甘孜州磨子沟磨子水电站工程枢纽结构设计_仇长波.pdf

2023.No.3四 川 水 利甘孜州磨子沟磨子水电站工程枢纽结构设计仇长波(四川省内江水利电力勘察设计院有限公司，四川 内江，641000)【摘要】磨子水电站由首部枢纽、引水系统、电站厂区三部分组成。首部枢纽由左岸非溢流坝段、冲砂泄洪闸、右岸侧向进水口等建筑物组成，坝轴线长 60.5m，坝顶高程 2908.50m，最大坝高 21.5m。文章对磨子水电站枢纽布置、基础防渗等结构设计进行了详细论述，以期为同类工程提供参考借鉴。【关键词】磨子水电站结构设计基础防渗枢纽布置中图分类号:TV61;TV73文献标志码:B文章编号:20951809(2023)030071041工程概况磨子水电站位于四川省甘孜藏族自治州丹巴县境内，是丹巴县磨子沟三级开发方案中自上而下的第三级，由首部枢纽、引水系统、电站厂区三部分组成。首部枢纽位于磨子沟与四支沟汇口下游 70m，控制集雨面积 665km2，多年平均流量14.0m3/s，正常蓄水位 2907.00m，相应库容 8.21万 m3，最 大 坝 高 21.5m，发 电 设 计 引 用 流 量20.8m3/s，额定水头 396.0m，电站装机 235MW。首部枢纽由左岸非溢流坝段、冲砂泄洪闸、右岸侧向进水口等建筑物组成，坝轴线长 60.5m，坝顶高程 2908.50m，最大坝高 21.5m。2首部枢纽布置2.12.1坝址地形地质条件坝址地形地质条件坝址河段河道相对顺直，近似北流向南，水面宽约 10m24m，河谷宽约 45m。坝址左岸基岩裸露，地形坡度为 50 70，属峻坡悬坡地貌;河床及漫滩覆盖第四系冲洪积漂卵砾石，局部覆盖第四系冰川堆积泥砾、岩块混杂物;右岸坡脚覆盖第四系崩坡积块碎石土，地形坡度为 2645，属斜坡峻坡地貌;上部基岩裸露，地形坡度 40 60，属峻坡地貌1。闸坝轴线位于磨子沟与四支沟汇口下游70m，方向 NW47。左岸段基岩裸露。主河床、漫滩、右岸坡脚段覆盖层主要由冲洪积漂卵砾石、岩块混杂物及崩坡积块碎石土组成，根据现场施工实际情况，防渗墙 5 号槽段(河床中心)先导孔揭示的覆盖层厚度达 52m;在上游方向，左漫滩为冰川堆积物，厚度约 24.46m，并且在河床底部及右坡崩坡积物下有分布，厚度较薄。覆盖层下为基岩。右岸地表为第四系堆积物，靠近岸坡后地表基岩裸露。覆盖层厚度约 3m7m，其下为冲洪积漂卵砾石，最大厚度约 17m。坝轴线基岩弱风化层厚 24m35m，弱风化岩体透水率一般在 10Lu50Lu，岩体在进入微风化带后透水率小于 5Lu1。2.22.2首部枢纽平面布置首部枢纽平面布置首部枢纽由左岸非溢流坝段、冲砂泄洪闸、右岸侧向进水口等建筑物组成。(1)左岸非溢流坝段:该段为混凝土重力坝，坝前设水平铺盖和垂直防渗墙联合防渗。(2)冲砂泄洪闸:位于重力坝右侧，采用 3 孔5.0m4.5m 潜孔式弧形闸门。闸室上游设水平铺盖和垂直防渗墙联合防渗。闸室下游采用急流衔接，设消能护坦和海漫，海漫末端设防冲齿墙。(3)右岸连接坝段:与电站进水口的左边墙共用，采用混凝土重力式挡土墙结构。17仇长波:甘孜州磨子沟磨子水电站工程枢纽结构设计2023.No.3图 1枢纽平面布置3枢纽建筑物结构设计3.13.1挡水建筑物挡水建筑物(1)左岸非溢流坝段长 11m，为 C20 混凝土重力坝，基础置于中密砂卵石层或基岩上，最大坝高 21.5m。上游设 1.5m 厚 C25 钢筋混凝土水平铺盖，铺盖后端设 0.8m 厚 C25 混凝土板槽式垂直防渗墙，伸入基岩 1.0m。(2)右岸连接段:与电站进水口的左边墙共用，采用混凝土重力式挡墙，墙顶宽 1.5m，面坡垂直，背坡为 1 0.4，采用 C25 钢筋混凝土。墙后采用洞挖料回填。挡墙基础置于中密砂卵石层或基岩上，最大墙高 16.5m。3.23.2泄水建筑物泄水建筑物泄水建筑物由泄洪闸、冲砂闸组成，闸顶高程2908.50m，最大闸坝高 21.5m。由左至右分别布置 2 孔泄洪闸和 1 孔冲砂闸，闸室长 27m，基础置于中密砂卵石层上，均采用 5m4.5m 潜孔式弧形闸门。边墩为混凝土衡重式挡墙，顶宽 2.0m，上部坡度为 1 0.45，下部为倒坡 1 0.2;中墩厚 3.0m，闸墩均采用 C25 钢筋混凝土。闸底板厚 4.0m，采用 C25 钢筋混凝土，面层为 0.5m 厚 C45 抗冲耐磨混凝土。闸室上游设 C25 钢筋混凝土水平铺盖，厚 1.5m，长20m。铺盖后端设 C25 混凝土板槽式垂直防渗墙，墙厚 0.8m，伸入基岩 1.0m。闸室下游设 40m长消能护坦，坡度 1 10，底板厚 2.0m，采用 C25钢筋混凝土，面层为 0.5m 厚 C45 抗冲耐磨混凝土。护坦后接 30m 长海漫，坡度 1 10，底板厚1.5m，采用 C25 钢筋混凝土，末端设 C25 钢筋混凝土防冲齿墙。3.33.3进水口进水口电站进水口布置于冲砂闸右侧，与坝轴线成60 斜 交。由 喇 叭 口 段 和 闸 室 段 组 成，总 长24.50m。在 喇 叭 口 前 端 设 粗 拦 污 栅，总 宽12.0m。在闸室前缘设细拦污栅。闸室置于基岩上，孔口尺寸 2.8m3.8m(宽高)，内设潜孔式平板钢闸门 1 扇。3.43.4基础处理基础处理拦河闸坝下为深厚覆盖层，据施工现场情况，河床覆盖层最大厚度为 52m，覆盖层类型有冲洪积漂卵砾石、冰川混杂堆积物、崩坡积块碎石土等。基本资料及计算参数详见表 1。表 1渗流计算参数岩性地质建议渗透系数值(cm/s)渗透系数计算取值(cm/s)渗透坡降(允许值)漂卵砾石1.977.141024.561020.100.12块(漂)碎(卵)砾石7.281027.281020.15块碎石土1.121011.121010.08基岩5105防渗墙1107根据工程地质情况，初步考虑采用水平与垂直联合防渗方案:水平铺盖+垂直防渗墙+闸室+护坦的防渗、排水布置。选择防渗墙基础伸入基岩和悬挂式(2854.50m 高程)两种方案进行综合比较。计算方法:采用河海大学工程力学研究所有限元法计算程序 AutoBANK5.5 对上述方案进行计算，计算稳定渗流工况(控制工况)，即上游为正常蓄水位 2907.00m，下游水位 2887.77m。272023.No.3四 川 水 利将冲砂泄洪闸和重力坝的纵剖面作为控制断面，进行渗流稳定计算2，计算结果见表 2。表 2垂直渗流计算成果方案代表剖面出口比降闸(坝)下平均坡降防渗墙底比降总渗流量(计入坝线总长)Q(m3/s)枯期平均流量 q(m3/s)Q/q(%)悬挂式(2854.50m高程)冲砂泄洪闸0.12280.06230.690.02384.410.608伸入基岩冲砂泄洪闸0.00080.00026.740.00024.410.011重力坝段0.00090.00036.750.00034.410.011根据上表计算成果:两种方案，其各层渗透坡降平均值及逸出渗透坡降均小于允许渗透坡降3，计算总渗流量小于枯水期多年平均来水量的 1%，均能满足防渗设计要求。但由于河床段覆盖层最大厚度达到 52m，施工难度较大，施工质量不易保证，综合比较，采用悬挂式和伸入基岩相结合的方案，即闸坝基础基覆分界高程低于2854.50m 的(主要为冲砂泄洪闸段)，防渗墙底高 程 采 用 2854.50m;基 覆 分 界 高 程 高 于2854.50m 的，防渗墙底嵌入基岩 1.0m。计算简图见图 2、图 3。为减少基岩绕坝渗流量，采用坝肩帷幕灌浆，左岸帷幕灌浆起始段轴线沿坝轴线布置，中间段垂直坝轴线布置与上游防渗墙左端点相连接，其后沿防渗墙轴线布置，右岸帷幕灌浆轴线沿防渗墙轴线和进水口右边墙布置，单排布置，孔距2.0m，孔深按进入相对不透水层(q5Lu)3.0m与 0.7 倍挡水水头高程 2876.00m 交线控制。图 2泄洪冲砂闸段基础渗流水头等值线示意图 3泄洪冲砂闸段基础渗流水力比降示意37仇长波:甘孜州磨子沟磨子水电站工程枢纽结构设计2023.No.34结语本文对磨子水电站首部枢纽总体布置，闸坝、非溢流坝、进水口和闸室基础处理设计进行了详细的介绍。在本工程设计过程中，借鉴了国内类似工程设计的经验;结合工程地形地质条件，在闸坝、非溢流坝、进水口及基础处理等方面进行了优化设计。截至目前，磨子水电站已投产发电，工程运行良好。参 考 文 献 1 汪少军，李胜东，仇长波，等四川省甘孜州磨子沟磨子水电站工程可行性研究报告 内江:四川省内江水利电力建筑勘察设计研究院，2014 2 谢乾坤拉拉山水电站闸基深厚覆盖层的防渗措施研究 J 科技创新与应用，2022，12(20):118121 3国家能源局水闸设计规范:NB/T 350232014 S 北京:中国电力出版社，2014:20，7071作者简介:仇长波(1986.08)，男，天津蓟州人，工程师，大学本科，学士学位，主要从事水利水电工程结构设计工作。Email:454717167 (上接第 33 页)(4)增加靠山侧面板厚度，抵御水土压力。(5)局部调线避开填方区域，或考虑将渠道结构变更为带撑杆矩形配筋明渠。(6)开阔洼地处的渠道，建议在面板外侧设置纵横砂砾排水带，底板之下设置纵向排水带与面板侧排水带相连通，将结构附近地下水引入附近排水系统3，同时在底板和侧面板上设置逆止阀。3软岩较软岩互层渠道破坏模式及处理措施川中红层区的软岩较软岩互层分布较广，软岩主要为粉砂质泥岩，较软岩主要为砂岩。软岩抗风化能力低，常风化剥蚀成凹腔，较软岩抗风化能力强于软岩，二者互层形成陡缓交替的陡斜坡地貌。临空处较软岩发育有较多卸荷裂隙，与岩层层面一起相互切割形成不稳定危岩体。渠道上方的危岩体常由于地形所限或树木遮挡而没有得到彻底清除，渠道施工及运行时上方危岩体受外界扰动、裂隙充水、附近隧洞钻爆开挖震动等原因产生倾倒、滑塌坠落危及下方渠道安全。3.13.1渠道破坏模式渠道破坏模式软岩较软岩互层处渠道破坏模式较单一，主要为上方危岩体坠落砸坏渠道的撑杆、面板。带伤渠道在运行过程中逐渐漏水，引起岩土体变形失稳。3.23.2建议处理措施建议处理措施(1)对裂隙发育、危岩体分布广的地段调线避让。(2)渠道施工前对上方的不稳定体进行清除，锚定。(3)渠道改成暗渠，并在表面覆盖土石方褥垫。4结语本文针对渠道破坏原因进行了初步分析，提出了建议防治措施，可为川中丘陵区的渠道勘察设计提供参考。布置于不同地质条件区域的渠道其破坏原因也不尽相同，但上述破坏现象在建设中普遍存在，也是最为主要的破坏现象。渠道稳定性问题的核心是边坡岩土体问题，在前期勘察作业中应查明相关不利工程地质条件并作出评价，及时反馈设计，选择合适轴线，能减少建设过程中产生的处理费用。参 考 文 献 1 中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局灌溉与排水工程设计标准:GB 502882018 S 北京:中国计划出版社，2018:27 2 张 浩，邹诗绮，潘正泉毗河供水一期工程明渠衬砌面板开裂成因研究 J 中国水运，2019，19(9):177178 3 贾晓伟水利工程渠道滑坡的成因及防治措施 J 中国新技术新产品，2010(03):110作者简介:廖 建(1987.01)，男，四川仁寿人，工程师，硕士研究生，从事地质工程技术服务。Email:303409182 47