多诺水电站混凝土面板堆石坝设计

冯 军，辛俊生

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 多诺水电站概况

多诺水电站位于四川省九寨沟县黑河上游，是黑河～白水江梯级电站的龙头电站。区域气候干燥、雨季分明、夏短冬长。多年平均气温12.6℃，年差小，日差大。首部枢纽由趾板建在覆盖层上的混凝土面板堆石坝、取水口、泄洪洞、放空洞等建筑物构成(图1)。

图1 首部枢纽平面布置图

水库正常蓄水位高程2370m，死水位高程2320m，坝高112.5m，引水隧洞长约 14.8km，利用水头350m，装机容量100MW。

河床部位覆盖层最大厚度约40m，分为三层。中下部为冲洪积含漂块碎砾石土层(第①层)，厚度约10～35m;表层为现代河床冲积堆积的含漂卵砂砾石层(第②层)，厚度约3～5m;左、右岸上部均为崩坡积堆积的块碎石土层(第③层)，其厚度分别为2～10m和3～17m。

2 面板堆石坝设计

2.1 基础处理设计

(1)基础覆盖层。

经技术、经济比较，河床覆盖层采用挖除第②层及第③层，将大坝建基面置于震动碾压10遍后的第①层方案。同时在其上铺设2m厚的垫层料、3m厚的过渡料作为反滤及排水通道。

(2)两岸趾板基础。

两岸岸坡基岩弱风化、弱卸荷下限较深(左岸约60m，右岸约50m)。考虑到两岸坝高及挡水高度逐渐减小，要求两岸挖除强卸荷带，将趾板置于弱风化、弱卸荷基岩上。对整个趾板基础进行了固结灌浆处理，固结灌浆的孔、排距均为2.5 m，孔深8m，梅花形布置。对穿越趾板基础的层间剪切破碎带、软弱夹层等用混凝土塞封闭。在趾板后一定范围内采用铺φ6.5@20cm×20cm钢筋网喷10cm厚的C20混凝土以延长渗径。

(3)帷幕灌浆。

帷幕灌浆在趾板上进行，设置两排防渗帷幕，孔、排距均为1.5m，局部加密。上游排帷幕深入基岩相对隔水层(1～5Lu)以下5m，帷幕最深148m;下游排帷幕深度是上游排帷幕深度的1/2，最深约116m。右岸沿单薄山脊布置灌浆廊道，左岸坝肩布置一条与坝轴线平行的灌浆廊道，深入岸坡150m，帷幕灌浆在廊道内进行。

2.2 大坝剖面设计

面板堆石坝坝顶高程为2374.5m，坝顶宽10m，最大坝高112.5m，坝轴线长215m，防浪墙顶高程2375.7m，上游坝坡为 1∶1.4，下游坝坡综合坡比1∶1.5，下游坝坡设3级马道，马道之间的高差为30m。混凝土面板堆石坝坝体断面分成垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区及次堆石区。在面板上游设有粘粒和粉粒较重的土质铺盖(图2)。

2.3 坝体分区设计

以控制坝体的变形、沉降为主导，尽量避免面

图2 混凝土面板堆石坝标准剖面图

板开裂的产生及接缝止水的破坏，同时坝体各分区要有良好的级配过渡，满足设计透水要求。筑坝材料主要来自下坝址料场的中厚层砂岩夹板岩，砂岩单层厚度一般为40～80cm，板岩层厚一般为5～10cm，板岩在料场中所占比例一般为5% ～8%。砂岩平均干密度为2.73g/cm3，加载方向与层面垂直、平行时，湿抗压强度分别为125.61MPa、82.53MPa。砂质板岩平均干密度为2.75g/cm3，加载方向与板理垂直、平行时，湿抗压强度平均为 52.67MPa、33.83MPa。砂岩属坚硬类岩石，砂质板岩属中硬类岩石，各向异性较为明显，强度基本能满足SL251－2000标准要求。根据室内试验及有限元计算，结合现场爆破试验成果，类比国内外同类工程，确定坝体各区填筑料的控制级配(表1)及设计参数(表2)。

2.4 静力分析

表1 主要坝料控制级配表

表2 主要坝料设计参数表

通过室内大型动、静三轴试验，详细研究了堆石坝料的工程特性，并在试验的基础上，采用非线性邓肯-张E-B模型对大坝进行了三维静力分析和7度地震烈度情况下的动力反应分析。考虑到坝体在填筑先期完成的压缩变形不影响其上部结构的应力及变形，三维计算中采用了按施工分期加载的方式，主要计算结果见表3。由于河谷较为狭窄，空间作用显著，因此而出现了明显的拱效应。从计算结果可以看出，坝体的变形和应力以及面板垂直缝和趾板周边缝的变形可以通过工程措施得到有效控制，坝体的设计是合理的，未发现有特殊不利的性状。

2.5 细部结构设计

(1)趾 板。

趾板厚度为0.8～1.11m，宽度约按水头的1/12～1/14左右采用。趾板混凝土标号C25W12F150，二级配，最大集料粒径40mm，采用普通硅酸盐水泥。趾板表面设单层双向钢筋，每向配筋率为0.4%左右，净保护层厚8～10cm，趾板设φ25锚筋锚固，锚筋纵、横向间距为1.5m，锚入基础以下6m。

表3 三维非线性有限元计算坝体变形和应力极值(静力)表

(2)面 板。

面板厚度按 T=0.3+0.003H 确定，为0.3 ～0.63m，最大板长185.78m。面板混凝土等级为C25W12F150，二级配，最大集料粒径为40mm，采用普通硅酸盐水泥。面板配筋采用单层双向结构，置于面板截面中部，每向配筋率约为0.4%，并在周边缝位置及邻近周边缝的垂直缝两侧布置抗挤压的构造钢筋。

(3)分缝及止水。

①面板垂直缝。面板分两期施工。一、二期面板浇筑分缝高程为2325m，皆按施工缝处理。面板垂直缝共21条，中部7条为压缩缝，两岸14条为受拉缝。垂直缝间距在中间板块为12m，两岸为8m。拉、压缝底部设一道W型铜片止水，表面设置弧凸状塑性填料，外盖三元乙丙橡胶SR防渗盖片并用扁钢固定。其中压缝缝宽12mm，缝间嵌塞沥青杉木板。拉缝缝面刷3mm厚沥青乳胶。

②周边缝。缝宽12mm，缝间嵌塞沥青杉木板，底部设F形铜片止水，上部设弧凸状塑性填料，外盖三元乙丙复合板并用扁钢固定。

③趾板伸缩缝。间隔36～24m设一道伸缩缝，并与面板垂直缝错开，缝间刷3mm乳化沥青，设U型铜片止水一道。

④面板顶部水平缝与防浪墙伸缩缝。面板顶部与防浪墙间的水平缝结构与周边缝相同。防浪墙伸缩缝分缝位置及缝宽与面板垂直缝对应，缝间嵌塞沥青杉木板，中部设U型铜片止水一道。

3 结语

多诺水电站混凝土面板堆石坝为河床段趾板建在覆盖层上的高混凝土面板堆石坝，目前已建成的、规模相当的同类工程国内仅有三座。多诺水电站最大坝高112.5m，居国内同类工程第二位。本工程的建设经验能为国内后续类似工程提供参考。