委俄水電站混凝土重力壩的設計研究

鄒書江

(貴州華水建設項目管理有限公司，貴陽550001)

委俄水電站位于秧壩河與弼佑河交匯處下游0.97 km處筑壩，為引水式開發，壩址以上集水面積535 km2。水庫正常蓄水位468.0 m，最大壩高23.63m，總庫容為35.3 萬m3，左岸渠道+隧洞引水，渠道長490.36 m，隧洞長2.2214 km。于委俄寨子下游2.8 km處設廠房發電，電站尾水位高程400 m(接龍灘電站正常蓄水位)，利用河道天然落差68 m，天然河道比降9.5‰。現有公路從廠區附近通過，壩、庫區未有公路通過。

1 工程概況

委俄水電站混凝土重力壩由非溢流壩和溢流壩兩部分組成，壩軸線長130.85 m，壩頂寬3 m，壩頂高程473.63 m，壩底高程450.0 m，最大壩高23.63 m，溢流堰頂高程為568.00 m，溢流壩高18.0 m，溢流壩段長65m，非溢流壩段長65.85 m。大壩下游壩坡比為1∶0.75，導流墻厚2.0 m。

壩址區褶皺構造發育，巖體產狀復雜多變，從地表調查綜合判斷，河床中部有一尖棱背斜褶皺順河通過，受其影響，部分褶皺軸部巖層擠壓錯動變位，兩翼巖層分別傾向山內，左岸傾角60°，右岸傾角58°。河床和河漫灘為單層結構，厚約8.5 ～8.6 m，鉆孔未揭露地段深度會有些變化，該層上部多為松散至稍密，下部為稍密到中密;階地為雙層結構，上部為厚約1.5 ～4.0 m的砂質性土，下部為厚約1.70～5.50 m砂卵礫石層。壩址巖體節理裂隙發育。河床基巖面起伏較小，下游無深切沖刷坑［1］。

2 混凝土重力壩的設計內容

根據壩區工程地質、地形條件、河流來砂量及水文計算成果綜合分析，本工程大壩為C10混凝土毛石重力壩，主河床布置溢流壩段，溢流壩段不超過主河床寬度，原河床寬度為70 m，大壩溢流長度布置為65 m，能滿足上游榮丁電站廠房50 a一遇的防洪問題。取水口、沖砂孔均布置在左岸，采用閘門控制流量，取水口進口底板高程為465.5 m，孔口尺寸為3.9×2.5 m。沖砂底孔進口底板高程為464.5 m，孔口尺寸為2.5×2.5 m。

2.1 混凝土的施工設計

該壩C10細石混凝土砌石重力壩，最大壩高23.63 m，壩頂高程473.63 m，壩頂長130.85 m。混凝土施工程序為:基礎開挖到建基面高程，通過驗收合格并簽證后，即可進行混凝土澆筑［2］。

首先進行測量放樣。測量放樣采用全站儀、水準儀，做整個工程的四等控制測量。再根據設計資料計算大壩相應測點的方位角、高程、坐標進行測設。

然后進行基礎處理及施工縫處理。在進行混凝土澆筑之前，必須將建基面的松動巖塊、巖石尖角及其他污物清理干凈，同時排干積水，使建基面符合設計及施工規范要求后，才能在其上澆筑混凝土。混凝土施工縫處理，在混凝土澆筑8 h后或混凝土初凝后用鑿毛機鑿毛。

混凝土拌制。混凝土拌制在2×0.75 m3的拌和機拌制，按照設計并結合現場情況控制配合比通過嚴格的電子稱量系統稱量。混凝土在拌制過程中，嚴格控制原材料的質量和拌制時間，保證混凝土有良好的和易性。

2.2 重力壩模板設計

根據委俄水電站設計資料，模板采用普通定型組合鋼模板，利用內拉外撐方式立模。外支撐件用120×120×3 500 mm 方木，內撐件用100×100×2 000 mm預制混凝土構件支撐。局部異型模板采用木模，廊道頂拱用特制弧形鋼模。選用的混凝土預制塊需要在預制場統一預制，再由人工裝車運至大壩，在用人工砌筑，砌筑好厚兩天過后才能澆筑壩體混凝土。

在這個設計過程中，根據設計資料，該壩體材料為細石混凝土砌石壩，大壩高度不高，大壩底部較薄，又是在低溫季節施工。因此將大壩不設置橫向施工縫，采用通倉澆筑，澆筑層高為1 ～2.0 m，兩層間覆蓋時間間隔為6 ～7 d。

2.3 重力壩非溢流壩段與溢流壩段的細部結構設計

大壩壩體為C10混凝土砌毛石填心，大壩基礎采用C15混凝土墊層，厚0.5 m。大壩外殼采用C15混凝土預制塊，厚30 cm。防滲墻底部厚1.0 m，頂部厚0.3 m。大壩頂面為C15混凝土，厚10 cm。為安全起見，在大壩頂上下游設φ50 鍍鋅鋼管欄桿，欄桿高1.2 m。壩基采用帷幕灌漿防滲［3］。

大壩溢流面采用C20鋼筋混凝土澆筑，厚0.5 m。溢流導流邊墻采用C20鋼筋混凝土澆筑，邊墻厚度為2 m。消力戽采用C20鋼筋混凝土澆筑，最薄處戽底厚度為1 m，戽底高程為456 m，鼻坎高高程為458.93 m。為防止大壩溢洪消能時沖刷壩腳，在壩腳設置10 m 長C10混凝土砌毛石護坦，護坦厚度為1 m。

2.4 取水口和沖沙底孔結構設計與養護

取水口和沖砂孔布置在大壩非溢流壩段左側。取水口底板高程為465.50 m，孔口尺寸為4.6 m×2.8 m，布設平板閘門一道，閘門井采用C20鋼筋混凝土澆筑。沖沙孔底板高程為464.50m，孔口尺寸為2.5 m×2.5 m，布設閘門2 道，閘門井采用C20鋼筋混凝土澆筑。

混凝土可以采取水平及垂直運輸。混凝土水平運輸用10 t自卸氣車運輸;混凝土垂直運輸在左、右510 m高程分別布置塔機，再由塔機吊運入倉。相關人員要在澆筑前，先檢測模板及建基面是否滿足設計及規范要求，在合格的基礎面上鋪一層2 ～3 cm厚同等標號的稠砂漿，鋪筑層厚500 mm，臺階長度為2～3 m，用φ100 型高頻振搗器振搗密實。鋪筑層間歇時間應≤2 h。混凝土平倉用人工結合振搗棒平倉。

混凝土保溫及養護也是混凝土重力壩設計中一項非常重要的工作，確保水電站能夠順利運行。混凝土在澆筑后12 ～18 h進行灑水養護，連續養護時間為28 d左右。在低溫(0 ～2 ℃)環境下，采用草墊、乙烯泡沫墊、麻袋布墊等保溫材料覆蓋，同時停止混凝土澆筑，對剛澆筑的場面用潮濕的麻袋覆蓋養護。

2.5 下方生態流量的放水管設計

該工程除了發電沒有其它功能，下游無生活、生產用水要求，也沒有珍稀動植物存在和保護風景區以及景觀的存在，但從生態角度考慮，仍然考慮下放0.5 m3/s的水量。為便于管理，設計在大壩非溢流壩段左側布置放水管道進行下放生態水。

放水管按簡單管道自由出流進行計算:

式中:Q 為管道設計流量，0.5m3/s;μc為管道流量系數。λ 為沿程水頭損失系數;為重力加速度，9.8m/s2;C 為謝才系數;R 為管道過水斷面的水力半徑0.25D0;∑ζ 為管道計算段中各局部水頭損失系數之和，查閱《水力計算手冊表》，;出口閘閥1 個，，則∑ξj=0.6;A 為管道斷面面積，m2;Hb為作用水頭，3.5m;經計算，放水管管徑為0.374 m，設計采用Φ402 鑄鐵管，管長30 m，管壁壁厚為6.0 mm，理論重量為

式中:d 為管道內徑，m;l 不管道計算段長度，30m;58.6 kg/m。并在放水管出口設置閘門井一座，布置放水閘門一個。

2.6 壩體穩定性設計

由于大壩為低壩，故其穩定采用抗剪斷公式計算，計算公式如下:

式中:K 為安全系數;f′為抗剪斷摩擦系數;∑W 為鉛直方向合力;U 為揚壓力;C′為內聚力;A 為單位寬度壩體底滑面;∑P 為水平方向合力。

計算成果見表1。

表1 穩定計算成果表

由上表計算可知:基本組合情況最小安全系數＞［3.0］，特殊組合情況最小安全系數＞［2.5］，滿足規范要求，故大壩是穩定安全的。

3 結 語

通過上文對委俄水電站混凝土重力壩的設計研究，可以得出該混凝土重力壩具有結果簡單、靈活布置的特點，在水電站中很好的結合了工程地質和地形以及周圍建筑物。該混凝土重力壩設計在穩定性和養護上也能夠很好的滿足相關設計規范，使水電站的樞紐布置更加完善，高效運行。

［1］孫新莊，張華明，黃堅.功果橋水電站碾壓混凝土重力壩設計［J］.西北水電，2014(08):168-169.

［2］王小杰.車家壩河水利樞紐碾壓混凝土重力壩設計［J］.河南科技，2014(01):102-103.

［3］季昀，李同春，姚俊琪.基于性能的重力壩設計指標選擇［J］.中國農村水利水電，2013(02):148-149.