老撾Xeset 2水電站首部樞紐左副壩設(shè)計(jì)優(yōu)化

李 健，宋自平

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

老撾Xeset 2水電站位于老撾南部Champassak省和Saravane省境內(nèi)，為筑壩引水式發(fā)電項(xiàng)目，電站引用流量33.7 m3/s，利用水頭271 m，裝機(jī)容量2×38 MW。電站首部攔河大壩長650 m，由6段開敞式溢流壩、2孔沖沙閘和左右粘土心墻堆石副壩組成，最大壩高25 m，壩頂高程818 m，正常蓄水位高程813 m。水庫設(shè)計(jì)為日調(diào)節(jié)，水庫回水長約2 km，總庫容約80萬m3，為Ⅲ等小(2)型工程。

Xeset 2水電站庫區(qū)兩岸地勢(shì)總體較低，右岸地勢(shì)平面上呈緩坡狀開闊臺(tái)地，左岸則呈緩坡狀單斜山地，相對(duì)右岸更雄厚一些，以15°～30°的緩坡地形為主，庫區(qū)兩岸無大的沖溝。

Xeset 2水電站庫區(qū)出露的地層有淤泥質(zhì)粘土和玄武巖兩種。庫區(qū)兩岸絕大多數(shù)地段被淤泥質(zhì)粘土層覆蓋，厚度一般為1～5 m，局部地段可達(dá)10 m，淤泥質(zhì)粘土試驗(yàn)顯示為高液限粘土，呈灰色或褐色，粘性大，中密，含水量大，植物根系發(fā)育，其下為含碎石粘土，滲透系數(shù)平均值為4×10－5cm/s，屬弱～微透水層;玄武巖主要出露在河床、兩岸坡腳，呈灰色及黑灰色，冷凝孔隙發(fā)育較多，巖體中垂直裂隙發(fā)育，易受水流沖刷，并將巖體切割成塊狀從而降低了淺表部巖體的完整性和抗沖能力，巖石總體屬微弱透水巖體。

總體上看，Xeset2水電站庫區(qū)兩岸山坡高度均不大，最大相對(duì)高差20 m左右，左岸山體比較厚實(shí)，右岸相對(duì)單薄，庫區(qū)兩岸沒有大的沖溝，也未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，除河床玄武巖中張開的垂直裂隙發(fā)育較多外，未見其它斷裂出露。因此，Xeset2水電站庫區(qū)整體條件較好。

Xeset 2水電站首部樞紐左副壩長330.41 m，原設(shè)計(jì)通長均為粘土心墻堆石壩，最大壩高22 m，屬于低壩，上游壩坡 1∶2，下游壩坡 1∶1.8。左副壩原始地面高程從809 m至818 m，壩前岸坡厚實(shí)，淤泥質(zhì)粘土層覆蓋較厚，壩體與上游河道大致平行，平面距離在100 m以上。為布置與溢流壩段相接的左副壩擋土墻，從左副壩軸線DL0+000 m至0+014.5 m段(擋土墻基礎(chǔ))深挖至高程796 m，基坑開挖坡度:下部基巖為1∶0.5，上部土層為1∶1，在壩軸線 DL0+025.7處，壩基上抬至高程807.7 m。壩基為淤泥質(zhì)粘土層，原始地面下挖厚度為2 m，在壩軸線DL0+046.73，壩基開挖高程為809.18 m，基礎(chǔ)開挖深度為1.5 m。然后按照S=0.04的縱坡開挖左副壩基礎(chǔ)，至DL0+295.98時(shí)，壩基開挖高程達(dá)到813 m，在壩軸線DL0+295.98以后為延伸連接段，壩基沿軸線設(shè)計(jì)帷幕灌漿到樁號(hào)DL0+295.98。

2 左副壩優(yōu)化設(shè)計(jì)方案提出的緣由

老撾Xeset 2水電站是按照中國的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)的，工程等別按其綜合特性確定為Ⅲ等，而首部樞紐按水庫庫容80萬m3及日調(diào)節(jié)能力、庫區(qū)下游無城鎮(zhèn)工礦企業(yè)保護(hù)要求等指標(biāo)確定為小(2)型工程。作為首部樞紐組成部分的土石副壩設(shè)計(jì)采用的規(guī)范是《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274－2001。對(duì)于電站首部左副壩的原設(shè)計(jì)方案，在查閱了設(shè)計(jì)規(guī)范及壩區(qū)工程地質(zhì)報(bào)告、試驗(yàn)報(bào)告等資料后，最終認(rèn)為原設(shè)計(jì)過于保守，不夠經(jīng)濟(jì)。具體表現(xiàn)在:左副壩設(shè)計(jì)開挖基礎(chǔ)在DL0+025.7 時(shí)，高程為807.7 m;在DL0+046.73 時(shí)，高程為809.18 m，基礎(chǔ)開挖深度平均為2 m左右，壩基位于淤泥質(zhì)粘土層上，填筑壩體超過自然地面8.3～6.8 m。而從 DL0+046.73 開始?jí)位_挖 深 度 逐 漸 加 厚，到 DL0+151.98時(shí) 達(dá) 到5.5 m，壩基穿過滲透系數(shù)小的淤泥質(zhì)粘土層進(jìn)入含碎石粘土層，填筑壩體超出自然地面僅3 m。在DL0+295.98時(shí)的壩基開挖深度為4 m，壩基位于淤泥質(zhì)粘土層上，填筑壩體超出自然地面僅1 m。

由此可以看出，左副壩的壩基開挖高程在左副壩擋墻基礎(chǔ)過后就迅速抬升至接近原始地面線，大壩的壩高也迅速減小到在壩軸線DL0+025.7 處的10.3 m。在壩軸線DL0+025.7～DL0+046.73段的開挖深度也基本為1.5～2 m左右，這符合在地質(zhì)條件較好的情況下低壩的設(shè)計(jì)規(guī)律。而在壩軸線DL0+046.73以后的壩基設(shè)計(jì)卻不符合這種設(shè)計(jì)規(guī)律，壩基被按照一個(gè)不同于自然地面坡度的縱坡值開挖而逐漸加深，從而大大地增加了開挖量，也增加了大壩的填筑量。壩基下的淤泥質(zhì)粘土層和其下的含碎石粘土層均為弱～微透水層，且兩種土層的地基承載力均符合設(shè)計(jì)要求，按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求，完全沒有必要挖得過深，否則很不經(jīng)濟(jì)。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容

優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有:

由于左副壩岸坡的自然坡度比設(shè)計(jì)要求的20°更陡的壩段位于左副壩擋墻段，其余副壩段都是坡度在15°以下的緩坡，故直接將左副壩從壩軸線DL0+025.7樁號(hào)以后的壩基開挖高程隨岸坡的自然坡度抬高，剝離掉富含植物根系的表土層，經(jīng)碾壓密實(shí)并驗(yàn)收合格后作為壩基填筑大壩，表土開挖平均深度暫時(shí)確定為1.5 m，實(shí)施時(shí)再根據(jù)土層出露情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后，左副壩的設(shè)計(jì)理念一致了，同時(shí)減少了大量的壩基開挖量和壩體填筑工程量。

該水庫為日調(diào)節(jié)的低壩水庫，庫容小且左副壩岸坡土層厚實(shí)，屬弱～微透水層，壩基地質(zhì)條件良好，沒有斷層穿過，壩前岸坡寬度更是達(dá)100 m以上，大部分壩段位于正常蓄水位以上，極少時(shí)間擋水。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274－2001第6.3.11條規(guī)定的“帷幕灌漿伸入兩岸的長度可根據(jù)下述原則之一進(jìn)行確定:…至水庫正常蓄水位與相對(duì)不透水層在兩岸的相交處…”。因此可以根據(jù)該規(guī)定減少部分左副壩帷幕灌漿工程量，只需對(duì)開挖基礎(chǔ)低于水庫正常蓄水位高程813 m的壩段進(jìn)行帷幕灌漿，具體分界樁號(hào)為DL0+129.41，壩基優(yōu)化抬高后在此樁號(hào)的開挖高程為813 m，自然地面高程為814.5 m。

在樁號(hào)DL0+129.41以后的壩段最大壩高只有5 m，且常年處于庫水位以上，極少時(shí)間擋水。而在左副壩工地現(xiàn)場附近，開挖時(shí)堆存有大量符合大壩填筑要求的土料。參考設(shè)計(jì)規(guī)范并從經(jīng)濟(jì)角度考慮，改為均質(zhì)土壩，可以大量減少過渡料和反濾料用量(因?yàn)檫^渡料和反濾料均從砂石廠生產(chǎn)，出廠及運(yùn)輸成本較高)，降低工程生產(chǎn)成本，壩體表面保護(hù)不變。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)比較

左副壩DL0+025.7樁號(hào)以后優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的工程量清單見表1。

表1 優(yōu)化設(shè)計(jì)前后工程量清單表

綜上分析可以看出，進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化后的左副壩大量的減少了土石方開挖量、壩體填筑量和帷幕灌漿工程量，僅減少的9221.8 m3過渡料和反濾料的生產(chǎn)及運(yùn)輸成本便可節(jié)約10萬美元以上。更為重要的是，工程量的減少還可以加快工程施工進(jìn)度，節(jié)約土石方開挖、壩基帷幕灌漿及土石方填筑工期3個(gè)月以上。

5 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的實(shí)施

本優(yōu)化設(shè)計(jì)方案推出后，立即得到了設(shè)計(jì)單位的積極肯定和采納，左副壩設(shè)計(jì)圖紙的最終版本以優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案定稿，報(bào)送給監(jiān)理單位和業(yè)主單位后也得到了肯定并很快被批準(zhǔn)實(shí)施。在左副壩基礎(chǔ)開挖過程中，揭露的淤泥質(zhì)粘土層中植物根系含量較多的土層厚約0.5 m，為此，設(shè)計(jì)、監(jiān)理及業(yè)主各方最后確定，Xeset 2水電站首部大壩左副壩樁號(hào)DL0+025.7以后的壩基除已經(jīng)開挖成型的帷幕灌漿蓋重混凝土溝槽外，其余壩段基礎(chǔ)開挖深度均按大約0.5 m厚進(jìn)行，以揭掉富含植物根系的表面耕土層為宜，經(jīng)碾壓并驗(yàn)收合格后作為副壩填筑的基礎(chǔ)。此舉在優(yōu)化后的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上又節(jié)約土方開挖4246.7 m3，土方填筑 2279.6 m3，堆石料填筑 357.4 m3，拋石護(hù)坡345 m3，讓本優(yōu)化設(shè)計(jì)方案錦上添花，使設(shè)計(jì)優(yōu)化方案達(dá)到了令人滿意的效果，左副壩優(yōu)化設(shè)計(jì)方案最終節(jié)約合同造價(jià)約90萬美元。

6 結(jié)語

老撾Xeset 2水電站工程是以美元計(jì)價(jià)的EPC總價(jià)承包交鑰匙工程，工程從2005年8月8日開工，至2009年8月7日結(jié)束，建設(shè)周期4年，期間經(jīng)歷了美元跌價(jià)、鋼材價(jià)格上漲、美國次貸危機(jī)等多次國際經(jīng)濟(jì)、金融風(fēng)暴，以及老撾本國由于經(jīng)濟(jì)加快發(fā)展帶來的勞動(dòng)力、材料、配件及設(shè)備租賃等價(jià)格普遍上漲，給工程施工運(yùn)作帶來的重重壓力。本工程首部樞紐左副壩設(shè)計(jì)優(yōu)化方案的提出及成功實(shí)施，為工程帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約了大量工程成本，為工程抵御國際工程經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)提供了有力支持，可為今后類似的工程實(shí)踐提供參考。