Nam Dik 2水電站大壩壩型設計方案選擇

岳 亮， 黃 開 江

(中國水利水電第十工程局有限公司勘測設計院，四川 成都 610072)

1 工程概況

Nam Dik 2水電站位于老撾北部華潘省桑代縣境內，為壩后式，開發任務以發電為主。電站總裝機容量19.5 MW，安裝3臺混流式機組，年利用小時數4 253 h，年平均發電量為8 293萬kWh。

電站工程等別為三等，規模為中型；永久性主要水工建筑物按3級設計、次要水工建筑物按4級設計，臨時建筑物按5級設計；地震設防烈度為Ⅵ度，地震動峰值水平加速度為0.10 g。

電站壩址處于河谷為對稱“U”型斜向谷，水深0.5 m～2 m，水面寬25 m～30 m，河谷寬50 m～200 m，坡度一般40°～50°，區域內基巖裸露,為寒武系～志留系深海相火山沉積巖序列(Pz1)黑云母石英砂巖，巖石致密堅硬,新鮮完整,裂隙不發育,呈整體塊狀結構。表層為第四系覆蓋層，組成物質為第四系全新統殘坡積(Q4dl+el)粉質粘土夾碎石，厚度一般2～4 m，結構較密實，在壩址區局部邊坡分布。根據勘察成果，其防滲深度一般40～45 m。

2 研究思路

結合電站壩址區地形地質條件、樞紐布置要求等因素綜合考慮，可供比選的壩型主要有混凝土重力壩、當地材料壩兩種，著重從建壩條件、壩型特點及工程投資等幾個方面進行比較。

由于壩址區附近防滲土料缺乏，不適合修建當地材料壩壩型中的心墻堆石壩，因此，選定混凝土面板堆石壩作為當地材料壩的代表壩型。同時，因碾壓混凝土具有施工快、強度高、縮縫少、造價低及施工環境污染小等優點，選定碾壓混凝土重力壩作為混凝土重力壩的代表壩型。

綜上所述，本次選定碾壓混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩兩個壩型進行方案比選。

3 方案比較

3.1 碾壓混凝土重力壩

3.1.1 洪水設計標準

按照《防洪標準》(GB50201-2014)和《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》(DL5180-2003)要求，擋水、泄水建筑物按50 a一遇洪水設計，500 a一遇洪水校核；消能防沖建筑物按30年一遇洪水設計。

3.1.2 建筑物設計

碾壓混凝土重力壩由擋水壩、取水口壩、泄洪沖沙底孔壩、溢流壩和導流底孔壩等主要壩段組成，壩頂設計高程439.50 m，壩頂總長度214 m，碾壓混凝土重力壩主要由擋水壩、取水口壩、泄洪沖沙底孔壩、溢流壩和導流底孔壩等壩段組成，壩頂設計高程439.5 m，壩頂總長度214 m，壩頂寬為5 m，最大壩高69.5 m，壩體上游面直立，下游壩坡為1∶0.7，各建筑物布置從左向右分別為：92 m長的左岸擋水壩段；24 m長的取水口壩段，采用壩式進水口，單機單管引水，擬定鋼管直徑1.9 m，壩后布置地面廠房；15 m長的泄洪沖沙底孔壩段，泄洪沖沙底孔布置于壩體內，孔口尺寸為4 m×4 m(寬×高)；河槽中間位置23 m長的溢流壩段，布置2孔8 m×10.5 m的溢流表孔，壩頂設交通橋；15 m長的導流底孔壩段，導流底孔布置于壩體內，孔口尺寸為5 m×5 m(寬×高)；45 m長的右岸擋水壩段。

由于壩體下部混凝土采用碾壓混凝土施工，層面結合部位往往是抗滲的弱點，因此，在大壩上游面澆筑抗滲性能較好的變態混凝土和富膠凝碾壓混凝土作為防滲體。碾壓混凝土重力壩方案大壩典型剖面見圖1。

3.1.3 主要工程量

圖1 碾壓混凝土重力壩方案大壩典型剖面圖

3.2 混凝土面板堆石壩方案

3.2.1 洪水設計標準

按照《防洪標準》(GB50201-2014)和《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》(DL5180-2003)要求，擋水、泄水建筑物按50 a一遇洪水設計，1 000 a一遇洪水校核；消能防沖建筑物按30 a一遇洪水設計。

3.2.2 建筑物設計

混凝土面板堆石壩以左岸布置一條開敞式溢洪道、右岸布置引水系統為代表性樞紐布置方案,壩體從上游到下游依次為壩前壓重保護料、上游鋪蓋區、鋼筋混凝土面板、墊層、過渡層、主堆石區、下游次堆石區、下游底部堆石區八大區。混凝土面板堆石壩方案大壩典型剖面見圖2。

圖2 混凝土面板堆石壩方案大壩典型剖面圖

表1 碾壓混凝土重力壩方案主要工程量表

(1)大壩：壩頂高程441.50 m，壩頂長151.02 m、寬6.0 m，最大壩高71.50 m。上、下游壩坡均為1∶1.4，下游壩坡設置上壩公路，寬4.5 m。上游側的鋼筋混凝土防滲面板厚，400.00 m高程以下的面板上游設粘土鋪蓋，并鋪設蓋重料進行保護，其迎水面坡比1∶2.5。

(2)開敞式溢洪道：布置在左岸壩肩，由引水渠、控制段、泄槽段和出口消能段組成。引水渠段長約136 m；控制段頂部總寬度為30 m，共3孔，單孔尺寸為7.0 m×21.1 m(寬×高)，長度為15.8 m，溢流堰采用WES型實用堰型，底板基礎進行固結灌漿處理；泄槽段為明槽，坡度為i=0.287 3，平面長度為122.72 m，底板基礎進行固結灌漿處理并設置錨筋與基礎連接；出口消能段采用挑流消能，設斜切挑坎并對挑坎基礎進行固結灌漿處理，底部設置錨筋與基礎連接。

(3)引水系統：布置在右岸，采用壩前塔式進水口，引水道穿越壩體，采用一管三機的引水方式，設2道攔污柵、1道檢修閘門、1道工作閘門。鋼管直徑3.20 m，壁厚16 mm，長140.26 m。

(4)發電廠房：位于面板壩下游側右岸，廠區地形較為平緩，廠房后坡整體坡度約45°，主廠房尺寸為28 m×12.5 m×20.17 m(長×寬×高)。由主機間、安裝間、副廠房、開關站和尾水渠五部分組成。

(5)放空洞：布置在左岸，與導流洞完全結合，由進口段、盲腸段、閘門豎井、無壓段、出口段組成，施工期為導流洞，運行期為放空洞。

3.2.3 主要工程量

3.3 壩型比選

表2 混凝土面板堆石壩方案主要工程量表

3.3.1 建壩條件

混凝土面板堆石壩方案溢洪道邊坡開挖量較大且邊坡治理成本高、難度大；碾壓混凝土重力壩整體開挖量較小，邊坡治理較簡單，因此,其對壩址區工程地質條件的適應性相對更好。

3.3.2 樞紐布置

兩方案樞紐布置在技術上都是可行的，但由于壩址區河道順直，碾壓混凝土重力壩樞紐布置格局順暢、簡潔、協調，而混凝土面板堆石壩溢流道進出口水流相對不暢，且溢洪道與面板壩的連接部位邊墻高，成本較大。

3.3.3 施工條件

面板堆石壩方案利用永久泄水建筑物進行導流，施工導流工程量較小，但其料場開采及支護工程量較大；兩方案均能滿足施工布置需要，不制約壩型選擇，但碾壓混凝土重力壩方案工期更短。

3.3.4 經濟指標

經初步估算比較，碾壓混凝土重力壩方案的工程總投資比面板堆石壩方案少235.64萬美元。

表3 壩型選擇技術經濟指標對比表

綜上所述，從技術、經濟等方面綜合比較后，選用碾壓混凝土重力壩作為本工程推薦壩型。

4 結 語

根據工程實際并結合壩后式水電站特點，經過選定適宜壩型并對其進行技術、經濟比較后，最終確定了碾壓混凝土重力壩作為工程推薦壩型，其不僅工程布置簡單、施工難度較小，而且工期短、投資省。因此，水電站壩型的選擇不僅要滿足安全和使用功能的要求，而且還要從施工條件、投資、工期及環境保護等諸多方面進行綜合考慮。