南丹县新纳力水电站坝型的比与选

潘勇华（广西河池水利电力勘测设计研究院，广西　河池市　547000）



南丹县新纳力水电站坝型的比与选

潘勇华（广西河池水利电力勘测设计研究院，广西河池市547000）

广西南丹县新纳力电站水库大坝是深厚软弱地基上建筑的土石坝，工程设计采用三种坝型，二种防渗材料比选。就各坝型在软弱地基上的应用经验予以介绍。

新纳力水电站；坝型比选；堆石坝；复合土工膜心墙

1　工程概况

新纳力水电站位于广西和贵州两省之间界河拉平河下游，坝址位于南丹县中堡乡水碾屯，距南丹县城130km，距龙滩坝址110km，坝址集雨面积2735km2，本工程是以水力发电为主的新建水电工程，电站水库正常蓄水位442.0m，总库容1400万m3，电站为坝后引水式电站，总装机25.5MW （3× 8.5MW）。

水库为中型水库属Ⅲ等工程，枢纽工程为Ⅲ等工程，主要建筑物挡水坝按3级建筑物设计。坝址对外有跨省但路面较差的道路通过。

2　坝址地形地质条件

可研推荐的坝址河道呈倒“L”型转弯，坝址上游河道狭窄，坝后河道开阔。坝线位置河床宽70～80m，右岸坡度45～55°左右，左坝肩为悬崖，高约30m，近似直立，悬崖以上到山边为缓坡。坝线河床淤积物、漂石和砂卵石等堆积层厚度达10～13m，坝线坝基基岩为弱至微风化灰岩、燧石灰岩，坝基及坝肩岩体浅部岩溶裂隙发育，库水可通过岩溶裂隙产生渗漏，需帷幕灌浆处理，防渗要求达到q=5Lu，深度10～35m。

3　坝型及防渗方案比较

3.1坝型比较与选择

按选定的坝址和坝线，根据地形、地质和建筑材料等条件，在正常蓄水位为442.0m时，修建堆石坝、混凝土拱坝和混凝土重力坝都是可行的，该三种坝型的比较如下：

3.1.1混凝土面板堆石坝

上坝坡采用 1：1.4、下游坝坡采用 1：1.6，坝顶高程450.30m，最大坝高64.3m，坝顶宽5.0m，最大坝底宽185.55m，坝轴线长147.95m。钢筋混凝土防渗面板厚0.30～0.55m，趾板宽6.0m，厚0.8m，面板后设垫层3m和过渡层3.50m，坝体由灰岩料堆填，机械压实。

堆石坝方案清除河床约2.5m厚的表面的淤泥和松散的砂卵石层后，经压实即可筑坝，趾板开挖到基岩。坝基防渗：趾板基础进行帷幕灌浆，帷幕的单位吸水率要求小于5Lu。

面板堆石坝在左坝肩的缓坡上设闸坝式溢洪道泄洪，采用底流消能。进水渠长190m，底板高程431.0m。溢洪道宽57.5m，采用宽顶堰，堰顶高程431.0m，设5孔9.5×5.0m平面钢闸门。泄水陡槽长110.7m，宽57.5～40m，消力池底高程390.0m，坎顶高程402.0m。

3.1.2碾压混凝土拱坝

拱坝体型选用同园心、等外半径变内半径的单曲拱坝，上游面垂直，坝顶轴线弧长193.0m，坝顶高程449.0m，坝顶厚6m，最大坝底厚24.0m，最大外半径110m，最大中心角101°。利用坝身布置溢流消能设施，溢流前缘宽55m，设5孔9.5m× 7.5m平面钢闸门，堰顶高程435.0m，溢流坝段坝高52.0m，采用实用堰挑流消能，鼻坎高程426.96m。左、右岸非溢流坝长分别为53.50m和53.5m，最大坝高66.0m，左坝肩设31.0m重力墩。

拱坝基坑开挖较深，坝基帷幕需设灌浆廊道。

3.1.3碾压混凝土重力坝

碾压混凝土重力坝分三个坝段，为左、右岸挡水坝段和溢流坝段，大坝总长163.30m.溢流坝布置于河流中部，溢流坝长61.5m，设5孔9.5m×7.5m平面钢闸门，采用WES型堰面曲线，堰顶高程为435.0m，最大堰高52.0m，最大底宽52.34m。消能方式采用挑流消能。左岸坝长60.6m，右岸坝长38.20m，坝顶宽8.5m，坝顶高程449.0m，最大坝高58.0m。

碾压混凝土重力坝基坑开挖较深，坝基帷幕需设灌浆廊道。

3.1.4坝型比较

坝型比较各方案的工程布置、施工条件、施工进度、工程投资等见表1。

表1　方案技术经济比较表

从表1看出，拱坝的投资分别比重力坝、堆石坝少1689万元、117万元。

混凝土重力坝虽然施工简单，但混凝土工程量大，投资大，工期长，不宜采用。

混凝土拱坝工程投资虽少，但左岸坝肩岩石的裂隙比较发育，右岸有一条断层，河床砂卵石较厚，地质条件对拱坝方案影响大，右岸坝肩开挖将中断跨省公路，再则坝基开挖和基础处理将使电站比堆石坝方案晚发电6个月。

堆石坝的缺点是溢洪道较长，开挖及填筑量大，大坝填筑及面板施工的质量较难控制，工程投资比拱坝多117万元。但堆石坝施工准备工作量小，需要施工供电负荷小，临时工程少，水泥用量比拱坝少1万多吨，对外交通运输对大坝的施工影响较小，施工速度快速，第一台机可能比拱坝提前6个月发电，增加发电效益570万元左右；其次减少冬季水泥涨价60万元的涨价风险。

综合比选，堆石坝各项指标较优。

3.2防渗型式选择

根据工程特性堆石坝的防渗型式可选用混凝土面板和复合土工膜心墙，该两种防渗型式的技术经济比较如下：

3.2.1混凝土面板堆石坝

（1）工程布置：见混凝土面板堆石坝布置。

（2）工程技术

国家已经发布了混凝土面板堆石坝设计和施工规范，已积累了不少的经验。

电站从河床趾板到坝顶为64.3m，属中坝，筑坝材料为石灰岩，工程技术相对成熟，但地形条件也使工程存在一定的风险，主要是左右两岸的地形较陡，尤其是左岸悬崖80°左右，易出现由岸坡较陡引起较大沉降而拉裂面板。

（3）主要工程量及投资

主要工程量及投资，见表2。

表2　主要工程量及投资比较表

（4）施工条件、进度安排

混凝土面板堆石坝填筑，左岸的上下游均可运料上坝，坝顶工作面宽，大坝渡汛防渗层、垫层、过度层、堆石区同步上升，趾板灌浆与大坝填筑分开，施工干扰小。

混凝土面板堆石坝的施工时长第一年11月至第二年12月施工共13个月，第一台机组第二年12月底发电。

3.2.2复合土工膜心墙堆石坝

（1）工程布置

上、下游坝坡均为1：1.6，坝顶高程450.30m，最大坝高64.3m，坝顶宽5.0m，最大坝底宽176.72m，坝轴线长155.91m。复合土工膜心墙防渗结构由过渡层3m、垫层2m、二布一膜复合土工膜（400g/m2/0.6mm/400g/m2）、垫层2m、过渡层 3m组成，复合土工膜采用垂直坡形铺设，周边锚固混凝土建在河床和两岸岩石基础上。

坝基防渗处理：在复合土工膜锚固混凝土基础进行固结灌浆和帷幕灌浆，防渗帷幕的单位吸水率要求小于5Lu。坝基础清除河床表面淤泥松散砂卵石层的要求、坝体填筑与混凝土面板堆石坝相同。

（2）工程技术

土工合成材料已有国家标准和应用技术规范，国内建成土工膜心墙堆石坝较高的坝有四川会理竹寿水库心墙坝 （坝高 60.22m），广西区已建有金秀田村土工膜心墙坝 （坝高41.9m），两坝心墙或部分坝体采用风化料填筑。

本工程坝高64.3m，属中坝，正常蓄水位承受的水头48m，校核水位承受的水头54m，复合土工膜的防渗承压与耐久性均能满足要求。

（3）主要工程量及投资

主要工程量及投资，见表2。

（4）施工条件、进度安排

复合土工膜心墙堆石坝填筑，左岸的上下游均可运料上坝，但由于受复合土工膜的分隔，两侧的工作面变小，土工膜连接与坝体填筑干扰较大，但少了坝前混凝土面板与趾板的施工。

施工安排时长第一年11月初第二年11月共12个月完成大坝施工；第一台机组第二年11月底发电。

3.2.3防渗型式比较和选择

两种坝型的坝线可选在同一条坝线上，地形地质相似，工程总体布置相同，主要工程量见表2。

（1）工程量及投资：坝体方量土工膜心墙堆石坝较大，其它工程量均是混凝土面板堆石坝的量大。工程量的多少反映出投资大小，复合土工膜心墙堆石坝投资少427万元。

（2）对施工的影响

复合土工膜连接和坝体填筑交叉施工，相互有一定干扰，帷幕灌浆与坝体填筑施工也有一定的干扰，坝体工作面不如面板堆石坝宽敞。但面板堆石坝施工的工序比较多，坝体填筑与趾板施工相互之间也有一定的干扰。

（3）工期与发电效益

复合土工膜心墙堆石坝比混凝土面板堆石坝提前30d建成发电，早产生效益。

综上所述，堆石坝的防渗型式复合土工膜优于混凝土面板。

4　结语

堆石坝从地形地质条件、工程布置、工程投资、施工条件、工程进度和工程效益方面优于混凝土重力坝与混凝土拱坝。复合土工膜心墙防渗的堆石坝相比混凝土面板防渗的堆石坝在工程投资、施工难度及工程效益方面占优。因此，南丹县新纳力水电站水库大坝的坝型推荐采用复合土工膜心墙防渗堆石坝。

潘勇华（1977-），男，中级工程师，本科，主要从事水利水电工程设计工作。

TV642

A

2095-2066（2016）13-0069-02

2016-4-2