老挝Xeset 2水电站首部枢纽左副坝设计优化

李 健，宋自平

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

老挝Xeset 2水电站位于老挝南部Champassak省和Saravane省境内，为筑坝引水式发电项目，电站引用流量33.7 m3/s，利用水头271 m，装机容量2×38 MW。电站首部拦河大坝长650 m，由6段开敞式溢流坝、2孔冲沙闸和左右粘土心墙堆石副坝组成，最大坝高25 m，坝顶高程818 m，正常蓄水位高程813 m。水库设计为日调节，水库回水长约2 km，总库容约80万m3，为Ⅲ等小(2)型工程。

Xeset 2水电站库区两岸地势总体较低，右岸地势平面上呈缓坡状开阔台地，左岸则呈缓坡状单斜山地，相对右岸更雄厚一些，以15°～30°的缓坡地形为主，库区两岸无大的冲沟。

Xeset 2水电站库区出露的地层有淤泥质粘土和玄武岩两种。库区两岸绝大多数地段被淤泥质粘土层覆盖，厚度一般为1～5 m，局部地段可达10 m，淤泥质粘土试验显示为高液限粘土，呈灰色或褐色，粘性大，中密，含水量大，植物根系发育，其下为含碎石粘土，渗透系数平均值为4×10－5cm/s，属弱～微透水层;玄武岩主要出露在河床、两岸坡脚，呈灰色及黑灰色，冷凝孔隙发育较多，岩体中垂直裂隙发育，易受水流冲刷，并将岩体切割成块状从而降低了浅表部岩体的完整性和抗冲能力，岩石总体属微弱透水岩体。

总体上看，Xeset2水电站库区两岸山坡高度均不大，最大相对高差20 m左右，左岸山体比较厚实，右岸相对单薄，库区两岸没有大的冲沟，也未发现不良地质现象，除河床玄武岩中张开的垂直裂隙发育较多外，未见其它断裂出露。因此，Xeset2水电站库区整体条件较好。

Xeset 2水电站首部枢纽左副坝长330.41 m，原设计通长均为粘土心墙堆石坝，最大坝高22 m，属于低坝，上游坝坡 1∶2，下游坝坡 1∶1.8。左副坝原始地面高程从809 m至818 m，坝前岸坡厚实，淤泥质粘土层覆盖较厚，坝体与上游河道大致平行，平面距离在100 m以上。为布置与溢流坝段相接的左副坝挡土墙，从左副坝轴线DL0+000 m至0+014.5 m段(挡土墙基础)深挖至高程796 m，基坑开挖坡度:下部基岩为1∶0.5，上部土层为1∶1，在坝轴线 DL0+025.7处，坝基上抬至高程807.7 m。坝基为淤泥质粘土层，原始地面下挖厚度为2 m，在坝轴线DL0+046.73，坝基开挖高程为809.18 m，基础开挖深度为1.5 m。然后按照S=0.04的纵坡开挖左副坝基础，至DL0+295.98时，坝基开挖高程达到813 m，在坝轴线DL0+295.98以后为延伸连接段，坝基沿轴线设计帷幕灌浆到桩号DL0+295.98。

2 左副坝优化设计方案提出的缘由

老挝Xeset 2水电站是按照中国的规范进行设计的，工程等别按其综合特性确定为Ⅲ等，而首部枢纽按水库库容80万m3及日调节能力、库区下游无城镇工矿企业保护要求等指标确定为小(2)型工程。作为首部枢纽组成部分的土石副坝设计采用的规范是《碾压式土石坝设计规范》SL274－2001。对于电站首部左副坝的原设计方案，在查阅了设计规范及坝区工程地质报告、试验报告等资料后，最终认为原设计过于保守，不够经济。具体表现在:左副坝设计开挖基础在DL0+025.7 时，高程为807.7 m;在DL0+046.73 时，高程为809.18 m，基础开挖深度平均为2 m左右，坝基位于淤泥质粘土层上，填筑坝体超过自然地面8.3～6.8 m。而从 DL0+046.73 开始坝基开挖 深 度 逐 渐 加 厚，到 DL0+151.98时 达 到5.5 m，坝基穿过渗透系数小的淤泥质粘土层进入含碎石粘土层，填筑坝体超出自然地面仅3 m。在DL0+295.98时的坝基开挖深度为4 m，坝基位于淤泥质粘土层上，填筑坝体超出自然地面仅1 m。

由此可以看出，左副坝的坝基开挖高程在左副坝挡墙基础过后就迅速抬升至接近原始地面线，大坝的坝高也迅速减小到在坝轴线DL0+025.7 处的10.3 m。在坝轴线DL0+025.7～DL0+046.73段的开挖深度也基本为1.5～2 m左右，这符合在地质条件较好的情况下低坝的设计规律。而在坝轴线DL0+046.73以后的坝基设计却不符合这种设计规律，坝基被按照一个不同于自然地面坡度的纵坡值开挖而逐渐加深，从而大大地增加了开挖量，也增加了大坝的填筑量。坝基下的淤泥质粘土层和其下的含碎石粘土层均为弱～微透水层，且两种土层的地基承载力均符合设计要求，按照设计规范要求，完全没有必要挖得过深，否则很不经济。

3 优化设计的具体内容

优化设计的主要内容有:

由于左副坝岸坡的自然坡度比设计要求的20°更陡的坝段位于左副坝挡墙段，其余副坝段都是坡度在15°以下的缓坡，故直接将左副坝从坝轴线DL0+025.7桩号以后的坝基开挖高程随岸坡的自然坡度抬高，剥离掉富含植物根系的表土层，经碾压密实并验收合格后作为坝基填筑大坝，表土开挖平均深度暂时确定为1.5 m，实施时再根据土层出露情况进行适当调整。进行优化调整后，左副坝的设计理念一致了，同时减少了大量的坝基开挖量和坝体填筑工程量。

该水库为日调节的低坝水库，库容小且左副坝岸坡土层厚实，属弱～微透水层，坝基地质条件良好，没有断层穿过，坝前岸坡宽度更是达100 m以上，大部分坝段位于正常蓄水位以上，极少时间挡水。根据《碾压式土石坝设计规范》SL274－2001第6.3.11条规定的“帷幕灌浆伸入两岸的长度可根据下述原则之一进行确定:…至水库正常蓄水位与相对不透水层在两岸的相交处…”。因此可以根据该规定减少部分左副坝帷幕灌浆工程量，只需对开挖基础低于水库正常蓄水位高程813 m的坝段进行帷幕灌浆，具体分界桩号为DL0+129.41，坝基优化抬高后在此桩号的开挖高程为813 m，自然地面高程为814.5 m。

在桩号DL0+129.41以后的坝段最大坝高只有5 m，且常年处于库水位以上，极少时间挡水。而在左副坝工地现场附近，开挖时堆存有大量符合大坝填筑要求的土料。参考设计规范并从经济角度考虑，改为均质土坝，可以大量减少过渡料和反滤料用量(因为过渡料和反滤料均从砂石厂生产，出厂及运输成本较高)，降低工程生产成本，坝体表面保护不变。

4 优化设计方案的经济比较

左副坝DL0+025.7桩号以后优化设计前后的工程量清单见表1。

表1 优化设计前后工程量清单表

综上分析可以看出，进行设计优化后的左副坝大量的减少了土石方开挖量、坝体填筑量和帷幕灌浆工程量，仅减少的9221.8 m3过渡料和反滤料的生产及运输成本便可节约10万美元以上。更为重要的是，工程量的减少还可以加快工程施工进度，节约土石方开挖、坝基帷幕灌浆及土石方填筑工期3个月以上。

5 优化设计方案的实施

本优化设计方案推出后，立即得到了设计单位的积极肯定和采纳，左副坝设计图纸的最终版本以优化后的设计方案定稿，报送给监理单位和业主单位后也得到了肯定并很快被批准实施。在左副坝基础开挖过程中，揭露的淤泥质粘土层中植物根系含量较多的土层厚约0.5 m，为此，设计、监理及业主各方最后确定，Xeset 2水电站首部大坝左副坝桩号DL0+025.7以后的坝基除已经开挖成型的帷幕灌浆盖重混凝土沟槽外，其余坝段基础开挖深度均按大约0.5 m厚进行，以揭掉富含植物根系的表面耕土层为宜，经碾压并验收合格后作为副坝填筑的基础。此举在优化后的设计基础上又节约土方开挖4246.7 m3，土方填筑 2279.6 m3，堆石料填筑 357.4 m3，抛石护坡345 m3，让本优化设计方案锦上添花，使设计优化方案达到了令人满意的效果，左副坝优化设计方案最终节约合同造价约90万美元。

6 结语

老挝Xeset 2水电站工程是以美元计价的EPC总价承包交钥匙工程，工程从2005年8月8日开工，至2009年8月7日结束，建设周期4年，期间经历了美元跌价、钢材价格上涨、美国次贷危机等多次国际经济、金融风暴，以及老挝本国由于经济加快发展带来的劳动力、材料、配件及设备租赁等价格普遍上涨，给工程施工运作带来的重重压力。本工程首部枢纽左副坝设计优化方案的提出及成功实施，为工程带来了良好的经济效益，节约了大量工程成本，为工程抵御国际工程经营风险提供了有力支持，可为今后类似的工程实践提供参考。