某水电站的坝型设计方案比选

张江潮，漆文邦，王 欢

(四川大学水利水电学院，成都 610065)

文章编号：1006—2610(2015)05—0042—04

某水电站的坝型设计方案比选

张江潮，漆文邦，王 欢

(四川大学水利水电学院，成都 610065)

结合坝址的地质地形以及水文、泥沙情况， 从水文、防渗、工程投资等方面，对底格栏栅坝和闸坝2种坝型进行了综合分析比较，结果表明,某水电站工程大坝的坝型更加适用闸坝，对以后类似工程项目的坝型选择起到一定的启发作用。

底格栏栅坝；闸坝；坝型；优化设计

1 工程概况

某水电站坝址位于印度尼西亚北部苏门答腊岛Peusangan河。电站采用无调节径流引水式开发，开发目标为发电，无其他综合利用要求。电站主要建筑物由首部枢纽、引水明渠、压力前池、压力钢管、主副厂房、 开关站及尾水渠等组成。电站设计引用流量为23.6 m3/s，毛水头50 m，总装机10 MW(2×5 MW)。

1.1 水文条件

气候资料涵盖21 a间的降水资料(1979—2008年)，并且记录着1985年和1991—1998年的降水差距。年平均降雨量为1 721 mm，多雨季节在4—5月和9—12月。最干燥的月份是6月，平均降雨量为76 mm。最湿润的月份是11月，平均降雨量达到203 mm。在11—次年5月之间的降雨量较高,在6—10月雨量较少。

1.2 泥沙条件

电站取水口泥沙主要来源于汛期大气降雨引起的表土浸蚀和水流对河床的下切，以及沿河大小支沟两岸滑坡崩塌等重力浸蚀。由于年汛期雨量集中，同时岩石风化相对剧烈，故该流域泥沙相对较多。但又由于该地区植被丰富，流域内人口稀少，人类活动影响很小，大部分大颗粒粒径泥沙会附着到植被上，所以河流中泥沙的主要特点是泥沙含量较多但粒径很小。

1.3 地质条件

该坝址所在地区最古老的岩石属于Bampo地层(晚渐新世，3 800万年)，其出现在Peusangan河西部，且被第三纪中新世Arulsane组和Pameue组覆盖。Arulsane组和Pameue组轻微地曲折形成了Arulsane向斜，向斜轴线为东西方向，沿渠道中间贯穿。

2 初设方案

电站初拟首部大坝坝型采用底格栏栅坝，首部取水枢纽建筑物由底格栏栅坝，左、右侧溢流坝、右岸连接坝段、左岸进水闸、左岸引水渠、沉沙池等组成。底格栏栅坝布置在主河槽上，坝顶高程707.20 m，建基面高程701.00 m，坝段长24.0 m，底宽11.0 m，坝面倾斜坡度为1/10。引水廊道采用双廊道形式，单个廊道宽为2.0 m，廊道底坡为1/10，引水廊道接左侧混凝土溢流坝段引水暗渠至左岸沉沙池。左、右侧溢流坝段坝顶高程707.70 m，建基面高程701.00 m，宽度11.0 m，长度分别为10.0 m和5.0 m。右岸连接坝段建基面高程704.85 m，长4.0 m，宽8.5 m，采用埋石混凝土，该坝段坝顶高程为709.20 m，高于底格栏栅坝段2.0 m。其布置见图1～3。

坝上游设钢筋混凝土铺盖，长15.0 m，厚0.6 m，前接钢筋石笼防冲槽；坝下游设钢筋混凝土防冲护坦，长19.0 m，厚0.8 m。护坦设直径10 cm,间排距2 m梅花状布置的排水孔，护坦后接钢筋石笼防冲槽。

图1 底格栏栅坝平面布置图 单位：mm

图2 底格栏栅坝横剖面图 单位：mm

图3 底格栏栅坝纵剖面图 单位：mm

3 优化的必要性

(1) 根据该水电站水文报告资料并通过进一步分析研究比较，可知该水电站所在的河流流域在枯水期水文条件较差，枯水期相对较长，且在最枯的3～4个月平均流量很小。底格栏栅坝仅在丰水期河道来水流量大于取用流量的情况下才具有通过引水廊道控制闸调节取用流量的能力，在枯水期底格栏栅坝自身没有调节能力，这样常常造成电站在丰水时段发生弃水，在枯水时段流量过小时停机，对水能资源的利用率较低。而闸坝恰恰可以通过枯水期蓄水调节库容来达到枯水期正常取水的目的，故优化方案宜选闸坝。

(2) 底格栏栅坝适用于河床坡度较陡，水流中带有大量的卵石砾石及粗砂的山溪河道上，它可以防止大粒径沙石进入引水系统，而根据对该河流泥沙条件的分析，该河流泥沙多且粒径小，若采用底格栏栅坝，河流中的不合粒径要求的泥沙会随水流进入廊道造成廊道淤积堵塞，需要定期的进行清理和维护，且需要沉沙池的配合来防止泥沙进入引水系统，因此不能够充分发挥底格栏栅坝的优点，不适用底格栏栅坝。而采用闸坝，冲沙闸可以保证取水口门前清，有效降低取水难度，推移质可顺利排向下游减少库区淤积且运行管理方便，并且不用修建沉砂池，从而极大地减少整个工程的工程量，降低造价。

如上所说，闸坝不设沉砂池，底格栏栅坝必须设有沉砂池。初设方案与优化方案的引水渠道、压力前池、压力管道以及厂房布置都相同，因此总工程量的比较即大坝及沉砂池的比较，2个方案的工程量对比见表1。

表1 工程量对比表

通过表1可以看到:覆盖层开挖量对比，底格栏栅坝工程比闸坝工程多开挖7 944.37 m3;碎石回填量对比，底格栏栅坝工程比闸坝需多回填3 467.49 m3；C20混凝土量对比，底格栏栅坝比闸坝多用545.23 m3；C25混凝土对比，底格栏栅坝工程比闸坝工程需多用8 914.36 m3，钢筋制安对比，底格栏栅坝工程比闸坝工程多用319.89 t；而M7.5浆砌块石量对比，闸坝比底格栏栅坝需多用4 053.4 m3。由于开挖和回填需要耗费大量的人力物力，混凝土价格昂贵且底格栏栅坝用量很大，因此造价很大。尽管闸坝在M7.5浆砌块石量用量较大，但浆砌石造价低廉。综上所述，闸坝方案总的工程量远小于底格栏栅坝总工程量，造价远低于底格栏栅坝，因此本方案选择闸坝。

(3) 若采取底格栏栅坝，由于在安装底格栏污栅时,底格栏污栅的表面焊有3排横向的加固筋板,水流流过底格栏污栅时,在横向的加固筋板处被阻挡,形成部分向上跃起的水流,同时,在第1排筋板处被挑起的水流落下时与后面的水流碰撞,引起水流紊乱,使流过的水流不能被顺畅地引入底栏坝取水廊道。闸坝较底格栏栅坝取水更为通畅。

(4) 底格栏栅坝适用于河床宽度较窄的河流，经测量，该河流河床宽度达35 m，跨度大，若采用底格栏栅坝，必须要修建很长的廊道及暗渠，且廊道修建技术要求高，难度大。而采用闸坝，除修建溢流坝和非溢流坝外只设冲沙及进水闸门，引水暗渠修建长度短，结构非常简单，施工容易，难度小，从施工难度角度来看，选闸坝为宜。

(5) 该地区处于印度尼西亚，森林覆盖率高，河流中夹杂的树枝棍棒容易使底格栏栅的栅格堵塞，水流进入廊道更加困难，造成过水断面的减小，需要一定的运行管理人员定期进行检查和清理造成电站取水及运行管理困难。采用闸坝，取水简单顺畅，运行便于管理，因此选闸坝。

通过以上5个方面的分析和比较，可知某水电站更加适合修建闸坝来替代初设方案中的底格栏栅坝。

4 优化方案

图4 闸坝平面布置图 单位：m

首部取水枢纽建筑物由溢流坝、冲砂闸、取水闸、两岸连接坝段等组成。溢流坝布置在主河槽上，采用实用堰形式，坝顶高程731.00 m，建基面高程723.00 m，坝段长50 m，底宽14 m，坝体采用钢筋混凝土和浆砌石组合材料。溢流坝左侧依次布置冲沙闸和进水闸。根据冲沙、排污要求和坝址地形地质条件拟定单孔冲沙闸，闸底板高程726.00 m，闸顶高程735.80 m，闸室顺水流方向长度为10 m，净宽为4 m；进水闸底板高程728.20 m，闸顶高程735.80 m，净宽3.5 m，闸墩从右至左厚度依次为1.8 m、2.0 m和2.0 m，闸室内均设置检修闸门和工作闸门。两岸连接坝段坝顶高程为735.80 m，高于溢流坝段4.8 m，以使汛期水流包括校核洪水顺利从溢流坝上通过，保证两岸的安全。左岸连接坝段采用重力坝形式，长30 m，底宽7.225 m；右岸连接坝段采用重力坝形式，长17 m，底宽6.725 m，均为混凝土结构。其布置见图4～6。

图5 闸坝纵剖面图 单位：mm；高程，m

图6 闸坝横剖面图 单位：mm；高程，m

为降低渗透比降及有利排泄推移质，溢流坝及闸室上游设置钢防渗铺盖，铺盖长度30 m，厚度0.8 m，分2层，表层为0.3 m厚钢筋混凝土，底层为0.5 m厚浆砌石。溢流坝下游设浆砌块石护坦，护坦长35 m，厚1 m，内设Φ20 cm，间排距3 m梅花状布置的排水孔。闸室下游接39 m长、厚1 m浆砌块石护坦。护坦设反滤层和排水孔，以减小护坦扬压力、提高允许渗透坡降和防止细颗粒被带走。

5 结 语

底格栏栅坝和闸坝各自都有自己的优势，且技术都比较成熟，但结合本工程的水文、地质、泥沙等实际情况，通过对水电站首部枢纽设计方案的优化比选，可以看出本工程更适于闸坝而不宜采用底格栏栅坝。采用闸坝可以使工程量以及造价大大缩减，并且施工难度小，技术要求低，施工、检修、运行管理方便。为以后类似的项目首部选择提供了一定的借鉴作用。

[1] 宋寅,漆文邦,游红平.知木林水电站首部枢纽设计方案优化探讨[J].西北水电,2012,(1)：22-25.

[2] 胡建春.某水电站枢纽建筑物布置及优化设计方案探讨[J].控制工程，2014,(4)：148-152.

[3] 伍超,孙世国,牟小红.田湾河大发电站底格栏栅坝应用中存在的问题及改进措施[J].四川水力发电,2008，(3)：69-70.

[4] 胡建春.某电站首部枢纽优化设计研究[J].湘潭大学自然科学学报,2014,(2)：54-58.

[5] 彭薇薇.大流量底格栏栅坝取水设计探讨[J].四川水力发电，2004，(3)：58-60.

Comparison and Selection of Dam Type Design Schemes

ZHANG Jiang-chao, Qi Wen-bang, WANG Huan

(College of Water Resources and Hydropower, Sichuan University, Chengdu 610065，China)

Both bottom trashrack dam and gate dam are analyzed and compared, in combination of geology, topography and hydrology at dam site, in terms of hydrology, impermeability and investment, etc. The analyzing result approves that the gate dam is the most suitable one for this hydropower project. This analysis will provide the dam type selection of the similar projects with reference in future. Key words:bottom trashrack dam; gate dam; dam type; optimized design

2014-12-15

张江潮(1989- )，男，河北省石家庄市人，硕士研究生，从事水工结构研究.

TV649;TV7

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.05.012