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        老撾Xeset 2水電站首部樞紐左副壩設(shè)計(jì)優(yōu)化

        2011-09-10 10:13:50宋自平
        四川水力發(fā)電 2011年4期
        關(guān)鍵詞:粘土壩基庫(kù)區(qū)

        李 健,宋自平

        (中國(guó)水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610072)

        1 工程概述

        老撾Xeset 2水電站位于老撾南部Champassak省和Saravane省境內(nèi),為筑壩引水式發(fā)電項(xiàng)目,電站引用流量33.7 m3/s,利用水頭271 m,裝機(jī)容量2×38 MW。電站首部攔河大壩長(zhǎng)650 m,由6段開(kāi)敞式溢流壩、2孔沖沙閘和左右粘土心墻堆石副壩組成,最大壩高25 m,壩頂高程818 m,正常蓄水位高程813 m。水庫(kù)設(shè)計(jì)為日調(diào)節(jié),水庫(kù)回水長(zhǎng)約2 km,總庫(kù)容約80萬(wàn)m3,為Ⅲ等小(2)型工程。

        Xeset 2水電站庫(kù)區(qū)兩岸地勢(shì)總體較低,右岸地勢(shì)平面上呈緩坡?tīng)铋_(kāi)闊臺(tái)地,左岸則呈緩坡?tīng)顔涡鄙降?,相?duì)右岸更雄厚一些,以15°~30°的緩坡地形為主,庫(kù)區(qū)兩岸無(wú)大的沖溝。

        Xeset 2水電站庫(kù)區(qū)出露的地層有淤泥質(zhì)粘土和玄武巖兩種。庫(kù)區(qū)兩岸絕大多數(shù)地段被淤泥質(zhì)粘土層覆蓋,厚度一般為1~5 m,局部地段可達(dá)10 m,淤泥質(zhì)粘土試驗(yàn)顯示為高液限粘土,呈灰色或褐色,粘性大,中密,含水量大,植物根系發(fā)育,其下為含碎石粘土,滲透系數(shù)平均值為4×10-5cm/s,屬弱~微透水層;玄武巖主要出露在河床、兩岸坡腳,呈灰色及黑灰色,冷凝孔隙發(fā)育較多,巖體中垂直裂隙發(fā)育,易受水流沖刷,并將巖體切割成塊狀從而降低了淺表部巖體的完整性和抗沖能力,巖石總體屬微弱透水巖體。

        總體上看,Xeset2水電站庫(kù)區(qū)兩岸山坡高度均不大,最大相對(duì)高差20 m左右,左岸山體比較厚實(shí),右岸相對(duì)單薄,庫(kù)區(qū)兩岸沒(méi)有大的沖溝,也未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象,除河床玄武巖中張開(kāi)的垂直裂隙發(fā)育較多外,未見(jiàn)其它斷裂出露。因此,Xeset2水電站庫(kù)區(qū)整體條件較好。

        Xeset 2水電站首部樞紐左副壩長(zhǎng)330.41 m,原設(shè)計(jì)通長(zhǎng)均為粘土心墻堆石壩,最大壩高22 m,屬于低壩,上游壩坡 1∶2,下游壩坡 1∶1.8。左副壩原始地面高程從809 m至818 m,壩前岸坡厚實(shí),淤泥質(zhì)粘土層覆蓋較厚,壩體與上游河道大致平行,平面距離在100 m以上。為布置與溢流壩段相接的左副壩擋土墻,從左副壩軸線DL0+000 m至0+014.5 m段(擋土墻基礎(chǔ))深挖至高程796 m,基坑開(kāi)挖坡度:下部基巖為1∶0.5,上部土層為1∶1,在壩軸線 DL0+025.7處,壩基上抬至高程807.7 m。壩基為淤泥質(zhì)粘土層,原始地面下挖厚度為2 m,在壩軸線DL0+046.73,壩基開(kāi)挖高程為809.18 m,基礎(chǔ)開(kāi)挖深度為1.5 m。然后按照S=0.04的縱坡開(kāi)挖左副壩基礎(chǔ),至DL0+295.98時(shí),壩基開(kāi)挖高程達(dá)到813 m,在壩軸線DL0+295.98以后為延伸連接段,壩基沿軸線設(shè)計(jì)帷幕灌漿到樁號(hào)DL0+295.98。

        2 左副壩優(yōu)化設(shè)計(jì)方案提出的緣由

        老撾Xeset 2水電站是按照中國(guó)的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)的,工程等別按其綜合特性確定為Ⅲ等,而首部樞紐按水庫(kù)庫(kù)容80萬(wàn)m3及日調(diào)節(jié)能力、庫(kù)區(qū)下游無(wú)城鎮(zhèn)工礦企業(yè)保護(hù)要求等指標(biāo)確定為小(2)型工程。作為首部樞紐組成部分的土石副壩設(shè)計(jì)采用的規(guī)范是《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001。對(duì)于電站首部左副壩的原設(shè)計(jì)方案,在查閱了設(shè)計(jì)規(guī)范及壩區(qū)工程地質(zhì)報(bào)告、試驗(yàn)報(bào)告等資料后,最終認(rèn)為原設(shè)計(jì)過(guò)于保守,不夠經(jīng)濟(jì)。具體表現(xiàn)在:左副壩設(shè)計(jì)開(kāi)挖基礎(chǔ)在DL0+025.7 時(shí),高程為807.7 m;在DL0+046.73 時(shí),高程為809.18 m,基礎(chǔ)開(kāi)挖深度平均為2 m左右,壩基位于淤泥質(zhì)粘土層上,填筑壩體超過(guò)自然地面8.3~6.8 m。而從 DL0+046.73 開(kāi)始?jí)位_(kāi)挖 深 度 逐 漸 加 厚,到 DL0+151.98時(shí) 達(dá) 到5.5 m,壩基穿過(guò)滲透系數(shù)小的淤泥質(zhì)粘土層進(jìn)入含碎石粘土層,填筑壩體超出自然地面僅3 m。在DL0+295.98時(shí)的壩基開(kāi)挖深度為4 m,壩基位于淤泥質(zhì)粘土層上,填筑壩體超出自然地面僅1 m。

        由此可以看出,左副壩的壩基開(kāi)挖高程在左副壩擋墻基礎(chǔ)過(guò)后就迅速抬升至接近原始地面線,大壩的壩高也迅速減小到在壩軸線DL0+025.7 處的10.3 m。在壩軸線DL0+025.7~DL0+046.73段的開(kāi)挖深度也基本為1.5~2 m左右,這符合在地質(zhì)條件較好的情況下低壩的設(shè)計(jì)規(guī)律。而在壩軸線DL0+046.73以后的壩基設(shè)計(jì)卻不符合這種設(shè)計(jì)規(guī)律,壩基被按照一個(gè)不同于自然地面坡度的縱坡值開(kāi)挖而逐漸加深,從而大大地增加了開(kāi)挖量,也增加了大壩的填筑量。壩基下的淤泥質(zhì)粘土層和其下的含碎石粘土層均為弱~微透水層,且兩種土層的地基承載力均符合設(shè)計(jì)要求,按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求,完全沒(méi)有必要挖得過(guò)深,否則很不經(jīng)濟(jì)。

        3 優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容

        優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有:

        由于左副壩岸坡的自然坡度比設(shè)計(jì)要求的20°更陡的壩段位于左副壩擋墻段,其余副壩段都是坡度在15°以下的緩坡,故直接將左副壩從壩軸線DL0+025.7樁號(hào)以后的壩基開(kāi)挖高程隨岸坡的自然坡度抬高,剝離掉富含植物根系的表土層,經(jīng)碾壓密實(shí)并驗(yàn)收合格后作為壩基填筑大壩,表土開(kāi)挖平均深度暫時(shí)確定為1.5 m,實(shí)施時(shí)再根據(jù)土層出露情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后,左副壩的設(shè)計(jì)理念一致了,同時(shí)減少了大量的壩基開(kāi)挖量和壩體填筑工程量。

        該水庫(kù)為日調(diào)節(jié)的低壩水庫(kù),庫(kù)容小且左副壩岸坡土層厚實(shí),屬弱~微透水層,壩基地質(zhì)條件良好,沒(méi)有斷層穿過(guò),壩前岸坡寬度更是達(dá)100 m以上,大部分壩段位于正常蓄水位以上,極少時(shí)間擋水。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001第6.3.11條規(guī)定的“帷幕灌漿伸入兩岸的長(zhǎng)度可根據(jù)下述原則之一進(jìn)行確定:…至水庫(kù)正常蓄水位與相對(duì)不透水層在兩岸的相交處…”。因此可以根據(jù)該規(guī)定減少部分左副壩帷幕灌漿工程量,只需對(duì)開(kāi)挖基礎(chǔ)低于水庫(kù)正常蓄水位高程813 m的壩段進(jìn)行帷幕灌漿,具體分界樁號(hào)為DL0+129.41,壩基優(yōu)化抬高后在此樁號(hào)的開(kāi)挖高程為813 m,自然地面高程為814.5 m。

        在樁號(hào)DL0+129.41以后的壩段最大壩高只有5 m,且常年處于庫(kù)水位以上,極少時(shí)間擋水。而在左副壩工地現(xiàn)場(chǎng)附近,開(kāi)挖時(shí)堆存有大量符合大壩填筑要求的土料。參考設(shè)計(jì)規(guī)范并從經(jīng)濟(jì)角度考慮,改為均質(zhì)土壩,可以大量減少過(guò)渡料和反濾料用量(因?yàn)檫^(guò)渡料和反濾料均從砂石廠生產(chǎn),出廠及運(yùn)輸成本較高),降低工程生產(chǎn)成本,壩體表面保護(hù)不變。

        4 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)比較

        左副壩DL0+025.7樁號(hào)以后優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的工程量清單見(jiàn)表1。

        表1 優(yōu)化設(shè)計(jì)前后工程量清單表

        綜上分析可以看出,進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化后的左副壩大量的減少了土石方開(kāi)挖量、壩體填筑量和帷幕灌漿工程量,僅減少的9221.8 m3過(guò)渡料和反濾料的生產(chǎn)及運(yùn)輸成本便可節(jié)約10萬(wàn)美元以上。更為重要的是,工程量的減少還可以加快工程施工進(jìn)度,節(jié)約土石方開(kāi)挖、壩基帷幕灌漿及土石方填筑工期3個(gè)月以上。

        5 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的實(shí)施

        本優(yōu)化設(shè)計(jì)方案推出后,立即得到了設(shè)計(jì)單位的積極肯定和采納,左副壩設(shè)計(jì)圖紙的最終版本以?xún)?yōu)化后的設(shè)計(jì)方案定稿,報(bào)送給監(jiān)理單位和業(yè)主單位后也得到了肯定并很快被批準(zhǔn)實(shí)施。在左副壩基礎(chǔ)開(kāi)挖過(guò)程中,揭露的淤泥質(zhì)粘土層中植物根系含量較多的土層厚約0.5 m,為此,設(shè)計(jì)、監(jiān)理及業(yè)主各方最后確定,Xeset 2水電站首部大壩左副壩樁號(hào)DL0+025.7以后的壩基除已經(jīng)開(kāi)挖成型的帷幕灌漿蓋重混凝土溝槽外,其余壩段基礎(chǔ)開(kāi)挖深度均按大約0.5 m厚進(jìn)行,以揭掉富含植物根系的表面耕土層為宜,經(jīng)碾壓并驗(yàn)收合格后作為副壩填筑的基礎(chǔ)。此舉在優(yōu)化后的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上又節(jié)約土方開(kāi)挖4246.7 m3,土方填筑 2279.6 m3,堆石料填筑 357.4 m3,拋石護(hù)坡345 m3,讓本優(yōu)化設(shè)計(jì)方案錦上添花,使設(shè)計(jì)優(yōu)化方案達(dá)到了令人滿意的效果,左副壩優(yōu)化設(shè)計(jì)方案最終節(jié)約合同造價(jià)約90萬(wàn)美元。

        6 結(jié)語(yǔ)

        老撾Xeset 2水電站工程是以美元計(jì)價(jià)的EPC總價(jià)承包交鑰匙工程,工程從2005年8月8日開(kāi)工,至2009年8月7日結(jié)束,建設(shè)周期4年,期間經(jīng)歷了美元跌價(jià)、鋼材價(jià)格上漲、美國(guó)次貸危機(jī)等多次國(guó)際經(jīng)濟(jì)、金融風(fēng)暴,以及老撾本國(guó)由于經(jīng)濟(jì)加快發(fā)展帶來(lái)的勞動(dòng)力、材料、配件及設(shè)備租賃等價(jià)格普遍上漲,給工程施工運(yùn)作帶來(lái)的重重壓力。本工程首部樞紐左副壩設(shè)計(jì)優(yōu)化方案的提出及成功實(shí)施,為工程帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益,節(jié)約了大量工程成本,為工程抵御國(guó)際工程經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)提供了有力支持,可為今后類(lèi)似的工程實(shí)踐提供參考。

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