溪洛渡水电站新增取水泵站设计调整及原因分析

曹喜华， 黎 昀， 李 舲， 詹禹楠， 方 忠

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

0 前 言

溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县境内金沙江干流上。该梯级上接白鹤滩电站尾水，下与向家坝水库相连。工程枢纽由拦河大坝、泄洪建筑物、引水发电建筑物等组成。水库正常蓄水位600 m，死水位为540 m，左右岸地下厂房共装设18台单机额定功率770 MW水轮发电机组，多年平均发电量572亿kW·h。工程以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等巨大的综合效益。

溪洛渡水电站永久水厂分为左岸490 m水厂、左岸480 m水厂、右岸490 m水厂、右岸480 m水厂，取水方式为大坝取水。左岸、右岸水厂分别处理空调用水和清洁用水(技术用水、消防用水及生活用水)，地下厂房内的清洁用水实现两岸联通。

根据《金沙江溪洛渡水电站下游河道及雾化边坡整治和永久取水及输水管道设计专题报告审查会议纪要》，为保障在意外情况下溪洛渡水电站供水，在下游永久大桥附近右岸设置两岸生产水厂备用水源取水泵站，以备两岸的主取水管路均出现故障时，仍能满足两岸的供水要求。

1 设计情况概述

1.1 泵站布置场地及地质条件

取水泵站场地位于永久大桥右岸桥头上游金沙江基岩河湾处，河湾长约200 m，宽约10～30 m，当金沙江水位380 m时，河湾面积约600 m2。拟建场地为一个缓坡河漫滩，靠岸坡侧已修建挡土墙，挡墙内侧为人工石渣堆积的平台，顶面高程约450 m，平台外侧为斜坡，坡度约45°，已进行框格梁支护。挡墙外侧至水边为基岩缓坡，坡度约3°～5°。下游桥头部位为崩坡积堆积体，规模较大，对公路以上边坡支护处理后，掉块较少，对工程影响不大。

取水泵站部位挡墙内侧为前期施工堆积的石渣(Q4ml)，一般厚20～30 m，由块碎石土组成，块碎石粒径一般5～20 cm，成分较单一，均为玄武岩，约占80%以上；土为黄褐色风化土，结构松散。挡墙外侧基岩缓坡为二叠系峨嵋山玄武岩第14层(P2β14)，岩性为致密状玄武岩，深灰、深灰绿至灰黑色，块状构造，间隐结构，弱风化，坚硬较完整，强度高。河床部位表面堆积少量冲洪积的块碎石(Q4al)，一般厚度1～3 m，由含砂(漂)块碎石层组成，块石粒径一般30～80 cm，最大达200 cm，块石成分以玄武岩、紫红色砂岩为主，少量石灰岩，结构松散。场地下游为崩坡积堆积体(Q4col+dl)，一般厚5～30 m，主要为后缘陡坡垮塌堆积形成，由块碎石土组成，块石粒径一般30～80 cm，最大达300 cm，块石成分以紫红色砂岩为主，少量玄武岩，结构松散，架空现象普遍。

经过方案比较，招标阶段泵站主体井筒布置在施工期堆渣体上，已修建挡土墙的内侧。

1.2 泵站设计

在下游永久大桥右岸附近设置两岸水厂备用水源取水泵站，泵站井筒中心点的坐标为X=2 805 035.120，Y=488 606.143，位于施工期堆渣体上，已修建挡土墙的内侧。取水量按每岸空调用水量350 m3/h，技术用水350 m3/h考虑，另考虑部分其他用水，总规模按1 600 m3/h设计，备用水源取水、输水至左、右岸490 m水厂。

取水泵站所在的堆渣体高程约435.00 m，清除堆渣至推测基岩面高程385.00 m，基岩内开挖竖井，井筒底部高程364.00 m，浇筑混凝土井筒至泵站工作平台高程406.00 m，平台高程以上永久边坡高度29 m，开挖边坡按堆渣料的稳定边坡1 ∶1.5设计，永久支护措施为钢筋混凝土框格梁型式。

根据水文专业提供的水位资料，结合下游向家坝水库的调度情况，确定取水的低限水位为370.00 m，泵站取水管采用两根DN500钢管，取水距离约61 m，取水管布置高程369.00 m。泵站位于雾化区末端，泵站操作间地面高程为406.00 m，泵选型井用潜水泵。井用潜水泵参数：Q=400 m3/h，H=210 m，N=375 kW，共四台。泵房井筒尺寸：Φ8×40 m。

取水泵站主体为现浇钢筋混凝土框筒结构，基础顶面高程为364.00 m，泵站操作间地面高程为406.00 m，屋面高程为414.00 m，建筑物总高50.0 m；从基础顶面至泵站操作间地面高程的取水井筒作为结构核心筒，井筒内径8 m，壁厚0.8 m；竖井外设置混凝土框架结构和核心筒连接。框架柱断面0.8 m×0.8 m，泵房地面高程以下在400 m、393 m高程分别设置框架梁连接框架柱及核心筒，主要框架梁断面0.4 m×0.6 m。泵房使用活荷载按10 kN/m2考虑，现浇板厚度200 mm；屋面为不上人屋面，检修荷载为0.5 kN/m2，现浇板厚度150 mm。竖井基础形式为筏板基础，筏板厚度1 m，以致密状玄武岩为持力层。竖井外混凝土框架柱基础形式为筏板基础，外轮廓尺寸14.6 m×14.6 m，底面高程385.0 m，基础为玄武岩，筏板厚度1 m。检修平台和泵站操作间采用钢筋混凝土栈桥连接，栈桥宽度6.3 m，长度约30 m，桥下部为三跨、双排的框架结构，跨距8 m，桥柱间距5.5 m，桥柱断面0.8 m×0.8 m，主要框架梁断面0.4 m×0.7 m；桥面高程为405.85 m，荷载考虑过小型货车，桥面现浇板厚度200 mm。

靠近取水井筒的桥柱下基础型式为独立基础，位于高程386.2 m，基础尺寸为3 m×3 m×0.7 m，基础为玄武岩。其余3层桥柱下布置混凝土承台，尺寸为1.4 m×1.4 m×1.0 m，承台底面高程分别为391.85 m、395.85 m、401.85 m。承台下部堆渣体内设置人工挖孔桩，传力至底部玄武岩持力层，人工挖孔桩开挖直径1.35 m，钢筋混凝土桩芯断面直径为1.0 m，混凝土护壁厚度175 mm，入岩深度1 m。取水泵站纵断面设计见图1。

图1 取水泵站纵断面设计(单位：m)

2 施工期间设计调整

施工过程中，由于防洪度汛要求、渣料堆积体、岩石条件等原因，对新增取水泵房设计方案做出了比较大的调整， 主要有：取水管角度调整、取水泵站竖井位置调整、栈桥基础型式调整。

2.1 取水管角度调整

挡墙外侧的引水管开挖过程中，发现以下问题：

(1)引水管轴线位置基岩面高程约374～375 m，取水口中心线高程369.00 m，取水管道基岩开挖量大。

(2)由于取水口外侧水下地形坡度大，施工单位修建的枯期施工围堰占用了二期引水管位置，拆除围堰再安装二期引水管，无法干地施工，水下施工难度大。

(3)取水口处于回淤区，取水口深入江中过长，容易淤堵。

业主、监理、施工、设计人员及电厂方人员进行充分交流后，达成以下意见：

(1)根据现场地形、地质及水流情况综合分析后，将取水口位置往下游方向调整，引水管轴线向下游旋转约30°；为防止进水口淤堵，初步确定采用格栅一类的工程措施拦截过滤碎石、泥沙。

(2)取消安装二期引水管，为提高引水保证率，改变原设计方案的两层取水为三层取水。修改后取水口高程分别为：369.00 m、372.00 m、375.00 m。取水管道竣工见图2。

图2 取水管道竣工

2.2 取水泵房竖井位置调整

溪洛渡大坝下游水位受向家坝水库洪水顶托，根据三峡公司提供的下游永久桥附近水文站2014年10月至2016年7月实测水位资料，下游永久桥附近实测最高水位在2015年9月为387.38 m，是历年最高值。下游新增取水泵站位于下游永久桥上游约300 m处，2018年汛期最高洪水位按387.38 m考虑。

泵站竖井位于施工期堆渣体上，堆渣体厚度约50 m。基岩内竖井深度约20 m，井筒为现浇钢筋混凝土框筒结构，堆渣体结构松散，竖井段岩性为风化卸荷较强的玄武岩夹凝灰质岩互层，施工时段长，洪水期施工不可避免。竖井外侧原有混凝土挡墙高程391.0 m，可用作泵房竖井全年施工的挡水围堰。

业主、设计、监理、施工人员根据二期开挖后的边坡支护及竖井开挖情况，竖井测量放线的外边线占压挡墙的内侧基础位置，需要拆除挡墙。参建四方现场研究，考虑施工期洪水因素，及泵站竖井往内侧偏移后岩石条件有可能改善，开挖过程中渗水量减少，确定将泵站竖井沿轴线方向往内侧偏移8 m。

设计单位根据调整后的泵站竖井位置，修改了设计图纸，栈桥长度减少8 m，桥下部变为两跨、双排的框架结构。406 m高程平台以下临时边坡变陡，最陡边坡大于1 ∶1.0。

泵站竖井开挖至高程385.0 m，设计方地质人员鉴定仍为堆积料，四方人员现场确定继续下挖，明挖至高程380.0 m，地质人员鉴定达到岩基面，混凝土回填至高程385.0 m，形成约30 m长、30 m宽的施工平台。取水泵站竖井位置调整后的纵断面见图3。

图3 取水泵站竖井位置调整后的纵断面示意(单位：m)

2.3 栈桥基础型式调整

2.3.1 最下端独立基础

由于竖井沿轴线方向往内侧偏移，栈桥长度减少8 m，高程406 m平台以下临时边坡变陡。混凝土承台高程高程386.0 m不变，混凝土承台完成后，外边线距轴线方向开挖边坡坡脚仅1 m，原设计的栈桥独立基础位置被占用，最下部边坡很陡，目测大于60°。开挖出露的岩层大概高程389.0 m，原设计的栈桥独立基础位置垂直向上与开挖坡面在389.0 m高程相交。业主组织设计、监理、施工人员研究现场地质、边坡、施工安全等情况后，确定在389.0 m高程的边坡面下挖。下挖至设计的385.0 m高程，安装Ф25、长度3 m的插筋，然后混凝土浇筑到设计高程391.85 m。混凝土浇筑基础长度方向连通原设计的两排独立基础，宽度方向连接到井筒的混凝土承台。混凝土浇筑基础顶面高程391.85 m上部的混凝土承台、混凝土柱按原设计不变。

2.3.2 395.85 m高程人工挖孔桩基础

施工单位在开挖395.85 m高程人工挖孔桩时，受扰动的边坡出现跨塌，钢筋网、混凝土喷护的坡面下松散渣料下滑，施工人员撤离。业主、设计、监理、施工人员根据现场情况，形成以下决议，并督促施工单位实施，具体操作如下：

(1)清理跨塌渣料，及边坡钢筋网、混凝土喷护面料，并开挖至完整岩基面389.47 m，回填混凝土至394.90 m高程，连通原设计的两排人工挖孔桩，形成连通的混凝土基础。混凝土基础顶面高程394.90 m上部的混凝土承台、混凝土柱按原设计不变。混凝土承台周边混凝土回填至承台顶面395.60 m高程。

(2)混凝土柱后侧，布置约10 m高的混凝土挡墙。挡墙底部高程395.50 m，顶部高程405.40 m，挡墙后侧土石回填至原检修平台位置，高程至405.40 m，并两侧扩大范围，检修平台沿轴线方向加长约8 m，扩大后为长18 m、宽10 m的大平台。

2.3.3 401.85 m高程人工挖孔桩基础

由于修建混凝土挡墙，挡墙后侧土石回填加大检修平台，相应栈桥长度减少约8 m，最后排桥柱及下部401.85 m高程人工挖孔桩基础取消。

经以上调整后的栈桥长度共减少16 m，桥下部变为单跨、双排的框架结构。栈桥长度缩短为14 m。栈桥基础调整后的取水泵站纵断面见图4。

图4 栈桥基础调整后的取水泵站纵断面示意(单位：m)

3 结 语

泵站的设计和施工受很多因素影响，设计和施工过程中，设计方案变化及必要性分析。

(1)洪水、地质条件对建筑物布置的影响。泵站主体井筒布置方案，比较过挡墙外侧和挡墙内侧两种方案，最终因泵站施工时段长、金沙江洪水期长、电站下泄流量大、全年围堰布置困难、临时工程量大等因素，选择施工期受洪水影响小的挡墙内侧布置方案。

汛期洪量大，施工水位高，需利用竖井外侧原有混凝土挡墙，作为泵站竖井全年施工的挡水围堰；考虑泵站竖井往内侧偏移后岩石条件有可能改善，开挖过程中渗水量减少，确定将泵站竖井沿轴线方向往内侧偏移8 m。

2018年汛期溪洛渡库区及坝址区域降雨量较往年偏大，洪水影响时段长，泵站处水位较往年偏高，超过泵站施工平台高程385.00 m以上的时段长，泵站位置最高水位达387.22 m。将泵站竖井沿轴线方向往内侧偏移8 m，保留竖井外侧原有混凝土挡墙，作为泵房竖井全年施工的挡水围堰，对泵站能否全年施工起到决定性的作用。

(2)堆渣体对建筑物型式的影响。设计图纸中泵站栈桥宽度6.3 m，长度约30 m，桥下部为三跨、双排的框架结构，跨距8 m，除靠近井筒的栈桥柱基础为独立基础外，其余两排为人工挖孔桩基础。因位于松散堆渣体内，395.85 m高程人工挖孔桩施工过程中发生滑坡，不能成桩，参建四方研究确定修改为连通的混凝土基础，增设混凝土挡墙，挡墙后土石回填，栈桥长度缩短8 m，取消401.85 m高程人工挖孔桩基础。

泵站栈桥基础的堆渣体属施工期堆渣，结构松散，架空现象普遍。把人工挖孔桩基础改变为连通的混凝土基础、堆渣体采用混凝土挡墙防护后，减缓了施工期的临时边坡，消除了高陡边坡的危险，保证了施工安全。

在工程施工过程中，设计人员根据现场实际情况，研究应对措施，对泵站设计方案进行必要的调整，不仅满足了工程的使用要求，而且有利于施工，保证了施工安全，可为类似工程设计及施工提供借鉴。