蒙古國都日根水電站設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

侯國恩

（邯鄲市水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，河北 邯鄲 056001）

1 工程概況

蒙古國都日根水電站建在蒙古西部霍夫德盟都日根境內(nèi)的泰諾哈拉依赫河上，是一座河床式水電站。樞紐工程包括電站主、副廠房、泄洪洞、魚閘和土壩。設(shè)計(jì)水頭13.5m，設(shè)計(jì)發(fā)電流量107.4m3/s，裝機(jī)容量1.2萬KW，安裝三臺(tái)ZD560－LH－250水輪發(fā)電機(jī)組。建筑物等別Ⅱ等，按8度地震烈度設(shè)防。

該工程初步設(shè)計(jì)由俄羅斯能源部國立水電勘測設(shè)計(jì)研究院于1993年完成。

該工程是中蒙雙方政府的第一個(gè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作項(xiàng)目，是在中國政府特殊政策安排下啟動(dòng)，得到了中國財(cái)政部的特批后才得以實(shí)施。總投資3000萬美元。

2 地質(zhì)勘察資料

壩址建在河道兩山夾一谷的出口處。該壩址的長度較小，河道縱坡大，上游庫區(qū)小，淹沒損失小，滲漏損失小。

電站建筑物地基地質(zhì)勘察工作由俄羅斯于1993年3～6月完成，共布置鉆孔19個(gè)，總進(jìn)尺254.7m；探坑17個(gè)，深度共21.5m；直流電法勘探13條剖面以及大量的室內(nèi)試驗(yàn)工作等。

地質(zhì)勘察成果表明，壩址所在地兩岸為粗粒、中粒花崗巖，被數(shù)層輝綠巖巖脈侵入，屬古生代火成巖，較堅(jiān)硬，表層風(fēng)化破碎。左岸30m高，右岸約20m高。河灘寬200余米，其表層為新第三紀(jì)和第四紀(jì)沖積洪積物，漂石、卵石等，往下為砂壤土、壤土、碎石土、粘土、輝綠巖、花崗巖。

左岸地基內(nèi)有沖溝，寬約20m，深16m，底高程約1131.50m。

3 混凝土壩段原設(shè)計(jì)方案

電站樞紐建筑物包括混凝土壩段和土壩段，混凝土壩段由電站主、副廠房、泄洪洞和魚閘組成。由于右岸花崗巖巖體較左岸低約10m，而且表面有較厚的松散的新第三紀(jì)和第四紀(jì)沉積物覆蓋，因此決定將電站混凝土壩段建在左岸花崗巖上。

本電站總裝機(jī)容量1.2萬KW，安裝三臺(tái)ZD560－LH－250水輪發(fā)電機(jī)組。根據(jù)運(yùn)行需要，還需建有泄洪洞和魚閘，這些工程組成了混凝土壩段。根據(jù)各部分建筑物的水力計(jì)算和建筑、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，混凝土壩段垂直水流方向總長度為80.19m，由三個(gè)壩段組成，從左至右分別為：副廠房段長30.69m，主廠房段27m，魚閘和泄洪洞22.5m。為適應(yīng)地基變化，主、副廠房在沖溝處分一條變形縫，并在沖溝處布置了副廠房集水井。詳見附圖1。

4 開挖出的實(shí)際地質(zhì)情況：

該工程于2004年9月底正式開工，2005年8月在混凝土壩段基礎(chǔ)開挖過程中發(fā)現(xiàn)，實(shí)際地質(zhì)情況與原地質(zhì)報(bào)告出現(xiàn)了很大差異。主、副廠房座在基巖上，但魚道和泄洪洞段的地基卻是灰褐色的粉砂。挖到建筑物的基礎(chǔ)底高程1137.00m仍是粉砂，再挖探坑4m深即1133.00高程仍是粉砂，不見基巖。為什么現(xiàn)實(shí)情況與地質(zhì)資料出現(xiàn)如此大的差異？經(jīng)過與原俄羅斯該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行研究核實(shí)，原來是由于地質(zhì)情況復(fù)雜多變，鉆孔2＃恰好布置在斷層的基巖側(cè)，略偏點(diǎn)即是粉砂，誤認(rèn)為此處是基巖，故出現(xiàn)了這樣大的差異。

5 設(shè)計(jì)方岸變更

混凝土重力壩基礎(chǔ)建在軟基上是設(shè)計(jì)規(guī)范不允許的。為解決這一問題，我們提出三個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)化比選：

（1）方案一：原設(shè)計(jì)方案不變，進(jìn)行地基處理。將壩基以下粉砂挖除，用砌石混凝土回填。但是砂層深度不詳，用挖掘機(jī)挖探坑至壩基以下4m仍不見基巖，再繼續(xù)深挖很困難。由于受工地環(huán)境、交通運(yùn)輸及工地施工機(jī)械的限制，地基開挖量和砌石混凝土回填量均難以預(yù)測，施工進(jìn)度必然受到很大影響，很顯然此方案是不可行的。

（2）方案二：將整個(gè)混凝土壩段向左移動(dòng)，避開砂層，使壩基全部座在基巖上。這樣混凝土壩段需要左移40m，還必須將部分引水渠和尾水渠作相應(yīng)的移動(dòng)，以保證引水和泄水的平順連接。由于左岸是高達(dá)30m的陡峭山脊，因此需要增加約5萬m3的石方開挖量，增加投資約240萬元。因施工場地和施工機(jī)械的制約，施工進(jìn)度將拖延兩個(gè)多月。因此該方案也是不可行的。

（3）方案三：設(shè)法調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，縮短混凝土壩段長度，由原來的80.19m減少為57.80m，并向左移動(dòng)11m，這樣可以避開砂層，將整個(gè)壩基座在基巖上。具體做法是：

① 把泄洪洞移到副廠房下邊，其泄水孔尺寸和高程不變，保持其原有的功能和作用。

② 將魚閘改建成魚梯，位置移至土壩右壩頭外，利用右壩頭上、下游兩個(gè)山凹開挖成階梯式水槽，做成隔板式混凝土結(jié)構(gòu)槽式魚梯，魚梯全長約500m。魚閘結(jié)構(gòu)形式的改變不僅擴(kuò)大了施工作業(yè)面方便了管理，并且節(jié)省了投資。雖然增加土石方開挖量1.5萬m3，但節(jié)省混凝土2500m3，計(jì)入節(jié)省啟閉設(shè)備和鋼閘門的費(fèi)用，總共節(jié)省投資約200萬元。

③副廠房結(jié)構(gòu)布置：盡量減少巖石開挖量和混凝土工程量，將其垂直水流長度由原來的30.69m減少為24.77m。重新進(jìn)行中控室和油、氣、水設(shè)備的布置，將結(jié)構(gòu)布置更加合理和緊湊。

④ 主廠房：為滿足運(yùn)行管理的需要，右端增加安全通道和樓梯間，其垂直水流方向長度由27m增加至33m。在增加的長度內(nèi)布置了集水池、水泵房和辦公室等。由于主廠房長度已達(dá)33m，考慮當(dāng)?shù)貢円箿夭詈艽蟮臍夂驐l件，為了適應(yīng)混凝土干縮和結(jié)構(gòu)受溫度變化的影響，按照規(guī)范要求，在2＃和3＃機(jī)組之間增設(shè)一道變形縫。（詳見附圖2）

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⑤ 引水渠和尾水渠：由于魚閘的改建，使引水渠和尾水渠的寬度均減少10m左右，混凝土和漿砌石量減少1070m3，投資減少約64萬元。

設(shè)計(jì)方案優(yōu)化后混凝土壩段縱剖面圖詳見附圖2。

設(shè)計(jì)方案變更比較詳見下表：

通過以上三個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)化比選，可以看出第三個(gè)方案是最優(yōu)方案。該方案巧妙的調(diào)整了混凝土壩段的結(jié)構(gòu)，減少了混凝土壩段的長度并適當(dāng)?shù)南蜃笠苿?dòng)，避開了砂層地基，使壩基全部座在完整的基巖上。雖然土石方開挖量增加13400m3,但混凝土量減少5170m3,再計(jì)入魚閘啟閉設(shè)備和閘門的減少，總投資節(jié)省390萬元。

結(jié)語

設(shè)計(jì)方案的變更得到了業(yè)主（上海外經(jīng)集團(tuán)有限公司）、監(jiān)理方（杭州亞太電力技術(shù)有限公司）和施工方（新疆北新建設(shè)工程集團(tuán)有限責(zé)任公司）的認(rèn)同，一致同意第三方案為最優(yōu)方案。該方案順利通過了業(yè)主聘請(qǐng)的專家組的評(píng)審，也得到了蒙古國能源部的批準(zhǔn)。目前，工程已經(jīng)完工，運(yùn)行良好。

[1]俄羅斯能源部國立水電勘測設(shè)計(jì)研究院編制“蒙古國都日根水電站初步設(shè)計(jì)說明書”[Z].1993.

[2]MP建設(shè)工程局地質(zhì)勘察科學(xué)研究中心(НИЦИИС)“關(guān)于在ХовуЧонохарайх河建立水利發(fā)電站的現(xiàn)場地質(zhì)勘察簡要說明書”[Z].1993.烏蘭巴托.研究所博士М.Мягмаржав.