象鼻岭水电站过水围堰设计综述

王 磊

（中国水利水电第三工程局 陕西 西安 710016）

1 工程概况

象鼻岭水电站是一座以发电为主兼顾防洪和其他功用的中型水利枢纽工程，位于贵州省威宁县和云南省会泽县交界的牛栏江上，系牛栏江河流梯级规划中的第3级水电站。工程主要枢纽建筑物有碾压混凝土双曲拱坝、发电引水隧洞、地下发电厂房等，设计最大坝高135.5m，实际坝高为146.5m，相应库容2.484亿m3，水库正常蓄水位为1405m，电站装机二台，总装机容量为240Mw。本电站为二等工程，工程规模为大（2）型。象鼻岭水电站大坝属国内第二高碾压混凝土双曲拱坝。

根据坝址所在河段的水文特征及总体规划，本工程采用枯水期围堰挡水，一汛导流隧洞结合坝体临时断面泄流；二汛导流隧洞、坝体预留底孔和泄洪中孔联合泄流的导流方式。

2 设计条件

（1）水文条件

牛栏江流域除上游少部分地区属于北亚热带季风气候，其余部分属于暖温带高原季风气候。流域内河谷和山岭地势高差悬殊，立体气候较为明显。流域降水分布很不均匀，大致下游最大，上游次之，中游最小，流域内暴雨多出现在6、7、8月。

鲁甸气象站建站较早，观测项目较全，资料完整，象鼻岭坝址与鲁甸气象站相距不远，且同属山区，气象特征与坝址较为相似，资料基本上可反映坝址情况。象鼻岭水电站不同时段施工洪水成果详见表1。

（2）地质条件

上游围堰所处位置河面宽约18m～20m，河底高程约1285m。河床覆盖层厚3m～5.7m，组成物质为砂卵石及崩塌的玄武岩岩块。河床基岩为P2β3-1灰绿色、灰黑色凝灰质玄武岩及拉斑玄武岩，属坚硬岩类，岩体较完整。弱风化岩体厚12m～16.5m。该段河床构造裂隙较发育，zk15钻孔压水资料显示岩体透水率值q=4Lu～12Lu，属弱透水至中等透水岩体。两岸出露P2β3-2-1、P2β3-3-1含硅质玄武岩，块状、次块状结构，岩石坚硬，较完整；P2β3-2-2为拉斑玄武岩、凝灰质集块岩，顶部为灰绿色含泥质凝灰岩夹层，风化带局部泥化严重。

下游围堰所处河底高程1281.6m，河床覆盖层厚5m～7m，1300m高程河谷宽70m～75m。围堰所处河段左岸基岩裸露，右岸分布大量的坡积物（主要为公路人工堆渣）。

表1 象鼻岭水电站不同时段施工洪水成果表

3 围堰设计

3.1 设计标准

根据拦河坝等级，本工程围堰为4级建筑物，设计洪水标准选择10年1遇（P=10%）洪水。由于本工程所处河段汛期、枯水期流量相差较大，且拦河坝为混凝土坝，汛期基坑过水后产生的影响较小，故本工程选择枯水期围堰较为适宜，相应枯水期6个月二旬洪水流量Q=450m3/s。

3.2 平面布置

上、下游围堰考虑水流条件、地形条件、导流隧洞及拦河坝等建筑物的位置、基坑施工范围的限制和交通道路布置等因素，进行合理选择。拟选上游围堰轴线距导流洞进口约70m，下游围堰轴线距导流洞出口约50m。

3.3 结构设计

上、下游围堰设计为混凝土面板土石过水围堰，围堰为梯形结构。上游围堰堰顶高程为1302.0m，围堰轴线长约66.91m，堰顶宽度为10.0m，自溃式子堰顶宽为4.0m；下游围堰堰顶高程为1290.0m，围堰轴线长约38.9m，堰顶宽度为10.0m。

（1）上游围堰

上游围堰顶高程1302.0m，堰底高程1279.63m，最大堰高21.37m，堰顶宽10m，堰顶长度66.91m，上游边坡1∶2.5，下游边坡截流戗堤以上为1∶3.3，戗堤以下为1∶1.75。截流戗堤设置在距围堰轴线下游25m处，高14.77m，顶宽10m，上游坡度为1∶1.5，下游坡度为 1∶2.0。

为减少过流时上下游围堰间水位落差，降低围堰冲毁风险，同时减少上游围堰工程量，在上游围堰1297以上设自溃子堰。自溃子堰采用粘土麻袋（外侧采用麻袋、内侧芯墙采用粘土）形式。为防止水位变幅对上游堰坡的不利影响，在上游面设置块石护坡。堰体的过水防冲保护体系采用混凝土面板和块石护坡，戗堤顶部以下采用钢筋石笼护面，围堰堰脚处覆盖层表面铺设一层钢筋石笼，钢筋石笼尺寸为2m×1m×1m（长×宽×高）。上游围堰体型见图1。

图1 上游围堰典型断面结构图

图2 下游围堰典型断面结构图

表2 上、下游围堰结构特征表

表3 上、下游围堰工程量表

（2）下游围堰

下游围堰堰顶高程1290m，堰底高程1280.1m，最大堰高9.9m，堰顶宽10m，堰顶长度38.9m，上游边坡1∶2.5，下游边坡混凝土护面以上为1∶5，混凝土护面以下为1∶.75。

为防止水位变幅对堰坡的不利影响，在上游面设置块石护坡。堰体的过水保护体系采用混凝土面板和块石护坡，为防止围堰过水对下游坡脚的淘刷，在混凝土护面以下坡面设置2m×1m×1m的钢筋笼和大块石护脚。下游围堰体型见图2。

上、下游围堰结构特性见表2，上、下游围堰工程量见表3。

3.4 防渗设计

本工程上下游围堰设计为土石过水围堰堰体基础为砂卵砾石层。围堰防渗体须具有一定的可靠性，以保证基坑的连续施工。防渗体施工应不受气候的影响，施工方法应简单，且满足施工质量的要求。目前土石围堰防渗形式主要有：粘土心墙（粘土铺盖）、高喷灌浆、控制性灌浆和混凝土防渗墙等。

因为围堰堰基及堰肩覆盖层组成成分主要为冲洪积的含漂石的砂卵砾石层夹杂岸坡崩积的块石和大块石，且两岸一级阶地覆盖层较厚，故若采取高喷灌浆，当地层和堰体架空严重或水流速度过大时，喷射的浆液难以凝固形成防渗板墙，这在许多围堰中都出现过类似的情况，因此不推荐高喷板墙防渗方案。

围堰堰基覆盖层较深，采用粘土防渗墙方案不可行。故围堰的防渗措施主要考虑控制性灌浆及塑性混凝土防渗墙，但塑性混凝土防渗墙施工周期长、费用高。

参考目前国内多个同类工程，控制性灌浆在砂卵砾石层中防渗效果尤佳，当防渗深度在10m～50m范围内均能达到防渗灌浆的要求目前国内湖南东坪水电站、铜湾水电站、株溪口水电站、重庆马岩洞水电站、大渡河枕头坝水电站、贵州老江底水电站、光照水电站、董箐水电站、清水河格里桥水电站和乌江沙沱水电站等宽阔河谷及山区河谷围堰防渗均采用控制性灌浆技术，成功地解决了围堰防渗灌浆难题，使防渗施工工艺已经成熟，确保了围堰防渗闭气施工速度快，且经济可靠。

综合比较后，选择控制性灌浆作为本工程上、下游土石围堰防渗型式。

3.5 围堰预冲水设计

考虑本工程上、下游围堰间距离及基坑容积，预充水措施采用虹吸管提前充水和自溃堰挖缺口联合充水方式。虹吸管采用3根直径200mm的软管经自溃堰顶部连通上游堰前和基坑，根据水情预报，当来水流量超过450m3/s时（水面高程达到1297m且仍有上升趋势），提前利用虹吸管进行预充水。当堰前水位达到自溃堰底部高程时，在自溃堰右岸挖缺口对基坑进行充水。

4 结语

牛栏江象鼻岭水电站上、下游围堰在施工前，根据已有水文、地质资料并参考国内同类工程相关经验，对原投标文件设计体型进行了优化。为防止基坑过水时下上游落差太大，在上游围堰新增了自溃式子堰以降低落差，并将原堰基防渗形式由高喷灌浆改为控制性灌浆。象鼻岭水电站于2014年12月完成大江截流，于2015年3月完成上、下游围堰基础灌浆及堰体加高工作，2015年汛期基坑过水时堰体完好未发生损毁现象。由此可见，经优化设计的围堰很好的满足了施工需要。陕西水利