南捧河大丫口水電站壩址比選

王應(yīng)天

（臨滄云投粵電水電開(kāi)發(fā)有限公司，云南 臨滄 677000）

1 工程概況

南捧河大丫口水電站位于云南省臨滄市鎮(zhèn)康縣南汀河流域的南捧河上，屬南捧河流域規(guī)劃梯級(jí)電站中的第三級(jí)。水庫(kù)正常蓄水位650m，死水位630m，總庫(kù)容1.70億m3，具不完全年調(diào)節(jié)能力；電站裝機(jī)容量102MW，多年平均發(fā)電量為4.24億kw.h，年利用小時(shí)數(shù)4648h，保證出力23.20MW。

根據(jù)項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)階段任務(wù)要求，水庫(kù)大壩樞紐工程選擇了兩個(gè)壩址進(jìn)行比較。上壩址位于南捧河與五道河匯合口下游附近；下壩址位于仙人山與大丫口山之間河道峽谷地段，上、下壩址相距約800m。其中上壩址因河谷較開(kāi)闊，表層覆蓋層厚度較大，以為粘土心墻堆石壩為階段代表性壩型，頂長(zhǎng)度長(zhǎng)453m，壩頂寬10m，最大壩高83.52m，水庫(kù)總庫(kù)容1.701億m3；下壩址因河谷地形較狹窄，兩巖基巖強(qiáng)度因條件滿足建剛性壩要求，以混凝土雙曲拱壩為代表性壩型，壩頂長(zhǎng)度240m，壩頂寬10.0m，最大壩高92m，水庫(kù)總庫(kù)容分別為1.702億m3。

2 上下壩址工程勘察結(jié)論及建筑條件

2.1 上壩址

地形地質(zhì)條件。上壩址壩軸線河水面寬47m，壩頂高程處河谷寬450m。岸坡地表均為第四系覆蓋，基巖沿河邊零星出露；地形坡度20°～35°，局部50°。分別出露碎屑巖類及碳酸鹽巖。其中碎屑巖分布于整個(gè)左岸及河床部位，強(qiáng)風(fēng)化下限埋深15m～25m，表層覆蓋層厚3.9m～9.2m；碳酸鹽巖分布于右岸，強(qiáng)溶蝕帶下限埋深90m～120m，表層覆蓋層厚7.8m～8.3m。

根據(jù)鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)成果：左岸及河床碎屑巖分布區(qū)，強(qiáng)風(fēng)化巖體及覆蓋層為強(qiáng)～中等透水，弱風(fēng)化巖體為弱透水，強(qiáng)透水底板線埋深40m～60m；右岸灰?guī)r分布區(qū)，強(qiáng)溶蝕帶以強(qiáng)透水為主，局部為中等透水，弱溶蝕帶巖體以弱透水為主，局部地段溶蝕較強(qiáng)為強(qiáng)透水。上壩址主要工程地質(zhì)問(wèn)題是巖體風(fēng)化（溶蝕）深，強(qiáng)風(fēng)化（溶蝕）帶巖體力學(xué)性質(zhì)差、滲透性強(qiáng)，存在壩基持力層選擇及壩基、壩肩滲透邊界確定等問(wèn)題。左岸強(qiáng)風(fēng)化巖體厚度大，抗滑、抗變形能力差，右岸強(qiáng)溶蝕帶巖體溶蝕裂隙、溶洞等發(fā)育，結(jié)構(gòu)面多為泥質(zhì)充填，巖體抗滑、抗變形能力差，不宜作剛性壩基。樞紐建筑物布置條件。該段河谷呈“U”型。根據(jù)其地形、地質(zhì)、建筑材料等條件，選擇壩型為粘土心墻堆石壩。壩址左岸為開(kāi)闊岸坡，溢洪道、泄洪沖沙洞、引水隧洞進(jìn)水口等建筑物均布置在左岸。

設(shè)計(jì)壩頂長(zhǎng)度長(zhǎng)453m，壩頂寬10m，壩頂高程為651m，最大壩高83.52m。溢洪道位于樞紐左岸。泄洪沖沙洞位于樞紐左岸，由導(dǎo)流洞改造而成，進(jìn)口位于引水隧洞進(jìn)水口的右側(cè)。引水發(fā)電系統(tǒng)布置在左岸山體內(nèi)。進(jìn)水口位于溢洪道及泄洪沖沙洞的左側(cè)，總長(zhǎng)5654m。

工程量及總體施工進(jìn)度。上壩址心墻堆石壩方案的主體建筑物由粘土心墻堆石壩、左岸溢洪道、左岸引水隧洞及左岸引水式廠房、開(kāi)關(guān)站等建筑物組成。主體工程主要工程量有：土方開(kāi)挖62.56萬(wàn)m3，石方明挖46.49萬(wàn)m3，洞挖石方28.46萬(wàn)m3，混凝土澆筑9.87萬(wàn)m3，土石方填筑約 250萬(wàn) m3。

大壩主體工程施工時(shí)間16.5個(gè)月，填筑最大月平均施工強(qiáng)度：30.0萬(wàn)m3/月，工程總工期為41個(gè)月（3年零5個(gè)月）。

施工條件。上河谷寬高比為2.5:1的“U”型河谷，壩址地形開(kāi)闊，施工布置條件較好。

施工方案采用土石圍堰一次斷流，枯水期左岸隧洞導(dǎo)流方式。導(dǎo)流隧洞與水工泄洪沖沙洞相結(jié)合。第一個(gè)枯水期完成導(dǎo)流隧洞的施工，第二個(gè)枯水期截流，在第二個(gè)洪水期來(lái)臨前將壩體填筑至具備攔蓄50年一遇渡汛洪水標(biāo)準(zhǔn)高程，洪水期壩體臨時(shí)斷面擋水，隧洞過(guò)流，大壩繼續(xù)施工；第四年，在導(dǎo)流隧洞完成導(dǎo)流任務(wù)后下閘進(jìn)行封堵，施工龍?zhí)ь^部分的隧洞，形成水工永久泄洪沖沙洞。

2.2 下壩址

地形地質(zhì)條件。下壩址壩軸線處水面寬13m，壩頂高程處河谷寬275m。兩岸基巖廣泛出露,地形坡度 45°～60°，局部達(dá) 70°左右。

壩址區(qū)地表未發(fā)現(xiàn)有溶洞分布，但地下溶洞卻十分發(fā)育，在勘察過(guò)程中，在左岸共發(fā)現(xiàn)有4個(gè)溶洞，走向與河流走向基本一致，洞內(nèi)分布較多鐘乳石，洞底多見(jiàn)鈣華、泥等；右岸溶洞發(fā)育情況比左岸更為復(fù)雜，其中在576m高程發(fā)現(xiàn)一條較大溶洞，溶洞主體走向225°左右，次級(jí)走向300°左右，總長(zhǎng)406m，洞寬一般為 1m～8m，洞高0.5m～6m。洞內(nèi)有較多鐘乳石，洞底覆蓋有0.5m～1.1m厚的洪沖積物。根據(jù)鉆孔資料統(tǒng)計(jì)，溶洞主要發(fā)育在530m～600m高程，巖溶發(fā)育在550m～570m高程范圍內(nèi)最高，此區(qū)段往上、往下具有逐漸減弱的趨勢(shì)。

下壩址主要工程地質(zhì)問(wèn)題是隱伏溶洞、強(qiáng)溶蝕帶力學(xué)性質(zhì)較差或?yàn)榭斩?，其?guī)模及分布位置對(duì)壩基變形有不同程度的影響，對(duì)處于壩基應(yīng)力范圍內(nèi)需進(jìn)行必要的工程處理，根據(jù)勘察資料分析，隱伏巖溶主要發(fā)育在520m～570m高程之間，較大規(guī)模的強(qiáng)溶蝕帶一般沿?cái)嗔褬?gòu)造、卸荷裂隙，層面發(fā)育，施工中就根據(jù)不同情況采用開(kāi)挖回填、固結(jié)灌漿、混凝土封堵等方法分別進(jìn)行處理。

樞紐建筑物布置條件。下壩址屬橫向谷，河谷呈“V”型。河谷左岸以巖坡為主，右岸為土石混合坡。根據(jù)地形、地質(zhì)、建筑材料等條件，選擇碾壓混凝土雙曲拱壩為代表性壩型，采用壩頂表孔泄洪，壩體底孔沖沙，引水系統(tǒng)布置于左岸，長(zhǎng)度4858。

壩頂長(zhǎng)度303m，壩頂寬5.0m，壩頂高程為651m，最大壩高92m，壩頂中部設(shè)置3個(gè)溢流表孔，1個(gè)沖沙底孔，在碾壓混凝土拱壩下游河段布置壩高為13m的二道壩形成人工水墊塘進(jìn)行消能。

工程量及總體施工進(jìn)度。下壩址混凝土拱壩的主體建筑物由碾壓混凝土雙曲拱壩、左岸引水隧洞及左岸引水式廠房、開(kāi)關(guān)站等建筑物組成。主體工程主要工程量有：土方開(kāi)挖17.41萬(wàn)m3，石方明挖21.61萬(wàn)m3，洞挖石方24.19 萬(wàn) m3，混凝土澆筑29.58萬(wàn)m3。

壩體施工工期13個(gè)月，澆筑最大月平均施工強(qiáng)度：2.22萬(wàn)m3/月，工程總工期為39個(gè)月（3年3個(gè)月）。

施工條件。下壩址混凝土拱壩方案大壩采用土石圍堰一次斷流，枯水期右岸明渠壩段底孔導(dǎo)流。壩區(qū)工程于第1年10月開(kāi)始開(kāi)挖右岸導(dǎo)流明渠，第2年5月中旬完成導(dǎo)流明渠的施工。第2年11月河床截流，右岸明渠導(dǎo)流。第3年汛期前將拱壩混凝土澆筑到擋水高程，汛期導(dǎo)流底孔過(guò)流，底孔泄流能力按全年10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)（Q=534m3/s）考慮，大壩繼續(xù)上升。第4年2月底，在導(dǎo)流底孔完成導(dǎo)流任務(wù)后下閘封堵導(dǎo)流底孔。

3 壩址比較

3.1 工程地質(zhì)比較

從工程地質(zhì)條件角度比較，上、下壩址各有優(yōu)缺點(diǎn)，上下壩址均無(wú)場(chǎng)地穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定問(wèn)題，均具備建壩的條件。下壩址除防滲邊界比上壩址埋深大以外，其余巖石整體性、巖石強(qiáng)度、覆蓋層厚度、河谷寬度等方面均優(yōu)于上壩址，下壩址的關(guān)鍵問(wèn)題是兩岸及底部的防滲邊界，可以通過(guò)工程措施解決；上壩址巖溶比下壩址略為簡(jiǎn)單，但巖體強(qiáng)風(fēng)化厚度大，巖體力學(xué)性質(zhì)較差，只適宜做堆石壩，而開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題較為突出，洞室穩(wěn)定問(wèn)題也突出，工程量較大。

3.2 樞紐布置與水工建筑物比較

上壩址粘土心墻堆石壩方案的泄洪、引水建筑物均布置于左岸，泄洪建筑物采用溢洪道和泄洪沖沙洞聯(lián)合泄流；下壩址碾壓混凝土拱壩方案利用壩頂溢流堰泄洪，壩身設(shè)置沖沙底孔進(jìn)行沖沙，引水建筑物布置于左岸山體內(nèi)。

上壩址為“U”型河床，壩址場(chǎng)地開(kāi)闊，兩岸山坡較緩，基礎(chǔ)覆蓋層厚度較深，擋水壩及溢洪道等首部樞紐建筑物工程量較大；下壩址為“V”型河床，河床較窄，兩岸山坡較陡，基礎(chǔ)覆蓋層厚度較薄，擋水壩工程量較少；下壩址的發(fā)電引水隧洞長(zhǎng)度比上壩址短795m。

從水工布置而言，下壩混凝土拱壩在布置上采用溢流表孔，壩身底孔沖沙，不用另設(shè)溢洪道及沖沙洞泄洪沖沙，樞紐布置簡(jiǎn)單，縮短施工工期；而上壩址粘土心墻壩在布置上采用溢洪道和泄洪沖沙洞，樞紐布置復(fù)雜，溢洪道開(kāi)挖工程量大，發(fā)電引水隧洞長(zhǎng)度長(zhǎng)，因此，從首部樞紐及引水系統(tǒng)的工程量及水工布置方面，下壩址明顯優(yōu)于上壩址。

3.3 施工條件比較

上壩址地形較平緩開(kāi)闊，有利于施工布置，工程條件較好，但上壩址為粘土心墻堆石壩，壩區(qū)土料較為缺乏，有用層較薄，占用林地和耕地較多；下壩址河床狹窄，左岸為陡壁，兩岸交通、施工布置較困難。

上壩址粘土心墻堆石壩方案，壩體填筑在截流后需迅速上升，施工強(qiáng)度大，壩基防滲灌漿與土石填筑施工干擾大，且壩址雨季降雨比較頻繁，雨季無(wú)法施工，在填筑心墻粘土?xí)r對(duì)防雨排水措施及雨季后復(fù)工處理要求都比較高，不利于控制壩體填筑的質(zhì)量。

下壩址碾壓混凝土雙曲拱壩方案工程量較少，施工強(qiáng)度不大，基礎(chǔ)防滲灌漿在廊道內(nèi)進(jìn)行，雨季對(duì)壩體澆筑的不利影響因素較少。

下壩址引水隧洞比上壩址方案縮短了795m，因此下壩址引水隧洞施工強(qiáng)度略低于上壩址方案。下壩址碾壓混凝土雙曲拱壩，需用的石料僅約37萬(wàn)m3，較上壩址要少約153萬(wàn)m3，石料場(chǎng)開(kāi)采較容易，且僅圍堰填筑需土料1.78萬(wàn)m3，對(duì)土料場(chǎng)的質(zhì)量?jī)?chǔ)量要求較低，可解決工程壩區(qū)土料缺乏的問(wèn)題。

3.4 施工總進(jìn)度比較

根據(jù)施工總進(jìn)度安排，上壩址粘土心墻堆石壩方案第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期為37個(gè)月，總工期為41個(gè)月；下壩址碾壓混凝土雙曲拱壩方案第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期為35個(gè)月，總工期為39個(gè)月。無(wú)論從的第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)間還時(shí)總工期上看，下壩址碾壓混凝土拱壩方案均優(yōu)于上壩址心墻堆石壩方案。

3.5 興利比較

在相同設(shè)計(jì)蓄水高程的情況下，下壩址的庫(kù)容、多年平均發(fā)電量和裝機(jī)利用小時(shí)等指標(biāo)均比上壩址略大，單位千瓦投資及單位電能投資等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下壩址明顯優(yōu)于上壩址，因此，在正常蓄水位相同的情況下，下壩址的興利指標(biāo)較好，所以從興利角度看，下壩址比上壩址有利。

3.6 壩址比較結(jié)論

經(jīng)上、下壩址的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較從興利、樞紐布置及水工建筑物、工程量及投資等分析。上壩址巖溶比下壩址略為簡(jiǎn)單，壩線長(zhǎng)，巖體強(qiáng)風(fēng)化厚度大，巖體力學(xué)性質(zhì)較差，存在開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題較為突出，洞室穩(wěn)定問(wèn)題也突出，工程量較大。下壩址壩軸線短了約175m，工程量較省；其主要問(wèn)題是隱伏巖溶對(duì)壩基防滲的影響大，根據(jù)已有勘察資料分析，下壩址巖溶發(fā)育的規(guī)律基本查明，防滲邊界基本確定，主要工程地質(zhì)問(wèn)題可以通過(guò)工程措施解決。

通過(guò)工程地質(zhì)及樞紐布置的比較，上、下壩址的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較從興利、樞紐布置、工程量及投資等分析，下壩址優(yōu)于上壩址。推薦下壩址碾壓混凝土雙曲拱壩方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

大丫口水電站是南捧河上具有不完全年調(diào)節(jié)性能的水電工程，建成投產(chǎn)后，可為當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)的發(fā)展提供電力。對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義。

該項(xiàng)目目前正在實(shí)施過(guò)程中，盡管在壩址勘察過(guò)程中，經(jīng)過(guò)幾次變更，最終確定壩址及壩型，但作為巖溶區(qū)建筑高壩，且勘察工作不能完全掌握和了解巖溶情況，很多問(wèn)題可能在實(shí)施過(guò)程中逐漸暴露并設(shè)法解決，亦可為巖溶區(qū)水電工程建設(shè)積累一定經(jīng)驗(yàn)。

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.1999，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范，中國(guó)計(jì)劃出版社.

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.2002，巖土工程勘察規(guī)范，中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[3]中國(guó)地質(zhì)大學(xué).1980，工程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社.

[4]陳促頤,葉書麟.1997，基礎(chǔ)工程學(xué)，中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[5]孫釗.2004，大壩基巖灌漿，中國(guó)水利水電出版社.

[6]廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)院，2008，南捧河大丫口水電站工程可行性研究報(bào)告.