云南金漢拉扎水電站大壩設計

(長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010)

1 工程概況

金漢拉扎水電站位于云南省迪慶州香格里拉縣東部的洛吉鄉境內，主要建筑物由擋泄水建筑物、引水系統及發電廠房三大部分組成。項目為日調節電站，裝機容量58 MW，擋水建筑物、引水系統及電站廠房等為3級建筑物?；炷灵l壩50 a一遇設計洪水流量255 m3/s，500 a一遇校核洪水流量448 m3/s。壩址位于尼汝河金漢拉扎附近，下距尼汝河第一大支流洛吉河河口約12 km，距洛吉鄉政府15 km；引水系統及發電廠房均位于尼汝河右岸，電站廠房下距洛吉河河口約 0.2 km。壩址控制流域面積457.1 km2，多年平均流量11.6 m3/s，正常蓄水位2 325 m，最大壩高22 m，最大發電水頭420 m，裝機容量2×29 MW，多年平均發電量 2.65億kW·h。

2 壩址區地形地質條件

壩址區屬深切割高山峽谷地形，河道較狹窄，水流湍急，兩岸無沖溝發育。壩址區河流流向約153°，壩線附近河水位2 308 m(2005年1月15日)，河水面寬約14 m，水深1.8 m左右。左岸地形陡峻，岸坡坡度53°左右。右岸地形下緩上陡，高程2 325 m以下為緩坡地帶，坡度10°～24°；高程2 322 m以上地形逐漸變陡，高程2 325～2 345 m，坡度35°～43°；高程2 345 m以上約51°。

壩址區出露的基巖為華力西期侵入輝綠巖體，第四系覆蓋層主要為沖積、崩沖積、崩坡堆積和冰川堆積。其中，建筑物基礎以下沖積堆積(alQ)為砂礫卵石夾塊石、漂石，略具分選性，砂礫卵石磨圓度較好，以圓狀、次圓狀為主，塊石、漂石為次棱角狀、棱角狀，其主要成份為灰巖、玄武巖、輝綠巖、板巖等。崩沖積厚35～43 m，上部15～21 m為砂礫卵石夾漂石、碎塊石，下部20～22 m為漂石含砂礫卵石夾一層厚約5 m的碎石混合土。崩沖堆積(col+alQ)厚3～8 m，分布于尼汝河岸邊緩坡地帶，主要為砂礫卵石、混合土碎塊石及漂石，其主要成份為玄武巖、輝綠巖、灰巖等。土體物理力學參數值見表1。

表1 壩基土體物理力學參數值

3 壩型選擇及首部樞紐布置

3.1 壩型選擇

根據壩址地形、地質條件，研究了能夠適應本壩區地形地質條件的混凝土溢流壩和塑性混凝土防滲心墻堆石壩兩種方案。混凝土溢流壩方案的樞紐布置由河床布置的混凝土溢流壩、泄洪沖沙消能建筑物和右岸布置的引水隧洞及電站廠房等組成。塑性混凝土防滲心墻堆石壩方案的樞紐布置由塑性混凝土防滲心墻堆石壩、左岸泄洪洞、右岸沖沙泄洪洞和右岸布置的引水隧洞及電站廠房等組成。

兩種方案比較結果表明，塑性混凝土防滲心墻堆石壩能充分利用泄洪洞開挖料及當地材料，施工簡單便利，施工時不需另建上下游圍堰及導流洞，對變形和沉降要求較低。但該方案排沙相對較差，泄洪洞和沖沙洞的成洞條件均不佳，進出口邊坡較高。混凝土溢流壩方案采用開敞式溢流堰與沖沙閘泄洪結合，可以較好地解決泄洪沖沙問題，保持引水口前“門前清”，適應山區河流暴漲暴落的特點。采用河床分期導流，不需另設導流洞，邊坡開挖和支護工程量較小。但攔河壩座落在砂卵石層上，抗滑穩定和基礎防滲相對復雜。綜合考慮，混凝土溢流壩方案后期運行管理較為簡單靈活，施工期開挖范圍小，對原地貌改變少，對環境保護和水土保持更有利，因而選定混凝土溢流壩方案。

表2 溢流壩整體穩定、應力計算成果

3.2 首部樞紐布置

首部樞紐擋水建筑物從左到右依次為混凝土壩、沖沙閘和右岸連接段等，河床壩段上游布置鋪蓋，下游布置消力池和海漫，溢流壩右側墩墻內設生態供水管，右岸壩肩上游側布置取水槽和進水塔。泄洪、沖沙建筑物由寬46 m的開敞式溢流堰及孔口5 m×4 m(寬×高)的沖沙閘組成，下游采用底流消能型式。河床壩段壩基防滲采用混凝土防滲墻，墻底深入基巖1 m，兩岸巖石基礎則采用灌漿帷幕防滲。

4 混凝土壩設計

混凝土壩段長62.5 m，分為4個壩段，溢流前緣長46 m，堰頂高程2 325 m，建基面最低高程2 303.5 m,上游坡比1∶1，下游坡比1∶0.8，直線段下部與半徑 7.5 m的反弧段相切，然后與下游護坦相接。溢流壩段壩身底部和上游迎水面采用C25混凝土，溢流面采用1 m厚C35混凝土，壩體內部最初采用埋石混凝土，施工期間為加快施工進度，將埋石混凝土改為C15素混凝土。

混凝土壩位于砂卵石基礎上，由于混凝土重力壩設計規范中沒有覆蓋層上進行重力壩設計的控制標準，因此按水閘設計規范的相關規定[1]，分析了溢流壩施工完建期和正常運行期的抗滑穩定和基底應力，計算典型剖面如圖1所示。

圖1 計算典型剖面

考慮的荷載主要有結構自重、水重、水壓力、浪壓力、泥沙壓力、基底揚壓力及地震荷載等。其中滲透壓力折減系數取0.6，水平向地震設計加速度為0.1g，地震作用效應折減系數為 0.5。各工況下壩基應力和抗滑穩定成果見表2。

計算結果表明，在各種工況下，壩體整體抗滑穩定、基底應力和基底應力不均勻系數等均滿足規范要求。

5 覆蓋層上重力壩設計探討

重力壩作為一個懸臂結構要承受水的巨大推力，靠各截面的抗剪強度維持穩定，一般修建在巖基上，重力壩設計規范中也僅列出了位于巖體基礎上的抗滑穩定計算公式。但是在實際工程中，經常遇到壩基為深度較大的覆蓋層：若考慮將覆蓋層完全挖除再建重力壩，則經濟上投資太大；若選用土石壩，則可能存在泄洪建筑物布置難度太大等問題[2-3]。因此，對一些中小型水利水電工程來說，當滿足技術條件時，在覆蓋層上修建重力壩是經濟合理的。

覆蓋層上修建重力壩需要解決建基面抗滑穩定、滲透穩定、地基承載力和沉降等問題[4]。對于抗滑穩定和地基承載力，可采用上游面放坡或設向上游延伸的懸挑底板，擴大基礎尺寸，利用上游水重的方式予以解決。對于滲透穩定，根據滲漏量控制的相關要求，結合地形地質條件，采用上游鋪蓋、混凝土防滲墻、帷幕灌漿或組合方案進行處理。對于地基承載力和沉降，可采用置換、灌漿或者樁基礎加固等方式進行處理。

國內外部分修建在覆蓋層上的水電站，基于各種原因的基礎條件和相關參數見表3。從表3可以看出，對于一些山區內河道，河床覆蓋層下部主要為沖積或崩坡積物，經多年固結，承載力一般可達250 kPa以上，可根據上部壩體對承載力要求，采取一定的加固措施后，可利用覆蓋層作為重力壩的基礎。

表3 部分覆蓋層上重力壩基本資料

6 結 語

金漢拉扎水電站首部樞紐采用砂卵石基礎上的混凝土溢流壩和泄洪沖沙閘控相結合布置方式[5]，利用河床解決了泄水和沖沙問題。與同類工程比較，金漢拉扎大壩高度相對較大，基礎僅挖除表面3～8 m，下部保留的覆蓋層相對較厚，未再采用其他加固措施。自2010年1月水庫蓄水發電以來，監測資料表明該工程運行正常。

對中小型水利水電工程來說，當壩基為深度較大的覆蓋層時，將覆蓋層完全挖除再建重力壩經濟上投資太大，選用土石壩可能存在泄洪建筑物布置難度太大等問題，這時可考慮重力壩方案。現有規范尚無覆蓋層上修建重力壩的設計標準，可參考水閘設計規范中土基上的閘室穩定和應力標準進行設計。通過加大基礎斷面、采用適當的基礎加固處理措施等，在砂卵石等覆蓋層基礎上修建重力壩可以做到經濟合理、技術可行。