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        水電站大壩上游圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)和防滲型式分析

        2018-03-06 06:59:04史有富王福運(yùn)
        東北水利水電 2018年2期
        關(guān)鍵詞:堰體土工膜心墻

        史有富,王福運(yùn),朱 輝

        (中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,吉林長(zhǎng)春 130021)

        1 概述

        1.1 工程概況

        龍江水電站樞紐工程位于云南省境內(nèi)。電站裝機(jī)容量240 MW,水庫(kù)總庫(kù)容12.17×108m3,樞紐主要由混凝土雙曲拱壩、左岸引水系統(tǒng)及地面式廠房組成,工程規(guī)模為大(1)型Ⅰ等工程。大壩最大壩高110 m,壩頂高程875.00 m,壩頂中心線弧長(zhǎng)(包括溢流、重力墩壩段)472.00 m;引水系統(tǒng)布置在左岸山體內(nèi),由進(jìn)水口和引水隧洞組成,采用一洞三機(jī)的布置方式,主廠房尺寸為109 m×54.4 m×52.11 m(長(zhǎng)×寬×高)。

        工程的施工導(dǎo)流方式是采用一次性攔斷河床、隧洞泄流的導(dǎo)流方式。導(dǎo)流洞布置在右岸,導(dǎo)流洞全長(zhǎng)840.70 m。導(dǎo)流洞采用12 m×12 m(寬×高)的方圓形隧洞。

        龍江水電站樞紐工程施工期洪水時(shí)段按水文特性劃分為四期:1月至4月為枯水期;5月為汛前期;6月至11月中旬為大汛期;11月中旬至12月末為汛后期。各時(shí)段不同重現(xiàn)期流量見表1,壩址下游200 m處水位流量關(guān)系見表2。

        1.2 上游圍堰地形、地質(zhì)條件

        上游圍堰布置于壩軸線上游約160 m處,圍堰軸線方向?yàn)镹18°E。左岸地形坡度30°~35°,覆蓋層厚度3~4 m,由混合土碎塊石組成,公路以上基巖裸露,下部為片麻巖,弱風(fēng)化帶厚度約25 m;河床部位覆蓋層厚12~15 m,上部為砂卵礫石層,下部為塊石夾少量砂礫石,其下為片麻巖,弱風(fēng)化帶厚度約13~15 m;右岸地形坡度30°~35°,覆蓋層厚度3~6 m,由混合土碎塊石組成,高程810 m以上基巖裸露,下部為片麻巖,弱風(fēng)化帶厚度20~28 m。

        表1 施工期各時(shí)段不同重現(xiàn)期洪峰流量表m3/s

        表2 壩址下游200 m處水位流量關(guān)系表

        2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及圍堰結(jié)構(gòu)型式

        2.1 原設(shè)計(jì)導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及圍堰結(jié)構(gòu)型式

        龍江水電站工程屬于一等工程,大壩及泄水建筑物為1級(jí)建筑物,根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定,工程導(dǎo)流建筑物為Ⅳ級(jí)建筑物,其擋水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定為大汛10年重現(xiàn)期洪水,相應(yīng)設(shè)計(jì)流量為2 140 m3/s。

        大壩上游圍堰基礎(chǔ)防滲采用高壓噴射灌漿防滲,堰體防滲采用風(fēng)化料心墻防滲。上游圍堰頂高程824.00 m,最大堰高約39.5 m,為滿足大規(guī)模機(jī)械化施工,堰頂寬度均為10 m,兩側(cè)堆石邊坡為1∶1.5;風(fēng)化料心墻頂寬2.0 m,兩側(cè)填筑邊坡為1∶0.3;過(guò)渡反濾料頂寬2.0 m,填筑邊坡為1∶0.5。

        2.2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及圍堰結(jié)構(gòu)型式的變更

        2008年2月3日,云南省發(fā)展改革委員會(huì)組織有關(guān)專家對(duì)龍江大江截流和安全度汛進(jìn)行審查:將大壩圍堰的擋水標(biāo)準(zhǔn)由大汛10年重現(xiàn)期洪水,提高到大汛20年重現(xiàn)期洪水,相應(yīng)洪峰流量2 480 m3/s,圍堰頂高程由824.00 m提高到828.60 m。

        2008年1月7日至8日,云南龍江水利樞紐開發(fā)有限公司召開了圍堰型式及截流方案的專題咨詢會(huì)議,根據(jù)專家的咨詢意見,將上游圍堰堰體風(fēng)化料防滲心墻型式改為土工膜心墻防滲型式。

        3 圍堰的變更論證

        3.1 圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的變更

        根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定,Ⅳ級(jí)導(dǎo)流建筑物的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20~10年洪水重現(xiàn)期。

        根據(jù)規(guī)范的規(guī)定,在下列情況下,導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)可用上限值:①河流水文實(shí)測(cè)資料系列較短(小于20年),或工程處于暴雨中心區(qū);②采用新型圍堰結(jié)構(gòu)型式;③處于關(guān)鍵施工階段,失事后可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果;④工程規(guī)模、投資和技術(shù)難度用上限值與下限值相差不大。

        圍堰采用的是常規(guī)的土工膜和風(fēng)化料心墻土石圍堰型式;圍堰設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用上限值(大汛期20年)時(shí),圍堰高度較采用下限值(大汛期10年)增加了4.60 m,其導(dǎo)流工程規(guī)模和技術(shù)難度無(wú)實(shí)質(zhì)性差異。

        該工程的導(dǎo)流方式是采用一次性攔斷河床、隧洞泄流的導(dǎo)流方式,在圍堰的保護(hù)下大壩基坑全年進(jìn)行施工,因此圍堰的擋水標(biāo)準(zhǔn)的選擇直接影響到施工期間大壩基坑過(guò)水、淹沒的風(fēng)險(xiǎn)度,直接影響工程的發(fā)電工期和工程投資,圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)由大汛10年重現(xiàn)期洪水,提高至20年重現(xiàn)期洪水,將有效地降低圍堰過(guò)水、基坑淹沒的風(fēng)險(xiǎn),有利于保證大壩工程施工工期和機(jī)組發(fā)電工期,有利于減少大壩基坑過(guò)水淹沒的投資損失。

        同時(shí)圍堰的安全性和防滲的可靠性關(guān)乎整個(gè)工程的施工工期和機(jī)組發(fā)電時(shí)間,是工程成敗的關(guān)鍵項(xiàng)目,且一旦失事,其后果是極其嚴(yán)重的,根據(jù)潰堰洪水分析的成果,在遭遇20年一遇洪水上游圍堰發(fā)生局部潰決情況下,在水庫(kù)下游將淹沒鄉(xiāng)鎮(zhèn)及較大村屯20個(gè),中等規(guī)模村屯18個(gè),小村屯8個(gè),涉淹人口約2.97×104人。

        綜上所述,結(jié)合圍堰的高度和圍堰所攔擋的水庫(kù)庫(kù)容(約1.9×108m3),并綜合考慮基坑過(guò)水、淹沒的風(fēng)險(xiǎn)分析,以及淹沒工期和工程投資損失等綜合因素,將圍堰的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)選用上限值20年重現(xiàn)期洪水是合理的,有利于保證工程施工安全,有效地減少了圍堰過(guò)水和失事的機(jī)率,有利于保證工程的發(fā)電工期和正常施工。

        3.2 圍堰堰體防滲型式的變更

        圍堰型式更改后,采用的土工膜和風(fēng)化料心墻聯(lián)合防滲型式存在以下優(yōu)點(diǎn):

        1)土工膜施工較快,有利于汛前完成圍堰的填筑,保證安全度汛。

        2)土工膜和風(fēng)化料心墻聯(lián)合防滲有利于確保圍堰堰身的防滲效果。

        3)圍堰基礎(chǔ)高噴防滲由原來(lái)的擺噴改為旋噴增加了高噴墻體的厚度,保證了基礎(chǔ)防滲的可靠性。

        4)圍堰基礎(chǔ)采用高噴灌漿墻、堰體采用土工膜和風(fēng)化料心墻聯(lián)合防滲的方案,如果一旦基礎(chǔ)高噴灌漿墻存在防滲缺陷或土工膜在施工過(guò)程中沖砸破損,可利用土工膜兩側(cè)的風(fēng)化料對(duì)基礎(chǔ)和堰身防滲采取補(bǔ)救措施將會(huì)相當(dāng)便利。

        3.3 圍堰工程量和投資的變化

        變更后的工程直接投資增加了約166×104元,與圍堰過(guò)水、淹沒基坑的發(fā)電工期損失和投資損失相比,增加的投資較小,但其帶來(lái)的工期效益是極其顯著的。

        4 變更后的圍堰結(jié)構(gòu)型式

        變更后的大壩上游圍堰堰頂長(zhǎng)153.62 m,圍堰堰頂高程828.60 m,最大堰高44.10 m,圍堰頂寬為8 m,兩側(cè)堆石邊坡1∶1.6,堰體防滲采用土工膜心墻兩側(cè)填筑風(fēng)化料,土工膜兩側(cè)風(fēng)化料頂寬各為2.0 m,風(fēng)化料外側(cè)設(shè)頂寬為1.5 m的過(guò)渡料,過(guò)渡料填筑邊坡為1∶0.5。大壩上游圍堰基礎(chǔ)防滲仍然采用高壓噴射灌漿防滲,考慮高噴防滲墻的成墻和防滲效果,將高噴灌漿由原來(lái)的擺噴改為旋噴。

        龍江水電站于2008年2月8日順利實(shí)現(xiàn)大江截流,上游圍堰基礎(chǔ)高噴灌漿工程于2008年3月初完成,于2008年4月末完成堰體填筑,達(dá)到堰頂設(shè)計(jì)高程,堰體邊坡塊石和鋼筋石籠防護(hù)在大汛前完成,保證了工程的順利施工,工程于2010年4月,導(dǎo)流洞下閘蓄水,2010年6月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電。

        5 結(jié)論

        在工程投資增加不大、導(dǎo)流工程規(guī)模和技術(shù)難度無(wú)實(shí)質(zhì)性差異的條件下,為保證工程安全順利施工,有效地減少了圍堰過(guò)水和失事的機(jī)率,保證工程的發(fā)電工期和正常施工,確保下游人民生命財(cái)產(chǎn)的安全,適當(dāng)提高導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn),是十分必要的;保證圍堰堰身和基礎(chǔ)防滲的安全和可靠,為工程順利實(shí)施創(chuàng)造條件也是十分重要的。龍江水電站樞紐工程的施工經(jīng)驗(yàn)愿能為其它工程提供一個(gè)借鑒,愿我國(guó)的水電事業(yè)蓬勃發(fā)展。

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