官地水电站拦河大坝上游围堰设计

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，成都 610072)

1 概述

官地水电站总装机容量4×600MW;水库正常蓄水位1330.00m，为一等大 (1)型工程。枢纽建筑物主要由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪消能系统和右岸地下引水发电系统组成。

官地水电站导流建筑物级别为4级，大坝基坑初期导流采用全年断流、围堰挡水、隧洞导流等方式。导流标准为重现期20年，相应洪水流量9780m3/s。左右岸各布置1条导流洞，导流洞为城门洞形，净断面尺寸为16m×19m(宽×高)，左、右岸导流洞设计进口高程1204.00m、出口高程1200.00m。根据选定的初期导流布置方案，上游围堰堰前设计水位1247.93m，确定堰顶高程为1250.00m，最大堰高55.0m，顶宽10.0m，长271.7m。

2 工程地质条件

上游围堰轴线位于大坝轴线上游约200m处，枯水期江面宽122m，水深6～12m，河床左侧为宽25～35m、长100～130m的漫滩。河床覆盖层最深约33m，基岩岩性为P2β21杏仁状玄武岩及斑状玄武岩。根据覆盖层结构特征由上至下可分为三层:漂卵砾石层，孤块碎石夹砂砾石层，卵砾石夹砂层。

左堰肩谷坡平均坡度35°。覆盖层厚5～15m，为碎石土。边坡基岩为P2β21杏仁状玄武岩，少量斑状玄武岩。

右堰肩谷坡平均坡度30°，基岩主要为P2β21杏仁状玄武岩、斑状玄武岩，少量P2β22杏仁状玄武岩、斑状玄武岩、致密状玄武岩夹紫红色凝灰岩。

3 围堰结构设计

上游围堰为4级建筑物，按20年一遇流量9780m3/s设计时，上游水位为1247.93m。考虑波浪爬高、壅高和安全超高，确定堰顶高程为1250.00m，最大堰高55m。上游围堰与右岸过坝交通洞顺接，联系左右岸低线交通，设计堰顶宽度为10m。

3.1 堰型选择

围堰布置范围内的河床较宽阔，主河槽偏左岸，不对称，宽高比为1.43，但两岸覆盖层较厚，岩体较破碎，渗透性强，不宜修建混凝土拱围堰。由于混凝土围堰方案基坑范围与土石围堰方案的相当，不能达到缩短导流洞长度的目的。而土石围堰能充分利用当地材料，结构简单，施工方便，既能适应深厚覆盖层基础，又可使用大型施工设备进行高强度堆筑，围堰能够在一个枯水期内完建并挡水，故围堰的型式推荐采用土石围堰 (见表1)。

表1 导流建筑物特性比较

3.2 防渗型式选择

3.2.1 堰基防渗

从工程进度方面考虑，若采用塑性混凝土防渗墙，其基础处理占用的工期偏长，工期要求紧;高压喷射混凝土防渗墙突出的优点是速度快，能保证围堰按期完工挡水，但由于地质条件因素受限，且考虑前期施工中下河弃渣中含有的大块石与超径石制约了高压旋喷混凝土防渗墙的适用性。综合分析，推荐采用工艺成熟、可靠、效果明显的塑性混凝土防渗墙。

通过国内工程实践和大量研究认为，围堰采用高强度低模量的塑性混凝土防渗墙，墙的变形能与周围土体变形协调，上覆荷载基本由墙与周围土体均匀分担，防渗墙的应力状态较好，因此，该阶段堰基推荐塑性混凝土防渗墙。

基础防渗采用塑性混凝土防渗墙与帷幕灌浆防渗相结合方式，见图1。防渗墙施工平台高程为1214.00m，混凝土防渗墙厚度0.8m、最大深度44.9m，嵌入基岩内0.5m，墙下帷幕灌浆最大深度15.5m。除对两岸混凝土底座下的基岩设置固结灌浆外，对基岩内中等透水带 (q≥10Lu)进行帷幕灌浆处理。

3.2.2 堰体防渗

该工程碎石土料场位于下游温泉堡村，储量和质量符合要求;但运距远 (距坝址约16km)，而且料源分散，须至少在三个料源点选取，而且全部占用农田，需要移民，投资较高，且不利于环保。土工膜斜墙能较好地适应围堰变形，施工方便，相对投资较低，且满足环保要求。由于围堰堰体必须在一个枯水期建成，堰体堆筑总方量在100万m3左右，2～3个月内围堰需上升的高度为35m，其施工强度大，对交通的要求高，工期较为紧张，宜采用施工速度快的结构形式和防渗材料，运用复合土工膜能较好地满足上述要求。

3.2.3 堰肩防渗

根据地质资料揭示，两岸堰肩岩体较破碎、渗透性较强，为减少堰肩渗透量，对于强风化强卸荷岩体采用固结和帷幕灌浆处理，见图1。

图1 上游围堰基础处理展示图

灌浆平洞尺寸为3m×3.5m(宽×高)。左岸堰肩灌浆平洞长48m，帷幕灌浆最大造孔深度为33.11m。右岸堰肩灌浆平洞与过坝交通洞相结合，长26.0m，帷幕灌浆最大造孔深度为32.2m。

左岸混凝土底座基础固结灌浆深度10m，右岸固结灌浆深度6m，灌浆孔间距3m、排距2m，灌浆压力0.3～0.5MPa，以不抬动基础基岩和混凝土连接板为原则，通过灌浆试验最终确定。墙下帷幕灌浆孔间距1.5m，岸坡段帷幕灌浆孔间距2.0m，灌浆压力1 ～2MPa。

3.3 结构形式确定

上游围堰迎水面坡比1∶2.25，考虑到交通要求，背水面布置有8m宽下基坑道路，坡比不陡于1∶1.8，最大底宽247.8m。堰体采用350g/0.8mm HDPE/350g的复合土工膜斜墙防渗，最大防渗高度36m，表面喷15cm厚混凝土进行保护。上游围堰堰体 (含防护层)总填筑量约为100.3万m3。上游围堰典型剖面见图2。

图2 上游围堰典型剖面

3.4 堰体材料设计

根据堰体填筑的施工条件与施工时段，分为水上与水下填筑两部分。

水上部分堰体由堆石料、过渡料、垫层料与块石护坡组成;水下部分堰体由截流戗堤、过渡料、闭气碎石土料、砂砾石料、石渣料、块石护坡料、排水棱体钢筋石笼和钢筋铅丝石笼等组成。除截流戗堤需单独备料外，堰体填筑材料主要利用工程开挖的石渣料与渣场回采料、大桥沟天然料，经过分选后用于堰体的各个不同部位。

堰体各个部位的填筑设计参数见表2。

表2 填筑设计参数

4 设计调整

4.1 料源问题

因坝肩开挖进度滞后，坝肩开挖料不能满足截流和围堰填筑施工需要;现场2-1号渣场料源虽然较多，但仍不能完全满足围堰施工，且含泥量偏高较多;2-2号渣场料源较少，且含泥量偏高较多;大桥沟河滩料级配不好，细料偏多，含泥量偏高。为满足现场围堰施工需要，相应地采取了一系列措施:a上游围堰减少A区料，相应增加E区料;上下游围堰C区料改用碎石土，以适应工区料源情况;b背坡最大坡比由1∶1.6调整为1∶1.8;c上游围堰右侧E区增设土工格栅。

根据计算成果，需在上游围堰下游坡右侧中上部铺设若干层土工格栅。选用单向粘焊土工格栅GDZ125，光老化等级Ⅳ级。其主要技术指标为:a每延米纵向极限抗拉强度不小于125kN/m;b纵向标称抗拉强度下的伸长率不大于11%;c纵向2%伸长率时的拉伸力不小于60kN/m;d纵向5%伸长率时的拉伸力不小于90kN/m;e黏、焊点极限剥离力不小于30N。

4.2 计算复核

利用理正岩土系列5.3版，进行堰体渗流稳定分析与边坡稳定性分析计算。

根据《水电工程施工组织设计规范》 (DL/T 5397—2007)分析稳定渗流期和堰前水位骤降期围堰边坡的稳定性，结果为堰体边坡自身的抗滑稳定安全系数满足设计规范要求。

根据大坝施工的实际情况，围堰运行期最不利时间汛期开挖到大坝建基面，上游水位为围堰设计水位1247.93m，下游水位取1166.00m。计算成果见表3。

表3 围堰边坡抗滑稳定成果分析

5 结语

a.官地水电站上游围堰已经过3个汛期的运行考验，由其布设的5个外观观测墩和7支渗压计等监测结果分析，围堰满足工程需要，处于稳定状态，证明上游围堰设计及调整是成功的。

b.上游围堰最大高度55m，防渗墙最大深度约44.9m，防渗墙下部进行帷幕灌浆，两岸堰肩采用固结和帷幕灌浆结合的方式，这些断面设计与防渗型式的确定为高土石坝设计提供了借鉴。

c.因现场料源不能满足设计要求，使用土工格栅新型材料快速、经济地解决了工程的质量和进度问题，可以推广应用到其他类似工程。

［1］中国水电顾问集团成都勘测设计研究院．官地水电站可研(重编)报告施工组织设计［R］．2005．

［2］王金国，等．锦屏一级水电站围堰优化和调整研究［J］．四川大学学报(工程科学版)，2010，42(2)．

［3］付峥．大渡河深溪沟水电站围堰设计［J］．人民长江，2010，41(18)．

［4］王绍德．土工格栅在大型砂土围堰中的应用［J］．广东水利电力职业技术学院学报，2006，4(4)．

［5］DL/T 5397—2007水电工程施工组织设计规范［S］．

［6］DL/T 5087—1999水电水利工程围堰设计导则［S］．