山西省淜头水电站工程设计难点及创新

范志强

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司 山西太原 030024）

山西省淜头水电站工程位于平顺县北耽车乡北耽车村上游约400 m 的浊漳河干流上，控制流域面积10 458 km2。枢纽由拦河闸坝和水电站组成，工程任务以发电为主。水库总库容425 万m3，总装机1 200（400×3）kW，工程规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等，设计洪水标准为30年一遇洪水，最大泄量4 210 m3/s；校核洪水标准为200年一遇洪水，最大泄量7 865 m3/s。

主要建筑物有拦河闸坝和左岸坝后引水式电站。拦河闸坝主要包括：左右岸挡水坝段、水闸段。左岸坝后引水式电站进水口布置在左岸挡水坝段，水电站主厂房布置在距大坝下游280 m 处的河道左岸。

1 设计难点及先进性

由于本工程建于浊漳河干流下游，泄洪规模较大，受地形、地质条件的限制，不便布设岸边溢洪道和岸边泄洪导流隧洞等泄洪建筑物。本工程特点是枢纽挡水高度低（最大挡水高度20.5 m），但设计洪水和校核洪水时最大泄量较大，泥沙较大，河床覆盖层较厚。水闸方案可以采用闸门抬高水位发电，又可减少重力坝方案基础开挖和河床以下坝体砌筑工程量，减少工程投资，且水闸具有较强的泄洪能力，大大降低了调洪库容，因此本工程采用了挡水坝与水闸相结合的闸坝结构型式。从工程技术条件方面具有以下优越性和创新性：

1）多种类型挡水建筑物组合布置，多达4 种不同挡水建筑物组合应用在同一永久挡水建筑物上，属国内首次。枢纽挡水建筑物由左至右依次为左岸钢筋混凝土箱式挡墙段，闸坝段（2 孔底孔闸、7 孔表孔闸），右岸素混凝土重力式挡水坝段，共计四种形式的挡水建筑物。坝轴线垂直主河道布置，坝轴线长200.6 m，其中：左岸挡水坝段长39.48 m，水闸段全长135.62 m，右岸挡水坝段长25.5 m。

左岸挡水坝段采用C25 钢筋混凝土箱式挡墙形式，墙厚1.0 m，其后为空箱，空箱内部用土回填；右岸挡水坝采用C20 素混凝土结构，坝顶宽6.5 m，上游侧边坡1∶0.3，下游侧边坡1∶1.0，最大坝高19 m；闸坝段共布置9 孔泄洪闸和1 孔电站进水闸，总长135.62 m，从左至右依次为电站进水口，1 孔底孔闸、7 孔表孔闸和1 孔底孔闸，闸室下游布置消力池、海漫、防冲槽等消能设施。

2）采用最大墙高17.5 m 箱式挡墙做为永久挡水建筑物，属国内最高。左岸挡水坝段采用C25 钢筋混凝土箱式挡墙形式，分成两个结构单元，分别长20.46 m和19.0 m，中间缝宽20 mm，箱式挡墙高3.0～17.5 m，顶宽7.0～19.0 m，距上游侧墙2.5 m 布置垂直水流方向的隔墙，墙厚1.0 m，其后为空箱；平行水流方向根据挡墙高度不同，依次间隔4.5～3.0 m 布置隔墙，墙厚1.0 m，空箱内部用土回填。挡墙底部根据岸坡地形布置为台阶状，台阶底高程分别为602.5 m、595.0 m 和588.0 m，垂直水流方向边坡分别为1∶1 和1∶2。底板厚2.0 m，上游侧底板外伸2.0 m，下游侧底板外伸1.0 m。箱式挡墙底板通过连接板与上游防渗墙连接。

3）多种防渗型式联合运用。左坝肩岸坡较缓，除局部出露基岩外，绝大部分为第四系堆积物覆盖。左岸受地形地质条件及施工机械设备等因素影响，挡水坝防渗上部覆盖层采用高压旋喷混凝土防渗墙，下部基岩采用帷幕灌浆。

河床段地形较平坦，主河床宽50 m 左右，地层岩性自上而下为：4.0～12.5 m 低液限黏土，5.0～10.5 m厚卵石混合土；10～32 m 厚由低液限黏土、卵石混合土、级配不良砾互层相间组成的早期沉积物；5～8 m厚紫红、猪肝色页岩夹薄层灰岩。闸坝段防渗采用混凝土防渗墙。右坝肩岸坡较陡，为泥质页岩岸坡。因此右岸挡水坝采用固结灌浆+帷幕灌浆的组合型式。

左岸挡水坝桩号0+000～0+034.50 段为高压旋喷混凝土防渗墙，采用双排旋喷成墙，排距0.4 m，单排孔距1.0 m，桩径不小于1.0 m，钻孔深入基岩0.5 m。施工后通过围井注水试验确定高压旋喷混凝土防渗墙渗透系数满足设计要求。闸坝段桩号0+034.50～0+175.00 段为混凝土防渗墙，墙厚0.6 m，顶部3 m 为C20 钢筋混凝土防渗墙，3 m 以下部分为C20 素混凝土，墙底深入基岩不小于1.0 m，抗渗等级均为W6。防渗墙顶部通过C25 钢筋混凝土连接板与水闸底板相连。沿防渗墙轴线，左坝肩在桩号0-042～0+034.50范围内，右坝肩在桩号0+152.4～0+200.0 范围内，进行帷幕灌浆。灌浆孔单排布置，孔距2.0 m。右岸连接段（桩号0+175.10～0+200.6）基岩基础进行固结灌浆，灌浆深度6 m，孔距3 m。

4）地基加固处理。根据工程地质资料，清基后闸室段上部覆盖层厚度为5～23.3 m，下部基岩为紫红、猪肝色页岩夹薄层灰岩。设计中通过计算，对混凝土灌注桩和高压旋喷桩方案进行对比，由于覆盖层较薄，混凝土灌注桩仅靠摩擦作用不能满足承载力要求，若采用灌注桩端承来提高承载力，则由于下部基岩的承载力较低，若满足承载力要求则需要的灌注桩根数又较多，由于灌注桩的延米投资较大，所以采用混凝土灌注桩来处理地基费用较高。高压旋喷桩方案为采用同等桩径及桩间距的高压旋喷桩加固地基，通过旋喷桩和桩间土共同承载以提高承载力，旋喷桩的费用相较灌注桩要便宜很多。通过分析比较并结合地基防渗处理及施工导流等多种因素进行综合比较，左坝肩及闸室段地基加固采用高压旋喷桩法处理。

通过计算并结合现场试验成果，确定高压旋喷桩的施工参数为：有效桩径1.0 m，桩间距2.2 m（加密区1.7 m），呈梅花形布置，钻孔深入岩面以下0.5 m，处理深度7.4～19.4 m。水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5 级。加固后基底复合地基容许承载力不低于250 kPa，加密区不低于332.1 kPa。施工后通过桩体芯样的抗压强度检测、单桩复合地基载荷试验和单桩竖向抗压载荷试验，均满足设计要求。

2 结论

淜头水电站为山西省的第一座采用了多种类型挡水建筑物组合布置的拦河闸坝，在设计中采用了多达4 种不同挡水建筑物组合应用在同一永久挡水建筑物上，尚属国内首次，该组合合理的解决了工程运行期蓄水水位低与泄洪规模大的矛盾；左岸挡水坝采用最高17.5 m 钢筋混凝土空箱式挡墙，在已建同类挡水挡墙中属于国内最高，既节省了工程量和投资，又缩短了工期；高压旋喷混凝土防渗墙+帷幕灌浆、固结灌浆+帷幕灌浆的多种防渗组合型式，有效的解决了深覆盖层坝区防渗问题；高压旋喷桩方案有效的解决了地基承载力问题，同时节省了工程投资。从工程设计及技术方面均具有一定的设计难度及创新性，同时可供类似的工程借鉴。