側(cè)，兩岸布置擋水壩段，廠房利用樞紐上游右岸單薄山體采用引水式電站，以獲得最大37.90 m水頭。樞紐布置綜合考慮擋水、泄水、發(fā)電建筑物的相互關(guān)系，充分利用壩址處地形地質(zhì)條件，同時(shí)兼顧施工條件，有效利用河谷空間使布置協(xié)調(diào)緊湊。溢流壩挑流鼻坎采用高低坎，結(jié)合溢流壩在最右側(cè)邊墩采用寬尾墩，有效解決消能防沖問題和右岸山體淘刷問題。同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，通過多種理論和方法分析，并采取了多項(xiàng)優(yōu)化措施，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了工程投資，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1002－0624（2017）05－0001－02

TV642.3

B

2017-01-18