老渡口水电站面板堆石坝设计特点

老渡口水电站面板堆石坝设计特点
吴学斌;庄家耿;郑先姣;梁谦
【摘要】介绍了老渡口水电站混凝土面板堆石坝的设计特点,论述了大坝沉降及稳定分析的计算结果,同时也论述了施工中的一些特点,其内容可供同类工程借鉴.【期刊名称】《水电与新能源》
【年(卷),期】2012(000)001
【总页数】3页(P23-25)
【关键词】面板堆石坝;设计特点;老渡口水电站
【作者】吴学斌;庄家耿;郑先姣;梁谦
【作者单位】葛洲坝集团第六工程有限公司,福建厦门361000;葛洲坝集团第一工程有限公司,湖北宜昌443000;湖北省仙桃市排湖泵站工程管理局,湖北仙桃433000;湖北省水利水电规划勘测设计院,湖北武汉430064
【正文语种】中文
【中图分类】TV641.43
老渡口水电站位于湖北省恩施市境内、清江上游左岸的一级支流马水河上，右岸到恩施44 km。

全流域面积1 709 km2，坝址以上流域面积1 650 km2。

坝址多年平均年径流量15.93亿m3，多年平均年流量50.5 m3/s，多年平均悬移质年输沙量42.04万t。

工程的主要任务是发电，兼有养殖和旅游等综合效益。

枢纽工程的主要建筑物由深覆盖层面板堆石坝、右岸岸坡开敞式溢洪道、左岸发电
引水隧洞、地面电站厂房和室外GIS开关站等组成。

最大坝高96.60 m，总装机
容量 100 MW，多年平均发电量 2.73亿kW·h，年利用小时数2 730 h，保证出
力12.2 MW。

正常蓄水位为 483.0 m(远期)，水库总库容 2.32亿m3，调节库容1.123亿m3，为季调节水库。

1 面板堆石坝的设计特点
1.1 深覆盖层上面板堆石坝的发展
我国的现代面板堆石坝技术于1985年开始起步，1996年建成了西北口面板堆石
坝(高95 m)。

《混凝土面板堆石坝设计规范》SL228－98指出:“在覆盖层上采用防渗墙对地基进行防渗处理的高面板坝，其技术还有待进一步提高和发展”。

将趾板直接建在深厚覆盖层上的混凝土面板堆石坝与对覆盖层进行开挖，将趾板置于基岩上的筑坝方案相比，不但能够节省工程量，而且能够简化施工导流，缩短工期，具有明显的经济效益。

在深厚覆盖层上直接建造面板堆石坝的关键技术是:①
了解地基砂砾石的空间分布特性及其压缩模量;②通过可靠的防渗系统将坝基可动
柔性的防渗系统与岸坡固定相对不变的防渗系统连接成封闭的防渗系统;③使其满
足渗透(流)稳定、地基强度稳定与变形的要求;④防渗墙需要有一定的刚度，以满足大坝变位与加载引起的应力。

自规范颁布以来，至今已建成的百米级面板堆石坝，在覆盖层上采用防渗墙对地基进行防渗处理的有云南的那兰(坝高109 m);新疆的
察汗乌苏(坝高107.6 m)与湖北恩施的老渡口(坝高96.6 m)，充分体现了我国在这一领域的发展速度、研究和应用水平，其技术水平已遥居世界领先水平［1］。

老渡口坝顶宽8 m，上游坝坡1∶1.4，下游综合坝坡1∶1.4;那兰坝顶宽 10 m，
上游坝坡1∶1.4，下游综合坝坡1∶1.5;察汗乌苏坝顶宽 8.2 m，上游坝坡1∶1.5，下游综合坝坡1∶1.8，而老渡口是已建成百米级深覆盖层面板坝的世界上最薄(陡)的面板堆石坝。

由于大坝下游回填料中有20%硅质碳质页岩，故是填料最软弱的
组合堆石坝。

同时老渡口面板坝防渗墙面积和深度均居第二位，防渗墙强度指标仅
为C20，属最低。

1.2 老渡口面板堆石坝设计
大坝为Ⅱ等1级建筑物，大坝河床趾板直接座落在沙砾石地基上，基础防渗采用
趾板前钢筋混凝土墙防渗，最大墙深29.6 m，总面积约1 452 m2。

大坝防浪墙
顶高程487.00 m，堆石体高程483.50 m，上游坝坡1∶1.4，下游综合坝坡
1∶1.37，下游坡每隔 20 m 高设置一条水平外坡马道，马道宽2.0 m。

坝体各种
填筑料共计133.839万m3。

大坝剖面见图1。

图1 大坝横剖面图(单位:cm)
1.3 老渡口面板堆石坝设计特点
根据不同的工程特点，采用可靠、经济的工程技术与施工方法，使项目达到更好的经济效益，是设计工作的重点，特别是在目前水电建设成本较高、优质电源点较少的情况下，显得尤为重要。

针对老渡口水电站的工程特点，主要对大坝采用了直接建在深覆盖层、溢洪道开挖料直接上坝、高趾墙等技术，减少大坝的开挖填筑量，减少转运环节，达到节约工程投资、提高工程进度的目的。

(1)大坝建在深覆盖层上。

老渡口水电站拦河坝在预可行性研究阶段，曾讨论和研
究比较趾板修建在基岩面上、趾板修建在覆盖层上两种混凝土堆石坝方案。

2003
年湖北省发改委批复同意设计推荐的趾板建在深覆盖层上的混凝土面板堆石坝方案。

大坝剖面见图1。

由于本工程具有深覆盖层，覆盖层为砂卵石层，层厚约21.5 m，坝址区河川段较
为狭窄，趾板河床宽度约为50 m。

若采用趾板建于基岩上，则须增加开挖量17
万m3，增加回填量42万m3，增加工程投资约1 400万元。

(2)国内最高水头最单薄截面的高趾墙。

自小甘沟面板堆石坝采用高趾墙弥补地形
条件的不足以来，在高坝大库的面板堆石坝中已广泛用于此项技术。

老渡口面板堆石坝采用高趾墙弥补地形不足，其水头达80余m，通过利用止水技术，加强接触
灌浆，降低渗透水头，减小高趾墙重力坝体剖面，其设计剖面比按常规设计剖面小了许多。

(3)双层面板钢筋。

老渡口河谷系数仅1.8，堆石向中部蠕变效应明显，挤压应力加大，为此面板设计加大顶部截面，由30 cm改为40 cm，并将钢筋布置有传统的单筋截面改为双筋截面。

由于节省了角缘加强筋，每立方米混凝土反而节省钢筋
14 kg。

(4)大坝沉降与稳定分析。

为获得本工程深覆盖层上建坝的可靠的沉降与应力数据，委托清华大学进行了老渡口趾板建在深覆盖层上的面板堆石坝的二维非线性弹性有限元静力应力变形和三维非线性弹性有限元动静力应力变形分析。

计算结果表明:
竣工期坝体大、小主应力最大值分别为 1.90～1.87 MPa，0.90～0.88 MPa;蓄水
期大、小主应力最大值分别为2.10 ～2.07 MPa，0.99 ～0.88 MPa。

竣工期与蓄水期坝内应力水平的计算结果表明坝内应力水平不大，在40%以下。

防渗体系应力变形:①面板蓄水期。

工况1最大挠度最大为10.59 cm。

3种工况面板均受压，最大顺坡向应力为4.69 MPa，出现在工况1。

②防渗墙。

竣工期防渗墙向上游变形，最大变形发生在墙顶附近，为3.94 cm。

蓄水期由于水压力作用，防渗墙向下游位移，最大变形分别为4.48 cm，即由库水压力引起的下游向位移分别为8.35 cm。

竣工期防渗墙最大主应力分别为1.56 MPa，最大垂直应力分别为1.38 MPa，均位于防渗墙中下部，竣工期时3种工况防渗墙的顶部均出现主拉应力区，在0.20 MPa以下;而在蓄水期，3种工况防渗墙完全受压，大主应力最大
值为5.18 MPa。

③趾板与连接板。

竣工期趾板最大沉降分别为1.75 cm;蓄水期时，在库水压力作用下，趾板沉降增大，趾板最大沉降分别为7.22 cm。

蓄水期趾板与连接板在库水压力作用下主要受压，趾板大、小主应力最大值分别为3.72、0.77 MPa。

④接缝变形。

水库蓄水后，防渗墙与连接板、连接板与趾板、趾板与混凝
土面板之间的接缝均处于压紧状态，各条接缝之间的相对变位都表现为沉陷，防渗
墙与连接板之间的相对沉陷均为32.8 mm;连接板与趾板之间的相对沉陷分别为0.7 mm左右，趾板与混凝土面板之间的相对沉陷最大值为9.6 mm。

2 面板堆石坝的施工特点
老渡口面板堆石坝考虑到工程布置、渡汛要求等诸多因素，在大坝填筑中采用了一定的施工新方法的尝试，其施工过程有其显著特点。

(1)进行了先填筑堆石料后趾板混凝土施工的尝试。

2007年12月30日围堰拦断河床，导流洞行洪，此时两岸趾板及岸坡还在开挖中，按常规必须先浇筑趾板混凝土施工后进行大坝回填，此举将延迟近1年工期。

老渡口采取了先大坝回填，后施工趾板工序的尝试，并针对周边缝处小区料加强碾压，赢得了工期，目前大坝运行正常。

(2)首次并行采用河床回填与河床基础处理。

老渡口河床宽60～80 m，根据地勘资料，右河床391.0 m以上有粘土透镜体必须挖除。

由于截流时间较晚，为争取一枯大坝回填有效施工时间，方便施工渡汛，采用重车左岸进料，卸料后空车到右岸装粘土运至指定弃渣场地。

2008年元月18日，达到右河床回填，然后在左右河床结合部加强骑缝碾压。

(3)大坝上游坡面采用挤压边墙施工技术。

为方便快速施工，老渡口大坝上游坡面采用挤压边墙施工技术，并经历了2008年7月无面板状况下挡水的考验，坝体最大挡水水头近70 m，大坝安全渡汛。

二枯直接在挤压边墙上进行面板施工，至今未发现裂缝。

老渡口水电站建设参考同类工程的成功建设经验，并根据本工程的特点，对面板堆石坝主要采用了河床钢筋混凝土防渗墙+深覆盖层上的河床趾板+连接板+钢筋混凝土面板的防渗体系、溢洪道开挖料直接上坝的技术，确保了在5个月时间内填筑至渡汛高程的目标，最大月填筑量达到了38万m3。

(4)溢洪道开挖料直接上坝。

老渡口大坝右岸为2孔开敞式溢洪道，溢洪道单孔净宽12.0 m，设计泄流量4 880 m3/s，溢洪道右侧为巨厚层茅口组灰岩夹薄层炭
质页岩段，开挖边坡右岸为逆向坡，左岸为顺向坡，左岸最大开挖的边坡高度150.0 m，总开挖量为89万m3，其中可供利用的堆石料为75万m3。

由于溢洪道开挖量、可供利用料较大，工程自预可研至可研均对溢洪道开挖料进行了利用。

溢洪道紧靠大坝右坝肩约30 m布置，大坝与溢洪道间岸坡几近垂直，通过控制爆破和合理安排施工工序，将溢洪道开挖爆破料直接落于大坝填筑平面，大坝填筑料转运、碾压均位于坝上，不但大大加快施工进度，亦可节省转运费用。

3 结语
深覆盖层上的混凝土面板堆石坝以其经济上的优势和技术上的可行性得到了较快的发展，老渡口水电站参考同类工程的成功经验，采用众多关键技术，节约了工程投资，缩短了工期，加快施工进度(2007年12月底实现截流，2009年5月首台机组并网发电，截流到发电只用了17个月工期)，大大提高了项目的经济效益，同时为同类工程提供了有益的参考和借鉴，为推广深覆盖层上的混凝土面板堆石坝做出了贡献。

参考文献:
【相关文献】
［1］汪能，姚晓敏，杨晓明.深覆盖层上的面板堆石坝课题研究要点［J］.水利规划与设计，2007(3):35－38.。