Nam Dik 2水电站大坝坝型设计方案选择

岳 亮， 黄 开 江

(中国水利水电第十工程局有限公司勘测设计院，四川 成都 610072)

1 工程概况

Nam Dik 2水电站位于老挝北部华潘省桑代县境内，为坝后式，开发任务以发电为主。电站总装机容量19.5 MW，安装3台混流式机组，年利用小时数4 253 h，年平均发电量为8 293万kWh。

电站工程等别为三等，规模为中型；永久性主要水工建筑物按3级设计、次要水工建筑物按4级设计，临时建筑物按5级设计；地震设防烈度为Ⅵ度，地震动峰值水平加速度为0.10 g。

电站坝址处于河谷为对称“U”型斜向谷，水深0.5 m～2 m，水面宽25 m～30 m，河谷宽50 m～200 m，坡度一般40°～50°，区域内基岩裸露,为寒武系～志留系深海相火山沉积岩序列(Pz1)黑云母石英砂岩，岩石致密坚硬,新鲜完整,裂隙不发育,呈整体块状结构。表层为第四系覆盖层，组成物质为第四系全新统残坡积(Q4dl+el)粉质粘土夹碎石，厚度一般2～4 m，结构较密实，在坝址区局部边坡分布。根据勘察成果，其防渗深度一般40～45 m。

2 研究思路

结合电站坝址区地形地质条件、枢纽布置要求等因素综合考虑，可供比选的坝型主要有混凝土重力坝、当地材料坝两种，着重从建坝条件、坝型特点及工程投资等几个方面进行比较。

由于坝址区附近防渗土料缺乏，不适合修建当地材料坝坝型中的心墙堆石坝，因此，选定混凝土面板堆石坝作为当地材料坝的代表坝型。同时，因碾压混凝土具有施工快、强度高、缩缝少、造价低及施工环境污染小等优点，选定碾压混凝土重力坝作为混凝土重力坝的代表坝型。

综上所述，本次选定碾压混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝两个坝型进行方案比选。

3 方案比较

3.1 碾压混凝土重力坝

3.1.1 洪水设计标准

按照《防洪标准》(GB50201-2014)和《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180-2003)要求，挡水、泄水建筑物按50 a一遇洪水设计，500 a一遇洪水校核；消能防冲建筑物按30年一遇洪水设计。

3.1.2 建筑物设计

碾压混凝土重力坝由挡水坝、取水口坝、泄洪冲沙底孔坝、溢流坝和导流底孔坝等主要坝段组成，坝顶设计高程439.50 m，坝顶总长度214 m，碾压混凝土重力坝主要由挡水坝、取水口坝、泄洪冲沙底孔坝、溢流坝和导流底孔坝等坝段组成，坝顶设计高程439.5 m，坝顶总长度214 m，坝顶宽为5 m，最大坝高69.5 m，坝体上游面直立，下游坝坡为1∶0.7，各建筑物布置从左向右分别为：92 m长的左岸挡水坝段；24 m长的取水口坝段，采用坝式进水口，单机单管引水，拟定钢管直径1.9 m，坝后布置地面厂房；15 m长的泄洪冲沙底孔坝段，泄洪冲沙底孔布置于坝体内，孔口尺寸为4 m×4 m(宽×高)；河槽中间位置23 m长的溢流坝段，布置2孔8 m×10.5 m的溢流表孔，坝顶设交通桥；15 m长的导流底孔坝段，导流底孔布置于坝体内，孔口尺寸为5 m×5 m(宽×高)；45 m长的右岸挡水坝段。

由于坝体下部混凝土采用碾压混凝土施工，层面结合部位往往是抗渗的弱点，因此，在大坝上游面浇筑抗渗性能较好的变态混凝土和富胶凝碾压混凝土作为防渗体。碾压混凝土重力坝方案大坝典型剖面见图1。

3.1.3 主要工程量

图1 碾压混凝土重力坝方案大坝典型剖面图

3.2 混凝土面板堆石坝方案

3.2.1 洪水设计标准

按照《防洪标准》(GB50201-2014)和《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180-2003)要求，挡水、泄水建筑物按50 a一遇洪水设计，1 000 a一遇洪水校核；消能防冲建筑物按30 a一遇洪水设计。

3.2.2 建筑物设计

混凝土面板堆石坝以左岸布置一条开敞式溢洪道、右岸布置引水系统为代表性枢纽布置方案,坝体从上游到下游依次为坝前压重保护料、上游铺盖区、钢筋混凝土面板、垫层、过渡层、主堆石区、下游次堆石区、下游底部堆石区八大区。混凝土面板堆石坝方案大坝典型剖面见图2。

图2 混凝土面板堆石坝方案大坝典型剖面图

表1 碾压混凝土重力坝方案主要工程量表

(1)大坝：坝顶高程441.50 m，坝顶长151.02 m、宽6.0 m，最大坝高71.50 m。上、下游坝坡均为1∶1.4，下游坝坡设置上坝公路，宽4.5 m。上游侧的钢筋混凝土防渗面板厚，400.00 m高程以下的面板上游设粘土铺盖，并铺设盖重料进行保护，其迎水面坡比1∶2.5。

(2)开敞式溢洪道：布置在左岸坝肩，由引水渠、控制段、泄槽段和出口消能段组成。引水渠段长约136 m；控制段顶部总宽度为30 m，共3孔，单孔尺寸为7.0 m×21.1 m(宽×高)，长度为15.8 m，溢流堰采用WES型实用堰型，底板基础进行固结灌浆处理；泄槽段为明槽，坡度为i=0.287 3，平面长度为122.72 m，底板基础进行固结灌浆处理并设置锚筋与基础连接；出口消能段采用挑流消能，设斜切挑坎并对挑坎基础进行固结灌浆处理，底部设置锚筋与基础连接。

(3)引水系统：布置在右岸，采用坝前塔式进水口，引水道穿越坝体，采用一管三机的引水方式，设2道拦污栅、1道检修闸门、1道工作闸门。钢管直径3.20 m，壁厚16 mm，长140.26 m。

(4)发电厂房：位于面板坝下游侧右岸，厂区地形较为平缓，厂房后坡整体坡度约45°，主厂房尺寸为28 m×12.5 m×20.17 m(长×宽×高)。由主机间、安装间、副厂房、开关站和尾水渠五部分组成。

(5)放空洞：布置在左岸，与导流洞完全结合，由进口段、盲肠段、闸门竖井、无压段、出口段组成，施工期为导流洞，运行期为放空洞。

3.2.3 主要工程量

3.3 坝型比选

表2 混凝土面板堆石坝方案主要工程量表

3.3.1 建坝条件

混凝土面板堆石坝方案溢洪道边坡开挖量较大且边坡治理成本高、难度大；碾压混凝土重力坝整体开挖量较小，边坡治理较简单，因此,其对坝址区工程地质条件的适应性相对更好。

3.3.2 枢纽布置

两方案枢纽布置在技术上都是可行的，但由于坝址区河道顺直，碾压混凝土重力坝枢纽布置格局顺畅、简洁、协调，而混凝土面板堆石坝溢流道进出口水流相对不畅，且溢洪道与面板坝的连接部位边墙高，成本较大。

3.3.3 施工条件

面板堆石坝方案利用永久泄水建筑物进行导流，施工导流工程量较小，但其料场开采及支护工程量较大；两方案均能满足施工布置需要，不制约坝型选择，但碾压混凝土重力坝方案工期更短。

3.3.4 经济指标

经初步估算比较，碾压混凝土重力坝方案的工程总投资比面板堆石坝方案少235.64万美元。

表3 坝型选择技术经济指标对比表

综上所述，从技术、经济等方面综合比较后，选用碾压混凝土重力坝作为本工程推荐坝型。

4 结 语

根据工程实际并结合坝后式水电站特点，经过选定适宜坝型并对其进行技术、经济比较后，最终确定了碾压混凝土重力坝作为工程推荐坝型，其不仅工程布置简单、施工难度较小，而且工期短、投资省。因此，水电站坝型的选择不仅要满足安全和使用功能的要求，而且还要从施工条件、投资、工期及环境保护等诸多方面进行综合考虑。