勐曼二级水电站堆石混凝土坝型比选

陆秉山，彭章超

（广西南宁水利电力设计院，南宁 530001）

勐曼二级水电站堆石混凝土坝型比选

陆秉山，彭章超

（广西南宁水利电力设计院，南宁 530001）

云南省绿春县勐曼二级水电站选坝，主要从投资、施工、温控、环保及风险等方面，对常态混凝土、碾压混凝土及堆石混凝土3种筑坝材料进行分析比较后，推荐采用堆石混凝土重力坝方案。

水电站大坝；坝型选择；堆石混凝土重力坝

1 工程概况

勐曼二级水电站位于云南省红河哈尼族彝族自治州西南部绿春县三猛乡境内，小黑江流域勐曼河中游，是勐曼河规划河段三级开发方案中的第二级。电站以发电为主，采用混合开发方式。枢纽建筑物由首部枢纽、引水建筑物和厂区枢纽3部分组成，主要建筑物包括拦河大坝、发电进水口、有压引水隧洞、调压井、高压管道、地面厂房及升压站等。拦河大坝坝址位于勐曼河龙沙山脚上游约1.1km处，大坝采用混凝土重力坝，最大坝高66m，坝顶长131m。电站厂房采用地面式，布置在洛瓦电站勐曼河大坝上游约500m处的右岸台地上，厂内安装2台单机容量16MW的混流式水轮发电机组。引水系统布置于河道右岸，由发电进水口、引水隧洞、调压井及高压管道等建筑物组成。选用一洞一管两机布置形式。有压引水隧洞全长4.16km，采用圆形断面，洞径4m。水库正常蓄水位788m，总库容2949万m3，设计水头124m，引用流量38m3/s，电站装机容量32MW，多年平均年发电量1.45亿kW·h，属三等中型工程，主要建筑物大坝、引水系统和电站厂房的建筑物级别均为3级。大坝洪水标准为100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。工程总工期36个月，工程静态总投资31028.69万元。

本电站建设对缓解当地用电紧张局面，促进当地经济发展，维护民族团结和边疆稳定有着重要的现实意义。

2 水文地质条件

拦河大坝坝址以上集雨面积297km2，多年平均流量25.1m3/s，相应水位735.21m。100年一遇洪水设计流量1420m3/s，相应水位743.73m；标准为1000年一遇洪水校核，洪水流量1950m3/s，相应水位745.00m。

坝址处河段河谷呈狭窄V形，两岸岸坡地形基本对称，河床底宽23.5m，坝肩为高陡基岩岸坡，完整性好，坡高大于200m。无大的顺河断裂构造发育，河床覆盖层以冲积砂卵砾石为主，厚4.5～8.5m。坝基坝肩基岩为中厚层状长石石英砂岩、轻变质泥岩，岸坡强风化厚10～31.4m，河床部位基本无强风化层，弱风化层的厚度一般大于20m，岸边卸荷带厚约10～25m。按照岩体基本质量分级标准，微风化、新鲜的长石石英砂岩、轻变质泥岩岩体定为Ⅱ类，弱风化岩体定Ⅲ类，强风化岩体定为Ⅳ类岩体。由于坝址岩层多元化，软硬相间，风化深度及程度不一致，室内岩石饱和单轴抗压强度综合平均值为24.4～114MPa，因此，坝址基岩属中硬岩，工程地质分类综合定为BⅢ2类，选定坝址具备修建重力坝的工程地质条件。坝址附近石料丰富，岩性主要为砂岩。

3 坝型比选

3.1 坝型比选方案

根据地质勘察和现场察勘成果，坝址区地处峡谷河段，呈狭窄V形，河流顺直，两岸山体雄厚，地形基本对称，两岸岸坡陡峻，平均坡度在53°以上。坝址区岩石覆盖层较浅，基岩为长石石英砂岩等组成，属中硬质岩石，无软弱夹层，岩层厚度大，整体强度好，岩层产状稳定，未发现较大规模的断裂构造穿过坝址，也未发现有构成滑床的缓倾角软弱平层，坝址具备修建重力坝的工程地质条件。同时，两岸无布置溢洪道的地形条件，采用土石坝作为挡水建筑物，对工程工期和投资等方面显然不利，因此，该坝址适宜选用具有坝身泄洪优势的混凝土坝型作为本坝址的基本坝型。

由于左坝肩受风化和卸荷作用的共同影响，坝肩强风化岩体厚度较大、相对破碎，由坡残积碎石土组成的左岸边坡稳定性较差，对左坝肩边坡稳定影响较大，对混凝土拱坝予以否定，故选用混凝土重力坝坝型较为合适。

混凝土重力坝，主要选择常态混凝土、碾压混凝土、堆石混凝土3种筑坝材料进行比较，如表1所示。

表1 坝型比较

3.2 堆石混凝土技术

堆石混凝土大坝施工方法是一种新型的施工工艺，施工时将堆石（由粒径大于300mm块石组成）直接入仓，然后浇筑自密实混凝土，利用自密实混凝土的高流动性能，使得自密实混凝土填充到堆石的空隙中，形成完整、密实、有较高强度的混凝土。简而言之就是用自密实性能优良的自密实混凝土充填堆石体所形成的致密混凝土。堆石混凝土施工过程：自密实混凝土从表面倒入，无需振捣；浇注完成，表层裸露大量块石，大大减少甚至避免了凿毛工序；混凝土成型后表面与常态混凝土无差别。

堆石混凝土技术是近年来被受关注的一种新型坝筑技术，与传统混凝土技术相比，具有节约水泥、缩短工期、简化温控、节省投资、促进节能减排、环境保护并保证工程质量等优点，在坝筑、河堤治理等方面凸显其经济环保优势，并被广泛应用于水利水电工程施工中。2004年至2012年，该筑坝新技术在山西临汾清峪水库（新建重力坝高38m）、山西太原恒山水库（拱坝加固坝高55m）、国投晋城围滩水电站大坝工程、贵州石龙沟水库双曲拱坝工程（坝高44.9m）、四川沙坪二级水电站大坝工程等40多个工程中得到成功应用，为这项新技术在设计、施工和安全监测等方面总结了新的成果和经验。

为了更好地促进堆石混凝土技术的健康发展，2009年水利部有关部门组织技术力量总结该筑坝新技术在设计、施工和安全监测等方面取得的成果和经验，着手编制堆石混凝土技术规范性文件——《胶结颗粒料筑坝技术导则》，近日将正式颁布。

随着堆石混凝土技术行业性技术标准的出台，将进一步推进该筑坝新技术在国内的发展应用，该筑坝新技术会愈加规范和成熟，也将促进该筑坝新技术在本电站工程中的成功使用。

3.3 坝型比选

3．3．1 筑坝材料、施工条件及技术风险

常态混凝土坝的优点是采用常规混凝土施工方法，技术成熟，施工速度和质量易于保证，因此技术风险最小；其缺点是工期较长，水化温升高，温控较复杂。

碾压混凝土重力坝具有施工进度快、水化温升低和温控简单的优点；其缺点是对施工队伍和施工设备要求较高，且在碾压混凝土层面结合处易成为渗水的薄弱层面，有一定的风险，同时坝体需要使用大量的Ⅰ级粉煤灰（云南省仅有曲靖宣威火电厂生产，运距远，约800km），因此大大增加了坝体的综合成本。

堆石混凝土筑坝新技术发展至今，已通过各种实验室试验和现场工程试验验证，并在国内40多个水利水电工程中得到了成功应用。其优点是：①由于坝体混凝土大量采用块石（约占混凝土体积的55%），可以减少砂石骨料用量，单位堆石自密实混凝土中的水泥含量较少，因此堆石混凝土坝具有水化温升小，温控较简单等优点；②通过大量采用块石这种当地材料，降低了综合成本；③与常态混凝土、碾压混凝土相比，采用堆石自密实混凝土避免了混凝土振捣密实的过程，消除了人为的不利干扰，施工质量和稳定性较容易保证。其缺点：①目前采用堆石混凝土技术修建的大坝（新建）最大坝高尚未超过45m，而勐曼二级水电站大坝坝高66m，属中坝，应用该筑坝新技术有一定风险；②堆石自密实混凝土采用的高性能添加剂价格较高，增加了坝体混凝土的综合成本。

3.3.2 大坝造价方面

C15常态混凝土重力坝造价6306.54万元，C15碾压混凝土重力坝造价6828.61万元，C15自密实堆石混凝土重力坝6083.08万元。可见，堆石混凝土重力坝造价最低，其次是常态混凝土混凝土重力坝，而碾压混凝土重力坝造价最高。

3.3.3 环境保护影响方面

常态混凝土重力坝水泥用量最多，排放CO2量最大；碾压混凝土重力坝水泥用量最少，排放CO2量最少；堆石混凝土重力坝水泥用量较少，排放CO2量较少。分析可见：碾压混凝土重力坝对节能减排及环保最有利，其次是堆石混凝土重力坝，常态混凝土重力坝对节能减排及环保不利。

3.3.4 工程总工期影响方面

由于本电站工程引水隧洞较长，施工总工期和第一台机组发电的时间主要由隧洞施工进度控制，各方案拦河坝的施工进度对施工总工期影响不大。

3.4 推荐坝型

根据河谷的形状、地形地质条件及大流量泄洪的条件分析，电站坝址不具备修建如拱坝、土石坝等其他坝型的条件，而具备修建混凝土重力坝的条件。

（1）由于当地缺乏天然砂石骨料，但坝址附近天然石料储量十分丰富，故混凝土骨料主要采用人工骨料，但因石料岩性为石英砂岩，故骨料加工成材率相对不高。采用堆石混凝土重力坝，由于坝体混凝土大量采用块石（约占混凝土体积的55%），可以减少自密实混凝土用量，从而减少砂石骨料用量和生产加工量，还可以充分利用隧洞开挖出来的块石料，达到节省投资、节能减排及低碳环保作用，因此，堆石混凝土重力坝较合适本工程，其优势明显。

（2）从坝体造价、施工速度、混凝土温控、环境保护、技术要求及风险等方面比较，堆石混凝土重力坝型具有造价较低，无需振捣，施工简单，施工速度快，水化温升较低，温控容易，施工噪音小，水泥用量少，对节能减排及环保有利，可就地取材达到“宜材适构”原则等优点；同时技术相当成熟，与常态混凝土、碾压混凝土相比，堆石混凝土重力坝型明显较优，因此，推荐采用堆石混凝土重力坝方案。

4 堆石混凝土重力坝基本断面设计

勐曼二级水电站大坝选定堆石混凝土重力坝，最大坝高66m，坝顶高程792m，坝顶长度131m。从左到右依次布置左岸非溢流坝段、溢流坝段、右岸非溢流坝段，分别长55，36，40m。

左右岸非溢流坝段，坝顶宽度7.00m，坝顶设防浪墙，下游坝坡780.86m高程以上为竖直，780.86m高程以下为1∶0.8，上游坝坡749.50m高程以上为竖直，749.50m高程以下为1∶0.1。坝基面高程736m，最大坝高56m，最大坝底宽44.24m。

溢流坝段布置在河中，设置3个有闸溢流表孔，每个孔口尺寸8m×8m（宽×高），采用WES型实用堰，堰顶高程780.00m，溢流坝段全长36m，底宽58.45m，坝基面高程726m，最大坝高66m。上游堰面倒悬，堰头为椭圆曲线连接，下游溢流堰面选用WES曲线，曲线后接1∶0.8陡坡段，之后接反弧段。消能方式采用挑流消能。

坝体混凝土分区采用中间为C15堆石混凝土，外包常态混凝土。坝体上游侧设C20常态混凝土防渗层，厚度1.5～2.5m；溢流面对材料性能要求较高，采用2～3.5m厚C40抗冲磨混凝土，增强防冲刷能力；下游侧745m高程以下设C20常态混凝土防渗层，厚度约1.5m；坝基设2m厚C15常态混凝土基础垫层。坝体孔口、闸墩、边墙及廊道等部位均采用钢筋混凝土结构。

5 结语

堆石混凝土技术是近年来被受关注的一种新型坝筑技术，与传统混凝土技术相比，具有节约50%以上水泥、缩短工期、简化温控、节省投资、促进节能减排、环境保护并保证工程质量等优点，近年来在国内40多个水利水电工程中得到成功使用。根据即将颁发的堆石混凝土技术规范性文件《胶结颗粒筑坝技术导则》中关于“本导则适用于中、低坝胶结颗粒筑坝技术的设计和施工，坝高超过70m的坝应进行专题研究”的规定，本电站大坝坝高为66m，属中坝，从本电站坝址地形地质条件、砂石料情况、简化温控设施、节省投资及环境保护等方面考虑，推荐采用堆石混凝土重力坝是适合本工程实际的，经济合理技术可行，能就地取材，体现了“宜材适构”的设计理念。但是应考虑到本电站大坝坝高66m，是目前国内应用堆石混凝土筑坝新技术最高的大坝，因此，在施工阶段，应在坝体防渗层、保护层、基础垫层、分缝分块及温控等设计和施工方面进行重点研究。

［1］广西南宁水利电力设计院.云南省绿春县勐曼二级水电站工程可行性研究报告［R］.2011.

［2］DL/T5005—1992，碾压混凝土坝设计规范［S］.

［3］DL5108—1999，混凝土重力坝设计规范［S］.

［4］DL/T5207—2005，水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范［S］.

［5］金峰，安雪晖，石建军，等.堆石混凝土及堆石混凝土大坝［J］.水利学报，2005，36（11）:1347-1352.

［6］金峰，李乐，周虎，等.堆石混凝土绝热温升性能初步研究［J］.水利水电技术，2008，39（5）:59-63.

［7］张光斗，王光纶.水工建筑物［M］.北京：水利电力出版社，1994.

［8］华北水利学院.水工设计手册（第5卷混凝土坝）［K］.北京：水利电力出版社，1989.

Selection of Rock-fill Concrete Dam Type of Mengman Second Cascade Hydropower Station

LU Bing-shan，PENG Zhang-chao
（Guangxi Nanning Design Institute of Water Conservancy&Hydropower，Nanning 530001，China）

After comprehensive comparison，concrete gravity dam was the selected dam type in Mengman second cascade hydropower station ordinary concrete，roller compacted concrete and rock-filled concrete were analyzed and compared from sides of investment，construction condition，temperature control，environment protection and risks，rock-fill concrete gravity dam was recommend finally.

hydropower dam；selection of dam type；rock-fill concrete gravity dam

TV4；TV641

A

1672-9900（2013）01-0050-04

2012-10-29

陆秉山（1966-），男（壮族），广西南宁人，高级工程师，主要从事水利水电工程设计与研究工作，（Tel）13807877846。