老挝Nam Khan 2面板堆石坝趾板优化设计与实践

田业军　龙起煌　张毅

摘要：为控制老挝Nam Khan 2面板堆石坝工程投资，在详细设计阶段通过抬高趾板基础崁深、采用斜趾板结构、调整趾板内坡开挖的三项优化措施，减少了石方开挖约30万m3，为大坝节省了上千万投资，对工程投资和工期的控制起到了重要作用。

Abstract： In order to control the investment of Nam Khan 2 concrete faced rockfill dam in Laos， In the detailed design stage， three optimization measures were adopted， such as raising the foundation of the toe plate embedded deep， using the inclined toe plate structure， and adjusting the excavation of the inner slope of the toe plate，which reduced the rock excavation by about 300，000 m3， saved tens of millions of investment for the dam and played an important role in the project investment and period control.

关键词：面板堆石坝;趾板;优化设计;Nam Khan 2

Key words： concrete faced rockfill dam （CFRD）;plinth;optimized design;Nam Khan 2

中图分类号：TV642.3                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）33-0180-02

0  引言

老挝Nam Khan 2混凝土面板堆石坝于2015年建成，最大坝高136m。项目在基本设计和施工图设计阶段对大坝趾板进行了大量的优化设计，降低了工程成本，提高了工程经济效益。

1  趾板区地质条件

Nam Khan 2面板堆石坝坝基为石炭系中下统Nam Thom组第二段（C1～2 nt2）深灰色、灰黑色中厚层至厚层含炭质条带绢云母板岩、钙质粉砂质板岩偶夹透镜状砂岩。河床覆盖层深1～8.5m，物质成份为冲积砂卵砾石，岸坡覆盖层深3.4～8.8m，物质成份为残坡积粘土夹碎石及少量崩积块碎石。河床坝基岩体无强风化带，弱风化下限一般深10～15m;岸坡强风化下限铅直深10～35m，弱风化下限铅直深30～55m，断层带风化略深。

2  趾板原设计方案

可行性研究阶段，趾板结构采用变宽变厚的分段设计，400m高程以下、400～440m段、440～481m段分别采用宽10m厚1m、宽8m厚0.8m、宽6m厚0.6m三种型式的平趾板。河床段趾板基础坐落在340m高程，岸坡段趾板基础从弱风化底部逐步抬升至强风化底部。河床段趾板内坡开挖向下游延伸30m后按1：2的坡度开挖出露，岸坡段趾板内坡开挖统一向下游延伸20m后与坝轴线成45°角向下游开挖出露。大坝趾板区（含内坡及外坡）石方开挖总计55.74万m3。

基本设计阶段，详勘发现两岸趾板基础的强风化层变深，若按照原设计思路和原则对趾板进行设计，趾板区（含内坡及外坡）石方开挖总计75.24万m3。

3  趾板优化设计

为了减少大坝工程的开挖量，严格执行限额设计，主要开展了减小趾板基础崁深、调整趾板结构型式、优化趾板内坡开挖三项研究工作。

3.1 减小趾板基础崁深

根据室内实验成果，趾板区弱风化板岩地基承载力2.5MPa，变形模量2～4GPa、允许水力坡降7～10，强风化板岩地基承载力0.6MPa，变形模量0.8GPa，能满足大坝趾板建基要求。断层软弱带及强风化带趾板地基以碎裂至镶嵌碎裂结构为主，局部呈散体结构，承载力较低，抗变形与抗渗透能力差，允许水力坡降3～5。

考虑趾板基础及内坡采取固结灌浆措施，并在趾板后设置渗径延长区的措施后，将河床段趾板基础抬高5m至弱风化下部。两岸345～440m高程段趾板基础平均抬高5m，即从原弱风化中下部抬升至弱风化中上部，440～481m高程段趾板基础平均抬高8m，即从原弱风化顶部抬升至强风化中下部。

Nam Khan 2面板坝趾板基础崁深优化调整后，最大坝高136m，河床段趾板基础最大水头132m。趾板后设置10～15m的渗径延长区，主要采用挂钢筋网、喷15cm厚的C20聚丙烯腈混凝土，并采用深5m、间排距3m的固结灌浆措施。通过计算复核，趾板基礎抬高并设置渗径延长区后，各高程承受的水力坡降均小于基础允许水力坡降。

3.2 调整趾板结构型式

Nam Khan 2大坝趾板原设计为平趾板结构，为减少趾板基础及趾板外坡开挖工程量，根据趾板区岩层风化线陡峭的特点，结合趾板基础崁深设计原则，将两岸平趾板全部调整为斜趾板。由于两岸岩层风化线倾角不同，各高程也有较大差异，所以倾斜角根据岩层风化线特点、基础稳定条件和施工难易程度综合确定。Nam Khan 2大坝两岸斜趾板倾斜角4～35°，典型剖面见图1。

3.3 优化趾板内坡开挖

Nam Khan 2大坝趾板内坡开挖设计参数主要包含三个：一是趾板下游开挖延伸长度L，二是趾板下游开挖偏转角度β（相对于坝轴线方向），三是开挖出露角度δ（相对于坝轴线方向）。Nam Khan 2大坝趾板基础风化较深，且位于凸岸地形上游侧，内坡开挖量较大。经研究后，将原内坡开挖参数进行了优化调整，调整后的内坡开挖参数详见表1。

3.4 优化效益

趾板设计优化后，趾板区（含内坡及外坡）石方开挖总计45.42万m3，较原方案少约30万m3，其中，通过趾板基础整体抬高，节约石方开挖约22万m3，将两岸平趾板调整为斜趾板，节约趾板外坡石方开挖约13万m3，通过趾板内坡开挖优化措施，节约趾板内坡石方开挖约5万m3。最终趾板区（含内坡及外坡）石方开挖较EPC合同报价工程量少约10万m3。

4  趾板施工及运行情况

Nam Khan 2大坝趾板基础开挖过程中，揭露的地质条件与勘探成果基本吻合，左岸强风化范围虽增加，但经计算复核并加强灌浆处理后基础满足趾板建基面要求，趾板线及基础崁深未再作调整。趾板基础开挖采用“深孔台阶一次爆破法”，除预留保护层外，开挖一次成型，省去了趾板二次定线，简化了开挖程序。

工程于2015年4月下闸蓄水，水库蓄水后，埋设于帷幕后的左岸趾板渗压计水头较蓄水前变幅3～36m，较正常蓄水位低40～60m，处于正常范围内，右岸趾板渗压计水头较蓄水前变幅较小，最大为3m，表明趾板地基经工程处理后满足要求。至今，大坝已运行4年，各项监测数据均在设计控制范围内，趾板及面板完好，渗漏量小，工程运行良好。

5  结束语

在Nam Khan 2水电站大坝工程中，通过发挥设计潜力，将两岸上部1/3高程的大范围趾板基础抬高至强风化基岩，采用较大倾斜角度的斜趾板结构，减少趾板内坡开挖范围，并对基础采取合理的工程措施，大大降低了工程投资，并节省了工期。Nam Khan 2面板坝趾板的优化设计与成功实践，表明面板坝趾板基础具有较强的地基适应能力，在趾板设计时，应结合实际地形地质条件，因地制宜，选择经济合理的趾板基础崁深和内坡开挖方式，并优先考虑斜趾板结构，进一步发挥面板坝对地基适应能力强和相对经济的优势，从而提高工程效益。

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