【摘要】浪詳水電站樞紐區天然河谷地形較寬闊，寬高比為3.9，采用漿砌石雙曲拱壩設計方案，最大壩高49.6m。因盡量利用壩頂泄洪，堰頂開口寬達80m，兩岸非溢流壩段拱效應較小，且左岸壩軸線轉折為直線，堰頂高程以上壩段按重力壩原理進行設計。該拱壩根據地形地質、泄洪布置特點，采用拱壩與重力壩的完美結合，充分利用當地材料，經濟合理。
　　【關鍵詞】水電工程，砌石雙曲拱壩，泄水建筑物，結構設計
　　
　　1工程概況
　　荔波浪詳水電站位于貴州省黔南布依族苗族自治州荔波縣撈村鄉浪詳村西北面的打狗河上，是一項以發電為主的水電工程。浪詳水電站是打狗河流域梯級規劃開發電站之一，其上游有已投入使用的小七孔水電站群和已建的大七孔水電站，下游擬建廣西干撈水電站。該電站為混合式電站，水庫正常蓄水位380m，總庫容889萬m3，裝機容量30MW，多年平均發電量1.325億kw.h，為Ⅳ等�。�1）型工程。工程樞紐建筑物由攔河大壩、壩頂溢洪道、放空兼沖沙底孔、發電引水隧洞、調壓井、壓力鋼管、廠房、升壓站、新建跨河交通橋組成。
　　攔河大壩為C15砼砌毛石拱壩，最大壩高49.6m，拱壩壩頂寬4m，壩底寬9m，厚高比為0.18，屬薄拱壩。開敞式溢洪道設置于壩的中部，放空兼沖沙底孔布置在右壩段。發電取水口為岸塔式，設于壩的右岸偏上游。發電引水系統布置在右岸，引水隧洞長1234.5m，過水斷面洞徑6m。隧洞尾部設阻抗式調壓井，調壓井直徑18.4m，阻抗口尺寸4m。調壓井出口設快速檢修門，接壓力鋼管，為單管雙機布置。發電廠房設置在壩右岸下游約1km的緩坡地段，主、副廠房平行布置，內裝兩臺2×1.5萬kw的水輪發電機組。升壓站緊靠副廠房上游布置。工程建設總工期為21個月，施工導流采用分期圍堰導流，在一期、二期基坑施工中土石方開挖及壩體砌筑強度大。該工程已于2006年5月蓄水發電。
　　2建設條件
　　2.1水文氣象
　�。�1）流域概況
　　打狗河屬珠江流域柳江水系一級支流龍江的上游河段，地理位置為東經107°32′～108°25′，北緯25°10′～25°45′。發源于三都縣廷牌鄉南面的恒豐，流經廷牌、和勇、甲站、方村等地，接納流經甲良的支流，再流經地莪、覺鞏，于駕歐成為伏流，再于王蒙出露成明流，接納東北來的樟江、西來的小七孔河后，于界排進入廣西壯族自治區境內，再于更腳進入貴州省，再于撈村上游接納南丹河等伏流后，經撈村、俞家進入廣西，再經撥貢、河池，于金城江接納大環江后匯入龍江。王蒙以上稱方村河(習慣上以樟江為主流)。省界俞家處集水面積為4184km2。打狗河（貴州省境內）主河道長139km，天然落差526m，平均比降3.78‰。
　�。�2）氣象
　　該區屬于亞熱帶季風濕潤氣候區，具有冬暖夏熱、雨量充沛、無霜期長、積溫高的特點。多年平均氣溫18.3℃，最冷月（一月）平均氣溫8.5℃，最熱月（七月）平均氣溫26.4℃，極端最高氣溫39.2℃（1984年8月3日），極端最低氣溫-6.7℃（1963年1月15日）。全年盛行東北風，年平均風速為1.3m/s，7月份主要為SW風，其余月份以NE風為主，多年平均最大風速9.8m/s，實測最大風速15m/s（1973年）。多年平均水面蒸發量為1340mm。
　　2.2壩址工程地質
　　壩址河谷為斜向谷，巖層產狀320-340º∠20-25º，傾上游偏左岸,壩線附近正常蓄水位時寬高比為3.9，壩線長108.2，水深2.5m。壩基及兩肩均為C1d2-2灰黑色灰巖夾泥質灰巖。河床覆蓋層深4～5m，兩岸強風化下限6-10m,距上游危巖體100m。巖溶發育弱，地下水位埋深大，巖體透水性小。巖體為硬質巖，巖體較完整，局部完整性差，強度較高，質量屬AⅢ1類。
　　壩址附近主要裂隙有四組，均為陡傾角裂隙，緩傾角裂面僅發育于左岸，其中左岸發育NE與ＮＷ向裂隙較為發育，SN向次之，NEE向裂隙不發育；右岸NEE向裂隙最為發育，NE、NW向裂隙次之，SN向裂隙不發育。根據室內巖石試驗結果，類比其他工程經驗，建議物理力學參數見下表：
　　表2壩址巖石（體）物理力學參數表

　　該區地震動峰值加速度小于0.05g（相應地震基本烈度小于Ⅵ度），地震動反應普特征周期為0.35s，屬中硬場地區，區域構造穩定性好。
　　3樞紐布置
　　該工程水庫主要樞紐建筑物由攔河大壩、壩頂溢洪道、沖沙兼放空底孔、發電取水口等組成。
　　攔河大壩為C15混凝土砌60MPa毛石雙曲拱壩，壩頂高程391.6m，壩基高程342m，最大壩高49.6m，壩軸線長149.672m。壩頂寬4m，壩底厚9m，厚高比0.18，屬薄拱壩。開敞式溢洪道設置于壩的中部，溢流壩段長80m，堰面體形為實用堰，左右非溢流壩長67.874m。壩頂設有欄桿，壩后坡高程367m設有交通橋。發電取水口設于壩的右岸偏上游，采用塔式取水口，距壩的最小距離31m，進口底板高程368.2m，依次設漂浮式攔渣排、活動攔污柵、平板工作閘門。兩壩肩設有城門洞型的帷幕灌漿平洞，左岸灌漿平洞尺寸為2.5m×3.5m，右岸上壩交通隧洞兼作灌漿平洞，尺寸為4.0m×4.5m。本工程有庫容小洪峰流量較大的特點，設計上不僅設置了渲泄洪水的表孔，且設置的沖沙兼放空底孔也有參與泄洪的作用，底孔布置在右壩段壩0+030.144處，進口底板高程364m出，口采用挑流消能，鼻坎高程364.08m。
　　大壩樞紐平面布置見下圖：
　　
　　4大壩結構設計
　　4.1結構布置
　　大壩壩型為C15混凝土砌毛石拱壩，拱冠梁上游面曲線采用二次拋物線，平面拱圈形式為等厚的圓弧線。壩基面高程342.0m，最大壩高49.6m，正常水位時河谷寬高比3.9m，壩頂軸線總長149.672m，經優化設計，在左岸樁號壩0+140.215處，壩軸線轉折直線布置，以控制壩頂左半中心角。由應力穩定條件控制擬定壩體斷面：拱壩壩頂寬4m，壩底寬9m，最大壩高49.6m，厚高比為0.18，拱冠梁最大倒懸度控制在0.2以內，屬薄拱壩。最大外半徑76.68m，最大內半徑71.68m，最大中心角101.9610。兩岸非溢流壩380m高程以上壩頂寬4m,底寬6.68，上游坡度m1=0，下游坡度m2=0.231。
　　壩體內部采用C15砼砌毛石，迎水面依次為一級配砼砌C15砼預制塊厚300，C20砼防滲心墻平均厚度1.35m，下游面用一級配砼砌C15砼預制塊厚300。壩體底部設C15砼墊層，設計厚度為1.0m。防滲心墻厚度從頂到底部為0.3m～1.272m，底部厚度為最大水頭的1/38。防滲砼抗滲等級為W6，抗凍等級為F50。拱冠梁剖面見下圖所示：
　　
　　拱壩施工幾何特性見表3：
　　表3拱壩幾何特性表

　　4.2拱壩應力分析
　　該拱壩應力采用水利水電科學研究院結構所編制的拱壩多拱梁混合法應力分析程序——《拱壩體形優化程序ADASO》軟件計算。該程序采用多拱多梁徑向、切向、水平扭轉、垂直扭轉四向全面調整進行拱壩應力計算。
　　1）應力計算參數
　　a壩體C15混凝土砌60MPa毛石：容重2.3t/m3，彈性模量為9Gpa；線膨脹系數為7×10-6；泊松比為0.22。
　　b壩基按石炭系大塘組地層巖性較差巖石的參數：容重2.75t/m3，彈性模量為12GPa；線膨脹系數為6.8×10-6；泊松比為0.27。
　　c溫度荷載計算按砌石壩設計規范的有關公式計算。砌石體導溫系數為3m2/月；氣溫年變幅為10.950C；日照影響為20C；穩定計算初始相位為6.5月；封拱溫度為150C。
　　2)ADASO程序計算成果
　　根據ADASO程序計算成果分析，基本組合時，最大主壓應力為246.16×104Pa，小于壩身控制壓應力331×104Pa；中央懸臂梁底的最小主拉應力為-75.88×104Pa，小于中央懸臂梁底的控制拉應力-110×104Pa；其他部位的最小主拉應力為-37.08×104Pa，小于壩體其他部位的控制拉應力-100×104Pa，均滿足壩體應力控制要求。拱端最大壓應力為213.28×104Pa，小于壩基容許承載力300×104Pa。
　　特殊組合時，最大主壓應力為263.45×104Pa，小于壩身控制壓應力386×104Pa；中央懸臂梁底的最小主拉應力為-89.02×104Pa，小于中央懸臂梁底的控制拉應力-110×104Pa；其他部位的最小主拉應力為-44.90×104Pa，小于壩體其他部位的控制拉應力-100×104Pa，均滿足壩體應力控制要求。拱端最大壓應力為230.77×104Pa，小于壩基容許承載力300×104Pa。
　　從而，拱壩應力計算指標均滿足規范要求，擬定的拱壩剖面合理。
　　4.3拱壩壩肩穩定分析
　　該工程拱壩中心線方位角為269.932°，拱肩的最大半中心角52.817°。左壩肩以陡傾結構面N60°W/SW∠70～85°為側向滑裂面，以緩傾結構面N85°E/SE∠20～30°傾下游為底滑面，以SN／E∠70～85°節理面為上游拉脫面；右壩肩以陡傾結構面N75°E/NW∠65～85°為側向滑裂面，以巖層層面N40°W/∠20～30°傾上游偏左岸為底滑面，考慮了底滑巖層傾向河床的不利情況，其傾角為20～250,以SN／E∠70～85°面為上游拉脫面。抗滑巖體均扣除了表層強風化（平均扣除厚0.5m）及松散崩塌體，以原生基巖作為抗滑體。
　　本次計算系按平面分層進行，計算中左、右岸抗滑巖體分別采用綜合參數，其中陡傾結構面裂隙連通率為40％。大壩基本組合工況的分層穩定最小安全系數為4.08；特殊組合工況的分層穩定最小安全系數為3.91，均滿足要求。
　　4.4堰頂以上非溢流壩應力及穩定分析
　　本工程大壩堰頂開口較大，寬達80m，考慮兩岸非溢流壩段拱效應較小，且左岸壩軸線轉折后樁號壩0+140.215～壩0+149.672段為直線型重力壩體，故左、右岸380m高程以上非溢流壩段按重力壩原理進行復核計算，壩頂寬4m，上游坡度m1=0，下游坡度m2=0.231。壩體上游設有C20混凝土防滲心墻。整體穩定采用抗剪斷公式計算，應力采用材料力學方法計算，分別計算堰頂以上和岸坡壩段的整體穩定及應力。
　　4.5基礎及防滲處理
　　大壩建基面開挖至弱風化巖體中上部的基巖，遇裂隙密集帶或卸荷裂隙適當嵌深。壩基平均開挖深度為12m，兩岸壩肩平均開挖深度為9m。壩基范圍內未發現有大型巖溶洞穴，對一些巖溶裂隙、泥化夾層等，結合清基開挖，沖洗后回填砼及加強固結灌漿處理。
　　整過壩基進行了固結灌漿處理，重點選在河床壩基的節理密集帶。固結灌漿孔深入基巖5m，呈梅花型布置，孔排距均為3m。在壩肩坡度大于500的陡壁面及上游壩基接觸面進行接觸灌漿，接觸灌漿孔結合固結灌漿孔布置。
　　壩址為補給型河谷類型，壩基及兩岸巖體在一定的深度下屬溶孔、溶隙型弱含水、弱透水巖體，壩基及兩壩肩灰巖在一定深度范圍內，仍存在滲漏問題，必須進行帷幕灌漿處理。根據大壩壩高，結合地質情況，防滲帷幕以呂榮值q≤3Lu控制下限。壩基的帷幕灌漿下限為壩基以下25m；兩壩肩防滲長度自兩壩肩向山體內各延伸30m。
　　5泄水建筑物
　　5.1溢洪道
　　溢洪道布置在拱壩的中部，為無閘控制的開敞式溢洪道，樁號為壩0+037.375～壩0+119.173，溢流段前沿凈寬80m，堰頂高程380m。
　　堰面體形為實用堰，堰面曲線采用WES冪曲線Y=0.084X1.85。溢流面為C20鋼筋混凝土，最薄處砼厚度1.5m，溢流壩段平均分了4條橫縫，縫間設置止水銅片。左、右各設置了厚1.5m的C15鋼筋混凝土邊墩。下游消能采用跌流消能，挑流鼻坎高程377.20m，反弧半徑5m，反弧段的角度32.005o，挑角為10o。
　　該水庫最大泄流量為6160m3/s，根據消能計算，最大沖坑深4.16m，沖坑位于壩基下游約30m，沖坑形成于350m高程左右。左岸泄水時對岸坡腳有一定的沖刷，因巖層為逆向坡，局部的沖刷都岸坡的整體穩定影響不大；右岸水流靠近河床，水流集中河床沖刷，對岸坡影響不大。
　　5.2放空兼沖沙底孔
　　放空兼沖沙底孔設置于右壩段壩0+031.369處。進口底板高程為364.00m，低于淤沙高程3.7m。進口為喇叭型，孔口尺寸為4.1m×3.3m，孔身為2.5m×2.5m的矩形斷面，通過漸變壓坡段后出口孔口尺寸為2.0m×2.5m。出口采用挑流消能，挑流鼻坎高程364.17m，反弧半徑R=5m，挑射角15°，底孔總長20.12m。
　　底孔設計工況為死水位的情況下運行，孔口出口流速為14.12m/s，考慮高流速含沙水流，底孔孔身設計為C35鋼纖維混凝土，出口為C35鋼纖維混凝土邊墻。豐水季節因來水量較大，大于底孔泄流量，建議在豐水期前后放空水庫。
　　6大壩觀測設計
　　大壩變形觀測包括壩頂水平、垂直位移、壩體撓度及壩肩裂縫等觀測項目。水平位移觀測采用前方交會法進行，布置5個綜合位標點。垂直位移觀測采用精密水準法進行。撓度觀測采用正倒垂線結合進行，在河床典型斷面布置正、倒垂線一條，正倒垂線結合布置。兩拱端布置單向裂縫計2套，對壩肩位置的混凝土與基巖接觸面的縫隙進行觀測。壩身共布置裂縫計8套。壩基滲透壓力監測采用埋設滲壓計的方法進行，共布置5支滲壓計。根據壩體材料特點在拱冠共布置11支溫度計，以監測壩體表面及內部溫度的變化情況。
　　7結語
　　浪詳水電站樞紐區天然河谷地形較寬闊，寬高比為3.9，采用漿砌石雙曲拱壩設計方案，最大壩高49.6m，壩軸線長149.672m。因盡量利用壩頂泄洪，堰頂開口寬達80m，兩岸非溢流壩段拱效應較小，且左岸壩軸線轉折為直線，堰頂高程以上壩段按重力壩原理進行設計。該拱壩根據地形地質、泄洪布置特點，采用拱壩與重力壩的完美結合，充分利用當地材料，技術經濟合理。通過對浪詳水電站工程拱壩樞紐設計的優化，對漿砌石拱壩的設計提出了新的理念，對寬河谷全斷面泄洪的拱壩樞紐布置進行了軸線折線布置及拱上重力壩的嘗試，對中小電站開發建設的投資控制提供了寶貴的經驗，以供廣大同行參考。