光明水电站二期工程枢纽工程方案比选及工程设计

科技风2021年5月水利电力
DOI：10.19392/ki.1671-7341.202115086光明水电站二期工程枢纽工程方案比选及工程设计
崔永建
吉林省水利水电勘测设计研究院吉林长春130021
摘要：本文首先论述了安图县光明水电站二期工程的五道白河挡水坝段坝型比选和消能方式的方案比选，确定了比选方案，详细介绍了结构布置和结构设计。

关键词：管线；输水;线路
1工程概况
五道白河挡水建筑物包括浆砌石挡水坝段、浆砌石溢流坝段、冲砂闸段组成。

五道白河挡水建筑物从左向右依次为桩号坝0+000m~坝0+011.9m左岸浆砌石挡水坝段，长度为11.9m；坝0+011.9m~坝0+018.9m为冲砂闸坝段，宽度为7.0m；坝0+018.9m~坝0+068.9m为溢流坝段，长度为50.0m；坝0+068.9m~坝0+083.9m为右岸浆砌石挡水坝段,长度为15m;坝顶总长度为83.9m#坝0+083.9m~坝0+ 164.9m为右岸砼截渗墙段,长度为81m#
2五道白河挡水坝(1[]
2.1坝型选择
根据地形、地质条件分析,本坝址适合修建的坝型有土石坝、面板堆石坝及浆砌石重力坝#以上三种坝形的优缺点如下：
(1)土石坝方案:土石坝方案采用黏土心墙坝，从当地条件看，由于库区缺乏黏土及过渡层料，致使土料运距远，造价增加;从结构上看，土石坝坝坡较缓，坝体工程量较大;从地质条件看，没有适宜位置布置溢洪道，使溢洪道工程量会比浆砌石溢流坝大#从施工角度看，黏土心墙施工受降雨、低气温等气候因素影响大，施工质量不易控制，另外河道狭窄(河道宽度约50m)，土石坝施工工序复杂,施工干扰大#
(2)面板堆石坝方案:从建筑材料看，面板堆石坝堆石体和浆砌石重力坝坝体均可采用引水洞开挖料，节省造价，但砼面板量较浆砌石重力坝大;与土石坝方案一样布置溢洪道的工程量会比浆砌石溢流坝大;从结构上看,面板对基础沉降很敏感，而本工程基础为块石且有架空，所以基础处理造价会加大，另外该地区严寒冰冻对面板的影响也很大#面板的底座趾板需座于岩基上,趾板上下游的填料要求很高,施工工序复杂#
(3)从坝长、坝高看，河道狭窄，五道白河坝长仅83.9m,最大坝高18.4m；四道白河坝长仅130.2m,最大坝高5.0m#从上面的论述看，无论采用何种坝型，工程造价相差不会很大，且浆砌石重力坝结构及施工技术简单，质量容易保证，运行管理也比较方便#综上所述,设计选定采用浆砌石重力坝方案#
2&2结构布置
五道白河挡水坝段总长为26.9m,其中左岸11.9m，右岸15m，坝顶高程为1033.20m,最大坝高为18.4m，坝顶宽度为5.0m，左岸浆砌石挡水坝段有交通要求，坝顶路面为素砼路面，素砼厚度为0.15m#挡水坝上游折坡点高程为1028.70m,上游坝坡为1:0.20,表面为钢筋砼防渗面板，厚度为0.8m，下游坝坡为1:0.8,折坡点高程为1031.20m#坝体内每隔3.0m设置一竖向排水管,上端通至坝顶，下端通至水平向排水管，由水平排水管将坝体渗水引至两侧坝肩，利用自流排至下游#坝体沿坝轴线方向每隔15m分一横缝，缝内用沥青油毛毡填充，并设止水#
2.3基础及坝肩处理
坝基坐落级配良好的砾上,但为解决渗漏问题上游防渗面板嵌入气孔状玄武岩以下1.0m,由于气孔状玄武岩透水率q=12~221e,属中等透水岩体，且透水岩层很厚，设计采用悬挂式帷幕灌浆，灌浆深度按0.7倍水头控制#
为解决左坝肩渗漏问题，帷幕灌浆线伸至正常蓄水位1030m与地下水位相交处,即利用灌浆平洞向左坝肩山体深入55.65m进行帷幕灌浆#
为解决右坝肩渗漏问题，设计采用砼截渗墙方案，深入右侧山体81m,砼截渗墙厚50cm#
2.4五道白河相关计算成果
表1五道白河坝坝顶高程计算成果表
计算工况校核洪水位设计洪水位正常蓄水位单位m m m
水位1032.611032.111030.00风速(m/s)1116.526.4 2h]0.170.270.49
h e0.300.300.40
h00.040.060.13坝顶安全超髙0.510.63 1.02
坝顶髙程1033.121032.741031.02
表2五道白河挡水坝坝体抗滑稳定计算结果表计算部位
安全
系数
校核洪水位设计洪水位正常蓄水位
计算值允许值计算值允许值计算值允许值挡水坝
(坝0+011.9)
K 1.9 1.0 2.0 1.05 2.8 1.05
b 4.5 2.5 3.2 3.0 3.02 3.0
197
卞'水利电力
科技风2021年5月表3五道白河挡水坝坝基应力计算结果表
计算部位运行情况上游边缘正应力下游边缘正应力单位(Dm2)(Dm2)
允许值计算值允许值计算值
挡水坝(坝0+011.9)校核洪水位>03(3525.4设计洪水位>0 3.8(3524.6正常蓄水位>07.1(3521.3施工完建期(3529.7>010.3
3五道白河溢流坝
光明水电站二期工程为径流式水电站，水库无调节能力，下游无防洪要求,另外从五道白河河床、两岸多分布崩积块石,从地质描述看粒径在20-60cm范围,抗冲刷能力强，同时洪峰流量小，以及运行管理方面考虑溢流坝设计为开敞式溢洪道。

溢流坝前缘宽度根据坝址处实际地形条件确定为50m#可行性研究阶段采用的溢流坝形式为常规式溢流坝，下游采用底流式消能方式，具体结构布置如下:溢流坝长度为50.0m，结构型式为WES型实用堰，溢流坝堰顶高程为1030.00叫上游面坡度为1:0.20,溢流堰堰面曲线方程为y=0.242x1c5，直线段坡度为1:0.70,反弧段反弧半径为5.0m,溢流坝堰面采用钢筋砼结构，厚度为0.5m#下游消能方式采用底流式消能，消力池深度为1.40m,底板厚1.0m,长度经计算为24.63m，消力池后接40.0m海漫段，海漫段结构由30cm厚干砌石，下铺10cm卵砾石及无纺布组成#为优化设计,节省工程投资，本次设计考虑采用新型的台阶式溢流坝，目前国内外建成和在建的台阶式溢流坝已达数十座，台阶式溢流坝以其显著的消能效果越来越受到工程技术人员的关注，由于台阶式溢流坝其下游坝面台阶的存在,使下泄水流在台阶之间形成绕水平轴旋滚，并于坝面主流发生强烈的掺混作用，使水流紊动加剧，掺气增强,消散大部分能量,使下游消能设施简化，节省工程投资#
台阶式溢流坝特别适用于低坝、单宽泄流量较小的工程，五道白河大坝工程恰好具备这些特点，通过模型实验确定了台阶式溢流坝的尺寸及其消能特性#
具体结构布置如下:溢流坝长度为50.0叫溢流面依然是标准的WES剖面，曲线方程为y=0.242x k85，自曲线段与直线段切点处，直线段由连续的直角台阶所代替，从模型实验结论看台阶高度为1.0m，台阶宽度0.8m，消能效果好，见表4,另外从模型实验看台阶上的应力也不大,故台阶采用钢筋砼结构,厚度为0.5m#由于下泄水流在台阶上消散了大部分能量，经计算不需要设置消力池，但由于坝后一定范围水流速度依然很大，为避免冲刷河床及两岸,通过水力计算设置20m长钢筋砼护坦，厚度0.5m,以及20m长干砌石海漫段,厚度为0&3m#
表4台阶式溢流坝消能率实验成果表
台阶髙lm宽0.8m溢流坝台阶髙0.5m宽0.4m溢流坝泄量m3/s448.53327.47283.05188.99448.53283.05
消能率*（%）53.357.356.457.738.757.7对两种型式溢流坝的投资比较,见下表5:
表5常规溢流坝与台阶式溢流坝工程投资比较表
编号项目单位
方案
常规溢流坝台阶式溢流坝
工程量投资（万元）工程量投资（万元）土方开挖m36850070.624500046.39
2坝体浆砌石m
3550085.66500077.88 3防渗面板及溢流面砼m
3120034.2699627.11 4消力池（护坦）砼m3141742.6475017.22 5钢筋T183102.1012268.07
6海漫段干砌石m311789.62450 3.67
7投资万元344.90240.34
8投资差万元104.56
通过采取新的结构方式，能节省直接工程投资104.56万元，因此选定台阶式溢流坝方案#
4五道白河冲砂闸
五道白河流域内森林茂密,植被良好，河水常年清澈见底,泥沙含量较少,根据坝址下游的松江站泥沙观测资料测算，五道白河坝址处多年平均输沙量1.023m104D年#输沙量虽然少，但由于五道白河库容很少，正常库容为4.88x 104m3，经测算6年左右水库将被泥沙淤满，因此必须设置冲砂闸,以保证引水发电隧洞进水口“门前清”,以免淤堵进水口或损害发电机械设备#
冲砂闸坝位于桩号坝0+011.9m-坝0+018.9叫宽度为7.0m，冲砂闸由引渠段、闸室段、消力池段、海漫段组成#引渠段自五道白河进水闸至闸前，采用浆砌石护底，厚度为500mm#冲砂闸闸孔型式为孔流式，依靠闸门和胸墙共同挡水，为满足引水发电洞进水口对冲砂的要求，经计算冲砂闸孔口尺寸为4.0m（宽）X3.0m（高），进口闸室段设有检修闸门一道4.0m（宽）X3.0m（高），事故检修闸门一道4.0m（宽）X3.0m（高），冲砂闸底板高程为1022.50m#冲砂闸检修平台高程为1033.20m，启闭平台高程为1038.80m#消力池深度为1.55m，长度为23.00m，消力池后接15.088m海漫段，海漫段结构由30cm厚干砌石，下铺10cm厚卵砾石及无纺布组成#
5结论
五道白河重力坝段,因浆砌石重力坝结构及施工技术简单，质量容易保证,运行管理也比较方便，设计选定采用浆砌石重力坝方案#
溢流坝段通过采取新的结构方式,能节省直接工程投资104.56万元，因此选定台阶式溢流坝方案#
参考文献：
[1]《浆砌石坝设计规范》（SL25-2006）.
[2]《溢洪道设计规范》'SL253-2018）.
作者简介:崔永建（1984—（，男，汉族，山东东营人，硕士研究生，高级工程师，主要从事水利工程设计与建设工作。

198。