大渡河沙坪二級廠壩間導墻兼魚道結構及穩定設計

王愛林，黃 維，吳宏榮，涂承義

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州，311122）

1 工程概況

沙坪二級水電站位于四川省樂山市峨邊彝族自治縣和金口河區境內，距峨邊縣城上游約7 km，是大渡河中游22個規劃梯級中第20個梯級——沙坪梯級的第二級，上接沙坪一級水電站，下鄰已建龔嘴水電站。電站采用河床式廠房開發方式。水庫正常蓄水位554.00 m，總庫容2084萬m3，擋水建筑物最大壩高63.0 m，裝機容量348 MW。樞紐工程主要由左右岸擋水壩段、泄洪閘、河床式廠房和魚道等建筑物組成，其中泄洪閘布置在右岸主河床，河床式廠房布置在左岸臺地上，廠壩間導墻位于泄洪閘與廠房之間，運行期兼作魚道出口段，施工期兼作縱向圍堰。

本工程施工采用左岸明渠分期導流方式，其導流順序為：導流明渠施工階段（2010年12月～2013年5月）進行左岸導流明渠施工，期間來水由原河床下泄；一期導流階段（2013年11月～2015年3月）進行泄洪閘施工，來水由導流明渠下泄；二期導流階段（2015年3月～2017年4月）進行左岸廠房施工，來水由廠房土石圍堰、廠壩間縱向導墻攔擋，泄洪閘閘孔下泄，見圖1。

2 廠壩間導墻基礎地質條件

廠壩間導墻基礎巖性為生物碎屑灰巖，導墻基礎底部分布有緩傾角裂隙L22、頁巖夾層Sh4-3及擠壓破碎帶J3。

（1）裂隙L22：于閘右0+15.5、閘上0+50～閘下0+159，出露高程516～522 m。其性狀為：閘上0+50～閘下0+15段及閘下0+70～閘下0+159段，面起伏粗糙，厚度1～3 cm，為巖塊巖屑型；閘下0+15～閘下0+70段，面起伏粗糙，厚度2～3 cm，受構造影響，為巖屑夾泥型。

圖1 二期施工導流規劃平面示意圖Fig.1 Schematic plan of diversion in the second construction stage

圖2 廠壩間導墻平面示意圖Fig.2 Schematic plan of guide wallbetween the power house and dam

（2）頁巖夾層Sh4-3：出露于L22以下2～4.5 m，于閘右0+15.5、閘上0+50～閘下0+159，出露高程512～520 m。其性狀為：厚度0.4～2 cm，波狀起伏，延伸長，受河水沖刷侵蝕，在基坑左岸基巖陡崖沿線被掏空，充填砂卵石。

（3）擠壓破碎帶J3：N75°～85°W，NE∠75°～85°，寬0.3～0.5 m，帶內以碎裂巖、碎塊巖為主，充填有黃泥。

3 廠壩間導墻兼魚道設計

按照滿足施工導流布置，盡量利用河床基巖及永臨結合，減少工程量及投資的原則，沙坪二級水電站廠壩間導墻在二期施工中兼作縱向圍堰，運行期兼作魚道，做到了“一墻三用”。

廠壩間導墻兼魚道位于泄洪閘與廠房之間，采用混凝土重力式斷面型式，上、下游方向總長度226.50 m，分上游段、閘室段、中間段、下游段共四段。

3.1 上游段

上游段長度67.50 m，樁號為閘軸線0＋000.00～閘上0+67.50。

3.1.1 結構設計

上游段采用重力式斷面，為魚道出口段，頂高程557.00 m，最大高度約37.0 m，壩頂寬度14.0 m，基礎寬約25.0 m，左側為廠房進水渠，坡比1∶0.6，右側直立，為泄洪閘進水渠。該段魚道采取連續“繞彎”方式布置。

3.1.2 穩定應力計算及處理措施

本工程導墻高度大于15 m，應按照《混凝土重力壩設計規范》進行抗滑穩定及應力計算。按照概率極限狀態設計原則，按分項系數極限狀態設計表達式進行導墻穩定應力計算，并進行抗傾覆穩定復核。計算模式見圖3。

材料取值：抗剪斷指標中，巖屑夾泥型及斷層、擠壓破碎帶f"取0.35～0.45、C"取0.03～0.05，巖塊巖屑型f"取0.45～0.50、C"取0.10～0.20；抗剪指標中，巖屑夾泥型及斷層、擠壓破碎帶f取0.30～0.40，巖塊巖屑型f取0.40～0.45，C值為0。

計算考慮的荷載組合為：自重+靜水壓力+揚壓力+錨筋樁作用（抗滑不考慮），其中上游段、閘室段迎水面水位按546.94 m考慮，中間段、下游段水位按545.56 m考慮。

上游段考慮到巖坎質量較差，材料取中值，帷幕揚壓力效果按照不折減考慮。

基礎開挖至約520 m高程，根據地質資料顯示，頁巖夾層和裂隙已基本挖除，但計算中需考慮裂隙L22和頁巖夾層沒有完全挖除的可能性。取兩個典型斷面進行穩定應力計算，結果表明：閘軸線0+000.00（520.00 m高程）斷面的墻踵應力出現了拉應力，為254.91 kPa，超過允許最大拉應力150 kPa要求。建基面及深層抗滑穩定安全系數均滿足電力口規范及水利口規范的要求，抗傾覆安全系數滿足電力口規范及水利口規范的要求。墻趾應力均滿足規范要求。

圖3 計算假定模式Fig.3 Hypothetic mode of caculation

施工中對閘軸線0+000.00（520.00 m高程）～閘上0+006.60段進行了錨筋樁處理，處理后，由于考慮到錨筋樁的受力，墻踵拉應力減少為140.29 kPa，滿足規范要求。

基巖為弱風化，巖體大多完整性差，為Ⅲ2類巖體。為加強基巖的整體性，對其進行固結灌漿，灌漿深度為5 m，梅花形布置，間排距為3 m，見圖4。

圖4 上游段基礎處理Fig.4 Foundation treatment of upstream section

3.2 閘室段

閘室段長度49.0 m，樁號為閘軸線0＋000.00～閘下0+49.00。

3.2.1 結構設計

閘室段與1號閘室整澆，采用“U”形斷面，增大了斷面面積，也增加了剛度。左側靠廠房機組邊墩，右側靠2號閘室，頂高程557.00 m，最大高度約37.0 m，基礎寬約31.0 m。該段魚道單向布置。

3.2.2 穩定應力計算及處理措施

對閘軸線0+000.00（520.00 m高程）斷面進行穩定應力計算，結果表明：抗滑穩定安全系數滿足規范要求；墻踵應力為-28.19 kPa，沒有出現拉應力，滿足規范要求；墻趾應力滿足規范要求。

計算考慮了導墻基礎存在部分巖屑夾泥型Sh4-3及泥夾巖屑型L22結構面未挖除的可能性，假定緩傾角頁巖Sh4-3及L22為滑面，計算單滑面深層抗滑穩定，計算結果滿足規范要求。

為加強基巖的整體性，對基礎進行固結灌漿，灌漿深度5 m，梅花形布置，間排距3 m，基礎1∶0.3陡坡開挖處加錨筋樁處理，3根32，間排距3 m，長度5 m。

3.3 中間段

中間段長度27.8 m，樁號為閘下0＋049.00～閘下0+76.80。

3.3.1 結構設計

中間段與1號閘室下游護坦整澆，采用“L”形斷面，左側靠廠房機組邊墩，右側為護坦導墻，頂高程549.85 m，最大高度約29.85 m，基礎寬約25.50 m。該段魚道單向布置，并在墻體內設置一個魚道觀察室。

圖5 閘室段（閘軸線0+000.00斷面）基礎處理Fig.5 Foundation treatment of the lock chamber section

3.3.2 穩定應力計算及工程處理

取兩個典型斷面分別進行穩定應力計算，結果表明：建基面及深層抗滑穩定安全系數、抗傾覆安全系數均滿足規范要求；在揚壓力不折減的情況下，兩斷面拉應力分別為236.82 kPa和290.68 kPa，不滿足允許最大拉應力150 kPa的要求。根據工程經驗，計算中對帷幕后的揚壓力進行了折減，按照系數0.6折減時，壩踵拉應力分別為152.11 kPa和205.97 kPa，仍不滿足要求。考慮錨筋樁作用時，拉應力減小為83.34 kPa和137.20 kPa，滿足要求。施工中，導墻底部布設了滲壓計，監測結果顯示，帷幕后的滲透壓力是帷幕前的0.55～0.62，也驗證了計算假設的合理性。

兩個斷面以緩傾角頁巖夾層及L22為滑面計算單滑面深層抗滑穩定安全系數，按照電力口規范計算，結果分別為0.94和0.99（＜1.0），不滿足要求，按照水利口規范計算均滿足要求。施工中對開挖基礎面進行了調整、深挖，對頁巖夾層和結構面進行了挖除，再計算挖除后的深層抗滑穩定安全系數，按照電力口規范計算，最小值1.27＞1.0，按照水利口規范計算，最小值4.76＞2.5，均滿足規范要求。

另外，為減小深層抗滑穩定風險，在技施過程中，對中間段導墻和1號閘墩下游側護坦進行了整體受力處理，該應用（“一種改善廠壩間導墻施工期受力的方法”）獲得了國家實用新型發明專利。通過在廠壩間導墻和護坦分縫處設置水平連接鋼筋，將導墻和護坦連成一個整體，相應增大導墻底部面積，從而減小深層滑動角度，達到解決深層抗滑問題的目的。同時，由于鋼筋設置在截面中心位置，基礎對上部混凝土不會形成強約束，表面混凝土亦能自由收縮。這樣既保留了分縫的優點，又給抗滑穩定提供了抗力。專利的應用避免了使用傳統的錨索補償措施時施工麻煩的弊端。

圖6 中間段典型斷面處理Fig.6 Treatment of typical profile in middle section

3.4 下游段

下游段長度82.2 m，樁號為閘下0＋076.80～閘下0+159.00。

3.4.1 結構設計

下游段采用重力式斷面，頂高程549.85 m，最大高度27.45 m，壩頂寬度7.0 m，基礎寬約22.0 m，左側坡比1∶0.4，為廠房尾水渠，右側直立，為泄洪閘護坦及海漫。該段魚道單向布置，在閘下0+079.60位置通過廠房尾水平臺上的渡槽轉向左岸，與魚道進口連接。

3.4.2 穩定應力計算及工程措施

根據初步估算，下游段抗力有較大的裕度，按照最不利情況（即揚壓力不折減）計算，材料取中值。典型斷面的建基面穩定、應力計算滿足規范要求；深層抗滑穩定安全系數按照電力口規范計算為0.95＜1，不滿足要求，按照水利口規范計算為3.13＞2.5，滿足要求。

從鉆孔及現場開挖情況看，下游段出露基巖明顯好于上游閘室段出露基巖，結合現場開挖，并與地質專業人員商榷后，此處的深層抗滑穩定計算取材料上限值、安全系數取1.06，滿足規范要求。

施工中對該段進行了固結灌漿加固處理，灌漿深度為5 m，梅花形布置，間排距為3 m；設置了錨筋樁，3根32，間排距為3 m，長度為5 m。

圖7 下游段典型斷面處理Fig.7 Treatment of typicalprofile in downstream section

4 結語

沙坪二級水電站采用明渠方式導流，其廠壩間導墻在運行期兼作魚道，二期施工導流中兼作廠房基坑縱向擋水圍堰，做到了“一墻三用”，其施工導流期的穩定尤為關鍵。2014年12月完工以來，廠壩間導墻經歷了2015年、2016年兩個汛期的考驗，運行正常。

綜上所述，本工程廠壩間導墻的穩定計算模式假定、工程加固處理是合理成功的，可為其他類似工程提供有益借鑒。