【摘要】浪详水电站枢纽区天然河谷地形较宽阔，宽高比为3.9，采用浆砌石双曲拱坝设计方案，最大坝高49.6m。因尽量利用坝顶泄洪，堰顶开口宽达80m，两岸非溢流坝段拱效应较小，且左岸坝轴线转折为直线，堰顶高程以上坝段按重力坝原理进行设计。该拱坝根据地形地质、泄洪布置特点，采用拱坝与重力坝的完美结合，充分利用当地材料，经济合理。
【关键词】水电工程，砌石双曲拱坝，泄水建筑物，结构设计
1工程概况
荔波浪详水电站位于贵州省黔南布依族苗族自治州荔波县捞村乡浪详村西北面的打狗河上，是一项以发电为主的水电工程。浪详水电站是打狗河流域梯级规划开发电站之一，其上游有已投入使用的小七孔水电站群和已建的大七孔水电站，下游拟建广西干捞水电站。该电站为混合式电站，水库正常蓄水位380m，总库容889万m3，装机容量30MW，多年平均发电量1.325亿kw.h，为Ⅳ等小（1）型工程。工程枢纽建筑物由拦河大坝、坝顶溢洪道、放空兼冲沙底孔、发电引水隧洞、调压井、压力钢管、厂房、升压站、新建跨河交通桥组成。
拦河大坝为C15砼砌毛石拱坝，最大坝高49.6m，拱坝坝顶宽4m，坝底宽9m，厚高比为0.18，属薄拱坝。开敞式溢洪道设置于坝的中部，放空兼冲沙底孔布置在右坝段。发电取水口为岸塔式，设于坝的右岸偏上游。发电引水系统布置在右岸，引水隧洞长1234.5m，过水断面洞径6m。隧洞尾部设阻抗式调压井，调压井直径18.4m，阻抗口尺寸4m。调压井出口设快速检修门，接压力钢管，为单管双机布置。发电厂房设置在坝右岸下游约1km的缓坡地段，主、副厂房平行布置，内装两台2×1.5万kw的水轮发电机组。升压站紧靠副厂房上游布置。工程建设总工期为21个月，施工导流采用分期围堰导流，在一期、二期基坑施工中土石方开挖及坝体砌筑强度大。该工程已于2006年5月蓄水发电。
2建设条件
2.1水文气象
（1）流域概况
打狗河属珠江流域柳江水系一级支流龙江的上游河段，地理位置为东经107°32′～108°25′，北纬25°10′～25°45′。发源于三都县廷牌乡南面的恒丰，流经廷牌、和勇、甲站、方村等地，接纳流经甲良的支流，再流经地莪、觉巩，于驾欧成为伏流，再于王蒙出露成明流，接纳东北来的樟江、西来的小七孔河后，于界排进入广西壮族自治区境内，再于更脚进入贵州省，再于捞村上游接纳南丹河等伏流后，经捞村、俞家进入广西，再经拨贡、河池，于金城江接纳大环江后汇入龙江。王蒙以上称方村河(习惯上以樟江为主流)。省界俞家处集水面积为4184km2。打狗河（贵州省境内）主河道长139km，天然落差526m，平均比降3.78‰。
（2）气象
该区属于亚热带季风湿润气候区，具有冬暖夏热、雨量充沛、无霜期长、积温高的特点。多年平均气温18.3℃，最冷月（一月）平均气温8.5℃，最热月（七月）平均气温26.4℃，极端最高气温39.2℃（1984年8月3日），极端最低气温-6.7℃（1963年1月15日）。全年盛行东北风，年平均风速为1.3m/s，7月份主要为SW风，其余月份以NE风为主，多年平均最大风速9.8m/s，实测最大风速15m/s（1973年）。多年平均水面蒸发量为1340mm。
2.2坝址工程地质
坝址河谷为斜向谷，岩层产状320-340º∠20-25º，倾上游偏左岸,坝线附近正常蓄水位时宽高比为3.9，坝线长108.2，水深2.5m。坝基及两肩均为C1d2-2灰黑色灰岩夹泥质灰岩。河床覆盖层深4～5m，两岸强风化下限6-10m,距上游危岩体100m。岩溶发育弱，地下水位埋深大，岩体透水性小。岩体为硬质岩，岩体较完整，局部完整性差，强度较高，质量属AⅢ1类。
坝址附近主要裂隙有四组，均为陡倾角裂隙，缓倾角裂面仅发育于左岸，其中左岸发育NE与ＮＷ向裂隙较为发育，SN向次之，NEE向裂隙不发育；右岸NEE向裂隙最为发育，NE、NW向裂隙次之，SN向裂隙不发育。根据室内岩石试验结果，类比其他工程经验，建议物理力学参数见下表：
表2坝址岩石（体）物理力学参数表
该区地震动峰值加速度小于0.05g（相应地震基本烈度小于Ⅵ度），地震动反应普特征周期为0.35s，属中硬场地区，区域构造稳定性好。
3枢纽布置
该工程水库主要枢纽建筑物由拦河大坝、坝顶溢洪道、冲沙兼放空底孔、发电取水口等组成。
拦河大坝为C15混凝土砌60MPa毛石双曲拱坝，坝顶高程391.6m，坝基高程342m，最大坝高49.6m，坝轴线长149.672m。坝顶宽4m，坝底厚9m，厚高比0.18，属薄拱坝。开敞式溢洪道设置于坝的中部，溢流坝段长80m，堰面体形为实用堰，左右非溢流坝长67.874m。坝顶设有栏杆，坝后坡高程367m设有交通桥。发电取水口设于坝的右岸偏上游，采用塔式取水口，距坝的最小距离31m，进口底板高程368.2m，依次设漂浮式拦渣排、活动拦污栅、平板工作闸门。两坝肩设有城门洞型的帷幕灌浆平洞，左岸灌浆平洞尺寸为2.5m×3.5m，右岸上坝交通隧洞兼作灌浆平洞，尺寸为4.0m×4.5m。本工程有库容小洪峰流量较大的特点，设计上不仅设置了渲泄洪水的表孔，且设置的冲沙兼放空底孔也有参与泄洪的作用，底孔布置在右坝段坝0+030.144处，进口底板高程364m出，口采用挑流消能，鼻坎高程364.08m。
大坝枢纽平面布置见下图：
4大坝结构设计
4.1结构布置
大坝坝型为C15混凝土砌毛石拱坝，拱冠梁上游面曲线采用二次抛物线，平面拱圈形式为等厚的圆弧线。坝基面高程342.0m，最大坝高49.6m，正常水位时河谷宽高比3.9m，坝顶轴线总长149.672m，经优化设计，在左岸桩号坝0+140.215处，坝轴线转折直线布置，以控制坝顶左半中心角。由应力稳定条件控制拟定坝体断面：拱坝坝顶宽4m，坝底宽9m，最大坝高49.6m，厚高比为0.18，拱冠梁最大倒悬度控制在0.2以内，属薄拱坝。最大外半径76.68m，最大内半径71.68m，最大中心角101.9610。两岸非溢流坝380m高程以上坝顶宽4m,底宽6.68，上游坡度m1=0，下游坡度m2=0.231。
坝体内部采用C15砼砌毛石，迎水面依次为一级配砼砌C15砼预制块厚300，C20砼防渗心墙平均厚度1.35m，下游面用一级配砼砌C15砼预制块厚300。坝体底部设C15砼垫层，设计厚度为1.0m。防渗心墙厚度从顶到底部为0.3m～1.272m，底部厚度为最大水头的1/38。防渗砼抗渗等级为W6，抗冻等级为F50。拱冠梁剖面见下图所示：
拱坝施工几何特性见表3：
表3拱坝几何特性表
4.2拱坝应力分析
该拱坝应力采用水利水电科学研究院结构所编制的拱坝多拱梁混合法应力分析程序——《拱坝体形优化程序ADASO》软件计算。该程序采用多拱多梁径向、切向、水平扭转、垂直扭转四向全面调整进行拱坝应力计算。
1）应力计算参数
a坝体C15混凝土砌60MPa毛石：容重2.3t/m3，弹性模量为9Gpa；线膨胀系数为7×10-6；泊松比为0.22。
b坝基按石炭系大塘组地层岩性较差岩石的参数：容重2.75t/m3，弹性模量为12GPa；线膨胀系数为6.8×10-6；泊松比为0.27。
c温度荷载计算按砌石坝设计规范的有关公式计算。砌石体导温系数为3m2/月；气温年变幅为10.950C；日照影响为20C；稳定计算初始相位为6.5月；封拱温度为150C。
2)ADASO程序计算成果
根据ADASO程序计算成果分析，基本组合时，最大主压应力为246.16×104Pa，小于坝身控制压应力331×104Pa；中央悬臂梁底的最小主拉应力为-75.88×104Pa，小于中央悬臂梁底的控制拉应力-110×104Pa；其他部位的最小主拉应力为-37.08×104Pa，小于坝体其他部位的控制拉应力-100×104Pa，均满足坝体应力控制要求。拱端最大压应力为213.28×104Pa，小于坝基容许承载力300×104Pa。
特殊组合时，最大主压应力为263.45×104Pa，小于坝身控制压应力386×104Pa；中央悬臂梁底的最小主拉应力为-89.02×104Pa，小于中央悬臂梁底的控制拉应力-110×104Pa；其他部位的最小主拉应力为-44.90×104Pa，小于坝体其他部位的控制拉应力-100×104Pa，均满足坝体应力控制要求。拱端最大压应力为230.77×104Pa，小于坝基容许承载力300×104Pa。
从而，拱坝应力计算指标均满足规范要求，拟定的拱坝剖面合理。
4.3拱坝坝肩稳定分析
该工程拱坝中心线方位角为269.932°，拱肩的最大半中心角52.817°。左坝肩以陡倾结构面N60°W/SW∠70～85°为侧向滑裂面，以缓倾结构面N85°E/SE∠20～30°倾下游为底滑面，以SN／E∠70～85°节理面为上游拉脱面；右坝肩以陡倾结构面N75°E/NW∠65～85°为侧向滑裂面，以岩层层面N40°W/∠20～30°倾上游偏左岸为底滑面，考虑了底滑岩层倾向河床的不利情况，其倾角为20～250,以SN／E∠70～85°面为上游拉脱面。抗滑岩体均扣除了表层强风化（平均扣除厚0.5m）及松散崩塌体，以原生基岩作为抗滑体。
本次计算系按平面分层进行，计算中左、右岸抗滑岩体分别采用综合参数，其中陡倾结构面裂隙连通率为40％。大坝基本组合工况的分层稳定最小安全系数为4.08；特殊组合工况的分层稳定最小安全系数为3.91，均满足要求。
4.4堰顶以上非溢流坝应力及稳定分析
本工程大坝堰顶开口较大，宽达80m，考虑两岸非溢流坝段拱效应较小，且左岸坝轴线转折后桩号坝0+140.215～坝0+149.672段为直线型重力坝体，故左、右岸380m高程以上非溢流坝段按重力坝原理进行复核计算，坝顶宽4m，上游坡度m1=0，下游坡度m2=0.231。坝体上游设有C20混凝土防渗心墙。整体稳定采用抗剪断公式计算，应力采用材料力学方法计算，分别计算堰顶以上和岸坡坝段的整体稳定及应力。
4.5基础及防渗处理
大坝建基面开挖至弱风化岩体中上部的基岩，遇裂隙密集带或卸荷裂隙适当嵌深。坝基平均开挖深度为12m，两岸坝肩平均开挖深度为9m。坝基范围内未发现有大型岩溶洞穴，对一些岩溶裂隙、泥化夹层等，结合清基开挖，冲洗后回填砼及加强固结灌浆处理。
整过坝基进行了固结灌浆处理，重点选在河床坝基的节理密集带。固结灌浆孔深入基岩5m，呈梅花型布置，孔排距均为3m。在坝肩坡度大于500的陡壁面及上游坝基接触面进行接触灌浆，接触灌浆孔结合固结灌浆孔布置。
坝址为补给型河谷类型，坝基及两岸岩体在一定的深度下属溶孔、溶隙型弱含水、弱透水岩体，坝基及两坝肩灰岩在一定深度范围内，仍存在渗漏问题，必须进行帷幕灌浆处理。根据大坝坝高，结合地质情况，防渗帷幕以吕荣值q≤3Lu控制下限。坝基的帷幕灌浆下限为坝基以下25m；两坝肩防渗长度自两坝肩向山体内各延伸30m。
5泄水建筑物
5.1溢洪道
溢洪道布置在拱坝的中部，为无闸控制的开敞式溢洪道，桩号为坝0+037.375～坝0+119.173，溢流段前沿净宽80m，堰顶高程380m。
堰面体形为实用堰，堰面曲线采用WES幂曲线Y=0.084X1.85。溢流面为C20钢筋混凝土，最薄处砼厚度1.5m，溢流坝段平均分了4条横缝，缝间设置止水铜片。左、右各设置了厚1.5m的C15钢筋混凝土边墩。下游消能采用跌流消能，挑流鼻坎高程377.20m，反弧半径5m，反弧段的角度32.005o，挑角为10o。
该水库最大泄流量为6160m3/s，根据消能计算，最大冲坑深4.16m，冲坑位于坝基下游约30m，冲坑形成于350m高程左右。左岸泄水时对岸坡脚有一定的冲刷，因岩层为逆向坡，局部的冲刷都岸坡的整体稳定影响不大；右岸水流靠近河床，水流集中河床冲刷，对岸坡影响不大。
5.2放空兼冲沙底孔
放空兼冲沙底孔设置于右坝段坝0+031.369处。进口底板高程为364.00m，低于淤沙高程3.7m。进口为喇叭型，孔口尺寸为4.1m×3.3m，孔身为2.5m×2.5m的矩形断面，通过渐变压坡段后出口孔口尺寸为2.0m×2.5m。出口采用挑流消能，挑流鼻坎高程364.17m，反弧半径R=5m，挑射角15°，底孔总长20.12m。
底孔设计工况为死水位的情况下运行，孔口出口流速为14.12m/s，考虑高流速含沙水流，底孔孔身设计为C35钢纤维混凝土，出口为C35钢纤维混凝土边墙。丰水季节因来水量较大，大于底孔泄流量，建议在丰水期前后放空水库。
6大坝观测设计
大坝变形观测包括坝顶水平、垂直位移、坝体挠度及坝肩裂缝等观测项目。水平位移观测采用前方交会法进行，布置5个综合位标点。垂直位移观测采用精密水准法进行。挠度观测采用正倒垂线结合进行，在河床典型断面布置正、倒垂线一条，正倒垂线结合布置。两拱端布置单向裂缝计2套，对坝肩位置的混凝土与基岩接触面的缝隙进行观测。坝身共布置裂缝计8套。坝基渗透压力监测采用埋设渗压计的方法进行，共布置5支渗压计。根据坝体材料特点在拱冠共布置11支温度计，以监测坝体表面及内部温度的变化情况。
7结语
浪详水电站枢纽区天然河谷地形较宽阔，宽高比为3.9，采用浆砌石双曲拱坝设计方案，最大坝高49.6m，坝轴线长149.672m。因尽量利用坝顶泄洪，堰顶开口宽达80m，两岸非溢流坝段拱效应较小，且左岸坝轴线转折为直线，堰顶高程以上坝段按重力坝原理进行设计。该拱坝根据地形地质、泄洪布置特点，采用拱坝与重力坝的完美结合，充分利用当地材料，技术经济合理。通过对浪详水电站工程拱坝枢纽设计的优化，对浆砌石拱坝的设计提出了新的理念，对宽河谷全断面泄洪的拱坝枢纽布置进行了轴线折线布置及拱上重力坝的尝试，对中小电站开发建设的投资控制提供了宝贵的经验，以供广大同行参考。
