南丹縣新納力水電站壩型的比與選

潘勇華（廣西河池水利電力勘測設(shè)計研究院，廣西　河池市　547000）

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南丹縣新納力水電站壩型的比與選

潘勇華（廣西河池水利電力勘測設(shè)計研究院，廣西河池市547000）

廣西南丹縣新納力電站水庫大壩是深厚軟弱地基上建筑的土石壩，工程設(shè)計采用三種壩型，二種防滲材料比選。就各壩型在軟弱地基上的應(yīng)用經(jīng)驗予以介紹。

新納力水電站；壩型比選；堆石壩；復(fù)合土工膜心墻

1　工程概況

新納力水電站位于廣西和貴州兩省之間界河拉平河下游，壩址位于南丹縣中堡鄉(xiāng)水碾屯，距南丹縣城130km，距龍灘壩址110km，壩址集雨面積2735km2，本工程是以水力發(fā)電為主的新建水電工程，電站水庫正常蓄水位442.0m，總庫容1400萬m3，電站為壩后引水式電站，總裝機25.5MW （3× 8.5MW）。

水庫為中型水庫屬Ⅲ等工程，樞紐工程為Ⅲ等工程，主要建筑物擋水壩按3級建筑物設(shè)計。壩址對外有跨省但路面較差的道路通過。

2　壩址地形地質(zhì)條件

可研推薦的壩址河道呈倒“L”型轉(zhuǎn)彎，壩址上游河道狹窄，壩后河道開闊。壩線位置河床寬70～80m，右岸坡度45～55°左右，左壩肩為懸崖，高約30m，近似直立，懸崖以上到山邊為緩坡。壩線河床淤積物、漂石和砂卵石等堆積層厚度達10～13m，壩線壩基基巖為弱至微風(fēng)化灰?guī)r、燧石灰?guī)r，壩基及壩肩巖體淺部巖溶裂隙發(fā)育，庫水可通過巖溶裂隙產(chǎn)生滲漏，需帷幕灌漿處理，防滲要求達到q=5Lu，深度10～35m。

3　壩型及防滲方案比較

3.1壩型比較與選擇

按選定的壩址和壩線，根據(jù)地形、地質(zhì)和建筑材料等條件，在正常蓄水位為442.0m時，修建堆石壩、混凝土拱壩和混凝土重力壩都是可行的，該三種壩型的比較如下：

3.1.1混凝土面板堆石壩

上壩坡采用 1：1.4、下游壩坡采用 1：1.6，壩頂高程450.30m，最大壩高64.3m，壩頂寬5.0m，最大壩底寬185.55m，壩軸線長147.95m。鋼筋混凝土防滲面板厚0.30～0.55m，趾板寬6.0m，厚0.8m，面板后設(shè)墊層3m和過渡層3.50m，壩體由灰?guī)r料堆填，機械壓實。

堆石壩方案清除河床約2.5m厚的表面的淤泥和松散的砂卵石層后，經(jīng)壓實即可筑壩，趾板開挖到基巖。壩基防滲：趾板基礎(chǔ)進行帷幕灌漿，帷幕的單位吸水率要求小于5Lu。

面板堆石壩在左壩肩的緩坡上設(shè)閘壩式溢洪道泄洪，采用底流消能。進水渠長190m，底板高程431.0m。溢洪道寬57.5m，采用寬頂堰，堰頂高程431.0m，設(shè)5孔9.5×5.0m平面鋼閘門。泄水陡槽長110.7m，寬57.5～40m，消力池底高程390.0m，坎頂高程402.0m。

3.1.2碾壓混凝土拱壩

拱壩體型選用同園心、等外半徑變內(nèi)半徑的單曲拱壩，上游面垂直，壩頂軸線弧長193.0m，壩頂高程449.0m，壩頂厚6m，最大壩底厚24.0m，最大外半徑110m，最大中心角101°。利用壩身布置溢流消能設(shè)施，溢流前緣寬55m，設(shè)5孔9.5m× 7.5m平面鋼閘門，堰頂高程435.0m，溢流壩段壩高52.0m，采用實用堰挑流消能，鼻坎高程426.96m。左、右岸非溢流壩長分別為53.50m和53.5m，最大壩高66.0m，左壩肩設(shè)31.0m重力墩。

拱壩基坑開挖較深，壩基帷幕需設(shè)灌漿廊道。

3.1.3碾壓混凝土重力壩

碾壓混凝土重力壩分三個壩段，為左、右岸擋水壩段和溢流壩段，大壩總長163.30m.溢流壩布置于河流中部，溢流壩長61.5m，設(shè)5孔9.5m×7.5m平面鋼閘門，采用WES型堰面曲線，堰頂高程為435.0m，最大堰高52.0m，最大底寬52.34m。消能方式采用挑流消能。左岸壩長60.6m，右岸壩長38.20m，壩頂寬8.5m，壩頂高程449.0m，最大壩高58.0m。

碾壓混凝土重力壩基坑開挖較深，壩基帷幕需設(shè)灌漿廊道。

3.1.4壩型比較

壩型比較各方案的工程布置、施工條件、施工進度、工程投資等見表1。

表1　方案技術(shù)經(jīng)濟比較表

從表1看出，拱壩的投資分別比重力壩、堆石壩少1689萬元、117萬元。

混凝土重力壩雖然施工簡單，但混凝土工程量大，投資大，工期長，不宜采用。

混凝土拱壩工程投資雖少，但左岸壩肩巖石的裂隙比較發(fā)育，右岸有一條斷層，河床砂卵石較厚，地質(zhì)條件對拱壩方案影響大，右岸壩肩開挖將中斷跨省公路，再則壩基開挖和基礎(chǔ)處理將使電站比堆石壩方案晚發(fā)電6個月。

堆石壩的缺點是溢洪道較長，開挖及填筑量大，大壩填筑及面板施工的質(zhì)量較難控制，工程投資比拱壩多117萬元。但堆石壩施工準(zhǔn)備工作量小，需要施工供電負(fù)荷小，臨時工程少，水泥用量比拱壩少1萬多噸，對外交通運輸對大壩的施工影響較小，施工速度快速，第一臺機可能比拱壩提前6個月發(fā)電，增加發(fā)電效益570萬元左右；其次減少冬季水泥漲價60萬元的漲價風(fēng)險。

綜合比選，堆石壩各項指標(biāo)較優(yōu)。

3.2防滲型式選擇

根據(jù)工程特性堆石壩的防滲型式可選用混凝土面板和復(fù)合土工膜心墻，該兩種防滲型式的技術(shù)經(jīng)濟比較如下：

3.2.1混凝土面板堆石壩

（1）工程布置：見混凝土面板堆石壩布置。

（2）工程技術(shù)

國家已經(jīng)發(fā)布了混凝土面板堆石壩設(shè)計和施工規(guī)范，已積累了不少的經(jīng)驗。

電站從河床趾板到壩頂為64.3m，屬中壩，筑壩材料為石灰?guī)r，工程技術(shù)相對成熟，但地形條件也使工程存在一定的風(fēng)險，主要是左右兩岸的地形較陡，尤其是左岸懸崖80°左右，易出現(xiàn)由岸坡較陡引起較大沉降而拉裂面板。

（3）主要工程量及投資

主要工程量及投資，見表2。

表2　主要工程量及投資比較表

（4）施工條件、進度安排

混凝土面板堆石壩填筑，左岸的上下游均可運料上壩，壩頂工作面寬，大壩渡汛防滲層、墊層、過度層、堆石區(qū)同步上升，趾板灌漿與大壩填筑分開，施工干擾小。

混凝土面板堆石壩的施工時長第一年11月至第二年12月施工共13個月，第一臺機組第二年12月底發(fā)電。

3.2.2復(fù)合土工膜心墻堆石壩

（1）工程布置

上、下游壩坡均為1：1.6，壩頂高程450.30m，最大壩高64.3m，壩頂寬5.0m，最大壩底寬176.72m，壩軸線長155.91m。復(fù)合土工膜心墻防滲結(jié)構(gòu)由過渡層3m、墊層2m、二布一膜復(fù)合土工膜（400g/m2/0.6mm/400g/m2）、墊層2m、過渡層 3m組成，復(fù)合土工膜采用垂直坡形鋪設(shè)，周邊錨固混凝土建在河床和兩岸巖石基礎(chǔ)上。

壩基防滲處理：在復(fù)合土工膜錨固混凝土基礎(chǔ)進行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，防滲帷幕的單位吸水率要求小于5Lu。壩基礎(chǔ)清除河床表面淤泥松散砂卵石層的要求、壩體填筑與混凝土面板堆石壩相同。

（2）工程技術(shù)

土工合成材料已有國家標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，國內(nèi)建成土工膜心墻堆石壩較高的壩有四川會理竹壽水庫心墻壩 （壩高 60.22m），廣西區(qū)已建有金秀田村土工膜心墻壩 （壩高41.9m），兩壩心墻或部分壩體采用風(fēng)化料填筑。

本工程壩高64.3m，屬中壩，正常蓄水位承受的水頭48m，校核水位承受的水頭54m，復(fù)合土工膜的防滲承壓與耐久性均能滿足要求。

（3）主要工程量及投資

主要工程量及投資，見表2。

（4）施工條件、進度安排

復(fù)合土工膜心墻堆石壩填筑，左岸的上下游均可運料上壩，但由于受復(fù)合土工膜的分隔，兩側(cè)的工作面變小，土工膜連接與壩體填筑干擾較大，但少了壩前混凝土面板與趾板的施工。

施工安排時長第一年11月初第二年11月共12個月完成大壩施工；第一臺機組第二年11月底發(fā)電。

3.2.3防滲型式比較和選擇

兩種壩型的壩線可選在同一條壩線上，地形地質(zhì)相似，工程總體布置相同，主要工程量見表2。

（1）工程量及投資：壩體方量土工膜心墻堆石壩較大，其它工程量均是混凝土面板堆石壩的量大。工程量的多少反映出投資大小，復(fù)合土工膜心墻堆石壩投資少427萬元。

（2）對施工的影響

復(fù)合土工膜連接和壩體填筑交叉施工，相互有一定干擾，帷幕灌漿與壩體填筑施工也有一定的干擾，壩體工作面不如面板堆石壩寬敞。但面板堆石壩施工的工序比較多，壩體填筑與趾板施工相互之間也有一定的干擾。

（3）工期與發(fā)電效益

復(fù)合土工膜心墻堆石壩比混凝土面板堆石壩提前30d建成發(fā)電，早產(chǎn)生效益。

綜上所述，堆石壩的防滲型式復(fù)合土工膜優(yōu)于混凝土面板。

4　結(jié)語

堆石壩從地形地質(zhì)條件、工程布置、工程投資、施工條件、工程進度和工程效益方面優(yōu)于混凝土重力壩與混凝土拱壩。復(fù)合土工膜心墻防滲的堆石壩相比混凝土面板防滲的堆石壩在工程投資、施工難度及工程效益方面占優(yōu)。因此，南丹縣新納力水電站水庫大壩的壩型推薦采用復(fù)合土工膜心墻防滲堆石壩。

潘勇華（1977-），男，中級工程師，本科，主要從事水利水電工程設(shè)計工作。

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2095-2066（2016）13-0069-02

2016-4-2