老撾Xeset 2水電站首部樞紐左副壩設計優化

李 健，宋自平

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

老撾Xeset 2水電站位于老撾南部Champassak省和Saravane省境內，為筑壩引水式發電項目，電站引用流量33.7 m3/s，利用水頭271 m，裝機容量2×38 MW。電站首部攔河大壩長650 m，由6段開敞式溢流壩、2孔沖沙閘和左右粘土心墻堆石副壩組成，最大壩高25 m，壩頂高程818 m，正常蓄水位高程813 m。水庫設計為日調節，水庫回水長約2 km，總庫容約80萬m3，為Ⅲ等小(2)型工程。

Xeset 2水電站庫區兩岸地勢總體較低，右岸地勢平面上呈緩坡狀開闊臺地，左岸則呈緩坡狀單斜山地，相對右岸更雄厚一些，以15°～30°的緩坡地形為主，庫區兩岸無大的沖溝。

Xeset 2水電站庫區出露的地層有淤泥質粘土和玄武巖兩種。庫區兩岸絕大多數地段被淤泥質粘土層覆蓋，厚度一般為1～5 m，局部地段可達10 m，淤泥質粘土試驗顯示為高液限粘土，呈灰色或褐色，粘性大，中密，含水量大，植物根系發育，其下為含碎石粘土，滲透系數平均值為4×10－5cm/s，屬弱～微透水層;玄武巖主要出露在河床、兩岸坡腳，呈灰色及黑灰色，冷凝孔隙發育較多，巖體中垂直裂隙發育，易受水流沖刷，并將巖體切割成塊狀從而降低了淺表部巖體的完整性和抗沖能力，巖石總體屬微弱透水巖體。

總體上看，Xeset2水電站庫區兩岸山坡高度均不大，最大相對高差20 m左右，左岸山體比較厚實，右岸相對單薄，庫區兩岸沒有大的沖溝，也未發現不良地質現象，除河床玄武巖中張開的垂直裂隙發育較多外，未見其它斷裂出露。因此，Xeset2水電站庫區整體條件較好。

Xeset 2水電站首部樞紐左副壩長330.41 m，原設計通長均為粘土心墻堆石壩，最大壩高22 m，屬于低壩，上游壩坡 1∶2，下游壩坡 1∶1.8。左副壩原始地面高程從809 m至818 m，壩前岸坡厚實，淤泥質粘土層覆蓋較厚，壩體與上游河道大致平行，平面距離在100 m以上。為布置與溢流壩段相接的左副壩擋土墻，從左副壩軸線DL0+000 m至0+014.5 m段(擋土墻基礎)深挖至高程796 m，基坑開挖坡度:下部基巖為1∶0.5，上部土層為1∶1，在壩軸線 DL0+025.7處，壩基上抬至高程807.7 m。壩基為淤泥質粘土層，原始地面下挖厚度為2 m，在壩軸線DL0+046.73，壩基開挖高程為809.18 m，基礎開挖深度為1.5 m。然后按照S=0.04的縱坡開挖左副壩基礎，至DL0+295.98時，壩基開挖高程達到813 m，在壩軸線DL0+295.98以后為延伸連接段，壩基沿軸線設計帷幕灌漿到樁號DL0+295.98。

2 左副壩優化設計方案提出的緣由

老撾Xeset 2水電站是按照中國的規范進行設計的，工程等別按其綜合特性確定為Ⅲ等，而首部樞紐按水庫庫容80萬m3及日調節能力、庫區下游無城鎮工礦企業保護要求等指標確定為小(2)型工程。作為首部樞紐組成部分的土石副壩設計采用的規范是《碾壓式土石壩設計規范》SL274－2001。對于電站首部左副壩的原設計方案，在查閱了設計規范及壩區工程地質報告、試驗報告等資料后，最終認為原設計過于保守，不夠經濟。具體表現在:左副壩設計開挖基礎在DL0+025.7 時，高程為807.7 m;在DL0+046.73 時，高程為809.18 m，基礎開挖深度平均為2 m左右，壩基位于淤泥質粘土層上，填筑壩體超過自然地面8.3～6.8 m。而從 DL0+046.73 開始壩基開挖 深 度 逐 漸 加 厚，到 DL0+151.98時 達 到5.5 m，壩基穿過滲透系數小的淤泥質粘土層進入含碎石粘土層，填筑壩體超出自然地面僅3 m。在DL0+295.98時的壩基開挖深度為4 m，壩基位于淤泥質粘土層上，填筑壩體超出自然地面僅1 m。

由此可以看出，左副壩的壩基開挖高程在左副壩擋墻基礎過后就迅速抬升至接近原始地面線，大壩的壩高也迅速減小到在壩軸線DL0+025.7 處的10.3 m。在壩軸線DL0+025.7～DL0+046.73段的開挖深度也基本為1.5～2 m左右，這符合在地質條件較好的情況下低壩的設計規律。而在壩軸線DL0+046.73以后的壩基設計卻不符合這種設計規律，壩基被按照一個不同于自然地面坡度的縱坡值開挖而逐漸加深，從而大大地增加了開挖量，也增加了大壩的填筑量。壩基下的淤泥質粘土層和其下的含碎石粘土層均為弱～微透水層，且兩種土層的地基承載力均符合設計要求，按照設計規范要求，完全沒有必要挖得過深，否則很不經濟。

3 優化設計的具體內容

優化設計的主要內容有:

由于左副壩岸坡的自然坡度比設計要求的20°更陡的壩段位于左副壩擋墻段，其余副壩段都是坡度在15°以下的緩坡，故直接將左副壩從壩軸線DL0+025.7樁號以后的壩基開挖高程隨岸坡的自然坡度抬高，剝離掉富含植物根系的表土層，經碾壓密實并驗收合格后作為壩基填筑大壩，表土開挖平均深度暫時確定為1.5 m，實施時再根據土層出露情況進行適當調整。進行優化調整后，左副壩的設計理念一致了，同時減少了大量的壩基開挖量和壩體填筑工程量。

該水庫為日調節的低壩水庫，庫容小且左副壩岸坡土層厚實，屬弱～微透水層，壩基地質條件良好，沒有斷層穿過，壩前岸坡寬度更是達100 m以上，大部分壩段位于正常蓄水位以上，極少時間擋水。根據《碾壓式土石壩設計規范》SL274－2001第6.3.11條規定的“帷幕灌漿伸入兩岸的長度可根據下述原則之一進行確定:…至水庫正常蓄水位與相對不透水層在兩岸的相交處…”。因此可以根據該規定減少部分左副壩帷幕灌漿工程量，只需對開挖基礎低于水庫正常蓄水位高程813 m的壩段進行帷幕灌漿，具體分界樁號為DL0+129.41，壩基優化抬高后在此樁號的開挖高程為813 m，自然地面高程為814.5 m。

在樁號DL0+129.41以后的壩段最大壩高只有5 m，且常年處于庫水位以上，極少時間擋水。而在左副壩工地現場附近，開挖時堆存有大量符合大壩填筑要求的土料。參考設計規范并從經濟角度考慮，改為均質土壩，可以大量減少過渡料和反濾料用量(因為過渡料和反濾料均從砂石廠生產，出廠及運輸成本較高)，降低工程生產成本，壩體表面保護不變。

4 優化設計方案的經濟比較

左副壩DL0+025.7樁號以后優化設計前后的工程量清單見表1。

表1 優化設計前后工程量清單表

綜上分析可以看出，進行設計優化后的左副壩大量的減少了土石方開挖量、壩體填筑量和帷幕灌漿工程量，僅減少的9221.8 m3過渡料和反濾料的生產及運輸成本便可節約10萬美元以上。更為重要的是，工程量的減少還可以加快工程施工進度，節約土石方開挖、壩基帷幕灌漿及土石方填筑工期3個月以上。

5 優化設計方案的實施

本優化設計方案推出后，立即得到了設計單位的積極肯定和采納，左副壩設計圖紙的最終版本以優化后的設計方案定稿，報送給監理單位和業主單位后也得到了肯定并很快被批準實施。在左副壩基礎開挖過程中，揭露的淤泥質粘土層中植物根系含量較多的土層厚約0.5 m，為此，設計、監理及業主各方最后確定，Xeset 2水電站首部大壩左副壩樁號DL0+025.7以后的壩基除已經開挖成型的帷幕灌漿蓋重混凝土溝槽外，其余壩段基礎開挖深度均按大約0.5 m厚進行，以揭掉富含植物根系的表面耕土層為宜，經碾壓并驗收合格后作為副壩填筑的基礎。此舉在優化后的設計基礎上又節約土方開挖4246.7 m3，土方填筑 2279.6 m3，堆石料填筑 357.4 m3，拋石護坡345 m3，讓本優化設計方案錦上添花，使設計優化方案達到了令人滿意的效果，左副壩優化設計方案最終節約合同造價約90萬美元。

6 結語

老撾Xeset 2水電站工程是以美元計價的EPC總價承包交鑰匙工程，工程從2005年8月8日開工，至2009年8月7日結束，建設周期4年，期間經歷了美元跌價、鋼材價格上漲、美國次貸危機等多次國際經濟、金融風暴，以及老撾本國由于經濟加快發展帶來的勞動力、材料、配件及設備租賃等價格普遍上漲，給工程施工運作帶來的重重壓力。本工程首部樞紐左副壩設計優化方案的提出及成功實施，為工程帶來了良好的經濟效益，節約了大量工程成本，為工程抵御國際工程經營風險提供了有力支持，可為今后類似的工程實踐提供參考。