多諾水電站混凝土面板堆石壩設計

馮 軍，辛俊生

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 多諾水電站概況

多諾水電站位于四川省九寨溝縣黑河上游，是黑河～白水江梯級電站的龍頭電站。區域氣候干燥、雨季分明、夏短冬長。多年平均氣溫12.6℃，年差小，日差大。首部樞紐由趾板建在覆蓋層上的混凝土面板堆石壩、取水口、泄洪洞、放空洞等建筑物構成(圖1)。

圖1 首部樞紐平面布置圖

水庫正常蓄水位高程2370m，死水位高程2320m，壩高112.5m，引水隧洞長約 14.8km，利用水頭350m，裝機容量100MW。

河床部位覆蓋層最大厚度約40m，分為三層。中下部為沖洪積含漂塊碎礫石土層(第①層)，厚度約10～35m;表層為現代河床沖積堆積的含漂卵砂礫石層(第②層)，厚度約3～5m;左、右岸上部均為崩坡積堆積的塊碎石土層(第③層)，其厚度分別為2～10m和3～17m。

2 面板堆石壩設計

2.1 基礎處理設計

(1)基礎覆蓋層。

經技術、經濟比較，河床覆蓋層采用挖除第②層及第③層，將大壩建基面置于震動碾壓10遍后的第①層方案。同時在其上鋪設2m厚的墊層料、3m厚的過渡料作為反濾及排水通道。

(2)兩岸趾板基礎。

兩岸岸坡基巖弱風化、弱卸荷下限較深(左岸約60m，右岸約50m)。考慮到兩岸壩高及擋水高度逐漸減小，要求兩岸挖除強卸荷帶，將趾板置于弱風化、弱卸荷基巖上。對整個趾板基礎進行了固結灌漿處理，固結灌漿的孔、排距均為2.5 m，孔深8m，梅花形布置。對穿越趾板基礎的層間剪切破碎帶、軟弱夾層等用混凝土塞封閉。在趾板后一定范圍內采用鋪φ6.5@20cm×20cm鋼筋網噴10cm厚的C20混凝土以延長滲徑。

(3)帷幕灌漿。

帷幕灌漿在趾板上進行，設置兩排防滲帷幕，孔、排距均為1.5m，局部加密。上游排帷幕深入基巖相對隔水層(1～5Lu)以下5m，帷幕最深148m;下游排帷幕深度是上游排帷幕深度的1/2，最深約116m。右岸沿單薄山脊布置灌漿廊道，左岸壩肩布置一條與壩軸線平行的灌漿廊道，深入岸坡150m，帷幕灌漿在廊道內進行。

2.2 大壩剖面設計

面板堆石壩壩頂高程為2374.5m，壩頂寬10m，最大壩高112.5m，壩軸線長215m，防浪墻頂高程2375.7m，上游壩坡為 1∶1.4，下游壩坡綜合坡比1∶1.5，下游壩坡設3級馬道，馬道之間的高差為30m。混凝土面板堆石壩壩體斷面分成墊層區、過渡區、主堆石區、下游堆石區及次堆石區。在面板上游設有粘粒和粉粒較重的土質鋪蓋(圖2)。

2.3 壩體分區設計

以控制壩體的變形、沉降為主導，盡量避免面

圖2 混凝土面板堆石壩標準剖面圖

板開裂的產生及接縫止水的破壞，同時壩體各分區要有良好的級配過渡，滿足設計透水要求。筑壩材料主要來自下壩址料場的中厚層砂巖夾板巖，砂巖單層厚度一般為40～80cm，板巖層厚一般為5～10cm，板巖在料場中所占比例一般為5% ～8%。砂巖平均干密度為2.73g/cm3，加載方向與層面垂直、平行時，濕抗壓強度分別為125.61MPa、82.53MPa。砂質板巖平均干密度為2.75g/cm3，加載方向與板理垂直、平行時，濕抗壓強度平均為 52.67MPa、33.83MPa。砂巖屬堅硬類巖石，砂質板巖屬中硬類巖石，各向異性較為明顯，強度基本能滿足SL251－2000標準要求。根據室內試驗及有限元計算，結合現場爆破試驗成果，類比國內外同類工程，確定壩體各區填筑料的控制級配(表1)及設計參數(表2)。

2.4 靜力分析

表1 主要壩料控制級配表

表2 主要壩料設計參數表

通過室內大型動、靜三軸試驗，詳細研究了堆石壩料的工程特性，并在試驗的基礎上，采用非線性鄧肯-張E-B模型對大壩進行了三維靜力分析和7度地震烈度情況下的動力反應分析。考慮到壩體在填筑先期完成的壓縮變形不影響其上部結構的應力及變形，三維計算中采用了按施工分期加載的方式，主要計算結果見表3。由于河谷較為狹窄，空間作用顯著，因此而出現了明顯的拱效應。從計算結果可以看出，壩體的變形和應力以及面板垂直縫和趾板周邊縫的變形可以通過工程措施得到有效控制，壩體的設計是合理的，未發現有特殊不利的性狀。

2.5 細部結構設計

(1)趾 板。

趾板厚度為0.8～1.11m，寬度約按水頭的1/12～1/14左右采用。趾板混凝土標號C25W12F150，二級配，最大集料粒徑40mm，采用普通硅酸鹽水泥。趾板表面設單層雙向鋼筋，每向配筋率為0.4%左右，凈保護層厚8～10cm，趾板設φ25錨筋錨固，錨筋縱、橫向間距為1.5m，錨入基礎以下6m。

表3 三維非線性有限元計算壩體變形和應力極值(靜力)表

(2)面 板。

面板厚度按 T=0.3+0.003H 確定，為0.3 ～0.63m，最大板長185.78m。面板混凝土等級為C25W12F150，二級配，最大集料粒徑為40mm，采用普通硅酸鹽水泥。面板配筋采用單層雙向結構，置于面板截面中部，每向配筋率約為0.4%，并在周邊縫位置及鄰近周邊縫的垂直縫兩側布置抗擠壓的構造鋼筋。

(3)分縫及止水。

①面板垂直縫。面板分兩期施工。一、二期面板澆筑分縫高程為2325m，皆按施工縫處理。面板垂直縫共21條，中部7條為壓縮縫，兩岸14條為受拉縫。垂直縫間距在中間板塊為12m，兩岸為8m。拉、壓縫底部設一道W型銅片止水，表面設置弧凸狀塑性填料，外蓋三元乙丙橡膠SR防滲蓋片并用扁鋼固定。其中壓縫縫寬12mm，縫間嵌塞瀝青杉木板。拉縫縫面刷3mm厚瀝青乳膠。

②周邊縫。縫寬12mm，縫間嵌塞瀝青杉木板，底部設F形銅片止水，上部設弧凸狀塑性填料，外蓋三元乙丙復合板并用扁鋼固定。

③趾板伸縮縫。間隔36～24m設一道伸縮縫，并與面板垂直縫錯開，縫間刷3mm乳化瀝青，設U型銅片止水一道。

④面板頂部水平縫與防浪墻伸縮縫。面板頂部與防浪墻間的水平縫結構與周邊縫相同。防浪墻伸縮縫分縫位置及縫寬與面板垂直縫對應，縫間嵌塞瀝青杉木板，中部設U型銅片止水一道。

3 結語

多諾水電站混凝土面板堆石壩為河床段趾板建在覆蓋層上的高混凝土面板堆石壩，目前已建成的、規模相當的同類工程國內僅有三座。多諾水電站最大壩高112.5m，居國內同類工程第二位。本工程的建設經驗能為國內后續類似工程提供參考。