大渡河沙坪二级厂坝间导墙兼鱼道结构及稳定设计

王爱林，黄 维，吴宏荣，涂承义

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州，311122）

1 工程概况

沙坪二级水电站位于四川省乐山市峨边彝族自治县和金口河区境内，距峨边县城上游约7 km，是大渡河中游22个规划梯级中第20个梯级——沙坪梯级的第二级，上接沙坪一级水电站，下邻已建龚嘴水电站。电站采用河床式厂房开发方式。水库正常蓄水位554.00 m，总库容2084万m3，挡水建筑物最大坝高63.0 m，装机容量348 MW。枢纽工程主要由左右岸挡水坝段、泄洪闸、河床式厂房和鱼道等建筑物组成，其中泄洪闸布置在右岸主河床，河床式厂房布置在左岸台地上，厂坝间导墙位于泄洪闸与厂房之间，运行期兼作鱼道出口段，施工期兼作纵向围堰。

本工程施工采用左岸明渠分期导流方式，其导流顺序为：导流明渠施工阶段（2010年12月～2013年5月）进行左岸导流明渠施工，期间来水由原河床下泄；一期导流阶段（2013年11月～2015年3月）进行泄洪闸施工，来水由导流明渠下泄；二期导流阶段（2015年3月～2017年4月）进行左岸厂房施工，来水由厂房土石围堰、厂坝间纵向导墙拦挡，泄洪闸闸孔下泄，见图1。

2 厂坝间导墙基础地质条件

厂坝间导墙基础岩性为生物碎屑灰岩，导墙基础底部分布有缓倾角裂隙L22、页岩夹层Sh4-3及挤压破碎带J3。

（1）裂隙L22：于闸右0+15.5、闸上0+50～闸下0+159，出露高程516～522 m。其性状为：闸上0+50～闸下0+15段及闸下0+70～闸下0+159段，面起伏粗糙，厚度1～3 cm，为岩块岩屑型；闸下0+15～闸下0+70段，面起伏粗糙，厚度2～3 cm，受构造影响，为岩屑夹泥型。

图1 二期施工导流规划平面示意图Fig.1 Schematic plan of diversion in the second construction stage

图2 厂坝间导墙平面示意图Fig.2 Schematic plan of guide wallbetween the power house and dam

（2）页岩夹层Sh4-3：出露于L22以下2～4.5 m，于闸右0+15.5、闸上0+50～闸下0+159，出露高程512～520 m。其性状为：厚度0.4～2 cm，波状起伏，延伸长，受河水冲刷侵蚀，在基坑左岸基岩陡崖沿线被掏空，充填砂卵石。

（3）挤压破碎带J3：N75°～85°W，NE∠75°～85°，宽0.3～0.5 m，带内以碎裂岩、碎块岩为主，充填有黄泥。

3 厂坝间导墙兼鱼道设计

按照满足施工导流布置，尽量利用河床基岩及永临结合，减少工程量及投资的原则，沙坪二级水电站厂坝间导墙在二期施工中兼作纵向围堰，运行期兼作鱼道，做到了“一墙三用”。

厂坝间导墙兼鱼道位于泄洪闸与厂房之间，采用混凝土重力式断面型式，上、下游方向总长度226.50 m，分上游段、闸室段、中间段、下游段共四段。

3.1 上游段

上游段长度67.50 m，桩号为闸轴线0＋000.00～闸上0+67.50。

3.1.1 结构设计

上游段采用重力式断面，为鱼道出口段，顶高程557.00 m，最大高度约37.0 m，坝顶宽度14.0 m，基础宽约25.0 m，左侧为厂房进水渠，坡比1∶0.6，右侧直立，为泄洪闸进水渠。该段鱼道采取连续“绕弯”方式布置。

3.1.2 稳定应力计算及处理措施

本工程导墙高度大于15 m，应按照《混凝土重力坝设计规范》进行抗滑稳定及应力计算。按照概率极限状态设计原则，按分项系数极限状态设计表达式进行导墙稳定应力计算，并进行抗倾覆稳定复核。计算模式见图3。

材料取值：抗剪断指标中，岩屑夹泥型及断层、挤压破碎带f"取0.35～0.45、C"取0.03～0.05，岩块岩屑型f"取0.45～0.50、C"取0.10～0.20；抗剪指标中，岩屑夹泥型及断层、挤压破碎带f取0.30～0.40，岩块岩屑型f取0.40～0.45，C值为0。

计算考虑的荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+锚筋桩作用（抗滑不考虑），其中上游段、闸室段迎水面水位按546.94 m考虑，中间段、下游段水位按545.56 m考虑。

上游段考虑到岩坎质量较差，材料取中值，帷幕扬压力效果按照不折减考虑。

基础开挖至约520 m高程，根据地质资料显示，页岩夹层和裂隙已基本挖除，但计算中需考虑裂隙L22和页岩夹层没有完全挖除的可能性。取两个典型断面进行稳定应力计算，结果表明：闸轴线0+000.00（520.00 m高程）断面的墙踵应力出现了拉应力，为254.91 kPa，超过允许最大拉应力150 kPa要求。建基面及深层抗滑稳定安全系数均满足电力口规范及水利口规范的要求，抗倾覆安全系数满足电力口规范及水利口规范的要求。墙趾应力均满足规范要求。

图3 计算假定模式Fig.3 Hypothetic mode of caculation

施工中对闸轴线0+000.00（520.00 m高程）～闸上0+006.60段进行了锚筋桩处理，处理后，由于考虑到锚筋桩的受力，墙踵拉应力减少为140.29 kPa，满足规范要求。

基岩为弱风化，岩体大多完整性差，为Ⅲ2类岩体。为加强基岩的整体性，对其进行固结灌浆，灌浆深度为5 m，梅花形布置，间排距为3 m，见图4。

图4 上游段基础处理Fig.4 Foundation treatment of upstream section

3.2 闸室段

闸室段长度49.0 m，桩号为闸轴线0＋000.00～闸下0+49.00。

3.2.1 结构设计

闸室段与1号闸室整浇，采用“U”形断面，增大了断面面积，也增加了刚度。左侧靠厂房机组边墩，右侧靠2号闸室，顶高程557.00 m，最大高度约37.0 m，基础宽约31.0 m。该段鱼道单向布置。

3.2.2 稳定应力计算及处理措施

对闸轴线0+000.00（520.00 m高程）断面进行稳定应力计算，结果表明：抗滑稳定安全系数满足规范要求；墙踵应力为-28.19 kPa，没有出现拉应力，满足规范要求；墙趾应力满足规范要求。

计算考虑了导墙基础存在部分岩屑夹泥型Sh4-3及泥夹岩屑型L22结构面未挖除的可能性，假定缓倾角页岩Sh4-3及L22为滑面，计算单滑面深层抗滑稳定，计算结果满足规范要求。

为加强基岩的整体性，对基础进行固结灌浆，灌浆深度5 m，梅花形布置，间排距3 m，基础1∶0.3陡坡开挖处加锚筋桩处理，3根32，间排距3 m，长度5 m。

3.3 中间段

中间段长度27.8 m，桩号为闸下0＋049.00～闸下0+76.80。

3.3.1 结构设计

中间段与1号闸室下游护坦整浇，采用“L”形断面，左侧靠厂房机组边墩，右侧为护坦导墙，顶高程549.85 m，最大高度约29.85 m，基础宽约25.50 m。该段鱼道单向布置，并在墙体内设置一个鱼道观察室。

图5 闸室段（闸轴线0+000.00断面）基础处理Fig.5 Foundation treatment of the lock chamber section

3.3.2 稳定应力计算及工程处理

取两个典型断面分别进行稳定应力计算，结果表明：建基面及深层抗滑稳定安全系数、抗倾覆安全系数均满足规范要求；在扬压力不折减的情况下，两断面拉应力分别为236.82 kPa和290.68 kPa，不满足允许最大拉应力150 kPa的要求。根据工程经验，计算中对帷幕后的扬压力进行了折减，按照系数0.6折减时，坝踵拉应力分别为152.11 kPa和205.97 kPa，仍不满足要求。考虑锚筋桩作用时，拉应力减小为83.34 kPa和137.20 kPa，满足要求。施工中，导墙底部布设了渗压计，监测结果显示，帷幕后的渗透压力是帷幕前的0.55～0.62，也验证了计算假设的合理性。

两个断面以缓倾角页岩夹层及L22为滑面计算单滑面深层抗滑稳定安全系数，按照电力口规范计算，结果分别为0.94和0.99（＜1.0），不满足要求，按照水利口规范计算均满足要求。施工中对开挖基础面进行了调整、深挖，对页岩夹层和结构面进行了挖除，再计算挖除后的深层抗滑稳定安全系数，按照电力口规范计算，最小值1.27＞1.0，按照水利口规范计算，最小值4.76＞2.5，均满足规范要求。

另外，为减小深层抗滑稳定风险，在技施过程中，对中间段导墙和1号闸墩下游侧护坦进行了整体受力处理，该应用（“一种改善厂坝间导墙施工期受力的方法”）获得了国家实用新型发明专利。通过在厂坝间导墙和护坦分缝处设置水平连接钢筋，将导墙和护坦连成一个整体，相应增大导墙底部面积，从而减小深层滑动角度，达到解决深层抗滑问题的目的。同时，由于钢筋设置在截面中心位置，基础对上部混凝土不会形成强约束，表面混凝土亦能自由收缩。这样既保留了分缝的优点，又给抗滑稳定提供了抗力。专利的应用避免了使用传统的锚索补偿措施时施工麻烦的弊端。

图6 中间段典型断面处理Fig.6 Treatment of typical profile in middle section

3.4 下游段

下游段长度82.2 m，桩号为闸下0＋076.80～闸下0+159.00。

3.4.1 结构设计

下游段采用重力式断面，顶高程549.85 m，最大高度27.45 m，坝顶宽度7.0 m，基础宽约22.0 m，左侧坡比1∶0.4，为厂房尾水渠，右侧直立，为泄洪闸护坦及海漫。该段鱼道单向布置，在闸下0+079.60位置通过厂房尾水平台上的渡槽转向左岸，与鱼道进口连接。

3.4.2 稳定应力计算及工程措施

根据初步估算，下游段抗力有较大的裕度，按照最不利情况（即扬压力不折减）计算，材料取中值。典型断面的建基面稳定、应力计算满足规范要求；深层抗滑稳定安全系数按照电力口规范计算为0.95＜1，不满足要求，按照水利口规范计算为3.13＞2.5，满足要求。

从钻孔及现场开挖情况看，下游段出露基岩明显好于上游闸室段出露基岩，结合现场开挖，并与地质专业人员商榷后，此处的深层抗滑稳定计算取材料上限值、安全系数取1.06，满足规范要求。

施工中对该段进行了固结灌浆加固处理，灌浆深度为5 m，梅花形布置，间排距为3 m；设置了锚筋桩，3根32，间排距为3 m，长度为5 m。

图7 下游段典型断面处理Fig.7 Treatment of typicalprofile in downstream section

4 结语

沙坪二级水电站采用明渠方式导流，其厂坝间导墙在运行期兼作鱼道，二期施工导流中兼作厂房基坑纵向挡水围堰，做到了“一墙三用”，其施工导流期的稳定尤为关键。2014年12月完工以来，厂坝间导墙经历了2015年、2016年两个汛期的考验，运行正常。

综上所述，本工程厂坝间导墙的稳定计算模式假定、工程加固处理是合理成功的，可为其他类似工程提供有益借鉴。