蒙江灰洞水電站拱壩建基面抬高設計

□陶碧芳（貴州省水利水電勘測設計研究院）

1.工程概況

灰洞水電站是蒙江流域格凸河上第六級電站，壩址以上流域集水面積2273 km2。工程位于貴州省長順縣境內，總庫容256×104m3，為 ⅠV 等小（1）型水庫，電站為中型，裝機 2×25 MW。樞紐由雙曲拱壩、左岸發電引水線路及河岸式發電廠房組成。主要建筑物為4級建筑物，大壩設計洪水重現期為50年，校核洪水重現期為200年。

混凝土砌毛石雙曲拱壩設計壩高51 m，壩頂高程659.5 m，壩底高程608.5m，頂厚4.0m，拱冠梁底厚11.0m。總工期及防汛度汛要求2011年4月大壩須砌筑至度汛高程633.0m，2012年8月下閘蓄水，壩體施工任務緊，度汛目標壓力大。

2011年3月，兩壩肩基槽開挖完畢，基坑挖至614.2～615.2m，基槽揭露巖體完整性好，爆破殘孔率高；河床段揭露出在大壩基坑靠右岸發育有f1張扭性小斷層，斷層產狀250°/NW∠82°，破碎帶寬0.1～0.3m，斷距1～1.5m，沿斷層面為斷層角礫巖含泥質充填，發育3組裂隙，除此，基坑巖體完整性較好。

為此、大壩建基面抬高至614.0 m高程后，壩體應力、基礎承載力滿足設計要求，壩肩抗滑巖體安全，沖坑后坡比滿足規范要求；可節省工程投資85萬元，縮短工期2個月。

2.壩基地質

2.1 壩基地質情況

壩址出露地層為石炭系上統馬坪群第一段（C3mp1）厚層灰巖，巖層產狀115°∠24°，走向與河流交74°。巖體節理裂隙中等發育，完整性較好，巖質較新鮮、堅硬。基坑及壩肩無較大斷裂構造破壞，局部陡傾角節理裂隙較發育，多為方解石充填，膠結較好，無危及壩體的不利結構面組合。

2.2 聲波檢測孔布置與檢測

沿基坑布設了9個聲波測試孔，分左、中、右共3組布置，每組3個孔，每孔深度11～11.8m左右，河床基坑開挖深度現狀在基巖面以下5～8 m，根據動態檢測，發現河床壩基615.2 m以下巖體質量較好，故檢測水平確定為615.2～616.5m高程。

根據《水電水利工程物探規程》DL/T5010-2005，對壩址區基巖的單孔聲波測試豎直方向和穿透聲波測試水平方向范圍巖體完整性評價見表1。

表1 單孔聲波測試豎直方向巖體完整性評價表

3.建基面抬高設計

3.1 拱壩體型調整

原拱壩混凝土墊層厚度為2.0 m，考慮到壩體砌筑速度較慢，墊層厚度調整為4.0 m，即拱壩起拱高程調整至618.0 m，614.0～618.0 m為混凝土墊層區，618.0～659.5 m為砌石壩體，拱壩體型特征參數見表2和圖1。

表2 抬高后拱壩體型特征參數表

圖1 抬高后壩體與技施設計方案對比圖

3.2 拱壩應力復核

應力復核考慮以下幾種工況：工況一：正常蓄水位+溫降；工況二：校核洪水位+溫升；工況三：死水位+溫升；工況四：正常蓄水位+溫升。工況一、三、四為基本荷載組合工況，工況二為特殊荷載組合工況。應力計算參數見表3。

表3 應力計算參數表

采用多拱梁方法進行復核計算，結果由表3可見應力情況滿足規范要求。

3.3 壩肩抗滑巖體穩定復核

壩肩抗滑巖體穩定分析工況同應力復核，采用剛體極限平衡法進行分析計算。

兩壩肩主要發育以下3組裂隙，①245°/NW∠72°，②270°/N∠50°，③80°/NW∠80°。由于f1小斷層位于壩基底部，走向偏右岸上游，對下游抗滑巖體未形成切割體，不進行穩定復核，基礎處理一并處理。對右壩端而言，第①組裂隙與拱端推力方向接近平行，指向山體內，第②、③組裂隙近橫河向，不構成危險斷裂面；對左拱端來說，第①、②組裂隙為近橫河向發育，第③組裂隙與拱端推力方向近平行，指向山體內。故兩拱端發育的裂隙面，均構不成危險斷裂面。復核時左、右拱端分別假定與拱端呈10°、20°、30°交角的3組裂隙，采用發育裂隙面的參數進行計算。滑動模式見圖2。

圖2 拱肩抗滑巖體滑動模式示意圖

大壩級別為4級建筑物，參照3級拱壩的抗滑穩定安全系數作為控制值，通過計算，基本荷載工況下安全系數均＞3.0，特殊荷載組合工況下安全系數均＞2.5，滿足規范要求，壩肩巖體穩定。

3.4 消能防沖復核

該大壩為4級建筑物，按規范，消能防沖設計洪水重現期為20年，本次復核考慮校核、設計及消能防沖洪水共3種工況，分別計算各頻率相應水位下泄流量的水流射距和最大沖坑深度。

4.結語

本工程為三等中型水電站工程，主要建筑物擋水大壩按4級建筑物設計。設計洪水重現期50年（P=2.0%），校核洪水重現期200年（P=0.5%）。

基坑揭露出的巖體已達到弱風化底部和微風化層，詳勘資料表明，壩基巖體平均波速為4500～4900m/s，巖體抗壓強度大于50kPa，拱壩建基面有抬高的可能。

建基面抬高后，壩體應力、基礎承載力滿足設計要求，壩肩抗滑巖體抗剪斷安全系數滿足規范要求，消能防沖后坡比滿足規范要求。