象鼻嶺水電站過水圍堰設(shè)計綜述

王 磊

（中國水利水電第三工程局 陜西 西安 710016）

1 工程概況

象鼻嶺水電站是一座以發(fā)電為主兼顧防洪和其他功用的中型水利樞紐工程，位于貴州省威寧縣和云南省會澤縣交界的牛欄江上，系牛欄江河流梯級規(guī)劃中的第3級水電站。工程主要樞紐建筑物有碾壓混凝土雙曲拱壩、發(fā)電引水隧洞、地下發(fā)電廠房等，設(shè)計最大壩高135.5m，實際壩高為146.5m，相應(yīng)庫容2.484億m3，水庫正常蓄水位為1405m，電站裝機二臺，總裝機容量為240Mw。本電站為二等工程，工程規(guī)模為大（2）型。象鼻嶺水電站大壩屬國內(nèi)第二高碾壓混凝土雙曲拱壩。

根據(jù)壩址所在河段的水文特征及總體規(guī)劃，本工程采用枯水期圍堰擋水，一汛導(dǎo)流隧洞結(jié)合壩體臨時斷面泄流；二汛導(dǎo)流隧洞、壩體預(yù)留底孔和泄洪中孔聯(lián)合泄流的導(dǎo)流方式。

2 設(shè)計條件

（1）水文條件

牛欄江流域除上游少部分地區(qū)屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候，其余部分屬于暖溫帶高原季風(fēng)氣候。流域內(nèi)河谷和山嶺地勢高差懸殊，立體氣候較為明顯。流域降水分布很不均勻，大致下游最大，上游次之，中游最小，流域內(nèi)暴雨多出現(xiàn)在6、7、8月。

魯?shù)闅庀笳窘ㄕ据^早，觀測項目較全，資料完整，象鼻嶺壩址與魯?shù)闅庀笳鞠嗑嗖贿h，且同屬山區(qū)，氣象特征與壩址較為相似，資料基本上可反映壩址情況。象鼻嶺水電站不同時段施工洪水成果詳見表1。

（2）地質(zhì)條件

上游圍堰所處位置河面寬約18m～20m，河底高程約1285m。河床覆蓋層厚3m～5.7m，組成物質(zhì)為砂卵石及崩塌的玄武巖巖塊。河床基巖為P2β3-1灰綠色、灰黑色凝灰質(zhì)玄武巖及拉斑玄武巖，屬堅硬巖類，巖體較完整。弱風(fēng)化巖體厚12m～16.5m。該段河床構(gòu)造裂隙較發(fā)育，zk15鉆孔壓水資料顯示巖體透水率值q=4Lu～12Lu，屬弱透水至中等透水巖體。兩岸出露P2β3-2-1、P2β3-3-1含硅質(zhì)玄武巖，塊狀、次塊狀結(jié)構(gòu)，巖石堅硬，較完整；P2β3-2-2為拉斑玄武巖、凝灰質(zhì)集塊巖，頂部為灰綠色含泥質(zhì)凝灰?guī)r夾層，風(fēng)化帶局部泥化嚴(yán)重。

下游圍堰所處河底高程1281.6m，河床覆蓋層厚5m～7m，1300m高程河谷寬70m～75m。圍堰所處河段左岸基巖裸露，右岸分布大量的坡積物（主要為公路人工堆渣）。

表1 象鼻嶺水電站不同時段施工洪水成果表

3 圍堰設(shè)計

3.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)攔河壩等級，本工程圍堰為4級建筑物，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)選擇10年1遇（P=10%）洪水。由于本工程所處河段汛期、枯水期流量相差較大，且攔河壩為混凝土壩，汛期基坑過水后產(chǎn)生的影響較小，故本工程選擇枯水期圍堰較為適宜，相應(yīng)枯水期6個月二旬洪水流量Q=450m3/s。

3.2 平面布置

上、下游圍堰考慮水流條件、地形條件、導(dǎo)流隧洞及攔河壩等建筑物的位置、基坑施工范圍的限制和交通道路布置等因素，進行合理選擇。擬選上游圍堰軸線距導(dǎo)流洞進口約70m，下游圍堰軸線距導(dǎo)流洞出口約50m。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

上、下游圍堰設(shè)計為混凝土面板土石過水圍堰，圍堰為梯形結(jié)構(gòu)。上游圍堰堰頂高程為1302.0m，圍堰軸線長約66.91m，堰頂寬度為10.0m，自潰式子堰頂寬為4.0m；下游圍堰堰頂高程為1290.0m，圍堰軸線長約38.9m，堰頂寬度為10.0m。

（1）上游圍堰

上游圍堰頂高程1302.0m，堰底高程1279.63m，最大堰高21.37m，堰頂寬10m，堰頂長度66.91m，上游邊坡1∶2.5，下游邊坡截流戧堤以上為1∶3.3，戧堤以下為1∶1.75。截流戧堤設(shè)置在距圍堰軸線下游25m處，高14.77m，頂寬10m，上游坡度為1∶1.5，下游坡度為 1∶2.0。

為減少過流時上下游圍堰間水位落差，降低圍堰沖毀風(fēng)險，同時減少上游圍堰工程量，在上游圍堰1297以上設(shè)自潰子堰。自潰子堰采用粘土麻袋（外側(cè)采用麻袋、內(nèi)側(cè)芯墻采用粘土）形式。為防止水位變幅對上游堰坡的不利影響，在上游面設(shè)置塊石護坡。堰體的過水防沖保護體系采用混凝土面板和塊石護坡，戧堤頂部以下采用鋼筋石籠護面，圍堰堰腳處覆蓋層表面鋪設(shè)一層鋼筋石籠，鋼筋石籠尺寸為2m×1m×1m（長×寬×高）。上游圍堰體型見圖1。

圖1 上游圍堰典型斷面結(jié)構(gòu)圖

圖2 下游圍堰典型斷面結(jié)構(gòu)圖

表2 上、下游圍堰結(jié)構(gòu)特征表

表3 上、下游圍堰工程量表

（2）下游圍堰

下游圍堰堰頂高程1290m，堰底高程1280.1m，最大堰高9.9m，堰頂寬10m，堰頂長度38.9m，上游邊坡1∶2.5，下游邊坡混凝土護面以上為1∶5，混凝土護面以下為1∶.75。

為防止水位變幅對堰坡的不利影響，在上游面設(shè)置塊石護坡。堰體的過水保護體系采用混凝土面板和塊石護坡，為防止圍堰過水對下游坡腳的淘刷，在混凝土護面以下坡面設(shè)置2m×1m×1m的鋼筋籠和大塊石護腳。下游圍堰體型見圖2。

上、下游圍堰結(jié)構(gòu)特性見表2，上、下游圍堰工程量見表3。

3.4 防滲設(shè)計

本工程上下游圍堰設(shè)計為土石過水圍堰堰體基礎(chǔ)為砂卵礫石層。圍堰防滲體須具有一定的可靠性，以保證基坑的連續(xù)施工。防滲體施工應(yīng)不受氣候的影響，施工方法應(yīng)簡單，且滿足施工質(zhì)量的要求。目前土石圍堰防滲形式主要有：粘土心墻（粘土鋪蓋）、高噴灌漿、控制性灌漿和混凝土防滲墻等。

因為圍堰堰基及堰肩覆蓋層組成成分主要為沖洪積的含漂石的砂卵礫石層夾雜岸坡崩積的塊石和大塊石，且兩岸一級階地覆蓋層較厚，故若采取高噴灌漿，當(dāng)?shù)貙雍脱唧w架空嚴(yán)重或水流速度過大時，噴射的漿液難以凝固形成防滲板墻，這在許多圍堰中都出現(xiàn)過類似的情況，因此不推薦高噴板墻防滲方案。

圍堰堰基覆蓋層較深，采用粘土防滲墻方案不可行。故圍堰的防滲措施主要考慮控制性灌漿及塑性混凝土防滲墻，但塑性混凝土防滲墻施工周期長、費用高。

參考目前國內(nèi)多個同類工程，控制性灌漿在砂卵礫石層中防滲效果尤佳，當(dāng)防滲深度在10m～50m范圍內(nèi)均能達到防滲灌漿的要求目前國內(nèi)湖南東坪水電站、銅灣水電站、株溪口水電站、重慶馬巖洞水電站、大渡河枕頭壩水電站、貴州老江底水電站、光照水電站、董箐水電站、清水河格里橋水電站和烏江沙沱水電站等寬闊河谷及山區(qū)河谷圍堰防滲均采用控制性灌漿技術(shù)，成功地解決了圍堰防滲灌漿難題，使防滲施工工藝已經(jīng)成熟，確保了圍堰防滲閉氣施工速度快，且經(jīng)濟可靠。

綜合比較后，選擇控制性灌漿作為本工程上、下游土石圍堰防滲型式。

3.5 圍堰預(yù)沖水設(shè)計

考慮本工程上、下游圍堰間距離及基坑容積，預(yù)充水措施采用虹吸管提前充水和自潰堰挖缺口聯(lián)合充水方式。虹吸管采用3根直徑200mm的軟管經(jīng)自潰堰頂部連通上游堰前和基坑，根據(jù)水情預(yù)報，當(dāng)來水流量超過450m3/s時（水面高程達到1297m且仍有上升趨勢），提前利用虹吸管進行預(yù)充水。當(dāng)堰前水位達到自潰堰底部高程時，在自潰堰右岸挖缺口對基坑進行充水。

4 結(jié)語

牛欄江象鼻嶺水電站上、下游圍堰在施工前，根據(jù)已有水文、地質(zhì)資料并參考國內(nèi)同類工程相關(guān)經(jīng)驗，對原投標(biāo)文件設(shè)計體型進行了優(yōu)化。為防止基坑過水時下上游落差太大，在上游圍堰新增了自潰式子堰以降低落差，并將原堰基防滲形式由高噴灌漿改為控制性灌漿。象鼻嶺水電站于2014年12月完成大江截流，于2015年3月完成上、下游圍堰基礎(chǔ)灌漿及堰體加高工作，2015年汛期基坑過水時堰體完好未發(fā)生損毀現(xiàn)象。由此可見，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的圍堰很好的滿足了施工需要。陜西水利