坝上砂土地区小水电站建设探讨

李宏军

(承德市水利水电勘测设计院，河北承德 067000)

下湾子水电站位于坝上高原的小滦河流域，坝址以上流域面积1177km2，气候寒冷干旱，年平均降雨量429mm，无霜期短 (100天)，最大冻土层厚2m。流域内沟谷发育，地表出露岩性多为风积细砂，海拔约在1100～1700m，大部分为坝上冀北高原。枢纽工程主要由拦河坝、溢洪道、导流 (冲沙)发电洞和电站厂房等组成，电站装机容量2×500kW，水库总库容553万m3，是一座以发电为主，同时利用蓄水形成景观水面、提升当地旅游价值、发挥综合效益的水电站工程。

1 拦河坝施工

拦河坝坝型为土石坝，坝顶高程1223.5m，坝顶宽4m，最大坝高23.5m，坝顶长386m，上游坝坡坡比为 1∶2.75～1∶3.0，下游坝坡坡比为 1∶2.5～1∶2.75。坝体采用当地细砂填筑，但细砂压实后的渗透系数为7×10－4cm/s，不满足规范对均质土坝渗透系数的要求，而且坝址处河床地质覆盖层较深、透水性较强，需要进行防渗处理。坝体防渗经适应性、施工难易程度、工程质量控制、经济性等方面比选，确定采取土工膜水平防渗。坝体迎水面土工膜贴坡防渗高度至设计洪水位1221.85m，土工膜以上结构依次为中粗沙垫层、碎石垫层和干砌石护坡。坝基采用土工膜水平铺盖防渗，水平铺盖长200m，回填1m厚原土并压实，实施后形成了封闭的防渗体。

拦河坝坝体筑坝材料为坝址上游处细砂料，经室内土工试验，细砂料天然含水量平均值为3.4%，偏低于规程要求指标，渗透系数为7.0×10－4cm/s，偏大于规程要求指标。由于坝址处独特的地质条件，工程区不存在良好的筑坝材料的黏性土地层，使坝体填筑施工受到影响。施工过程中发现纯细砂料碾压含水量低，振动碾碾压施工阻碍较大，施工质量不容易保证。为解决这一难题，主要利用料场覆盖层壤土来弥补含水量低、渗透系数大的不足，并进行了碾压现场试验。经过现场试验确定坝体填筑料为细砂和覆盖层壤土混合料，比例为2∶1，试验后土料颗粒结合性能好，能够达到各项规程要求指标。碾压机具为20t振动碾，碾压方法为进退错距法，分别取30cm、40cm、50cm铺土厚度进行无振和带振作业试验，通过对不同铺料厚度和不同振动碾压方式进行试验分析，最终确定碾压每层铺土厚度为30cm，先无振碾压3遍，再带振碾压4遍，压实后进行取样试验，填筑细砂料的相对密度能够大于0.8的指标。坝体填筑施工中，以翻斗车运输、卸料，以装载机进行摊铺，以振动碾进行碾压，派专人进行质量检验，并在坝体填筑时对于含水量低的土料及时进行洒水处理，以保证土料的含水量，层间应严格控制刨毛质量，确保层间结合、碾压密实。

2 溢洪道施工

溢洪道位于右坝肩，为开敞式矩形断面，底宽10m，长279.6m，分进口段、控制段、泄槽段及消能防冲设施四部分。进口段和控制段右侧山体表面覆盖大面积细砂，为防止库区水通过溢洪道右侧山体细砂渗透形成渗流通道，影响坝体的稳定，需对护岸进行防渗处理。若采用浆砌石砌筑边坡则工程量大，施工质量不易保证，另外当地无霜期短，浆砌石若采取混凝土边墙，则工程量较大，工程造价高，不经济。经防渗、抗冻性能和经济性分析，确定利用当地细砂材料，配制喷射混凝土进行施工。喷射混凝土施工前56天，每种拟用的外加剂至少做3次试验板测定，测定的喷射混凝土工艺质量和抗压强度达到要求后，再进行喷射混凝土的施工。通过现场试验，最终选取混合型引气减水外加剂作为掺合料，每立方米混凝土掺量为0.8kg，混凝土抗压强度等级为C25。

3 导流 (冲沙)发电洞施工

导流 (冲沙)发电洞位于大坝右侧坝体内，基础座在基岩面上，采用两洞合一模式，施工阶段导流，完建后作为电站引水洞，兼顾冲沙作用。洞身断面按发电引水流量要求考虑，且满足施工导流要求，采用2m×2m矩形断面，有压管道，钢筋混凝土结构，长130m，设计纵坡3/1000。两个进水口，一个为导流冲沙进水口，一个为电站引水口，各设一扇2m×2m平面钢闸门，洞身出口设有1.9m×1.9m平面钢闸门，导流、冲沙时开启，发电时关闭，闸前洞身段设两个叉口分别接两台机组的压力管道，闸后设置陡坡明渠，与溢洪道第二陡槽段相接。为避免淤积影响正常运行，涵洞采用塔式进口型式。涵洞混凝土施工关键部位在涵洞外侧与碾压细砂土料的结合处，施工中场地较窄，不利于机械碾压施工、人工夯实，工程质量难以保证。为解决结合部位防渗问题，在涵洞混凝土施工时，在涵洞外边两侧沿涵洞每隔10m，对应设置一道混凝土齿墙，增加涵洞自身的稳定性，还可以增加渗流的渗径长度。涵洞两侧不直接进行细砂土填筑施工，先对原涵洞混凝土外表面进行凿毛，涂刷高强度砂浆，进行抛石混凝土浇筑，块石占抛石混凝土总体积的25%。抛石混凝土以刺墙的形式插入至细砂料填筑坝体中，最大限度增加接触面积，利于坝体结合。

4 电站厂房施工

电站厂房位于坝后主河槽的导流发电洞出口左侧，通过压力钢管引水。主厂房为单层厂房，长26m、宽10m;其上游侧布置副厂房，长26m、宽5.6m。电站最大净水头22.7m，最小净水头13.75m，设计水头18m，安装2台单机容量500kW的卧式水轮发电机组，单机设计流量3.385m3/s，水轮机转轮直径0.8m，安装高程1201m。主厂房上部为排架结构，排架柱牛腿设置吊车梁，下部为大体积混凝土结构，布置有机组尾水管及尾水室，尾水由尾水管流出经尾水室流入下游尾水渠。

5 尾水渠施工

电站尾水渠为原河道主河槽，下游尾水渠全长220m，梯形断面，底宽12m，边坡坡比为1∶2;渠底设计纵坡为3/1000。渠首接防冲槽，底高程为1195.63m，出口底高程为1194.95m。由于溢洪道消力池段及海漫段在距电站下游23m处汇入主河槽，消力池以上23m段尾水渠采取钢筋混凝土悬臂式挡墙，溢洪道防冲槽之后220m段采取干砌石进行护砌，避免了洪水下泄冲坏尾水渠及由于冻融作用对渠体表面的破坏。

6 安全监测

拦河坝安全监测包括表面变形观测、渗流压力观测、渗流量观测和水位观测等。表面变形观测包括表面水平观测和垂直位移观测。在拦河坝关键位置布置3个观测断面，在各断面防浪墙顶、下游坝肩和下游马道高程以上各设1个观测点，用于观测坝体的表面变形。水平位移和垂直位移观测共用1个观测墩。水平位移观测采用视准线法，垂直位移观测采用水准测量。渗流压力观测包括坝体、坝基渗流压力观测和绕坝渗流压力观测，在关键部位设置3个断面为观测断面，在各断面下游坝肩、下游坝坡马道高程处及下游贴坡排水前各设1个观测点。渗流量观测采用在坝体下游引排水沟出口设置量水堰进行。在拦河坝、溢洪道和导流发电洞进水塔显著部位各布设一组水尺测点。

7 水电站施工需注意的问题

拦河坝土工膜防渗施工，需严格控制施工质量，对土工膜焊缝逐一进行检查，合格后再予以掩盖，避免蓄水后，从土工膜接缝处形成渗流通道，影响拦河坝的坝体稳定性和库区蓄水效果。

坝体填筑细砂料前，应充分勘察地质情况，进行土工试验，确定填筑料的各项物理指标。填筑前应对碾压方案进行试验论证，选取经济、实用的方案进行施工，坝体填筑施工应严格按照规范进行。

在施工中，应注意对坝体进行水平和位移观测，并应有详细的观测记录，为水电站的蓄水提供参考资料。

8 结 语

冀北高原砂土地区坝后式水电站建设，具有独特的水文和地质条件，施工难度大，施工中要对实际的施工条件和主要建筑物的各项设计指标进行分析，选取合理的施工方案，保证水电站枢纽工程的顺利建设。由于以细砂料作为填筑材料并无系统、成熟的施工技术经验可供参考，目前还处于尝试阶段，砂土地区防渗、细砂料筑坝等施工技术还需要继续总结和创新。

［1］SL 172—2012小型水电站施工技术规范［S］.

［2］DL/T 5129—2001碾压式土石坝施工规范［S］.

［3］YBJ 226—91喷射混凝土施工技术规程［S］.