溪洛渡水電站新增取水泵站設計調整及原因分析

曹喜華， 黎 昀， 李 舲， 詹禹楠， 方 忠

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

0 前 言

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內金沙江干流上。該梯級上接白鶴灘電站尾水，下與向家壩水庫相連。工程樞紐由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發電建筑物等組成。水庫正常蓄水位600 m，死水位為540 m，左右岸地下廠房共裝設18臺單機額定功率770 MW水輪發電機組，多年平均發電量572億kW·h。工程以發電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運條件等巨大的綜合效益。

溪洛渡水電站永久水廠分為左岸490 m水廠、左岸480 m水廠、右岸490 m水廠、右岸480 m水廠，取水方式為大壩取水。左岸、右岸水廠分別處理空調用水和清潔用水(技術用水、消防用水及生活用水)，地下廠房內的清潔用水實現兩岸聯通。

根據《金沙江溪洛渡水電站下游河道及霧化邊坡整治和永久取水及輸水管道設計專題報告審查會議紀要》，為保障在意外情況下溪洛渡水電站供水，在下游永久大橋附近右岸設置兩岸生產水廠備用水源取水泵站，以備兩岸的主取水管路均出現故障時，仍能滿足兩岸的供水要求。

1 設計情況概述

1.1 泵站布置場地及地質條件

取水泵站場地位于永久大橋右岸橋頭上游金沙江基巖河灣處，河灣長約200 m，寬約10～30 m，當金沙江水位380 m時，河灣面積約600 m2。擬建場地為一個緩坡河漫灘，靠岸坡側已修建擋土墻，擋墻內側為人工石渣堆積的平臺，頂面高程約450 m，平臺外側為斜坡，坡度約45°，已進行框格梁支護。擋墻外側至水邊為基巖緩坡，坡度約3°～5°。下游橋頭部位為崩坡積堆積體，規模較大，對公路以上邊坡支護處理后，掉塊較少，對工程影響不大。

取水泵站部位擋墻內側為前期施工堆積的石渣(Q4ml)，一般厚20～30 m，由塊碎石土組成，塊碎石粒徑一般5～20 cm，成分較單一，均為玄武巖，約占80%以上；土為黃褐色風化土，結構松散。擋墻外側基巖緩坡為二疊系峨嵋山玄武巖第14層(P2β14)，巖性為致密狀玄武巖，深灰、深灰綠至灰黑色，塊狀構造，間隱結構，弱風化，堅硬較完整，強度高。河床部位表面堆積少量沖洪積的塊碎石(Q4al)，一般厚度1～3 m，由含砂(漂)塊碎石層組成，塊石粒徑一般30～80 cm，最大達200 cm，塊石成分以玄武巖、紫紅色砂巖為主，少量石灰巖，結構松散。場地下游為崩坡積堆積體(Q4col+dl)，一般厚5～30 m，主要為后緣陡坡垮塌堆積形成，由塊碎石土組成，塊石粒徑一般30～80 cm，最大達300 cm，塊石成分以紫紅色砂巖為主，少量玄武巖，結構松散，架空現象普遍。

經過方案比較，招標階段泵站主體井筒布置在施工期堆渣體上，已修建擋土墻的內側。

1.2 泵站設計

在下游永久大橋右岸附近設置兩岸水廠備用水源取水泵站，泵站井筒中心點的坐標為X=2 805 035.120，Y=488 606.143，位于施工期堆渣體上，已修建擋土墻的內側。取水量按每岸空調用水量350 m3/h，技術用水350 m3/h考慮，另考慮部分其他用水，總規模按1 600 m3/h設計，備用水源取水、輸水至左、右岸490 m水廠。

取水泵站所在的堆渣體高程約435.00 m，清除堆渣至推測基巖面高程385.00 m，基巖內開挖豎井，井筒底部高程364.00 m，澆筑混凝土井筒至泵站工作平臺高程406.00 m，平臺高程以上永久邊坡高度29 m，開挖邊坡按堆渣料的穩定邊坡1 ∶1.5設計，永久支護措施為鋼筋混凝土框格梁型式。

根據水文專業提供的水位資料，結合下游向家壩水庫的調度情況，確定取水的低限水位為370.00 m，泵站取水管采用兩根DN500鋼管，取水距離約61 m，取水管布置高程369.00 m。泵站位于霧化區末端，泵站操作間地面高程為406.00 m，泵選型井用潛水泵。井用潛水泵參數：Q=400 m3/h，H=210 m，N=375 kW，共四臺。泵房井筒尺寸：Φ8×40 m。

取水泵站主體為現澆鋼筋混凝土框筒結構，基礎頂面高程為364.00 m，泵站操作間地面高程為406.00 m，屋面高程為414.00 m，建筑物總高50.0 m；從基礎頂面至泵站操作間地面高程的取水井筒作為結構核心筒，井筒內徑8 m，壁厚0.8 m；豎井外設置混凝土框架結構和核心筒連接。框架柱斷面0.8 m×0.8 m，泵房地面高程以下在400 m、393 m高程分別設置框架梁連接框架柱及核心筒，主要框架梁斷面0.4 m×0.6 m。泵房使用活荷載按10 kN/m2考慮，現澆板厚度200 mm；屋面為不上人屋面，檢修荷載為0.5 kN/m2，現澆板厚度150 mm。豎井基礎形式為筏板基礎，筏板厚度1 m，以致密狀玄武巖為持力層。豎井外混凝土框架柱基礎形式為筏板基礎，外輪廓尺寸14.6 m×14.6 m，底面高程385.0 m，基礎為玄武巖，筏板厚度1 m。檢修平臺和泵站操作間采用鋼筋混凝土棧橋連接，棧橋寬度6.3 m，長度約30 m，橋下部為三跨、雙排的框架結構，跨距8 m，橋柱間距5.5 m，橋柱斷面0.8 m×0.8 m，主要框架梁斷面0.4 m×0.7 m；橋面高程為405.85 m，荷載考慮過小型貨車，橋面現澆板厚度200 mm。

靠近取水井筒的橋柱下基礎型式為獨立基礎，位于高程386.2 m，基礎尺寸為3 m×3 m×0.7 m，基礎為玄武巖。其余3層橋柱下布置混凝土承臺，尺寸為1.4 m×1.4 m×1.0 m，承臺底面高程分別為391.85 m、395.85 m、401.85 m。承臺下部堆渣體內設置人工挖孔樁，傳力至底部玄武巖持力層，人工挖孔樁開挖直徑1.35 m，鋼筋混凝土樁芯斷面直徑為1.0 m，混凝土護壁厚度175 mm，入巖深度1 m。取水泵站縱斷面設計見圖1。

圖1 取水泵站縱斷面設計(單位：m)

2 施工期間設計調整

施工過程中，由于防洪度汛要求、渣料堆積體、巖石條件等原因，對新增取水泵房設計方案做出了比較大的調整， 主要有：取水管角度調整、取水泵站豎井位置調整、棧橋基礎型式調整。

2.1 取水管角度調整

擋墻外側的引水管開挖過程中，發現以下問題：

(1)引水管軸線位置基巖面高程約374～375 m，取水口中心線高程369.00 m，取水管道基巖開挖量大。

(2)由于取水口外側水下地形坡度大，施工單位修建的枯期施工圍堰占用了二期引水管位置，拆除圍堰再安裝二期引水管，無法干地施工，水下施工難度大。

(3)取水口處于回淤區，取水口深入江中過長，容易淤堵。

業主、監理、施工、設計人員及電廠方人員進行充分交流后，達成以下意見：

(1)根據現場地形、地質及水流情況綜合分析后，將取水口位置往下游方向調整，引水管軸線向下游旋轉約30°；為防止進水口淤堵，初步確定采用格柵一類的工程措施攔截過濾碎石、泥沙。

(2)取消安裝二期引水管，為提高引水保證率，改變原設計方案的兩層取水為三層取水。修改后取水口高程分別為：369.00 m、372.00 m、375.00 m。取水管道竣工見圖2。

圖2 取水管道竣工

2.2 取水泵房豎井位置調整

溪洛渡大壩下游水位受向家壩水庫洪水頂托，根據三峽公司提供的下游永久橋附近水文站2014年10月至2016年7月實測水位資料，下游永久橋附近實測最高水位在2015年9月為387.38 m，是歷年最高值。下游新增取水泵站位于下游永久橋上游約300 m處，2018年汛期最高洪水位按387.38 m考慮。

泵站豎井位于施工期堆渣體上，堆渣體厚度約50 m。基巖內豎井深度約20 m，井筒為現澆鋼筋混凝土框筒結構，堆渣體結構松散，豎井段巖性為風化卸荷較強的玄武巖夾凝灰質巖互層，施工時段長，洪水期施工不可避免。豎井外側原有混凝土擋墻高程391.0 m，可用作泵房豎井全年施工的擋水圍堰。

業主、設計、監理、施工人員根據二期開挖后的邊坡支護及豎井開挖情況，豎井測量放線的外邊線占壓擋墻的內側基礎位置，需要拆除擋墻。參建四方現場研究，考慮施工期洪水因素，及泵站豎井往內側偏移后巖石條件有可能改善，開挖過程中滲水量減少，確定將泵站豎井沿軸線方向往內側偏移8 m。

設計單位根據調整后的泵站豎井位置，修改了設計圖紙，棧橋長度減少8 m，橋下部變為兩跨、雙排的框架結構。406 m高程平臺以下臨時邊坡變陡，最陡邊坡大于1 ∶1.0。

泵站豎井開挖至高程385.0 m，設計方地質人員鑒定仍為堆積料，四方人員現場確定繼續下挖，明挖至高程380.0 m，地質人員鑒定達到巖基面，混凝土回填至高程385.0 m，形成約30 m長、30 m寬的施工平臺。取水泵站豎井位置調整后的縱斷面見圖3。

圖3 取水泵站豎井位置調整后的縱斷面示意(單位：m)

2.3 棧橋基礎型式調整

2.3.1 最下端獨立基礎

由于豎井沿軸線方向往內側偏移，棧橋長度減少8 m，高程406 m平臺以下臨時邊坡變陡。混凝土承臺高程高程386.0 m不變，混凝土承臺完成后，外邊線距軸線方向開挖邊坡坡腳僅1 m，原設計的棧橋獨立基礎位置被占用，最下部邊坡很陡，目測大于60°。開挖出露的巖層大概高程389.0 m，原設計的棧橋獨立基礎位置垂直向上與開挖坡面在389.0 m高程相交。業主組織設計、監理、施工人員研究現場地質、邊坡、施工安全等情況后，確定在389.0 m高程的邊坡面下挖。下挖至設計的385.0 m高程，安裝Ф25、長度3 m的插筋，然后混凝土澆筑到設計高程391.85 m。混凝土澆筑基礎長度方向連通原設計的兩排獨立基礎，寬度方向連接到井筒的混凝土承臺。混凝土澆筑基礎頂面高程391.85 m上部的混凝土承臺、混凝土柱按原設計不變。

2.3.2 395.85 m高程人工挖孔樁基礎

施工單位在開挖395.85 m高程人工挖孔樁時，受擾動的邊坡出現跨塌，鋼筋網、混凝土噴護的坡面下松散渣料下滑，施工人員撤離。業主、設計、監理、施工人員根據現場情況，形成以下決議，并督促施工單位實施，具體操作如下：

(1)清理跨塌渣料，及邊坡鋼筋網、混凝土噴護面料，并開挖至完整巖基面389.47 m，回填混凝土至394.90 m高程，連通原設計的兩排人工挖孔樁，形成連通的混凝土基礎。混凝土基礎頂面高程394.90 m上部的混凝土承臺、混凝土柱按原設計不變。混凝土承臺周邊混凝土回填至承臺頂面395.60 m高程。

(2)混凝土柱后側，布置約10 m高的混凝土擋墻。擋墻底部高程395.50 m，頂部高程405.40 m，擋墻后側土石回填至原檢修平臺位置，高程至405.40 m，并兩側擴大范圍，檢修平臺沿軸線方向加長約8 m，擴大后為長18 m、寬10 m的大平臺。

2.3.3 401.85 m高程人工挖孔樁基礎

由于修建混凝土擋墻，擋墻后側土石回填加大檢修平臺，相應棧橋長度減少約8 m，最后排橋柱及下部401.85 m高程人工挖孔樁基礎取消。

經以上調整后的棧橋長度共減少16 m，橋下部變為單跨、雙排的框架結構。棧橋長度縮短為14 m。棧橋基礎調整后的取水泵站縱斷面見圖4。

圖4 棧橋基礎調整后的取水泵站縱斷面示意(單位：m)

3 結 語

泵站的設計和施工受很多因素影響，設計和施工過程中，設計方案變化及必要性分析。

(1)洪水、地質條件對建筑物布置的影響。泵站主體井筒布置方案，比較過擋墻外側和擋墻內側兩種方案，最終因泵站施工時段長、金沙江洪水期長、電站下泄流量大、全年圍堰布置困難、臨時工程量大等因素，選擇施工期受洪水影響小的擋墻內側布置方案。

汛期洪量大，施工水位高，需利用豎井外側原有混凝土擋墻，作為泵站豎井全年施工的擋水圍堰；考慮泵站豎井往內側偏移后巖石條件有可能改善，開挖過程中滲水量減少，確定將泵站豎井沿軸線方向往內側偏移8 m。

2018年汛期溪洛渡庫區及壩址區域降雨量較往年偏大，洪水影響時段長，泵站處水位較往年偏高，超過泵站施工平臺高程385.00 m以上的時段長，泵站位置最高水位達387.22 m。將泵站豎井沿軸線方向往內側偏移8 m，保留豎井外側原有混凝土擋墻，作為泵房豎井全年施工的擋水圍堰，對泵站能否全年施工起到決定性的作用。

(2)堆渣體對建筑物型式的影響。設計圖紙中泵站棧橋寬度6.3 m，長度約30 m，橋下部為三跨、雙排的框架結構，跨距8 m，除靠近井筒的棧橋柱基礎為獨立基礎外，其余兩排為人工挖孔樁基礎。因位于松散堆渣體內，395.85 m高程人工挖孔樁施工過程中發生滑坡，不能成樁，參建四方研究確定修改為連通的混凝土基礎，增設混凝土擋墻，擋墻后土石回填，棧橋長度縮短8 m，取消401.85 m高程人工挖孔樁基礎。

泵站棧橋基礎的堆渣體屬施工期堆渣，結構松散，架空現象普遍。把人工挖孔樁基礎改變為連通的混凝土基礎、堆渣體采用混凝土擋墻防護后，減緩了施工期的臨時邊坡，消除了高陡邊坡的危險，保證了施工安全。

在工程施工過程中，設計人員根據現場實際情況，研究應對措施，對泵站設計方案進行必要的調整，不僅滿足了工程的使用要求，而且有利于施工，保證了施工安全，可為類似工程設計及施工提供借鑒。