蒙江灰洞水电站拱坝建基面抬高设计

□陶碧芳（贵州省水利水电勘测设计研究院）

1.工程概况

灰洞水电站是蒙江流域格凸河上第六级电站，坝址以上流域集水面积2273 km2。工程位于贵州省长顺县境内，总库容256×104m3，为 ⅠV 等小（1）型水库，电站为中型，装机 2×25 MW。枢纽由双曲拱坝、左岸发电引水线路及河岸式发电厂房组成。主要建筑物为4级建筑物，大坝设计洪水重现期为50年，校核洪水重现期为200年。

混凝土砌毛石双曲拱坝设计坝高51 m，坝顶高程659.5 m，坝底高程608.5m，顶厚4.0m，拱冠梁底厚11.0m。总工期及防汛度汛要求2011年4月大坝须砌筑至度汛高程633.0m，2012年8月下闸蓄水，坝体施工任务紧，度汛目标压力大。

2011年3月，两坝肩基槽开挖完毕，基坑挖至614.2～615.2m，基槽揭露岩体完整性好，爆破残孔率高；河床段揭露出在大坝基坑靠右岸发育有f1张扭性小断层，断层产状250°/NW∠82°，破碎带宽0.1～0.3m，断距1～1.5m，沿断层面为断层角砾岩含泥质充填，发育3组裂隙，除此，基坑岩体完整性较好。

为此、大坝建基面抬高至614.0 m高程后，坝体应力、基础承载力满足设计要求，坝肩抗滑岩体安全，冲坑后坡比满足规范要求；可节省工程投资85万元，缩短工期2个月。

2.坝基地质

2.1 坝基地质情况

坝址出露地层为石炭系上统马坪群第一段（C3mp1）厚层灰岩，岩层产状115°∠24°，走向与河流交74°。岩体节理裂隙中等发育，完整性较好，岩质较新鲜、坚硬。基坑及坝肩无较大断裂构造破坏，局部陡倾角节理裂隙较发育，多为方解石充填，胶结较好，无危及坝体的不利结构面组合。

2.2 声波检测孔布置与检测

沿基坑布设了9个声波测试孔，分左、中、右共3组布置，每组3个孔，每孔深度11～11.8m左右，河床基坑开挖深度现状在基岩面以下5～8 m，根据动态检测，发现河床坝基615.2 m以下岩体质量较好，故检测水平确定为615.2～616.5m高程。

根据《水电水利工程物探规程》DL/T5010-2005，对坝址区基岩的单孔声波测试竖直方向和穿透声波测试水平方向范围岩体完整性评价见表1。

表1 单孔声波测试竖直方向岩体完整性评价表

3.建基面抬高设计

3.1 拱坝体型调整

原拱坝混凝土垫层厚度为2.0 m，考虑到坝体砌筑速度较慢，垫层厚度调整为4.0 m，即拱坝起拱高程调整至618.0 m，614.0～618.0 m为混凝土垫层区，618.0～659.5 m为砌石坝体，拱坝体型特征参数见表2和图1。

表2 抬高后拱坝体型特征参数表

图1 抬高后坝体与技施设计方案对比图

3.2 拱坝应力复核

应力复核考虑以下几种工况：工况一：正常蓄水位+温降；工况二：校核洪水位+温升；工况三：死水位+温升；工况四：正常蓄水位+温升。工况一、三、四为基本荷载组合工况，工况二为特殊荷载组合工况。应力计算参数见表3。

表3 应力计算参数表

采用多拱梁方法进行复核计算，结果由表3可见应力情况满足规范要求。

3.3 坝肩抗滑岩体稳定复核

坝肩抗滑岩体稳定分析工况同应力复核，采用刚体极限平衡法进行分析计算。

两坝肩主要发育以下3组裂隙，①245°/NW∠72°，②270°/N∠50°，③80°/NW∠80°。由于f1小断层位于坝基底部，走向偏右岸上游，对下游抗滑岩体未形成切割体，不进行稳定复核，基础处理一并处理。对右坝端而言，第①组裂隙与拱端推力方向接近平行，指向山体内，第②、③组裂隙近横河向，不构成危险断裂面；对左拱端来说，第①、②组裂隙为近横河向发育，第③组裂隙与拱端推力方向近平行，指向山体内。故两拱端发育的裂隙面，均构不成危险断裂面。复核时左、右拱端分别假定与拱端呈10°、20°、30°交角的3组裂隙，采用发育裂隙面的参数进行计算。滑动模式见图2。

图2 拱肩抗滑岩体滑动模式示意图

大坝级别为4级建筑物，参照3级拱坝的抗滑稳定安全系数作为控制值，通过计算，基本荷载工况下安全系数均＞3.0，特殊荷载组合工况下安全系数均＞2.5，满足规范要求，坝肩岩体稳定。

3.4 消能防冲复核

该大坝为4级建筑物，按规范，消能防冲设计洪水重现期为20年，本次复核考虑校核、设计及消能防冲洪水共3种工况，分别计算各频率相应水位下泄流量的水流射距和最大冲坑深度。

4.结语

本工程为三等中型水电站工程，主要建筑物挡水大坝按4级建筑物设计。设计洪水重现期50年（P=2.0%），校核洪水重现期200年（P=0.5%）。

基坑揭露出的岩体已达到弱风化底部和微风化层，详勘资料表明，坝基岩体平均波速为4500～4900m/s，岩体抗压强度大于50kPa，拱坝建基面有抬高的可能。

建基面抬高后，坝体应力、基础承载力满足设计要求，坝肩抗滑岩体抗剪断安全系数满足规范要求，消能防冲后坡比满足规范要求。