吉沙水電站首部樞紐攔河壩設計

李 猛，劉玉哲，王 玨

（1.中國水電顧問集團北京勘測設計研究院，北京 100024；2.中國大唐集團公司，北京 100032）

1 攔河壩總體布置

吉沙水電站是一座以發電為主的水利樞紐工程，為三等中型工程。工程由首部樞紐、有壓引水隧洞、調壓井、高壓管道和地面發電廠房等建筑物組成。水庫正常蓄水位3 132 m，死水位3 123 m，為日調節水庫。電站首部樞紐區兩岸山勢陡峻，河道狹窄，崩坡積體發育，攔河壩布置空間局促。

攔河壩壩頂高程3 137 m，最大壩高36.2 m（表孔壩段），壩頂總長78.55 m，共分為5個壩段，從右岸至左岸依次為：1號右岸非溢流擋水壩段、2號表孔溢流壩段 （布設2個表孔）、3號泄洪沖沙底孔壩段 （布置1個底孔和1個沖沙孔）、4號左岸非溢流擋水壩段、5號左岸連接壩段。

2 攔河壩各壩段設計

2.1 右岸非溢流壩段設計

右岸非溢流壩段軸線長22.3 m，樁號范圍為右壩橫0+020.500～右壩橫0+042.800。壩頂高程3 137 m，建基面高程3 103 m，壩高34 m。壩頂寬8 m，上游側有牛腿，布置防浪墻，下游側設欄桿。首部樞紐配電室布置于壩頂，設計為2層混凝土框架結構。按混凝土強度、抗滲、抗凍、抗侵蝕、低熱等性能指標，對壩體不同部位、不同工作條件的混凝土進行了分區設計。該壩段未設橫縫，設計為一整體。

右岸非溢流壩段與表孔壩段和右岸邊坡相接，壩體橫縫設有止水。與表孔壩段相接上游橫縫共設置了兩道止水，第一道為U形銅止水片，第二道為橡膠止水帶，距堰面分別為50 cm和80 cm。各止水自成封閉止水系統。

2.2 表孔壩段設計

表孔溢流壩段布置在河床部位，壩段軸線長20.5m，樁號范圍為0+000.00～右壩橫0+020.500。壩基面高程3 100.8 m，壩頂高程3 137 m，溢流壩段共設兩個表孔，每孔寬8 m，表孔閘墩厚1.5 m。該壩段未設橫縫。

表孔采用無閘門控制的自由溢流表孔，采用開敞式WES溢流堰，其曲線方程為x1.85=6.221y。堰面曲線原點高程3 132.0 m，終點高程3 127.789 m，與坡比為1∶0.75的斜直溢流面相切，下接反弧段。反弧末端與消力池底板相接。

表孔壩段壩根據結構布置及監測需要，設有帷幕灌漿排水廊道和監測廊道，廊道斷面為城門洞形。表孔與其相鄰的右非壩段和排沙底孔壩段的橫縫及縱縫均設有止水。上游橫縫設置兩道止水，第一道為U形銅止水片，第二道為橡膠止水帶。堰面與底孔壩段設一道U形銅止水片進行連接。堰體和消力池結合處縱縫設有一道U形銅止水片，在廊道穿縫處設置一道橡膠止水帶。各止水自成封閉止水系統。

2.3 泄洪沖沙底孔壩段設計

泄洪沖沙底孔壩段段長11.5 m，樁號范圍為0+000.00～左壩橫0+011.50。由于該壩段兼具水庫排沙和宣泄洪水的作用，故設有1個泄洪底孔和1個沖沙孔，布置在河床部位。采用混凝土重力壩，壩頂高程3 137 m，壩頂寬8 m，最大壩高36 m，上游壩面為鉛直面，下游壩坡為1∶0.75，壩頂設牛腿，其上游面設防浪墻，該壩段未設橫縫。

底孔由進口有壓段、明流段組成，孔口尺寸為4 m×4.5 m （寬×高）， 進口底板高程3 112.0 m。 壓力進口段采用喇叭口形式，頂面由部分橢圓曲線和與其相切的直線段組成，頂面橢圓方程為x2/7.52+y2/2.52=1，直線段坡比取1∶4.5；兩側面采用1/4橢圓曲線，方程為x2/2.852+y2/0.952=1，底面為平底，事故閘門與工作弧門之間的頂面采用1∶4的壓坡，保證壓坡段不產生負壓。

沖沙孔由進口壓坡段、有壓段組成，孔口尺寸1 m×1.5 m （寬×高），進口底板高程3 112 m。事故閘門與工作弧門的前端頂面采用1∶4.5的壓坡。

泄洪沖沙底孔壩段下游側3 130 m高程布置底孔工作閘門啟閉機室，壩頂3 137 m高程布置底孔事故閘門啟閉機室。根據結構布置的需要，該壩段設有帷幕灌漿排水廊道，斷面為城門洞形，尺寸為2.5 m×3.0 m （寬×高）， 底高程為3 106 m。

底孔與表孔壩段和左非溢流壩段間的橫縫設有止水。上游橫縫共設置兩道止水，第一道為U形銅止水片，第二道為橡膠止水帶。與消力池結合處縱縫設有一道U形銅止水片，在廊道穿縫處設置一道橡膠止水帶，各止水自成封閉止水系統。

2.4 左岸非溢流壩設計

左岸非溢流壩段軸線長14.5 m，樁號為左壩橫0+011.50～左壩橫0+026.00。壩頂高程3 137 m，建基面高程3 105 m，壩高32 m，頂寬8 m，上游設牛腿、防浪墻。壩體未設橫縫。

根據結構布置及監測的需要，在樁號壩下0+004.25處設有帷幕灌漿排水廊道和豎井，豎井斷面為矩形，尺寸為2.5 m×2.5 m；豎井頂部下游側設水平橫向廊道，底高程3 117.5 m，中心線樁號為左壩橫0+013.750，通向下游壩面，并在下游面布置廊道進口，斷面為城門洞形，尺寸為2.5 m×3.0 m（寬×高），底高程3 106 m。

左非壩段與左岸連接壩段和底孔壩段的橫縫設有止水。上游橫縫共設置兩道止水，第一道為U形銅止水片，第二道為橡膠止水帶。在廊道穿縫處設置了一道橡膠止水帶。

2.5 左岸連接壩段設計

左岸連接壩段與2號上壩公路相連，壩段軸線長9.75 m，頂寬8 m，樁號為左壩橫0+026.00～左壩橫0+035.750。壩頂高程3 137 m，建基面高程3 128 m，大部分壩高為1.3 m，最大壩高9 m。上游壩面為鉛直面，下游壩坡為1∶0.75。壩頂上游側布置防浪墻，下游側布置欄桿。

左岸連接壩段與左非壩段和左岸邊坡相接的壩體橫縫設有止水。上游橫縫共設置兩道止水，第一道為U形銅止水片，第二道為橡膠止水帶。各止水自成封閉止水系統。

3 攔河壩基礎處理設計

壩基開挖在考慮基礎加固處理后，以在滿足壩體強度和穩定的基礎上同時減少開挖量為設計原則， 基坑的形狀根據地形地質條件及上部結構的要求確定，保證壩段的基礎面上、下游高差不至過大，并略傾向上游。

根據地質資料和工程類比，覆蓋層及全、強風化層開挖邊坡采用1∶1.5；弱風化層采用1∶0.5。

3.1 壩基開挖

右岸非溢流壩段基礎坐落于3 103.00、3 122 m高程兩個平臺上，坡比為1∶0.5。溢流表孔壩段基礎坐落于3 100.30 m和3 103.00 m高程平臺上，坡比為1∶0.5。泄洪沖沙底孔壩段位于主河床部位，基礎平臺高程3 105.00 m，坡比為1∶0.5。左岸非溢流壩段基礎平臺高程3 122 m，坡比為1∶0.5。左岸連接壩段邊坡開挖坡比為1∶0.5，未設馬道。

3.2 固結灌漿設計

為提高壩基的完整性和均勻性，消除爆破對巖體的不利影響，改善基礎質量，對壩基進行了全面固結灌漿。考慮工程壩基地質條件、施工布置條件等，采用壩基接觸灌漿與固結灌漿相結合的方式，即利用固結灌漿孔進行壩基的接觸灌漿。固結灌漿范圍除壩基和消力池基礎部分外，上游進水口沖沙孔范圍也作為擴大的固結灌漿區。

固結灌漿孔深分為5 m和8 m兩種，壩踵區、斷層及其影響范圍內的孔深為8 m，其余部位孔深5 m。采用梅花形布置，壩基范圍內孔、排距均為3 m；范圍外孔、排距均為4 m。

壩基固結灌漿要求在有3 m厚混凝土蓋重層的條件下進行。實際施工時，為解決固結灌漿施工與混凝土澆筑上升之間的矛盾，大多數固結灌漿孔是在混凝土蓋重層厚度大于3 m的條件下進行的，少數在1 m左右的條件下進行。設計最大固結灌漿壓力為0.5 MPa。

3.3 防滲結構設計

（1）壩基滲流控制設計。大壩基礎采用垂直帷幕灌漿和排水孔幕相結合的滲控方案。為防止發生繞壩滲流，破壞左右岸山體穩定，在左岸山體內布設45 m深的灌漿平洞、在右岸采用明灌的方式將上游帷幕灌漿線延伸至兩岸山體內的地下水位線處，從而有效地延長了上游滲水的滲透路徑，降低了滲透坡降。

（2）防滲帷幕設計。該工程表孔壩段最大壩高36.2 m，上游最大水頭30 m，下游最大水頭7 m，設置橫向帷幕灌漿廊道組成防滲排水系統。由于下游水位較低，未設置下游防滲排水帷幕。透水率要求為：河床及兩壩肩灌漿后透水率≤3 Lu；兩岸灌漿平洞范圍內要求透水率≤5 Lu。大壩基礎上游帷幕采用單排孔帷幕，防滲帷幕在基礎灌漿排水廊道內進行鉆灌。防滲帷幕布置于距上游面3.5 m處的上游基礎灌漿排水廊道內，孔距為2 m，基巖內孔深25 m。根據大壩帷幕灌漿試驗報告，將帷幕灌漿壓力調整為2.5 MPa。

（3）壩基排水設計。排水孔布設在壩體灌漿排水廊道內，上游帷幕灌漿排水廊道前的壩體滲漏水、壩基滲漏水均排至大壩集水井。排水孔布置在主防滲帷幕下游側2 m，孔距3 m，巖石下孔深12 m。在表孔壩段中部設置大壩滲漏集水井，底高程3 102.40 m，采用機械抽排方式，通過在表孔中預埋排水鋼管輸入到集水井并抽排到壩體上游庫區。

4 攔河壩樞紐區邊坡設計

4.1 右岸邊坡設計

右岸邊坡完全開挖后總坡高為122 m，屬高～超高邊坡。其中，3 103 m高程以上設計邊坡坡比為1∶0.5， 3 122、 3 136.1、 3 158、 3 178、 3 198 m 高程分別設置2 m寬的馬道；3 198 m高程以上設計邊坡坡比為1∶0.3。右岸有一吉沙溝，在邊坡上設一截水溝。

整體邊坡采用系統支護和排水。在3 199～3 222 m高程邊坡段中，出現2條卸荷裂隙，其單條寬度均為20 cm，長30余m，傾向坡內，傾角約70°，平行坡面展布，深度不詳，張開無充填。對卸荷裂隙進行灌注砂漿封閉處理，同時采用長9 m，φ22@3 m×3 m長錨桿束支護，錨入巖石8.9 m，并加強穩定監測。

4.2 左岸邊坡設計

左岸邊坡開挖在滿足上部建筑物結構和功能輪廓尺寸的要求下，為保證邊坡穩定，以1∶1～1∶1.5的坡比進行開挖，并沿3 137、3 150、3 170 m高程設2 m寬馬道。

整體邊坡采用系統支護和排水。壩下0+050.00～壩下 0+130.00處，3 117.0～3 200.0 m高程邊坡采用網格梁支護，網格梁采取3.30 m×4.30 m城門洞形布置，尺寸為30 cm×40 cm。在3 150 m高程以下網格梁節點處加設1 600 kN錨索，間排距6 cm×13 cm。在壩0+000.00～壩下 0+130.00，3 117 m高程處設置混凝土擋墻。擋墻與護坡網格梁之間回填C10三級配混凝土。

5 結語

吉沙水電站首部樞紐攔河壩設計在前期大量論證、多方案比較的基礎上，最終選擇了本文所述的設計方案。經深化調整后的樞紐布置既充分適應了地形地質與建設條件，也體現了水電技術的發展；不僅樞紐建筑物形式簡單、布置合理， 而且技術可靠、安全經濟，為在河道狹窄、邊坡陡峻的河流上布置樞紐建筑物積累了寶貴經驗，可為類似工程提供參考。