水电站大坝上游围堰挡水标准和防渗型式分析

史有富，王福运，朱 辉

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

1 概述

1.1 工程概况

龙江水电站枢纽工程位于云南省境内。电站装机容量240 MW，水库总库容12.17×108m3，枢纽主要由混凝土双曲拱坝、左岸引水系统及地面式厂房组成，工程规模为大（1）型Ⅰ等工程。大坝最大坝高110 m，坝顶高程875.00 m，坝顶中心线弧长（包括溢流、重力墩坝段）472.00 m；引水系统布置在左岸山体内，由进水口和引水隧洞组成，采用一洞三机的布置方式，主厂房尺寸为109 m×54.4 m×52.11 m（长×宽×高）。

工程的施工导流方式是采用一次性拦断河床、隧洞泄流的导流方式。导流洞布置在右岸，导流洞全长840.70 m。导流洞采用12 m×12 m（宽×高）的方圆形隧洞。

龙江水电站枢纽工程施工期洪水时段按水文特性划分为四期：1月至4月为枯水期；5月为汛前期；6月至11月中旬为大汛期；11月中旬至12月末为汛后期。各时段不同重现期流量见表1，坝址下游200 m处水位流量关系见表2。

1.2 上游围堰地形、地质条件

上游围堰布置于坝轴线上游约160 m处，围堰轴线方向为N18°E。左岸地形坡度30°～35°，覆盖层厚度3～4 m，由混合土碎块石组成，公路以上基岩裸露，下部为片麻岩，弱风化带厚度约25 m；河床部位覆盖层厚12～15 m，上部为砂卵砾石层，下部为块石夹少量砂砾石，其下为片麻岩，弱风化带厚度约13～15 m；右岸地形坡度30°～35°，覆盖层厚度3～6 m，由混合土碎块石组成，高程810 m以上基岩裸露，下部为片麻岩，弱风化带厚度20～28 m。

表1 施工期各时段不同重现期洪峰流量表m3/s

表2 坝址下游200 m处水位流量关系表

2 导流标准及围堰结构型式

2.1 原设计导流标准及围堰结构型式

龙江水电站工程属于一等工程，大坝及泄水建筑物为1级建筑物，根据《水利水电工程施工组织设计规范》的规定，工程导流建筑物为Ⅳ级建筑物，其挡水设计标准确定为大汛10年重现期洪水，相应设计流量为2 140 m3/s。

大坝上游围堰基础防渗采用高压喷射灌浆防渗，堰体防渗采用风化料心墙防渗。上游围堰顶高程824.00 m，最大堰高约39.5 m，为满足大规模机械化施工，堰顶宽度均为10 m，两侧堆石边坡为1∶1.5；风化料心墙顶宽2.0 m，两侧填筑边坡为1∶0.3；过渡反滤料顶宽2.0 m，填筑边坡为1∶0.5。

2.2 导流标准及围堰结构型式的变更

2008年2月3日，云南省发展改革委员会组织有关专家对龙江大江截流和安全度汛进行审查：将大坝围堰的挡水标准由大汛10年重现期洪水，提高到大汛20年重现期洪水，相应洪峰流量2 480 m3/s，围堰顶高程由824.00 m提高到828.60 m。

2008年1月7日至8日，云南龙江水利枢纽开发有限公司召开了围堰型式及截流方案的专题咨询会议，根据专家的咨询意见，将上游围堰堰体风化料防渗心墙型式改为土工膜心墙防渗型式。

3 围堰的变更论证

3.1 围堰设计标准的变更

根据《水利水电工程施工组织设计规范》的规定，Ⅳ级导流建筑物的设计洪水标准为20～10年洪水重现期。

根据规范的规定，在下列情况下，导流建筑物洪水标准可用上限值：①河流水文实测资料系列较短（小于20年），或工程处于暴雨中心区；②采用新型围堰结构型式；③处于关键施工阶段，失事后可能导致严重后果；④工程规模、投资和技术难度用上限值与下限值相差不大。

围堰采用的是常规的土工膜和风化料心墙土石围堰型式；围堰设计洪水标准采用上限值（大汛期20年）时，围堰高度较采用下限值（大汛期10年）增加了4.60 m，其导流工程规模和技术难度无实质性差异。

该工程的导流方式是采用一次性拦断河床、隧洞泄流的导流方式，在围堰的保护下大坝基坑全年进行施工，因此围堰的挡水标准的选择直接影响到施工期间大坝基坑过水、淹没的风险度，直接影响工程的发电工期和工程投资，围堰挡水标准由大汛10年重现期洪水，提高至20年重现期洪水，将有效地降低围堰过水、基坑淹没的风险，有利于保证大坝工程施工工期和机组发电工期，有利于减少大坝基坑过水淹没的投资损失。

同时围堰的安全性和防渗的可靠性关乎整个工程的施工工期和机组发电时间，是工程成败的关键项目，且一旦失事，其后果是极其严重的，根据溃堰洪水分析的成果，在遭遇20年一遇洪水上游围堰发生局部溃决情况下，在水库下游将淹没乡镇及较大村屯20个，中等规模村屯18个，小村屯8个，涉淹人口约2.97×104人。

综上所述，结合围堰的高度和围堰所拦挡的水库库容（约1.9×108m3），并综合考虑基坑过水、淹没的风险分析，以及淹没工期和工程投资损失等综合因素，将围堰的设计洪水标准选用上限值20年重现期洪水是合理的，有利于保证工程施工安全，有效地减少了围堰过水和失事的机率，有利于保证工程的发电工期和正常施工。

3.2 围堰堰体防渗型式的变更

围堰型式更改后，采用的土工膜和风化料心墙联合防渗型式存在以下优点：

1）土工膜施工较快，有利于汛前完成围堰的填筑，保证安全度汛。

2）土工膜和风化料心墙联合防渗有利于确保围堰堰身的防渗效果。

3）围堰基础高喷防渗由原来的摆喷改为旋喷增加了高喷墙体的厚度，保证了基础防渗的可靠性。

4）围堰基础采用高喷灌浆墙、堰体采用土工膜和风化料心墙联合防渗的方案，如果一旦基础高喷灌浆墙存在防渗缺陷或土工膜在施工过程中冲砸破损，可利用土工膜两侧的风化料对基础和堰身防渗采取补救措施将会相当便利。

3.3 围堰工程量和投资的变化

变更后的工程直接投资增加了约166×104元，与围堰过水、淹没基坑的发电工期损失和投资损失相比，增加的投资较小，但其带来的工期效益是极其显著的。

4 变更后的围堰结构型式

变更后的大坝上游围堰堰顶长153.62 m，围堰堰顶高程828.60 m，最大堰高44.10 m，围堰顶宽为8 m，两侧堆石边坡1∶1.6，堰体防渗采用土工膜心墙两侧填筑风化料，土工膜两侧风化料顶宽各为2.0 m，风化料外侧设顶宽为1.5 m的过渡料，过渡料填筑边坡为1∶0.5。大坝上游围堰基础防渗仍然采用高压喷射灌浆防渗，考虑高喷防渗墙的成墙和防渗效果，将高喷灌浆由原来的摆喷改为旋喷。

龙江水电站于2008年2月8日顺利实现大江截流，上游围堰基础高喷灌浆工程于2008年3月初完成，于2008年4月末完成堰体填筑，达到堰顶设计高程，堰体边坡块石和钢筋石笼防护在大汛前完成，保证了工程的顺利施工，工程于2010年4月，导流洞下闸蓄水，2010年6月第一台机组发电。

5 结论

在工程投资增加不大、导流工程规模和技术难度无实质性差异的条件下，为保证工程安全顺利施工，有效地减少了围堰过水和失事的机率，保证工程的发电工期和正常施工，确保下游人民生命财产的安全，适当提高导流标准，是十分必要的；保证围堰堰身和基础防渗的安全和可靠，为工程顺利实施创造条件也是十分重要的。龙江水电站枢纽工程的施工经验愿能为其它工程提供一个借鉴，愿我国的水电事业蓬勃发展。