溪洛渡水電站新增取水泵站設(shè)計(jì)調(diào)整及原因分析

曹喜華， 黎 昀， 李 舲， 詹禹楠， 方 忠

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610072)

0 前 言

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內(nèi)金沙江干流上。該梯級(jí)上接白鶴灘電站尾水，下與向家壩水庫(kù)相連。工程樞紐由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電建筑物等組成。水庫(kù)正常蓄水位600 m，死水位為540 m，左右岸地下廠房共裝設(shè)18臺(tái)單機(jī)額定功率770 MW水輪發(fā)電機(jī)組，多年平均發(fā)電量572億kW·h。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運(yùn)條件等巨大的綜合效益。

溪洛渡水電站永久水廠分為左岸490 m水廠、左岸480 m水廠、右岸490 m水廠、右岸480 m水廠，取水方式為大壩取水。左岸、右岸水廠分別處理空調(diào)用水和清潔用水(技術(shù)用水、消防用水及生活用水)，地下廠房?jī)?nèi)的清潔用水實(shí)現(xiàn)兩岸聯(lián)通。

根據(jù)《金沙江溪洛渡水電站下游河道及霧化邊坡整治和永久取水及輸水管道設(shè)計(jì)專(zhuān)題報(bào)告審查會(huì)議紀(jì)要》，為保障在意外情況下溪洛渡水電站供水，在下游永久大橋附近右岸設(shè)置兩岸生產(chǎn)水廠備用水源取水泵站，以備兩岸的主取水管路均出現(xiàn)故障時(shí)，仍能滿足兩岸的供水要求。

1 設(shè)計(jì)情況概述

1.1 泵站布置場(chǎng)地及地質(zhì)條件

取水泵站場(chǎng)地位于永久大橋右岸橋頭上游金沙江基巖河灣處，河灣長(zhǎng)約200 m，寬約10～30 m，當(dāng)金沙江水位380 m時(shí)，河灣面積約600 m2。擬建場(chǎng)地為一個(gè)緩坡河漫灘，靠岸坡側(cè)已修建擋土墻，擋墻內(nèi)側(cè)為人工石渣堆積的平臺(tái)，頂面高程約450 m，平臺(tái)外側(cè)為斜坡，坡度約45°，已進(jìn)行框格梁支護(hù)。擋墻外側(cè)至水邊為基巖緩坡，坡度約3°～5°。下游橋頭部位為崩坡積堆積體，規(guī)模較大，對(duì)公路以上邊坡支護(hù)處理后，掉塊較少，對(duì)工程影響不大。

取水泵站部位擋墻內(nèi)側(cè)為前期施工堆積的石渣(Q4ml)，一般厚20～30 m，由塊碎石土組成，塊碎石粒徑一般5～20 cm，成分較單一，均為玄武巖，約占80%以上；土為黃褐色風(fēng)化土，結(jié)構(gòu)松散。擋墻外側(cè)基巖緩坡為二疊系峨嵋山玄武巖第14層(P2β14)，巖性為致密狀玄武巖，深灰、深灰綠至灰黑色，塊狀構(gòu)造，間隱結(jié)構(gòu)，弱風(fēng)化，堅(jiān)硬較完整，強(qiáng)度高。河床部位表面堆積少量沖洪積的塊碎石(Q4al)，一般厚度1～3 m，由含砂(漂)塊碎石層組成，塊石粒徑一般30～80 cm，最大達(dá)200 cm，塊石成分以玄武巖、紫紅色砂巖為主，少量石灰?guī)r，結(jié)構(gòu)松散。場(chǎng)地下游為崩坡積堆積體(Q4col+dl)，一般厚5～30 m，主要為后緣陡坡垮塌堆積形成，由塊碎石土組成，塊石粒徑一般30～80 cm，最大達(dá)300 cm，塊石成分以紫紅色砂巖為主，少量玄武巖，結(jié)構(gòu)松散，架空現(xiàn)象普遍。

經(jīng)過(guò)方案比較，招標(biāo)階段泵站主體井筒布置在施工期堆渣體上，已修建擋土墻的內(nèi)側(cè)。

1.2 泵站設(shè)計(jì)

在下游永久大橋右岸附近設(shè)置兩岸水廠備用水源取水泵站，泵站井筒中心點(diǎn)的坐標(biāo)為X=2 805 035.120，Y=488 606.143，位于施工期堆渣體上，已修建擋土墻的內(nèi)側(cè)。取水量按每岸空調(diào)用水量350 m3/h，技術(shù)用水350 m3/h考慮，另考慮部分其他用水，總規(guī)模按1 600 m3/h設(shè)計(jì)，備用水源取水、輸水至左、右岸490 m水廠。

取水泵站所在的堆渣體高程約435.00 m，清除堆渣至推測(cè)基巖面高程385.00 m，基巖內(nèi)開(kāi)挖豎井，井筒底部高程364.00 m，澆筑混凝土井筒至泵站工作平臺(tái)高程406.00 m，平臺(tái)高程以上永久邊坡高度29 m，開(kāi)挖邊坡按堆渣料的穩(wěn)定邊坡1 ∶1.5設(shè)計(jì)，永久支護(hù)措施為鋼筋混凝土框格梁型式。

根據(jù)水文專(zhuān)業(yè)提供的水位資料，結(jié)合下游向家壩水庫(kù)的調(diào)度情況，確定取水的低限水位為370.00 m，泵站取水管采用兩根DN500鋼管，取水距離約61 m，取水管布置高程369.00 m。泵站位于霧化區(qū)末端，泵站操作間地面高程為406.00 m，泵選型井用潛水泵。井用潛水泵參數(shù)：Q=400 m3/h，H=210 m，N=375 kW，共四臺(tái)。泵房井筒尺寸：Φ8×40 m。

取水泵站主體為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框筒結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)頂面高程為364.00 m，泵站操作間地面高程為406.00 m，屋面高程為414.00 m，建筑物總高50.0 m；從基礎(chǔ)頂面至泵站操作間地面高程的取水井筒作為結(jié)構(gòu)核心筒，井筒內(nèi)徑8 m，壁厚0.8 m；豎井外設(shè)置混凝土框架結(jié)構(gòu)和核心筒連接。框架柱斷面0.8 m×0.8 m，泵房地面高程以下在400 m、393 m高程分別設(shè)置框架梁連接框架柱及核心筒，主要框架梁斷面0.4 m×0.6 m。泵房使用活荷載按10 kN/m2考慮，現(xiàn)澆板厚度200 mm；屋面為不上人屋面，檢修荷載為0.5 kN/m2，現(xiàn)澆板厚度150 mm。豎井基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，筏板厚度1 m，以致密狀玄武巖為持力層。豎井外混凝土框架柱基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，外輪廓尺寸14.6 m×14.6 m，底面高程385.0 m，基礎(chǔ)為玄武巖，筏板厚度1 m。檢修平臺(tái)和泵站操作間采用鋼筋混凝土棧橋連接，棧橋?qū)挾?.3 m，長(zhǎng)度約30 m，橋下部為三跨、雙排的框架結(jié)構(gòu)，跨距8 m，橋柱間距5.5 m，橋柱斷面0.8 m×0.8 m，主要框架梁斷面0.4 m×0.7 m；橋面高程為405.85 m，荷載考慮過(guò)小型貨車(chē)，橋面現(xiàn)澆板厚度200 mm。

靠近取水井筒的橋柱下基礎(chǔ)型式為獨(dú)立基礎(chǔ)，位于高程386.2 m，基礎(chǔ)尺寸為3 m×3 m×0.7 m，基礎(chǔ)為玄武巖。其余3層橋柱下布置混凝土承臺(tái)，尺寸為1.4 m×1.4 m×1.0 m，承臺(tái)底面高程分別為391.85 m、395.85 m、401.85 m。承臺(tái)下部堆渣體內(nèi)設(shè)置人工挖孔樁，傳力至底部玄武巖持力層，人工挖孔樁開(kāi)挖直徑1.35 m，鋼筋混凝土樁芯斷面直徑為1.0 m，混凝土護(hù)壁厚度175 mm，入巖深度1 m。取水泵站縱斷面設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 取水泵站縱斷面設(shè)計(jì)(單位：m)

2 施工期間設(shè)計(jì)調(diào)整

施工過(guò)程中，由于防洪度汛要求、渣料堆積體、巖石條件等原因，對(duì)新增取水泵房設(shè)計(jì)方案做出了比較大的調(diào)整， 主要有：取水管角度調(diào)整、取水泵站豎井位置調(diào)整、棧橋基礎(chǔ)型式調(diào)整。

2.1 取水管角度調(diào)整

擋墻外側(cè)的引水管開(kāi)挖過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：

(1)引水管軸線位置基巖面高程約374～375 m，取水口中心線高程369.00 m，取水管道基巖開(kāi)挖量大。

(2)由于取水口外側(cè)水下地形坡度大，施工單位修建的枯期施工圍堰占用了二期引水管位置，拆除圍堰再安裝二期引水管，無(wú)法干地施工，水下施工難度大。

(3)取水口處于回淤區(qū)，取水口深入江中過(guò)長(zhǎng)，容易淤堵。

業(yè)主、監(jiān)理、施工、設(shè)計(jì)人員及電廠方人員進(jìn)行充分交流后，達(dá)成以下意見(jiàn)：

(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)及水流情況綜合分析后，將取水口位置往下游方向調(diào)整，引水管軸線向下游旋轉(zhuǎn)約30°；為防止進(jìn)水口淤堵，初步確定采用格柵一類(lèi)的工程措施攔截過(guò)濾碎石、泥沙。

(2)取消安裝二期引水管，為提高引水保證率，改變?cè)O(shè)計(jì)方案的兩層取水為三層取水。修改后取水口高程分別為：369.00 m、372.00 m、375.00 m。取水管道竣工見(jiàn)圖2。

圖2 取水管道竣工

2.2 取水泵房豎井位置調(diào)整

溪洛渡大壩下游水位受向家壩水庫(kù)洪水頂托，根據(jù)三峽公司提供的下游永久橋附近水文站2014年10月至2016年7月實(shí)測(cè)水位資料，下游永久橋附近實(shí)測(cè)最高水位在2015年9月為387.38 m，是歷年最高值。下游新增取水泵站位于下游永久橋上游約300 m處，2018年汛期最高洪水位按387.38 m考慮。

泵站豎井位于施工期堆渣體上，堆渣體厚度約50 m。基巖內(nèi)豎井深度約20 m，井筒為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框筒結(jié)構(gòu)，堆渣體結(jié)構(gòu)松散，豎井段巖性為風(fēng)化卸荷較強(qiáng)的玄武巖夾凝灰質(zhì)巖互層，施工時(shí)段長(zhǎng)，洪水期施工不可避免。豎井外側(cè)原有混凝土擋墻高程391.0 m，可用作泵房豎井全年施工的擋水圍堰。

業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工人員根據(jù)二期開(kāi)挖后的邊坡支護(hù)及豎井開(kāi)挖情況，豎井測(cè)量放線的外邊線占?jí)簱鯄Φ膬?nèi)側(cè)基礎(chǔ)位置，需要拆除擋墻。參建四方現(xiàn)場(chǎng)研究，考慮施工期洪水因素，及泵站豎井往內(nèi)側(cè)偏移后巖石條件有可能改善，開(kāi)挖過(guò)程中滲水量減少，確定將泵站豎井沿軸線方向往內(nèi)側(cè)偏移8 m。

設(shè)計(jì)單位根據(jù)調(diào)整后的泵站豎井位置，修改了設(shè)計(jì)圖紙，棧橋長(zhǎng)度減少8 m，橋下部變?yōu)閮煽纭㈦p排的框架結(jié)構(gòu)。406 m高程平臺(tái)以下臨時(shí)邊坡變陡，最陡邊坡大于1 ∶1.0。

泵站豎井開(kāi)挖至高程385.0 m，設(shè)計(jì)方地質(zhì)人員鑒定仍為堆積料，四方人員現(xiàn)場(chǎng)確定繼續(xù)下挖，明挖至高程380.0 m，地質(zhì)人員鑒定達(dá)到巖基面，混凝土回填至高程385.0 m，形成約30 m長(zhǎng)、30 m寬的施工平臺(tái)。取水泵站豎井位置調(diào)整后的縱斷面見(jiàn)圖3。

圖3 取水泵站豎井位置調(diào)整后的縱斷面示意(單位：m)

2.3 棧橋基礎(chǔ)型式調(diào)整

2.3.1 最下端獨(dú)立基礎(chǔ)

由于豎井沿軸線方向往內(nèi)側(cè)偏移，棧橋長(zhǎng)度減少8 m，高程406 m平臺(tái)以下臨時(shí)邊坡變陡?；炷脸信_(tái)高程高程386.0 m不變，混凝土承臺(tái)完成后，外邊線距軸線方向開(kāi)挖邊坡坡腳僅1 m，原設(shè)計(jì)的棧橋獨(dú)立基礎(chǔ)位置被占用，最下部邊坡很陡，目測(cè)大于60°。開(kāi)挖出露的巖層大概高程389.0 m，原設(shè)計(jì)的棧橋獨(dú)立基礎(chǔ)位置垂直向上與開(kāi)挖坡面在389.0 m高程相交。業(yè)主組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工人員研究現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、邊坡、施工安全等情況后，確定在389.0 m高程的邊坡面下挖。下挖至設(shè)計(jì)的385.0 m高程，安裝Ф25、長(zhǎng)度3 m的插筋，然后混凝土澆筑到設(shè)計(jì)高程391.85 m?；炷翝仓A(chǔ)長(zhǎng)度方向連通原設(shè)計(jì)的兩排獨(dú)立基礎(chǔ)，寬度方向連接到井筒的混凝土承臺(tái)。混凝土澆筑基礎(chǔ)頂面高程391.85 m上部的混凝土承臺(tái)、混凝土柱按原設(shè)計(jì)不變。

2.3.2 395.85 m高程人工挖孔樁基礎(chǔ)

施工單位在開(kāi)挖395.85 m高程人工挖孔樁時(shí)，受擾動(dòng)的邊坡出現(xiàn)跨塌，鋼筋網(wǎng)、混凝土噴護(hù)的坡面下松散渣料下滑，施工人員撤離。業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，形成以下決議，并督促施工單位實(shí)施，具體操作如下：

(1)清理跨塌渣料，及邊坡鋼筋網(wǎng)、混凝土噴護(hù)面料，并開(kāi)挖至完整巖基面389.47 m，回填混凝土至394.90 m高程，連通原設(shè)計(jì)的兩排人工挖孔樁，形成連通的混凝土基礎(chǔ)?；炷粱A(chǔ)頂面高程394.90 m上部的混凝土承臺(tái)、混凝土柱按原設(shè)計(jì)不變?；炷脸信_(tái)周邊混凝土回填至承臺(tái)頂面395.60 m高程。

(2)混凝土柱后側(cè)，布置約10 m高的混凝土擋墻。擋墻底部高程395.50 m，頂部高程405.40 m，擋墻后側(cè)土石回填至原檢修平臺(tái)位置，高程至405.40 m，并兩側(cè)擴(kuò)大范圍，檢修平臺(tái)沿軸線方向加長(zhǎng)約8 m，擴(kuò)大后為長(zhǎng)18 m、寬10 m的大平臺(tái)。

2.3.3 401.85 m高程人工挖孔樁基礎(chǔ)

由于修建混凝土擋墻，擋墻后側(cè)土石回填加大檢修平臺(tái)，相應(yīng)棧橋長(zhǎng)度減少約8 m，最后排橋柱及下部401.85 m高程人工挖孔樁基礎(chǔ)取消。

經(jīng)以上調(diào)整后的棧橋長(zhǎng)度共減少16 m，橋下部變?yōu)閱慰?、雙排的框架結(jié)構(gòu)。棧橋長(zhǎng)度縮短為14 m。棧橋基礎(chǔ)調(diào)整后的取水泵站縱斷面見(jiàn)圖4。

圖4 棧橋基礎(chǔ)調(diào)整后的取水泵站縱斷面示意(單位：m)

3 結(jié) 語(yǔ)

泵站的設(shè)計(jì)和施工受很多因素影響，設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，設(shè)計(jì)方案變化及必要性分析。

(1)洪水、地質(zhì)條件對(duì)建筑物布置的影響。泵站主體井筒布置方案，比較過(guò)擋墻外側(cè)和擋墻內(nèi)側(cè)兩種方案，最終因泵站施工時(shí)段長(zhǎng)、金沙江洪水期長(zhǎng)、電站下泄流量大、全年圍堰布置困難、臨時(shí)工程量大等因素，選擇施工期受洪水影響小的擋墻內(nèi)側(cè)布置方案。

汛期洪量大，施工水位高，需利用豎井外側(cè)原有混凝土擋墻，作為泵站豎井全年施工的擋水圍堰；考慮泵站豎井往內(nèi)側(cè)偏移后巖石條件有可能改善，開(kāi)挖過(guò)程中滲水量減少，確定將泵站豎井沿軸線方向往內(nèi)側(cè)偏移8 m。

2018年汛期溪洛渡庫(kù)區(qū)及壩址區(qū)域降雨量較往年偏大，洪水影響時(shí)段長(zhǎng)，泵站處水位較往年偏高，超過(guò)泵站施工平臺(tái)高程385.00 m以上的時(shí)段長(zhǎng)，泵站位置最高水位達(dá)387.22 m。將泵站豎井沿軸線方向往內(nèi)側(cè)偏移8 m，保留豎井外側(cè)原有混凝土擋墻，作為泵房豎井全年施工的擋水圍堰，對(duì)泵站能否全年施工起到?jīng)Q定性的作用。

(2)堆渣體對(duì)建筑物型式的影響。設(shè)計(jì)圖紙中泵站棧橋?qū)挾?.3 m，長(zhǎng)度約30 m，橋下部為三跨、雙排的框架結(jié)構(gòu)，跨距8 m，除靠近井筒的棧橋柱基礎(chǔ)為獨(dú)立基礎(chǔ)外，其余兩排為人工挖孔樁基礎(chǔ)。因位于松散堆渣體內(nèi)，395.85 m高程人工挖孔樁施工過(guò)程中發(fā)生滑坡，不能成樁，參建四方研究確定修改為連通的混凝土基礎(chǔ)，增設(shè)混凝土擋墻，擋墻后土石回填，棧橋長(zhǎng)度縮短8 m，取消401.85 m高程人工挖孔樁基礎(chǔ)。

泵站棧橋基礎(chǔ)的堆渣體屬施工期堆渣，結(jié)構(gòu)松散，架空現(xiàn)象普遍。把人工挖孔樁基礎(chǔ)改變?yōu)檫B通的混凝土基礎(chǔ)、堆渣體采用混凝土擋墻防護(hù)后，減緩了施工期的臨時(shí)邊坡，消除了高陡邊坡的危險(xiǎn)，保證了施工安全。

在工程施工過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，研究應(yīng)對(duì)措施，對(duì)泵站設(shè)計(jì)方案進(jìn)行必要的調(diào)整，不僅滿足了工程的使用要求，而且有利于施工，保證了施工安全，可為類(lèi)似工程設(shè)計(jì)及施工提供借鑒。