永和水電站壩型方案比選

長治市水利勘測設計研究院 山西 長治 046000

正文：

1 工程概述

永和水電站位于沁源縣郭道鎮永和村東沁河一級支流紫紅河上，是1986年《山西省沁河流域修訂規劃報告》、2006年《山西省流域分區水資源規劃配置》、《長治市“十一五”規劃》等各次規劃中均肯定工程項目。在2006年《山西省流域分區水資源規劃配置》規劃報告中，永和水電站（即過去歷次規劃中“西溝水庫”）是沁河流域長治市境內沁河支流上規劃水源和水能開發利用工程。永和水電站壩線處于砂頁巖區，河床覆蓋層不厚，兩岸巖石出露，河底較寬。壩址附近沒有大量用于筑土壩粘土材料，河灘中沒有可使用砂和卵石，較多是強度較低砂泥巖互層紅砂巖，附近地區石灰巖分布較多，可用于塊石和碎石開采。工程擬定以可以就地取材混凝土面板堆石壩、砌石重力壩、混凝土重力壩等三種壩型方案進行對比分析。

2 壩型設計

2.1 砌石重力壩方案

大壩采用砌石實體重力壩，砌石壩結合壩頂溢流、壩底放空（排砂）洞、電站引水洞等集中布置。壩全長395m，最大壩高40.00m，壩頂寬10.0m，壩頂高程為1152.00m。壩溢流段位于壩左岸主河槽處，總長133m，堰頂高程1148.0m，不設閘門，最大泄量1080.15m3/s。壩體放空(排砂)洞緊靠溢流段布置，位于其右側。電站為壩后電站，布置于壩后右岸，引水洞結合電站布置。

2.2 堆石壩方案

堆石壩有鋼筋混凝土面板堆石壩、混凝土心墻堆石壩等多種形式，根據各壩型適應條件、運用管理要求、壩址處地形、兩岸岸坡穩定條件、庫岸滲漏水條件等選用混凝土面板堆石壩。大壩垂直于河道布置，河底開挖高程1115.20m，壩頂高程1152.15m，最大壩高36.95m，壩頂寬6m，壩頂長380m。大壩上游壩坡為鋼筋混凝土面板，坡度為：1：1.40，下游壩坡采用0.5m厚干砌塊石護坡，坡度為：1：1.50，在下游壩坡設置二道馬道，高程1141.15m、1131.00m，寬度1.5m。溢洪道布置于水電站大壩右岸上游約200m處，采用無底坎寬頂堰形式，加閘門控制，總長726m，堰頂高程1144m，堰頂凈寬35m，設計洪水位時泄量576.03m3/s，校核洪水位時989.64 m3/s。泄槽段底板與邊墻、消能坎及護坦邊墻、底板均用C20鋼筋混凝土現澆，尾水渠底板與邊墻均為漿砌石護砌。發電引水隧洞結合導流洞布置水電站大壩右岸上游約250m處，洞全長426m，設計流量3.0m3/s，圓形洞徑1.8m，隧洞進口底高程1133.1m，出口底高程1121.24m，洞底坡i=0.002。

2.3 混凝土重力壩方案

大壩采用混凝土重力壩，壩體結合壩頂溢流、壩底放空（排砂）洞、電站引水洞等集中布置。壩全長395m，最大壩高40.00m，壩頂寬8.0m，壩頂高程為1152.00m。壩溢流段位于壩左岸主河槽處，總長133m，堰頂高程1148.0m，不設閘門，最大泄量1080.15m3/s。壩體放空(排砂)洞緊靠溢流段布置，位于其右側。電站為壩后電站，布置于壩后右岸，引水洞結合電站布置。

3 壩型選擇

3.1 從工程布置方面分析

砌石重力壩及混凝土重力壩方案：壩址處（上壩線）河床寬243.0m，重力壩可以將擋水壩段、溢流壩段、導流放空(排砂)洞、電站引水洞等擋水、泄水、引水、導流建筑物集中布置于一體。壩頂溢流段布置長為100m～120m，對總投資影響不大，可以降低水電站校核洪水位，減少對水電站庫區淹沒損失，下游可直接泄水于主河道，消能防沖設施短，結構簡單、影響范圍小。混凝土面板堆石壩方案：擋水壩、溢洪道、引水洞利用地形分散布置。溢洪道選擇在大壩右側沖溝中，進水口處地面高程為1175.0m，堰頂高程1144.0m，最大挖深達31.0m，開挖方量和護岸工程量較大。泄水距離總長726.0m，占用耕地面積36.0畝，影響范圍大。導流放空(排砂)洞和電站引水洞結合布置，打隧洞解決，電站布置為引水式電站。

3.2 從工程材料供給分析

砌石壩方案主要材料采用石灰巖塊石，運距在30km左右。沁源當地砂料可滿足砌筑用砂質量數量要求。混凝土重力壩所用碎石料來源與砌石壩塊石料相同，運距30km左右。混凝土面板堆石壩方案，主要材料為堆石，以當地5km以內開采砂石料為主，溢洪道和引水洞開挖出土石方棄料，有50%可于來填筑壩體分區中對材料要求不高部位。對三種壩型，有防滲、抗凍及較高強度（C20及以上）要求混凝土用砂，均需外地購入。

3.3 從工程占地分析

混凝土重力壩、砌石重力壩方案工程占地主要為壩址河道，比混凝土面板堆石壩方案占地少488.0畝，特別是耕地面積占用少，對周圍環境影響相對較小。混凝土面板堆石壩方案，不僅壩址占地比重力壩方案多，溢洪道長且占用耕地多。

3.4 從工程投資構成分析

混凝土重力壩、砌石重力壩方案：以樞紐工程建設投資為主；工程占地和水土保持工程投資相對較少。混凝土面板堆石壩方案：樞紐工程建設投資相對較少；工程占地和水土保持工程投資相對較多。

3.5 從工程施工分析

砌石壩方案：漿砌石壩施工期可以直接擋水或過水，壩體臨時度汛洪水標準為10年一遇低于土石壩20年一遇。壩基處河道較寬，采用左右岸分期導流和施工，第一期左壩段先施工，右岸明渠導流；第二期，右壩段施工，利用壩體左壩段底部預留臨時導流孔導流，利用壩體右壩段底部設導流沖砂洞可用于泄洪度汛，左壩段底部預留臨時導流孔規模要保證非汛期洪水標準泄洪，導流沖砂洞規模保證壩體臨時度汛洪水標準為10年一遇泄量即可。壩基防滲灌漿可預留灌漿廊道后期進行，可降低總工期時長，分期導流和壩體施工工期成為總工期控制關鍵線路。混凝土重力壩方案：與漿砌石重力壩同樣具有施工導流便利，該方案與砌石壩相比能大規模機械化施工作業，有利于保證工程進度和施工質量。但大體積混凝土施工對溫控、防裂等要求較高，施工技術難度比砌石壩要高。混凝土面板堆石壩方案：壩體臨時度汛洪水標準為20年一遇，施工期不允許壩頂溢流。利用河道寬，采用左右岸分期導流和施工，第一期左壩段先施工，右岸明渠導流；第二期，右壩段施工，利用導流沖砂洞泄洪，導流沖砂洞需與左壩段同時施工和完工，洞規模需保證壩體臨時度汛洪水標準為20年一遇泄量。度汛時需修較大規模圍堰等臨時工程，以確保主體工程安全施工。在施工中，受施工組織管理及協調水平、資金及其它風險因素影響，土石壩達到安全度汛存在較大風險。壩基防滲灌漿需在混凝土面板施工前完成，部分延長總工期時長。溢洪道可與壩體同期施工。施工高峰期總規模較大，總工期控制難度相對較大。

3.6 從工程管理及防汛安全方面分析

漿砌石重力壩及混凝土重力壩方案：壩防洪洪水標準設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為500年一遇，大壩及主要建筑物集中布置，要求管理人員少，壩頂溢流無閘門，防洪管理要求低，重力壩溢流段宣泄超標洪水能力大，水庫大壩防汛安全性高，垮壩機率較小，這些都有利于水庫安全和管理。混凝土面板堆石壩方案：壩防洪洪水標準設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為1000年一遇，大壩和主要建筑物分散布置，要求管理設施多，管理行走距離長，溢洪道為有閘控制，壩頂不能溢流，防汛管理要求高；遇上超標洪水，垮壩機率較大。從防汛安全方面看，堆石壩安全性不及重力壩。

3.7 環境影響方面

重力壩方案：工程占地面積小，土石方開挖比混凝土面板堆石壩方案總量小得多，施工對環境影響范圍小，恢復措施簡單，恢復投資也小。混凝土面板堆石壩方案：工程占地面積大，工程量總量大，施工對環境影響大，需要投入恢復環境措施復雜，投資大。

4 結論

表1 工程壩型比較主要指標表

長度 m 426.00 34.44 29.84孔口尺寸 1.5×2.0 1.2（直徑）孔口閘型式 平面定輪鋼閘門平面定輪鋼閘門（檢修）進口中心線高程 1134.10 1130.00（五） 水電站型式 引水式 壩后式裝機容量 kw 3×125 1×75+2×125年發電量 萬kw·h 119.09 84.84年運行小時數 h 3000 3000二 施工1 主體工程量明挖土方 萬m3 62.94 27.48 22.48明挖石方 萬m3 19.98 8.57 33.88洞挖石方 萬m3 1.01 0.00土石方填筑 萬m3 110.50 14.37 17.17砌 石 萬m3 2.13 24.82 0.91混凝土和鋼筋混凝土 萬m3 3.77 5.20 30.25帷幕灌漿 m 13320 20298 30425固結灌漿 m 63000 14083 35204 2 主要建筑材料木材 m3 25.70 16.60 28.50水泥 t 14258.10 40153.00 71869.90鋼筋 t 1253.17 1024.04 2996.32鋼材 t 27.86 59.46 100.27石子 m3 70005.00 47482.00 337997塊石 m3 23987.0 268506.00 9972砂m3 44843.00 122605.00 149185 3 所需勞動力總工時 萬工時 321.22 458.22 389.98 4 施工臨時房屋 萬元 189.49 173.28 198.44三 經濟指標 漿砌石重力壩混凝土重力壩(一) 工程項目總投資 萬元 25875.64 24381.54 40453.05(二) 水電站樞紐投資 萬元 18014.53 18029.26 26884.88其中：靜態總投資 萬元 17223.49 17237.88 25923.82建筑工程 萬元 11420.40 12449.48 20194.88機電設備及安裝工程 萬元 548.63 369.97 362.00金屬結構及安裝工程 萬元 162.67 102.80 210.50臨時工程 萬元 1406.65 739.28 1031.50獨立費用 萬元 2409.33 2299.47 2890.46基本預備費 萬元 1275.81 1276.88 1234.47建設期還貸利息 萬元 791.04 791.38 961.06(三) 水電站淹沒處理補償費 萬元 15124.42 13044.82(四) 水保投資 萬元 591.19 345.75(五) 環保監測投資(施工期) 萬元 376.51 177.60

綜合以上分析，在工程效益相同條件下，重力壩與混凝土面板堆石壩方案對比中，重力壩以其主要建筑物布置集中，管理方便，防汛安全性高，占地少，而優于混凝土面板堆石壩方案，推薦重力壩方案為設計方案。漿砌石重力壩及混凝土重力壩又各有優缺，經綜合考慮，本工程壩型推薦混凝土重力壩方案。