龙潘卡尔水电站碾压混凝土坝的分期导流施工

　　1、工程概况

　　龙潘卡尔水电站位于喀麦隆共和国东部省潘卡尔地区,坝址位于洛姆河与潘卡尔河交汇后下游4km处,距离洛姆河与杰雷姆河的交汇处以东大约13km。水库库容为60×108m3,主要用于发电及枯期调节松鲁鲁、埃代阿和纳齐提加水电站的引用流量。该电站为坝后式厂房,共布置4台机组,单台机组引用流量为25m3/s,总装机容量为30 MW。

　　电站工程主要由河床中心的主坝和河流右岸山谷内的副坝组成。主坝工程主要由中央碾压混凝土坝及两侧粘土心墙坝组成,其中碾压混凝土坝坝顶长182m,最大坝高45.5m。碾压混凝土坝主要由发电引水坝段、溢流泄水坝段、挡水坝段及底部泄水闸等组成。

　　1.1工程地质条件

　　龙潘卡尔水电站位于东部省雅温得东北约350km、贝尔图阿市北约120km处。坝址区位于龙潘卡尔盆地中两个山丘之间的狭谷地带,坝址附近植被主要由冲积平原上的热带草原、洛姆河边上的细长森林带和山丘上的小灌木草原组成。

　　河床在沿大坝设计轴上大约120m宽。河水水位约为636m。河床约2/3宽度(从左岸算起)内有岩石出露。右岸山谷中的河床汇集库区枯水期大部分水流。左岸可被洪水淹没的河滩在洛姆河边延伸约160m。此外,左岸山丘地势渐渐升高,其中底部山坡坡度为11%,位于高程640~670m之间;上中山坡稍缓,坡度为4%,实测高程至680m,岸坡轻度向上游倾斜。右岸可被洪水淹没的河滩约60m长。右岸山丘地势渐渐升高,其中下部山坡坡度为7%,直至660m高程,中部山坡坡度变陡为16%,直至680m高程,顶部至山脊700 m高程逐渐变缓。此外,该山丘内包含一个山谷,山谷平行于洛姆河方向,距右岸边约1 200m。山谷的两侧岸坡坡度较陡,呈对称分布,被森林覆盖。

　　1.2水文特性

　　龙潘卡尔水电站洪水主要由降雨形成,该地区的降水量随季节变化显著,8月、9月、10月的平均月流量大于500m3/s;6月、7月、11与12月的在100~350m3/s之间;1月至5月的平均月流量比较低。经水文分析计算,喀麦隆龙潘卡尔水电站设计洪水情况见表1及表2。

　　2、导流建筑物设计

　　根据该工程布置情况及地质、水文条件等方面进行分析,施工期需对碾压混凝土坝采取分期导流施工。

　　2.1施工导流标准　根据SL303—2004《水利水电工程施工组织设计规范》的规定,在进行导流建筑物级别、洪水资料及工程导流时段划分、洪水标准、对应流量的设计比较分析基础上,同时考虑施工工期、施工条件、工程量及工程造价等影响因素后,确定全年围堰导流标准为50a一遇洪水,相应流量Q=1 460m3/s。

　　2.2施工导流方式　根据坝址处工程地形地貌、水文气象条件及枢纽布置型式,该工程一期导流采用全年导流方式。利用束窄河床过流,在一期围堰的保护下进行二期导流底孔、挡土墙、左岸坝段及底部泄水闸坝段的施工。一期导游程序见表3。

　　2.3导流程序根据施工总进度安排,2012年5月1日至2013年1月5日利用一期围堰挡水,由右岸束窄河床过流,进行围堰左侧坝段的施工,并填筑至646m高程,且底部泄水闸安装完毕,二期导流底孔具备过流条件。

　　2.4导流水力计算一期施工导流主要通过右岸束窄河床过流,过流断面底宽113m,为梯形断面,两侧边坡的坡比为1∶1.8。

　　2.4.1 洪水标准Q=1 460m3/s,为全年50a一遇洪水。

　　2.4.2 水位的确定

　　1)计算公式。按明渠过流能力计算公式:

　　式中:Q—泄流流量,m3/s;A—过水断面积,m2;C—谢才系数,m1/2/s,按曼宁公式计算;R—水力半径,m;i—渠底坡度,i=0.000 3;n—糙率,取n=0.04;χ—湿周,m。

　　2)一期施工导流水位流量关系曲线曲线根据上述公式计算得一期施工导流水位流量关系曲线,见图1。

　　3)一期围堰最高挡水位计算结果根据一期施工导流水位流量关系曲线,当Q=1 460m3/s时,水深为8.1 m。围堰堰前水位为642.3m,取围堰安全超高0.7m,故取围堰顶高为643m。

　　2.5导流建筑物材料及尺寸设计。一期围堰为土石围堰,边坡采用块石防护。纵向围堰基础为完整的基岩,采用粘土防渗;上、下游围堰基础含有断层,采用粘土与帷幕灌浆联合防渗。考虑超高0.7m后,堰顶高程为643m,堰顶宽8m,粘土体顶宽5m,块石护坡宽3m。围堰上、下游边坡为1∶1.8,最大堰高9m,堰顶长度760m。帷幕灌浆采用单排孔,孔距2m。

　　2.6围堰稳定计算。一期围堰采用粘土填筑,反滤层采用土工布,迎水面采用抛石护坡。采用粘土与帷幕灌浆联合防渗。围堰平面及断面布置见图2及图3。

　　2.6.1荷载及荷载组合。荷载组合见表4。

　　2.6.2 计算方法。利用计算软件《理正岩土计算5.1》采用渗流问题有限元分析计算出浸润线;利用计算软件《理正岩土计算5.1》采用简化毕肖普法计算出最不利滑动面;稳定计算采用有效应力法;孔隙水压力采用近似方法计算。

　　2.6.3 计算公式。

　　2.6.4 稳定计算结果。根据上式对土条取单宽进行试算,经计算:K=1.36>Ks=1.3,符合 《法国大坝和水库委 员 会2010》中的建议值1.3,故围堰稳定。

　　3 、结 论

　　1)设计论证,一期围堰采用均质粘土围堰,边坡采用块石防护。不仅大大提高了围堰施工速度,而且充分利用当地材料,节约了施工成本;2)纵向围堰基础为完整的基岩,采用粘土防渗;上、下游围堰基础含有断层,采用粘土与帷幕灌浆联合防渗。经现场基坑开挖观测及施工监测表明,一期围堰沉降及变形量小,堰体结构安全可靠。