向 陽(yáng)

（宜昌市水利水電勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 宜昌443000）

1 工程概況

桂花園水電站位于宜昌市秭歸縣境內(nèi)，為近期首開(kāi)項(xiàng)目之一?？刂屏饔蛎娣e60km2，河道長(zhǎng)2km，屬?。?）型工程，設(shè)計(jì)水庫(kù)正常蓄水位602.00m，總庫(kù)容773.02萬(wàn)m3，興利庫(kù)容569.2萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)發(fā)電裝機(jī)2×1000kW。

水庫(kù)建成后，使下游梯級(jí)電站具有良好調(diào)節(jié)性能，有效改善秭歸縣電網(wǎng)供電質(zhì)量和提高供電保證率，對(duì)增加地方財(cái)政收入、改善當(dāng)?shù)鼐用裆詈蜕a(chǎn)的用水、用電等意義重大。本文主要對(duì)桂花園水電站大壩的壩型設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2 大壩壩型比選

2.1 壩線

由于桂花園水電站壩線出露地層為泥質(zhì)粉砂巖，布置拱壩崁巖過(guò)深，開(kāi)挖量大，且?guī)r層厚度不滿足要求，故上壩線布置拱壩方案和下壩線布置拱壩方案不成立。

由于左岸岸坡溢洪道出口沖坑正好位于石倉(cāng)滑坡坡腳，有滑坡危險(xiǎn)，威脅溢洪道，則下壩線若布置混凝土面板堆石壩方案也被淘汰。

通過(guò)綜合分析，桂花園水電站大壩壩型可選擇的方案有：上壩線重力壩；下壩線重力壩；上壩線混凝土面板堆石壩［1］。

2.2 壩線比較與選擇

通過(guò)分析，3種壩線方案在交通條件、水能利用、水庫(kù)淹沒(méi)、運(yùn)行管理等方面基本一致，不再做比較。本文對(duì)部分進(jìn)行分析，如表1。

表1 3種壩線方案比較

由表1可知，下壩線重力壩投資最大，從經(jīng)濟(jì)性考慮淘汰；上壩線混凝土面板堆石壩和重力壩經(jīng)濟(jì)性差不多，但堆石壩在總體布置、施工條件存在較大問(wèn)題，故淘汰。因此確定桂花園水電站設(shè)計(jì)上壩線重力壩（混凝土重力壩）為最終施工方案［2］。

3 大壩壩頂高程與基礎(chǔ)加固

3.1 壩頂高程

壩頂高程是最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一，相關(guān)計(jì)算如式（1）［3］。

式中 Δh為防浪墻頂與水庫(kù)正常蓄水位高差（m）；hb為波高（m）；hz為波浪中心線至水庫(kù)正常蓄水位高差（m）；hc為安全超高（m）。

經(jīng)計(jì)算，桂花園水庫(kù)各工況風(fēng)浪爬高、風(fēng)浪壅高、壩頂高程如表2。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，取606.80m作為本項(xiàng)目壩頂高程。

表2 壩頂高程 單位：m

3.2 大壩基礎(chǔ)加固

3.2.1 壩基加固方案確定

經(jīng)地質(zhì)勘查，桂花園水電站壩基巖體為泥質(zhì)粉砂巖，巖層傾下游，產(chǎn)狀12°∠45°，壩址處發(fā)育反傾向裂隙。為保證壩基穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)對(duì)建基面以下6～7m進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，要求固結(jié)灌漿范圍為壩基面向上下游各延伸1m［4］。

3.2.2 固結(jié)灌漿參數(shù)確定

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)灌漿鉆孔呈梅花形布置，孔距和排距均3m，孔徑53mm。灌漿方式為三序孔全孔一次性灌注（如圖1）［5］，必須注意灌注順序，灌漿壓力控制在0.2～0.5MPa。為保證灌漿質(zhì)量，要求設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，灌漿參數(shù)可根據(jù)地質(zhì)條件的不同而適當(dāng)調(diào)整。

圖1 梅花形三序孔示意圖

3.3 壩肩帷幕灌漿

3.3.1 壩肩加固

桂花園水電站兩岸壩肩巖性是相對(duì)不透水泥質(zhì)粉砂巖，兩岸山體雄厚，但地下水位高，為防止繞壩滲漏問(wèn)題，設(shè)計(jì)采取延伸帷幕灌漿施工處理。

根據(jù)鉆孔情況，左壩肩灌漿帷幕向山體延伸15m，右肩灌漿帷幕向山體延伸30m。為避開(kāi)右岸沖溝，帷幕向壩軸線上游20°方向延伸，兩岸帷幕深度按小于3lu以下3m控制［6］。

3.3.2 帷幕灌漿參數(shù)確定

（1）帷幕灌漿沿壩軸線單排孔布置，孔距2.5m，按三序孔逐漸加密施工。施工工序：鉆孔→沖孔→壓水試驗(yàn)→灌漿→灌漿結(jié)束封孔。

（2）灌漿孔采用150型地質(zhì)鉆機(jī)施工，防滲帷幕深度按q<5Lu確定，并深入控制高程以下不少于5m，全孔灌漿結(jié)束后，用硬性水泥砂漿封堵。帷幕灌漿總體布置如圖2。

圖2 大壩帷幕灌漿總體布置

3.4 壩基抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)證

3.4.1 計(jì)算工況

（1）工況1（基本組合）：設(shè)計(jì)（正常）水位工況，壩體自重＋上下游靜水壓力＋泥沙壓力＋揚(yáng)壓力＋浪壓力。

（2）工況2（偶然組合）：校核水位工況，壩體自重＋設(shè)備自重＋上下游靜水壓力＋泥沙壓力＋揚(yáng)壓力＋動(dòng)水壓力＋浪壓力。

3.4.2 穩(wěn)定性驗(yàn)證

壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)如式（2）：

式中 K為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為壩體混凝土與壩基接觸面磨擦系數(shù)，取0.6；∑W為壩體全部荷載對(duì)滑動(dòng)平面的法向分值（kN）；∑P為壩體全部荷載對(duì)滑動(dòng)平面的切向分值（kN）。

地基應(yīng)力如式（3）：

式中 σy為壩踵、壩趾垂直應(yīng)力（kPa）；∑w為作用于壩段全部荷載在壩基截面上法向力總和（kN）；∑M為作用于壩段全部荷載對(duì)壩基截面形心軸力矩總和（kN）；A為壩基截面積（m2）；x為壩基截面上計(jì)算點(diǎn)到形心軸的距離（m）；J為壩基截面對(duì)形心軸的慣性矩（m4）。

壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、地基應(yīng)力計(jì)算成果如表3。

表3 抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算成果

計(jì)算結(jié)果表明： 桂花園水電站壩基最大應(yīng)力在溢流壩段校核水位工況下壩趾處產(chǎn)生，為2195.96kPa，地基應(yīng)力計(jì)算結(jié)果均小于地基承載力2MPa（泥質(zhì)粉砂巖），抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

桂花園水電站經(jīng)過(guò)綜合比選確定了上壩線混凝土重力壩的施工方案，對(duì)壩基、壩肩加固及壩基抗滑穩(wěn)定性等進(jìn)行了針對(duì)性分析，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以確定最佳參數(shù)。