维普资讯 http://www.cqvip.com 水电站设计 第２３卷第４１ｔ／］ Ｄ Ｈ Ｐ Ｓ ２００７年１ ２月 永定桥水利工程的总体布置 吴建军 ，余学明２，袁志刚 （１．黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州４５０００３；２．中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都６１０００７２） 摘要：介绍了大渡河瀑布沟水电站移民安置配套工程——永定桥水利工程的总体布置，包括坝址区的水文及地质条件，坝址、坝 型的比选，大坝的布置，渠系建筑物，以及三交坪蠕滑体、高梁坪堆积体的加固处理。 关键词：工程布置；坝址选择；坝型选择；渠系建筑物；永定桥水利工程 中图法分类号：ＴＶ６１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—９８０５（２０ｏ７）０４—００３１—０３ 般建筑物级别按４级设计，对重点交叉建筑物级别 １前 言 提高一级，按３级建筑物设计，支渠和次要建筑物级 大渡河瀑布沟水电站工程位于四川雅安市汉源 县、石棉县与凉山彝族自治州甘洛县交界的大渡河 中游河段，水库正常蓄水位８５０ｍ，装机容量３ ３００ Ｍｗ，多年平均年发电量１４５．８亿ｋＷ・ｈ，是一座以 发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用的大型水电工 别为５级。多年平均城市生活供水量为１ ６４４万 ｍ３，多年平均农业灌溉供水量为２ ２８９万ｍ３。 兴建永定桥水利工程，能大大提高灌区和城镇 用水的保证率，促进库区资源的充分利用，带动地区 经济发展。开发流沙河流域土地资源、增加土地承 载力，可安置瀑布沟水电站汉源县３万农村移民。 程，是大渡河流域水电开发的控制性水库工程、长江 上游防洪体系水库群之一。 瀑布沟水电站农村移民安置以大农业安置为 ２坝址区水文及地质条件 流沙河是大渡河的主要支流之一，流域面积 １ １５０ｋｍ２坝址控制流域面积１４２．７ｋｍｚ。区内气候 ，主，以适当解决口粮田地，依附城镇、集镇安置为辅； 采取以库区两县安置为主，雅安市内外迁、省内外迁 安置相结合的安置方式。需搬迁总人口为１０２ ０６８ 主要属北温带与季风之间的亚热带气候，受大相岭 阻隔影响兼具凉山州北部气候的特征，大致属 冬温、春暖、夏热、秋凉的干燥型气候，四季分明，降 雨量偏少，且年际分布不均。多年平均降水量为 ７４８．４ｍｍ，平均年降水１３数为１４３天，历年最大１３降 水量１６８．２ｍｍ（１９９０年７月），多年平均年蒸发量 １ ３９５．６ｍｍ，多年平均相对湿度为６８％，定时最大风 人，其中汉源县规划安置农村移民３０ ３９６人，集中 在流沙河流域安置。永定桥水利工程是电站移民安 置配套工程，主要满足汉源新县城的城市用水、农村 移民安置区的生活和灌溉用水，并合理安排渠道沿 线农村的生活、灌溉、乡镇企业用水及环境用水。 永定桥水库位于汉源县境内大渡河左岸支流流 沙河上游，距汉源县城约５３ ｋｍ，交通便利。水库正 常蓄水位为１５４３ｍ，死水位为１５０５ｍ，兴利库容 速１５．３ｍ／ｓ（１９５３年１１月２ １３）。经水库调节后最 大下泄流量为４１６ｍ３／ｓ。 坝址处河流总体由近东西向转为近南东向流经 ９９１．５万ｍ３，死库容１２２．６万ｍ３，水库总库容１ ６５９ 万ｒｎ３，工程规模为Ⅲ等中型工程。大坝、泄水建筑 物、引水系统按２级建筑物设计。库区三交坪蠕滑 体、高梁坪堆积体属３级边坡。设计洪水标准为５０ 年一遇，相应洪峰流量为３７４ｍ３／ｓ；校核洪水标准为 ５００年一遇，相应洪峰流量为７２２ｍ３／ｓ；消能防冲设 施洪水标准采用３０年一遇，相应洪峰流量为 ３２６ｍ３／ｓ。渠系建筑物引水隧洞、输水干渠和渠系一 收稿日期：２００７—０３—２０ 坝址区。坝址河谷较狭窄呈“Ｖ”形，枯水期河床水 面高程约为１４４８．５２ｍ，宽约１３～１５ｍ；正常蓄水位 １５４３ｍ时，相应河谷宽９０ｍ左右。河谷两岸地形呈 上缓下陡地貌形态，左岸以１５４０ｍ高程为界，下部 地形呈倒悬崖状陡壁，上部地形平缓，一般地形坡度 １０。～２０。；右岸以１５３０ｍ高程为界，下部地形坡度 ７０。～８０。，上部地形坡度为２５。～３５。。坝址区两岸地 作者简介：吴建军（１９６７一），男，陕西户县人，高级工程师，主要从事水工建筑物设计工作。 ３１ 维普资讯 http://www.cqvip.com
形较完整，其间分布的冲沟均为高悬于陡坡以上的 浅切悬沟，季节性流水；坝址区上、下游的两岸均分 布有深切冲沟，尤以左岸下游石棕材沟切割较深。 高粱坪堆积体位于库中段，坡体顺河长约 坡需采取Ｉ晦时支护措施。 面板堆石坝方案采用枯水期由围堰挡水、汛期 坝体断面Ｉ｝缶时挡水、全年隧洞泄流、主体工程全年施 工的导流方式，并与主体工程泄洪建筑物相结合，但 ０．５５ｋｍ，后缘高程约１５８０ｍ，前缘接近河边，高程约 １４８０ｍ。堆积体厚１０～４０ｍ不等，Ｉ｝缶河前缘厚度小， 为０～２０ｍ不等；平面面积约０．１ｌｋｍ２，体积约３００ 万ｍ３。高梁坪堆积体受开挖坡脚的影响，雨季常出 现局部垮塌；水库蓄水后，将产生库岸再造，形成一 定规模的塌岸变形破坏，但其整体稳定性较好，塌岸 由于隧洞断面较大，导流洞开挖及衬砌工程量较大， 并且导流洞后期需改建为永久泄洪洞，施工干扰较 大，施工程序复杂。 由于坝址两岸山体陡峻，如采用混凝土面板堆 石坝，上坝交通非常困难，难以发挥当地材料坝快速 施工的优势，且施工临建工程量较大；而碾压混凝土 破坏将是局部的。 三交坪蠕滑体位于永定桥坝址上游约３ｋｍ的 流沙河左岸，由流沙河及其支沟卸泥沟、大沟头沟围 限，地形上呈三面临沟（河），一面临山之态势，斜坡 临空条件较好。斜坡地形坡度一般１５。～２５。，具有 上部（１７５０ｍ高程以上）陡、下部缓的特点，规模较 大，其后缘大致以跃进堰为顶界（高程１７７５ｍ），前缘 蠕滑底界面直达流沙河边（高程１５４８～１５５０ｍ），横 河宽约８８０ｍ，顺河长约５００ｍ，蠕滑体底界面铅直深 ２５～３７ｍ不等，面积约０．３ｋｉｎ２，体积约９００万ｍ３。 三交坪蠕滑体坡体变形破坏现象明显，在中部 及前缘可见三个规模相对较大的塌滑体，塌滑区呈 圈椅状弧形地貌形态；坡体上居民住房墙体及地坪 变形张裂缝分布普遍。三交坪蠕滑体对水库和大坝 的安全影响较大，是水库库岸稳定研究重点，采用钻 孔倾斜仪监测不同深度不同位移速率的变形位移。 主要建筑物和汉源新城供水管的地震设计烈度 采用Ⅷ度；输水工程主要建筑物的地震设计烈度采 用Ⅶ度。 ３坝址、坝型比选 在流沙河有约３ｋｍ的河段根据地形、地质条件 比较了上、下两坝址，上坝址位于永定桥下游约 ３００ｍ的峡谷入口处，下坝址位于飞水沟口下游较狭 窄的“ｕ”形峡谷河段。上坝址岩溶相对发育，左岸 上游约９００ｍ处存在处于临界不稳定状态的三交坪 蠕滑体，对大坝安全及供水安全影响较大；下坝址可 基本避免水库蓄水对三交坪蠕滑体的影响，且对三 交坪蠕滑体和高粱坪堆积体采取加固措施后安全性 优于上坝址。通过技术经济等方面的综合比较，认 为下坝址优于上坝址，因此下坝址作为推荐坝址。 坝型选择比较了混凝土面板堆石坝和碾压混凝 土重力坝。混凝土面板堆石坝方案坝基开挖工程量 大，地形上布置泄洪建筑物比较困难；碾压混凝土重 力坝方案两岸坝肩开挖边坡较陡，开挖形成的高边 ３２ 重力坝方案采用分层分区浇筑混凝土，利用不同的 混凝土入仓方式可以解决上坝交通问题。 重力坝泄洪建筑物和引水建筑物均可结合挡水 建筑物布置，布置条件优越，建筑物布置紧凑，运行 管理方便；重力坝运行安全，具有抗御超标准洪水的 能力。而面板坝在右坝肩泄洪设施布置困难，泄洪 洞存在高流速气蚀问题。 碾压混凝土重力坝工期为３２个月，混凝土面板 堆石坝工期为３８个月，前者工期较短。 碾压混凝土重力坝方案投资省，比混凝土面板 堆石坝方案投资少４ ０００万元。 从地形地质条件、枢纽建筑物布置、施工条件、 运行管理、工期、投资等方面综合比较，碾压混凝土 重力坝方案优于面板堆石坝方案，因此推荐碾压混 凝土重力坝方案。 永定桥水利工程由首部枢纽工程和输水工程组 成。首部枢纽工程主要建筑物有大坝、泄水建筑物 及引水建筑物，在大坝后接引水隧洞。输水工程由 灌溉引水渠道及渠系建筑物组成。拦河坝为碾压混 凝土重力坝，最大坝高１２３．Ｏｍ。 汉源新县城位于流沙河右岸，是供水的末端；流 沙河的左岸，有大田安置区和东大堰、香林堰两个灌 区。通过对跨流沙河建筑物位置的比选，位于坝址 和新县城中点的两河口位置比较理想，引水建筑物 布置于左岸，只需一座跨河建筑物；如布置在右岸， 除跨越流沙河的两河口倒虹吸以外，还需在上游跨 越流沙河的支流许家沟，势必增加工程投资，增加管 理运行费用。因此，决定引水建筑物布置在左岸。 为便于泄洪和消能建筑物的布置，使下泄的高 速水流不冲刷下游山体，将溢流表孔布置在主河床 部位。而泄洪中孔既不能在左岸布置，也不能在河 床布置，只能在河床右岸布置。 ４主要建筑物 维普资讯 http://www.cqvip.com ４．１大坝布置 孔口尺寸为３ｍＸ４ｍ（宽Ｘ高）。 根据坝址地形、地质条件选定坝轴线，河床坝段 引水坝段位于左岸，坝段长度为３０ｍ，在坝身埋 建基面基本置于弱风化下段的Ⅲ一１级岩体上，最 设三根引水钢管，对应的三个进水孔高程分别为 低建基面高程１４２２．５０ｍ。河床两岸Ⅲ一３级岩体弱 １５３０ｍ、１５１７ｍ和１５０３ｍ，引水钢管穿过坝体后合并 风化弱卸荷，岩体较完整。坝高在１００ｍ以内的左、 为一根钢管，通至坝后引水灌溉洞。 右岸坝段，根据规范要求建基面应置于弱风化的Ⅲ ４．２碾压混凝土配合比设计 一３级岩体上。 由于大坝各部位混凝土受力状况不同，所处外 首部枢纽建筑物大坝由挡水坝段、溢流坝段、中 界环境不同，大坝混凝土需按不同部位的工作条件 孔坝段和引水坝段组成，坝顶长度１８１．Ｏｍ，其中溢 不同分成不同的区域。分区原则为：满足不同运用 流坝段长３０ｍ。挡水坝段布置在两岸，坝顶高程 条件下混凝土强度、抗裂、抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗冲 １５４５．５ｍ，坝基开挖最低高程１４２２．５ｍ，最大坝高 磨等要求；尽量采用碾压混凝土施工，并满足碾压混 １２３ｍ。上游坝坡在１４６２．５ｍ高程以上竖直，以下为 凝土的施工要求；尽量减少混凝土分区种类，相邻分 １：０．２，下游坝坡为１：０．７５。 区混凝土强度等级不超过２级。 溢流坝段溢流堰采用无闸门控制的开敞式表孔 根据上述原则，并类比已建工程的经验，确定大 自由溢流，按两孔布置，每孔净宽１２．Ｏｍ，堰顶高程 坝采用全断面碾压混凝土施工。为改善基岩与混凝 １５４３．Ｏｍ，堰型采用ＷＥＳ型实用堰，溢流坝末端出 土问的约束力并提高坝体与基岩的结合能力，河床 流为挑流消能。 部位坝基基础垫层采用２．Ｏｍ厚的Ｃ２０Ｗ８常态混 泄洪中孔进口高程为１４９４．Ｏｍ，出口高程为 凝土，在岸坡部位基础垫层采用二级配Ｃ２０Ｗ８的变 １４９４ｍ，孔长４０．６３ｍ；进口设置检修门，尺寸为３ｍ Ｘ 态混凝土，垫层垂直厚度为１．ＯＯｍ。坝体混凝土材 ５ｍ（宽Ｘ高），由坝顶门机启闭；出口设弧形工作门， 料分区见表１。 表１坝体材料分区 ４．３稳定应力分析 力分析以及静、动条件下的稳定应力分析，其结果均 采用静、动力两种计算方法对坝体进行分析。 满足规范要求。 根据ＳＬ３１９—２００５（（混凝土重力坝设计规范》， ４．４渠系建筑物 混凝土重力坝以材料力学法和刚体极限平衡法计算 永定桥水利工程灌区耕地主要分布在汉源县境 成果作为确定坝体断面的依据。高坝除用材料力学 内的流沙河两岸１５Ｏｍ高程以下，根据灌区地形、 法计算坝体应力外，还需采用有限元法计算分析。 地质条件、灌面分布以及渠系布置原则，输水线路由 永定桥水库坝高１２３ｍ，属高坝，其稳定和应力 １条输水干渠、１条万亩以上支渠及５条万亩以下支 计算除采用材料力学法外，还采用了线弹性有限元 渠和１条县城水厂供水管道组成，其中万亩以上支 法和非线性有限元法进行计算分析。 渠为萝卜岗支渠，４条万亩以下支渠为大田支渠、任 永定桥水库坝基基本烈度为Ⅷ度，大坝为２级 家湾支渠、白鹤支渠、大岭支渠和梨坪支渠。本灌区 建筑物，根据ＳＬ２０３—９７《水工建筑物抗震设计规 干、支渠渠道总长９５．７８ｋｍ，其中干渠全长４４．６５ｋｍ， 范》，大坝的抗震设防类别为乙类，其地震作用效应 灌区７条支渠总长度为５１．１３ｋｍ（包括县城二水厂 计算采用动力法。 供水管道）。在７条支渠中，明渠长占６７．１８％；低压 分析表明，坝基面应力和沿坝基面抗滑稳定安 混凝土管渠占２６．４８％；隧洞２处，长１．９８６ｋｍ，占 全系数均满足规范的要求。考虑到施工中碾压混凝 ３．８９％；在大田支渠上布置倒虹吸管１座及县城供 土坝存在众多施工层面，这些层面是结构上的薄弱 水管上布置压力钢管１处，平距长分别为９２０ｍ及 环节，故对这些层面对碾压混凝土坝的应力和稳定 ３３５．０７ｍ，占２．４５％。 的影响进行了深入的研究，做了静力非线性分析、动 （下转第４４页） ３３ 维普资讯 http://www.cqvip.com
长江科学院工程检测中心进行现场钻孔取芯室内试 水泥土搅拌桩防渗墙的主要检测内容为渗透系 验、钻孔压水试验，获得了具体试验数据。 数、抗压强度以及允许渗透比降。试验结果详见表２。 表２水泥土搅拌桩防渗墙芯样检验结果（长科院质检中心） ３．３２Ｘ １０— ３．１９Ｘ １０— ４．０ ３．２１×１０— ２．４９×１０ ２．２７Ｘ １０ ２．８４Ｘ１０— １．９０Ｘ １０一 １．３３×１０ ２．４ １．７４Ｘ １０一 理办法主要是通过加大水灰比进行调整。这样做可 ７坝基防渗还需解决的问题 能增加两方面不利因素：一是临时调整技术参数，施 工质量不易保证；二是增大了水灰比，相应可能增加 ７．１脱水变形 ４ ４ ３—２ ２ ２—２ ２ ２ 日后墙体开裂的风险。 水泥土搅拌桩防渗墙水灰比一般在１．３ １ ６—２ ２ ６一 ７ ４～１．４ ６ 之间。施工期间，墙体含水量较大，在枯水年份水库 ８结束语 蓄水量很少的情况下，一旦水分散失，墙体将沉降与 开裂，对这种情况还未得到检验。因此，在今后的运 在水泥土搅拌桩坝基防渗工程中，由于采取了 行管理中，应对长时期脱水环境下的水泥土搅拌桩 有针对性的质量控制措施，保证了水泥土搅拌桩的 防渗墙的开裂情况进行深人的观测。 施工质量和防渗效果。试验结果表明：渗透系数 ７．２干硬土体的钻进与技术参数 ８＝２．８４ Ｘ １０＿。～１．４０ Ｘ １０～ｃｍ／ｓ，抗压强度Ｒ２８ 在水泥土搅拌桩防渗墙施工中，由于遇到干硬 ＝２．１～６．６ＭＰａ，渗透比降 ≥１２９～１６５，喷浆效 黏土层或者泥岩，几次发生钻进中钻杆折断现象，处 果显著，可起到明显的防渗作用，满足设计要求。 （上接第３３页） 为满足各渠道工程安全和管理运行要求，本阶 加固处理方案。采用排水反压法等工程措施后，三 段拟在渠道上布置各类小型建筑物２１８座。其中泄 交坪蠕滑体稳定性可满足规范要求。 水闸１座，节制闸３座，分水闸７座，放水洞４１个， 对于库区中段的高梁坪堆积体，经地质勘探、试 山溪涵洞９８处，人行桥５４座，机耕桥１２座。另在 验及边坡稳定性计算分析，在天然状况下整体稳定， 干渠上的倒虹吸管进水口前缘设置冲沙泄水闸（兼 水库蓄水后整体也处于稳定状态。因此，高梁坪堆 退水闸）２座，并利用干渠上的支渠分水闸排泄多余 积体的处理，主要采用削坡反压加坡面防护的方式。 水量，以确保输水干渠的安全。 ４．５三交坪蠕滑体、高梁坪堆积体加固处理设计 ５结束语 三交坪蠕滑体的稳定问题是制约永定桥水库建 永定桥水利工程在保证汉源新县城城市用水的 设的重大技术问题。为此，进行了地质定性分析、地 前提下，也满足了沿线居民的生活、灌溉、乡镇企业 质建议参数值情况的三种极限平衡状态法的定量分 用水和环境用水的要求。工程的兴建不仅解决了安 析、各稳定性参数对蠕滑体稳定系数和剩余下滑力 置区移民的灌溉及生活用水问题，使瀑布沟电站的 的敏感性分析。在确定满足规范要求的剩余下滑力 移民工作顺利进行，保证瀑布沟电站按期发电，有利 取值后，又进行了加固处理方案的技术经济比选。 于移民安置区的社会稳定和经济发展，而且为汉源 经综合比较，采用排水反压方案，作为三交坪蠕滑体 县经济的可持续发展和城镇建设提供了有力保障。