第ｌ８卷第８期 水利科技与经济 Ｖ０１．１８ Ｎｏ．８ ２０１２年８月 Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ Ａｕｇ．，２０１２ 山口水电站坝型和枢纽布置 主要设计特点综述 潘旭东，高红涛 （新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐８３００００） ［摘要］介绍了山口水电站大坝、引泄水建筑物和电站厂尾水渠延长的主要设计特点，可供 同行在类似设计中参考。 ［关键词］水电站；混合坝；碾压混凝土；引泄水建筑物；尾水渠 ［中图分类号］ＴＶ７４ ［文献标识码］ Ｂ ［文章编号］ １００６—７１７５（２０１２）０８—００７７—０３ １ 工程概述 内，其对应的地震基本烈度为Ⅷ度。 坝线河谷呈不对称“Ｕ”型宽浅谷，左岸河谷自然坡 山口水电站工程位于新疆某河干流梯级开发的最末 度４Ｏ。一５０。；右岸阶地后缘４５。一５０。，地形条件简单。河 一级，工程任务为发电和上游梯级电站的发电反调节。 床宽２３７ ｍ，右岸Ⅱ级阶地宽６００～７００ ｍ，坝顶以上为Ⅲ 工程由拦河坝、泄水建筑物和发电引水系统及厂房等主 级阶地。坝基、坝肩岩体为砂岩、砾岩、泥质粉砂岩，呈层 要建筑物组成。最大坝高５１ ｍ，装机容量１４０ ＭＷ，保证出 状结构，岩性均一；弱风化岩体质量为ＢⅢ：、ｃⅢ。右坝及 力４０ Ｍｗ，多年平均年发电量５．７×１０ ｋＷ・ｈ，工程规模 右坝肩坡洪积物厚５—３４ ｍ，其余地段４～８ ｍ。强风化层 属大（Ⅱ）型，工程等别为Ⅱ等。校核洪水位９１４．５ ｍ，总 厚度一般在１～３ ｍ；弱风化层厚度一般４～１１ ｍ；微风化 库容１．２１×１０ ｍ ；设计洪水位９１２ ｍ；正常蓄水位９１２ ｍ； 厚一般１０～２５ ｍ。坝线位于Ｆ 、Ｆ 区域性大断裂之间，距 死水位９０５ ｍ，死库容０．５５×１０ ｍ 。 离Ｆ 、Ｆ 分别为８和２．３ ｋｍ。坝线附近主要构造为近东西 ２ 自然条件 向的顺层挤压断层。未发现贯穿性的缓倾不利结构面分 布。Ｆ Ｆ 活动断层位于坝下游，距坝轴线分别为１和 ２．１水文气象条件 ２ ｋｍ。 根据《防洪标准》ＧＢ／Ｔ ５０２０１—１９９４¨ 及《水利水电 工程等级划分及洪水标准》ＳＬ ２５２—２０００＿２ｊ，经上游水库 ３ 大坝设计特点 调蓄后，大坝、泄水建筑物、引水建筑物进口设计洪水标 ３．１ Ｆ 活动断层的应对 准１００年一遇，洪峰流量为１ ５６３ ｍ。／ｓ，校核洪水标准 ２００３年１０月底，本工程初步设计阶段对原坝线地质 ２ ０００年一遇，洪峰流量为３ ８９１ ｍ ／ｓ；厂房设计洪水标准 测绘过程中，发现Ｆ 活动断层斜穿原坝线主河床。于是， ５Ｏ年一遇，洪峰流量为１ ４８８ ｍ ／ｓ，校核洪水标准２００年 将剩余地勘工作量调致新选的上、中、下坝线，开展坝线 一遇，洪峰流量为３ ２１８ ｍ ／ｓ。导流标准：围堰挡水阶段Ｐ 比选工作。经过坝线比选，下坝线地质条件复杂，区域构 ＝１０％，全年洪水洪峰流量为８００ ｍ ／ｓ，坝体度汛阶段Ｐ 造稳定条件很差，不宜建坝。中坝线与上坝线动能指标 ：５％，全年洪水洪峰流量为１ ２００ ｍ ／ｓ。工程区多年平均 相近，两条坝线同种坝型的投资相差不大，中坝线有活动 气温８．８￣Ｃ，极端最高气温３９℃，极端最低气温一３２．０℃， 断层Ｆ３５从右坝肩附近通过，距活断层较近，而上坝线地 多年平均降水量３３４．０２ ｍｍ，多年平均蒸发量 质条件相对较好，Ｆ Ｆ 活动断层位于坝下游，距坝轴线 １ ９６１．０４ ｍｍ，最大风速２４．０ ｍ／ｓ，最大冻土深度８０ ｃｍ。 １和２ ｋｍ。最终确定采用上坝线。 ２．２地质条件 ３．２采用混合坝型 工程区出露的地层主要有石炭系、二叠系、侏罗系、 本工程坝线长度为９６３．１ ｍ，右岸阶地宽约５００ ｍ。根 第三系和第四系地层。工程区发育有东西、北东构造，受 据坝线的地形、地质条件，左岸及河床阶地布置碾压混凝 活动断裂Ｆ 影响，工程区发育Ｆ Ｆ 。。、Ｆ。 次级活动断 土重力坝，表孔坝段布置在主河床，底孔坝段布置在左岸 层。据１／４００万《中国地震动参数区划图》（ＧＢ １８３０６— 阶地。混合坝尽可能结合坝体布置引泄水建筑物与土石 ２００１） ，工程区处在地震动峰值加速度为０．２ ｇ的区域 坝比可省去引泄水建筑物各条隧洞，右岸阶地充分利用 ［收稿日期］２０１２－０３—０７ ［作者简介］ 潘旭东（１９６９一），男，江苏宜兴人，高级工程师，主要从事水利水电工程设计工作；高红涛（１９８１一），男，陕 西南郑人，工程师，主要从事水工设计工作． ７７— 第ｌ８卷第８期 水利科技与经济 Ｖｏ１．１８ Ｎｏ．８ ２０１２年８月 Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ Ａｕｇ．，２０１２ 了当地材料坝的材料优势采用黏土心墙，从而降低了工 ３．３ 采用石灰石粉与粉煤灰双掺碾压混凝土 程投资。经比选，混合坝方案投资比碾压混凝土方案低 碾压混凝土坝坝体内部混凝土使用的主要掺合料粉 ２ ７７５万元、比黏土心墙坝方案低７ ５８３万元。因此，采用 煤灰必须由６００ ｋｍ以外的石河子、玛纳斯进行长距离运 混合坝型。 输，影响碾压混凝土筑坝经济性。同时，本工程主要采用 大坝最终方案为：主河床和左岸阶地采用碾压混凝 的砂为天然水洗砂，细颗粒含量偏低，即≤０．１６ ｍｍ以下 土重力坝，坝顶高程９１６ ｍ，防浪墙顶高程９１７．２ ｍ，最大坝 颗粒含量仅为６％，当地石灰石粉资源丰富，最终采用石 高５１ ｍ，坝顶宽度为８ ｍ，坝体上游面８８０．０ ｍ高程至坝顶 灰石粉与粉煤灰双掺碾压混凝土。为改善碾压混凝土性 ９１７．２ ｍ高程为垂直面，８８０．０ ｍ高程至坝基为１：０．２的斜 能，在碾压混凝土配和比中，掺入一定数量的人工石粉， 坡面，下游坝坡１：０．７５。右岸阶地采用黏土心墙坝，坝顶高 等量替代部分砂料。掺加石粉后碾压混凝土表面泛浆均 程为９１６．０ ｍ，坝顶宽度为１０ ｍ，最大坝高３８．２６ ｍ，坝长 匀，混凝土的可碾压性大大提高，并可更好地满足施工要 ４６７．１ ｍ，坝顶上游侧设Ｌ形Ｃ２５钢筋混凝土防浪墙。防 求，提高混凝土质量。通过试验确定石灰石粉与粉煤灰 浪墙顶高程９１７．２ ｍ，上游坝坡１：２．５；下游坝坡１：２，下游 双掺料碾压混凝土施工配合比，见表１。 坝坡８９６高程设４ ｍ宽的马道，上游设０．２５ ｍ厚的混凝土 护坡，下游坝坡设Ｏ．３ ｍ厚的干砌石护坡。 表１ 石灰石粉与粉煤灰双掺料碾压混凝土施工配合比 大坝混凝土施工前，在二期碾压混凝土纵向围堰开 引泄水建筑物最终布置方案为：泄洪底孔布置在左 展了现场工艺试验。试验结果表明：①以石灰石粉代砂， 岸阶地，设１孔永久底孑Ｌ、１孔临时底孔，底板高程８７６ ｍ。 改善砂子颗粒级配，增加碾压混凝土中的细粉含量，提高 永久底孔进口设有一道平板事故门，孔口尺寸６ ｍ× 碾压混凝土的浆体含量，对于改善骨料表面裹浆性能，减 ７．５ ｍ，孔身为矩型断面，宽６ ｍ，高７．５ ｍ。出口设一道弧 轻碾压混凝土的骨料分离现象，提高混凝土均匀泛浆能 形工作门，孔口尺寸为６ ｍ ｘ６ ｍ，后接挑流鼻坎。表孔位 力，改善混凝土的碾压性能效果非常明显；②提高碾压混 于主河床，设４孔，单孔净宽８ ｍ，堰顶高程９０２ ｍ，溢流剖 凝土的砂率，适当增加混凝土用水量，有助于减小碾压混 面采用实用堰，堰后通过１：０．７５斜坡及圆弧与消力池连 凝土骨料分离，改善混凝土的碾压性能；③双掺石灰石粉 接。发电引水进口位于右岸阶地坝段，机组采用３管３机 ＋粉煤灰配合比的碾压混凝土与单掺粉煤灰６５％配合比 的引水方式，坝上游设置３个引水闸井，闸井底板高程 的碾压混凝土各龄期强度相当；④相同碾压遍数时，随着 ８９０ Ｉｎ。每个闸井设快速门及检修门各１道，孔口尺寸ｂ× 碾压混凝土 值降低，混凝土平均压实密度增大，压实 ｈ＝６．０ ｍ×６．０ ｍ；进口前部每个闸井设拦污栅及挡水门 度合格率提高；⑤碾压混凝土 值在１～３ ｓ时，随着振 各３孔，孔口尺寸ｂ×ｈ＝４．５ ｍ×１２ ｍ。引水管道采用钢 动碾压遍数从４遍增加到６遍，混凝土压实密度明显提 衬钢筋混凝土管，布置在混凝土坝下游坝面上，管内径 高，压实度合格率从７０％提高到近１００％；当振动碾压遍 ６．２ ｍ，单管长度６１．１４ ｍ。 数达到８遍时，碾压混凝土压实度合格率达１００％。根据 试验结果，碾压混凝土的ＶＣ值宜控制在１—３ ｓ，碾压遍 ５尾水渠延长方案的研究 数６—８遍。 本电站厂房位于右岸阶地，右岸阶地开阔并向下游 ４ 引水及泄水建筑物布置特点 延伸至中坝线，此河段的水面比降为３％ｏ。因此，厂房尾 水存在在右岸阶地开挖尾水渠至中坝线处投入河道的条 根据坝线处的地形条件，适合采用分期围堰导流方 件，可增加发电水头。因此，对厂房位于右岸阶地的长短 式，因此底孔的布置应结合施工导流布置。厂房位于右 尾水渠方案进行比较。两方案厂房采用坝后式，布置在 岸阶地，分期导流一期先围左岸，在一期围堰的保护下利 靠近右岸阶地坝段桩号坝０＋３１３一坝０＋４１６下游阶地 用原河床靠近右岸侧过流，进行左岸坝体、底孔坝段、右 上。长尾水方案各建筑物布置基本与短尾水方案相同， 岸阶地坝段、厂房和其它坝段施工；二期利用二期围堰挡 仅机组安装高程为８７２．１ ｍ，压力管道和尾水渠加长。短 水底孔泄流，继续进行左、右岸坝段施工，该方案厂房施 尾水方案尾水渠在厂房后直接投入河道长８０ ｍ，长尾水 工不受分期导流的影响，可提前施工，工期为３ ａ。而厂房 方案尾水渠沿右岸阶地并向下游延伸８８７ ｍ投入河道。 位于左岸，分期导流一期先围右岸，一期导流需利用河床 经比较，尾水渠延长后，可获得２．０ ｍ左右的加权平 左岸和左岸阶地泄洪，厂房不能提前施工，工期为４ ａ。因 均水头，电站装机容量可以由１２０ ＭＷ提高至１４０ ＭＷ，多 此，厂房应布置在右岸阶地上。水库水位经常处于高水 年平均发电量可由５．２６×１０ ｋＷ・ｈ提高至 位，其主要泄洪建筑物为表孔。因此，表孔坝段布置在主 ５．７２×１０ ｋＷ・ｈ，短尾水方案投资１１．５７９亿元，长尾水 河床位置，下泄水流直接进入下游河道。 方案投资１２．１７６亿元，经过经济比较，差额内部收益率为 一７８一 潘旭东，等：山１２１水电站坝型和枢纽布置主要设计特点综述 第８期 ２１．２ｌ％，说明尾水渠延长产生的发电效益大于投资的增 较，可获得２．０ ｍ左右的加权平均水头，尾水渠延长产生 长。因此推荐长尾水方案。 的发电效益大于投资的增长。 ６ 结 论 该工程开工后，进展顺利，２００８年１２月已通过蓄水 安全鉴定和蓄水验收。目前，已蓄水发电，工程运行正常。 １）本工程经过坝线上移，避开了活动断层的影响， 采用混合坝型更能适应当地的地形、地质条件，降低了工 ［参考文献］ 程投资。碾压混凝土坝坝体内部混凝土采用石灰石粉与 ［１］ＧＢ／Ｔ ５０２０１—１９９４，防洪标准［Ｓ］． 粉煤灰双掺碾压混凝土，加大碾压混凝土中微细颗粒的 ［２］ＳＬ ２５２—２０００，水利水电工程等级划分及洪水标准 含量，提高了碾压混凝土的可碾性和经济性。 ［ｓ］． ２）引泄水建筑物泄洪底孔布置在左岸阶地，表孔 ［３］ＧＢ １８３０６—２００１，中国地震动参数区划图［Ｓ］． 位于主河床，厂房位于右岸阶地坝段。厂房可提前施工， ［４］王世夏．水工设计的理论和方法［Ｍ］．北京：中国水 工期可比其它方案提前１ ａ。 利水电出版社，２０００． ３） 对厂房位于右岸阶地的长短尾水渠方案进行比 （编辑：杨文） 中国水博览会暨中国国际膜与 －－．——７９ ．．——