南捧河大丫口水电站坝址比选

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　　摘要:水库工程大坝坝址选择,是项目可行性研究阶段的主要研究课题,在考虑满足大坝建筑物建基的地形地质及枢纽布置等必要条件下,还应充分考虑施工条件、建材情况、工程占地、工程投资,最终以技术可行、经济合理、效益最佳的方案作为推荐方案。本文所介绍的南捧河大丫口水电站,在开展前期工作过程中,由于存在复杂的岩溶地质问题及坝基承载力问题,在坝址比选工作上曾经历了预可行性研究、坝址比较专题研究及可行性研究三个阶段,勘察时间长达18个月之久,最终以下坝址碾压混凝土双曲拱坝作为最终实施方案。
　　关键词:水电站;坝址选择
　　
　　1 工程概况
　　南捧河大丫口水电站位于云南省临沧市镇康县南汀河流域的南捧河上,属南捧河流域规划梯级电站中的第三级。水库正常蓄水位650m,死水位630m,总库容1.70亿m3,具不完全年调节能力;电站装机容量102MW,多年平均发电量为4.24亿kw.h,年利用小时数4648h,保证出力23.20MW。
　　根据项目勘察设计阶段任务要求,水库大坝枢纽工程选择了两个坝址进行比较。上坝址位于南捧河与五道河汇合口下游附近;下坝址位于仙人山与大丫口山之间河道峡谷地段,上、下坝址相距约800m。其中上坝址因河谷较开阔,表层覆盖层厚度较大,以为粘土心墙堆石坝为阶段代表性坝型,顶长度长453m,坝顶宽10m,最大坝高83.52m,水库总库容1.701亿m3;下坝址因河谷地形较狭窄,两岩基岩强度因条件满足建刚性坝要求,以混凝土双曲拱坝为代表性坝型,坝顶长度240m,坝顶宽10.0m,最大坝高92m,水库总库容分别为1.702亿m3。
　　2 上下坝址工程勘察结论及建筑条件
　　2.1 上坝址
　　地形地质条件。上坝址坝轴线河水面宽47m,坝顶高程处河谷宽450m。岸坡地表均为第四系覆盖,基岩沿河边零星出露;地形坡度20°～35°,局部50°。分别出露碎屑岩类及碳酸盐岩。其中碎屑岩分布于整个左岸及河床部位,强风化下限埋深15m～25m,表层覆盖层厚3.9m～9.2m;碳酸盐岩分布于右岸,强溶蚀带下限埋深90m～120m,表层覆盖层厚7.8m～8.3m。
　　根据钻孔水文地质试验成果:左岸及河床碎屑岩分布区,强风化岩体及覆盖层为强～中等透水,弱风化岩体为弱透水,强透水底板线埋深40m～60m;右岸灰岩分布区,强溶蚀带以强透水为主,局部为中等透水,弱溶蚀带岩体以弱透水为主,局部地段溶蚀较强为强透水。上坝址主要工程地质问题是岩体风化(溶蚀)深,强风化(溶蚀)带岩体力学性质差、渗透性强,存在坝基持力层选择及坝基、坝肩渗透边界确定等问题。左岸强风化岩体厚度大,抗滑、抗变形能力差,右岸强溶蚀带岩体溶蚀裂隙、溶洞等发育,结构面多为泥质充填,岩体抗滑、抗变形能力差,不宜作刚性坝基。枢纽建筑物布置条件。该段河谷呈“U”型。根据其地形、地质、建筑材料等条件,选择坝型为粘土心墙堆石坝。坝址左岸为开阔岸坡,溢洪道、泄洪冲沙洞、引水隧洞进水口等建筑物均布置在左岸。
　　设计坝顶长度长453m,坝顶宽10m,坝顶高程为651m,最大坝高83.52m。溢洪道位于枢纽左岸。泄洪冲沙洞位于枢纽左岸,由导流洞改造而成,进口位于引水隧洞进水口的右侧。引水发电系统布置在左岸山体内。进水口位于溢洪道及泄洪冲沙洞的左侧,总长5654m。
　　工程量及总体施工进度。上坝址心墙堆石坝方案的主体建筑物由粘土心墙堆石坝、左岸溢洪道、左岸引水隧洞及左岸引水式厂房、开关站等建筑物组成。主体工程主要工程量有:土方开挖62.56万m3,石方明挖46.49万m3,洞挖石方28.46万m3,混凝土浇筑9.87万m3,土石方填筑约250万m3。
　　大坝主体工程施工时间16.5个月,填筑最大月平均施工强度:30.0万m3/月,工程总工期为41个月(3年零5个月)。
　　施工条件。上河谷宽高比为2.5:1的“U”型河谷,坝址地形开阔,施工布置条件较好。
　　施工方案采用土石围堰一次断流,枯水期左岸隧洞导流方式。导流隧洞与水工泄洪冲沙洞相结合。第一个枯水期完成导流隧洞的施工,第二个枯水期截流,在第二个洪水期来临前将坝体填筑至具备拦蓄50年一遇渡汛洪水标准高程,洪水期坝体临时断面挡水,隧洞过流,大坝继续施工;第四年,在导流隧洞完成导流任务后下闸进行封堵,施工龙抬头部分的隧洞,形成水工永久泄洪冲沙洞。
　　2.2 下坝址
　　地形地质条件。下坝址坝轴线处水面宽13m,坝顶高程处河谷宽275m。两岸基岩广泛出露,地形坡度45°～60°,局部达70°左右。
　　坝址区地表未发现有溶洞分布,但地下溶洞却十分发育,在勘察过程中,在左岸共发现有4个溶洞,走向与河流走向基本一致,洞内分布较多钟乳石,洞底多见钙华、泥等;右岸溶洞发育情况比左岸更为复杂,其中在576m高程发现一条较大溶洞,溶洞主体走向225°左右,次级走向300°左右,总长406m,洞宽一般为1m～8m,洞高0.5m～6m。洞内有较多钟乳石,洞底覆盖有0.5m～1.1m厚的洪冲积物。根据钻孔资料统计,溶洞主要发育在530m～600m高程,岩溶发育在550m～570m高程范围内最高,此区段往上、往下具有逐渐减弱的趋势。
　　下坝址主要工程地质问题是隐伏溶洞、强溶蚀带力学性质较差或为空洞,其规模及分布位置对坝基变形有不同程度的影响,对处于坝基应力范围内需进行必要的工程处理,根据勘察资料分析,隐伏岩溶主要发育在520m～570m高程之间,较大规模的强溶蚀带一般沿断裂构造、卸荷裂隙,层面发育,施工中就根据不同情况采用开挖回填、固结灌浆、混凝土封堵等方法分别进行处理。
　　枢纽建筑物布置条件。下坝址属横向谷,河谷呈“V”型。河谷左岸以岩坡为主,右岸为土石混合坡。根据地形、地质、建筑材料等条件,选择碾压混凝土双曲拱坝为代表性坝型,采用坝顶表孔泄洪,坝体底孔冲沙,引水系统布置于左岸,长度4858。
　　坝顶长度303m,坝顶宽5.0m,坝顶高程为651m,最大坝高92m,坝顶中部设置3个溢流表孔,1个冲沙底孔,在碾压混凝土拱坝下游河段布置坝高为13m的二道坝形成人工水垫塘进行消能。
　　工程量及总体施工进度。下坝址混凝土拱坝的主体建筑物由碾压混凝土双曲拱坝、左岸引水隧洞及左岸引水式厂房、开关站等建筑物组成。主体工程主要工程量有:土方开挖17.41万m3,石方明挖21.61万m3,洞挖石方24.19万m3,混凝土浇筑29.58万m3。
　　坝体施工工期13个月,浇筑最大月平均施工强度:2.22万m3/月,工程总工期为39个月(3年3个月)。
　　施工条件。下坝址混凝土拱坝方案大坝采用土石围堰一次断流,枯水期右岸明渠坝段底孔导流。坝区工程于第1年10月开始开挖右岸导流明渠,第2年5月中旬完成导流明渠的施工。第2年11月河床截流,右岸明渠导流。第3年汛期前将拱坝混凝土浇筑到挡水高程,汛期导流底孔过流,底孔泄流能力按全年10年一遇洪水标准(Q=534m3/s)考虑,大坝继续上升。第4年2月底,在导流底孔完成导流任务后下闸封堵导流底孔。
　　3 坝址比较
　　3.1 工程地质比较
　　从工程地质条件角度比较,上、下坝址各有优缺点,上下坝址均无场地稳定、抗滑稳定问题,均具备建坝的条件。下坝址除防渗边界比上坝址埋深大以外,其余岩石整体性、岩石强度、覆盖层厚度、河谷宽度等方面均优于上坝址,下坝址的关键问题是两岸及底部的防渗边界,可以通过工程措施解决;上坝址岩溶比下坝址略为简单,但岩体强风化厚度大,岩体力学性质较差,只适宜做堆石坝,而开挖边坡的稳定问题较为突出,洞室稳定问题也突出,工程量较大。
　　3.2 枢纽布置与水工建筑物比较
　　上坝址粘土心墙堆石坝方案的泄洪、引水建筑物均布置于左岸,泄洪建筑物采用溢洪道和泄洪冲沙洞联合泄流;下坝址碾压混凝土拱坝方案利用坝顶溢流堰泄洪,坝身设置冲沙底孔进行冲沙,引水建筑物布置于左岸山体内。
　　上坝址为“U”型河床,坝址场地开阔,两岸山坡较缓,基础覆盖层厚度较深,挡水坝及溢洪道等首部枢纽建筑物工程量较大;下坝址为“V”型河床,河床较窄,两岸山坡较陡,基础覆盖层厚度较薄,挡水坝工程量较少;下坝址的发电引水隧洞长度比上坝址短795m。
　　从水工布置而言,下坝混凝土拱坝在布置上采用溢流表孔,坝身底孔冲沙,不用另设溢洪道及冲沙洞泄洪冲沙,枢纽布置简单,缩短施工工期;而上坝址粘土心墙坝在布置上采用溢洪道和泄洪冲沙洞,枢纽布置复杂,溢洪道开挖工程量大,发电引水隧洞长度长,因此,从首部枢纽及引水系统的工程量及水工布置方面,下坝址明显优于上坝址。
　　3.3 施工条件比较
　　上坝址地形较平缓开阔,有利于施工布置,工程条件较好,但上坝址为粘土心墙堆石坝,坝区土料较为缺乏,有用层较薄,占用林地和耕地较多;下坝址河床狭窄,左岸为陡壁,两岸交通、施工布置较困难。
　　上坝址粘土心墙堆石坝方案,坝体填筑在截流后需迅速上升,施工强度大,坝基防渗灌浆与土石填筑施工干扰大,且坝址雨季降雨比较频繁,雨季无法施工,在填筑心墙粘土时对防雨排水措施及雨季后复工处理要求都比较高,不利于控制坝体填筑的质量。
　　下坝址碾压混凝土双曲拱坝方案工程量较少,施工强度不大,基础防渗灌浆在廊道内进行,雨季对坝体浇筑的不利影响因素较少。
　　下坝址引水隧洞比上坝址方案缩短了795m,因此下坝址引水隧洞施工强度略低于上坝址方案。下坝址碾压混凝土双曲拱坝,需用的石料仅约37万m3,较上坝址要少约153万m3,石料场开采较容易,且仅围堰填筑需土料1.78万m3,对土料场的质量储量要求较低,可解决工程坝区土料缺乏的问题。
　　3.4 施工总进度比较
　　根据施工总进度安排,上坝址粘土心墙堆石坝方案第一台机组发电工期为37个月,总工期为41个月;下坝址碾压混凝土双曲拱坝方案第一台机组发电工期为35个月,总工期为39个月。无论从的第一台机组发电时间还时总工期上看,下坝址碾压混凝土拱坝方案均优于上坝址心墙堆石坝方案。
　　3.5 兴利比较
　　在相同设计蓄水高程的情况下,下坝址的库容、多年平均发电量和装机利用小时等指标均比上坝址略大,单位千瓦投资及单位电能投资等经济指标下坝址明显优于上坝址,因此,在正常蓄水位相同的情况下,下坝址的兴利指标较好,所以从兴利角度看,下坝址比上坝址有利。
　　3.6 坝址比较结论
　　经上、下坝址的综合技术经济比较从兴利、枢纽布置及水工建筑物、工程量及投资等分析。上坝址岩溶比下坝址略为简单,坝线长,岩体强风化厚度大,岩体力学性质较差,存在开挖边坡的稳定问题较为突出,洞室稳定问题也突出,工程量较大。下坝址坝轴线短了约175m,工程量较省;其主要问题是隐伏岩溶对坝基防渗的影响大,根据已有勘察资料分析,下坝址岩溶发育的规律基本查明,防渗边界基本确定,主要工程地质问题可以通过工程措施解决。
　　通过工程地质及枢纽布置的比较,上、下坝址的综合技术经济比较从兴利、枢纽布置、工程量及投资等分析,下坝址优于上坝址。推荐下坝址碾压混凝土双曲拱坝方案。
　　4 结束语
　　大丫口水电站是南捧河上具有不完全年调节性能的水电工程,建成投产后,可为当地工农业的发展提供电力。对促进当地国民经济的发展具有重要的意义。
　　该项目目前正在实施过程中,尽管在坝址勘察过程中,经过几次变更,最终确定坝址及坝型,但作为岩溶区建筑高坝,且勘察工作不能完全掌握和了解岩溶情况,很多问题可能在实施过程中逐渐暴露并设法解决,亦可为岩溶区水电工程建设积累一定经验。
　　参考文献
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　　[5]孙钊.2004,大坝基岩灌浆,中国水利水电出版社.
　　[6]广西电力工业勘察设计院,2008,南捧河大丫口水电站工程可行性研究报告.

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