石龙水电站混凝土重力坝设计

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

石龙水电站混凝土重力坝设计

谭志军，郑军，傅迪

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

文章介绍了石龙水电站工程混凝土重力坝总体布置设计，考虑到采用引水式厂房，溢流坝布置在主河床，两岸布置挡水坝段，同时兼顾施工条件，有效利用河谷空间使布置协调紧凑。溢流坝挑流鼻坎采用高低坎，结合溢流坝在最右侧边墩采用宽尾墩，有效解决消能防冲问题和右岸山体淘刷问题。总体布置布局合理，运行管理方便。

重力坝；总体布置设计；石龙水电站

1 工程概况

石龙水电站总库容0.412×108m3，电站总装机容量为70 MW，最大坝高43 m。工程等级为Ⅲ等，大坝、引水系统及发电厂房建筑级别为3级。混凝土重力坝、引水系统及发电厂房等主要建筑物按3级建筑物设计；大坝（含泄洪系统）按100年一遇洪水设计、1000年一遇洪水校核，发电厂房按100年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核，消能防冲建筑物按30年一遇洪水设计。

2 大坝工程地质条件

基岩为侏罗系下统小营子组熔岩凝灰岩，两岸高程494 m以上分布第三系～第四系玄武岩（βN-Q），其下有1.5～6.0 m砂砾石层。玄武岩底部在左岸呈水平分布，右岸向山里倾斜，坡度约20°。第四系为崩积、坡积及冲洪积层，岩性为碎块石夹壤土。

震旦系万隆组（Z1W）石灰岩与桥头组（Z1Q）石英砂岩接触产状：走向N70°E，倾向SE，倾角86°。坝址区发现断层5条。熔岩凝灰岩内节理主要有下列三组：①走向N50°～60°E，倾向NW，倾角35°～60°；②走向N30°～40°E，倾向SE，倾角60°～80°；③走向N80°～85°W，倾向SW或NE，倾角大于75°。熔岩凝灰岩内节理一般延伸不长，表部一般充填泥质和岩屑，深部多趋于闭合。

水文地质条件按地下水埋藏条件可分两类：

1）松散岩层中的孔隙潜水，主要埋藏于漫滩、阶地的砂砾石层中。受大气降水和基岩裂隙水补给，向河流排泄。

2）基岩裂隙潜水，右岸埋藏深度为2.0～26 m，左岸2.0～31.6 m，相对隔水层顶板（q＜0.05 L/（min. m.m））埋深差别较大，右岸7.26～54.21 m（基岩面起算，下同），河床漫滩4.05～54.42 m，左岸11.50～48.90 m。基岩裂隙水受大气降水补给，向河流排泄。

地下水的化学类型为低矿化度的重碳酸钙镁型水，对混凝土有溶出性、一般酸性和碳酸性侵蚀。

3 工程总体布置

混凝土重力坝坝顶高程为485.00m，最大坝高43 m，坝顶长204.2 m，共分14个坝段。1号、11～14号坝段为挡水坝段，2号坝段为门库坝段，3～8号坝段为溢流坝段，8～10号坝段为导流底孔坝段；1号坝段长16.9 m，2号坝段长16.0 m，14号坝段长6.3 m，其余坝段长15 m。挡水坝段坝顶宽度为7.0 m，上游坡为直立，下游坡为1∶0.73。导流底孔坝段设有两个导流底孔，底孔形状为方形，孔口尺寸8 m×8 m，底孔底高程为449.0 m，导流底孔闸门安装平台高程461.50 m。溢流坝堰顶高程为472.80 m，堰型为WES堰，共5孔，单孔净宽12 m，闸墩厚度3 m，右边墩为宽尾墩。溢流坝采用堰中间分缝，消能方式为挑流消能，挑流鼻坎采用高低坎，低坎的挑角为35°，高坎的挑角为45.966°。坝顶设5孔弧形工作闸门及1孔平板检修闸门。大坝上游设两道止水（止水铜片和橡胶止水带），下游设一道橡胶止水，大坝左坝头设回车场，坝顶为水泥混凝土路面。

引水系统布置在坝址左岸，其建筑物由进水口、引水隧洞两部分组成。引水隧洞采用单机单洞引水方式，无调压井，进水口设置快速工作门，1号、2号引水隧洞长分别为206.66 m（拦污栅槽中心线至厂房上游墙外边线）和202.08 m（拦污栅槽中心线至厂房上游墙外边线），引水洞为圆形过水断面，洞径为6.2 m，衬砌厚度0.5 m。电站进水口设4扇拦污栅、1扇检修闸门(两洞共用)和2扇快速门，拦污栅孔口尺寸为5.4 m×12.0 m(宽×高)，检修闸门和快速门孔口尺寸均为5.0 m×6.2 m（宽×高）。

厂址位于坝址下游2.7 km处，厂房纵轴线方位角为NE43°30’，厂区地面高程452.55 m，GIS开关站位于中控室侧，主厂房尺寸（长×宽×高）79.36 m×28.67 m×50.99 m，装两台单机容量35 MW水轮发电机组，机组安装高程435.27 m，单机引用流量123.6 m3/s。

4 溢流坝段布置

溢流坝布置在主河床，共5孔，单孔净宽12 m，溢流前缘总宽72 m。溢流坝堰面采用WES曲线，堰顶高程472.80 m，选用倒悬堰顶，堰面幂曲线方程为y=0.067 593 6x1.85，幂曲线后与高坎用半径为9.4 m的圆弧相接，与低坎用半径分别为14 m和9.7 m圆弧相接，低坎的挑角为35°，高坎的挑角为45.966°。闸墩厚3 m，右边墩为宽尾墩，溢流坝采用堰中间分缝，每个坝段长15 m，消能方式为挑流消能，挑流鼻坎采用高低坎。上游侧设有4.8 m宽交通桥，坝顶在门机轨道中心线处设工作桥。闸室设有1扇平板检修闸门和5扇弧形工作闸门。溢流坝选择消能方式挑流消能。高坎的反弧半径为9.4 m，鼻坎挑角为45.966°，鼻坎顶高程为462.916 m；低坎的反弧半径为14.0 m和9.7 m，鼻坎挑角为35°，鼻坎顶高程461.646 m。泄流时水舌形成的回流淘刷右岸下游山体，而对左岸下游山体影响很小，故右边墩设宽尾墩，顶高程474.40 m，左边墩宽度为3 m，顶高程为469.0 m，有效解决泄流时水舌形成的回流淘刷右岸下游山体问题。

为了防止溢流坝泄洪冲刷大坝下游右岸耕地，自下游坝脚到大蒲春河口段设防护堤，防护堤总长度为600 m。根据（GB50201-94）《防洪标准》确定防护堤设计洪水标准为10年一遇，相应洪水位为454.30 m，经计算，堤顶高程为456.50 m。防护堤体采用混凝土结构，堤体座落在基岩上，堤顶宽度为1.0 m，迎水面直立，背水面坡度为1∶0.6。

该工程重力坝建基于熔岩凝灰岩弱风化中上部。为了使坝基具有足够的强度、提高坝基的整体性和均匀性，坝基范围内进行固结灌浆。帷幕灌浆上游侧设一排固结灌浆孔，孔距2 m，孔深10 m。廊道下游坝基范围内固结灌浆孔排距3 m，孔距3 m，孔深6 m。固结灌浆合格标准以单位吸水量小于0.05 L/(min.m.m)控制。

5 左右岸挡水坝段

挡水坝段坝顶宽度为7.0 m，上游坡为直立，下游坡为1∶0.73。1号坝段长16.9 m，2号坝段长16.0 m，14号坝段长6.3 m，其余坝段长15 m。挡水坝段不设纵缝。

左、右岸重力坝混凝土分区：上游水位变动区、廊道周围和导流底孔周围混凝土采用C30F300W4（三级配），上游最低水位以下及基础部位混凝土采用C20F50W6（三级配），下游面混凝土采用C20F200W4（三级配），坝体内部混凝土采用C10F50W4（四级配）。

坝体内只设一道纵向基础廊道，在1号和13号坝段各设一条横向廊道与坝外连通，廊道出口均设在下游坝面处，各设钢梯通向坝顶。大坝基础廊道上游壁距上游坝面3 m，廊道断面为城门洞形，宽度2.5 m，高度3 m。廊道上游侧排水沟断面为20 cm×20 cm，下游侧排水沟断面为30 cm×30 cm，以0.3%的底坡向8号坝段的渗漏集水井汇集。廊道兼基础帷幕灌浆、坝基排水、坝内交通和坝体观测等作用。9号坝段设一吊物孔，吊物孔断面为2 m×2 m，从坝顶直通至基础灌浆廊道443.00 m高程，吊物孔主要担负坝顶与廊道之间搬运设备物资任务。

挡水坝段在坝体横缝处距坝体上游面1.5 m设一道止水铜片，距下游面1.5 m设一道橡胶止水，距上游面2.7 m一道橡胶止水。距上游面2.1m设管径200 mm的半圆排水管，间距2.5 m。坝体止水与坝基及岸坡采用止水槽有效联接。

大坝渗漏集水井布置在8号坝段，设计渗透量为25 L/s，集水井的容积为169.6 m3，集水井内设排水泵，并且在8号坝段边墩内埋设φ300排水钢管，排水泵出水管与φ300排水钢管相接，将集水井渗水排到大坝下游河道内。

6 渗流控制工程设计

大坝基础采用垂直防渗设计，在坝基及两岸透水岩体中设置防渗灌浆帷幕进行渗漏控制。

该工程大坝坝基防渗帷幕灌浆按0.05 L/（min. m.m）控制。

在大坝廊道内设置一排灌浆帷幕，孔距2 m。防渗面积11 908 m2，帷幕灌浆长度357.9 m。根据大坝坝基渗透剖面，确定右岸防渗帷幕深30～50 m，河床防渗帷幕深18～30 m，左岸防渗帷幕深18～53 m。为防止两岸绕坝渗漏，将两岸帷幕延伸至地下水位线与正常蓄水线相交处，左岸帷幕延伸段长46 m，右岸帷幕延伸段长93.6 m。

帷幕灌浆上游侧设一排固结灌浆孔，孔距2 m，孔深10 m。灌浆廊道下游坝基范围内上游侧设2排、坝下游侧设3排固结灌浆孔，排距3 m，孔距3 m，孔深6 m。

坝基设1排主排水孔，孔距2.5 m，深度为0.5倍帷幕灌浆孔深度。

大坝渗漏集水井布置在8号坝段，在8号坝段443.00 m高程设置10 m长横向廊道作为水泵室，水泵室宽度4 m，高度3 m。设计渗透量为25 L/s，集水井的容积为169.6 m3，有效容积为90 m3，集水井内设2台排水泵，两台水泵轮流工作，互为备用，，并且在#8坝段边墩内埋设φ300排水钢管，排水泵出水管与φ300排水钢管相接，将集水井渗水排到大坝下游河道内。

7 结语

石龙水电站工程于2006年开工，2010年投产发电。大坝布置充分结合地形、地质和交通条件，以及建筑物的施工条件：溢流坝布置在主河床，导流底孔在溢流坝右侧，两岸布置挡水坝段，厂房利用枢纽上游右岸单薄山体采用引水式电站，以获得最大37.90 m水头。枢纽布置综合考虑挡水、泄水、发电建筑物的相互关系，充分利用坝址处地形地质条件，同时兼顾施工条件，有效利用河谷空间使布置协调紧凑。溢流坝挑流鼻坎采用高低坎，结合溢流坝在最右侧边墩采用宽尾墩，有效解决消能防冲问题和右岸山体淘刷问题。同时在结构设计上，通过多种理论和方法分析，并采取了多项优化措施，加快了施工进度，节约了工程投资，取得了显著的经济效益。

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2017-01-18