姆拉丁其壩
Mratinje Dam地理水文
壩址處為典型的"V"形峽谷,壩頂高程處谷寬260m,河床水面寬25m。峽谷高達700~800m, 谷坡約60°~80°。 河床有厚約25m的沖積層, 由蠻石及砂礫石組成。 壩基岩層為中三疊紀大塊石灰岩, 裂隙發育, 其主要節理垂直河床, 間距30~52m, 岩塊由次生裂隙切交而成, 岩塊之間裂隙緊密而不連續, 即有些裂隙與層面夾有粘土, 有些節理是閉合的而不連續。在右壩肩約40~50m範圍內,有一北西向密集斷層帶,在壩肩以外150m處有一順河斷層,並發育有溶洞。左岸距岸邊500m處,有一條寬達500m的順河斷層。
壩址基岩表面有岩溶現象,最深達15m,但在左岸高程620m以上,因構造破壞,斷層密集,岩溶深度達90m。壩址下游有暗河或泉水出露,總漏水量約為300L/s。河床基岩面以下150m處有一充填有粘土的洞穴。壩址處地震烈度為9度。
該工程控制流域面積為1757.7平方公里,年平均降雨量1750mm,年平均流量74.4立方米/秒,萬年一遇洪水流量1900立方米/秒。水庫正常蓄水位675m,最低發電水位595m。總庫容8.9億立方米,有效庫容7.9億立方米。
姆拉丁其壩為混凝土雙曲拱壩,最大壩高220m,壩頂長268m,在壩頂高程處河谷寬為260m,岩層為大塊石灰岩,裂隙發育。大壩壩頂厚4.5m,壩底厚40m,厚高比為0.182,壩體混凝土方量為74萬立方米。
樞紐建築
姆拉丁其水電站(Mratinje Hydropower Station)工程主要建築物包括:①混凝土雙曲拱壩;②左岸引水發電隧洞和地下廠房;③壩體中設有表孔、中孔和底孔,作為泄洪建築物;④右岸的導流隧洞。樞紐布置見圖1。大壩壩頂長269m,河谷寬高比為1.218,頂厚4.5m,底寬40m,厚高比為0.182,壩體積74萬立方米。壩的拱軸在大壩兩端展平一些,以便在向峽谷兩側總的延伸方向得到比較合適的嵌入角,並儘量垂直地壓在岩塊的主要裂隙上,這樣能可靠地防止基礎的滑動。為了實現從壩體向地基的逐步過渡,根據基岩的工程地質特性,將大壩兩端加厚。壩址地形斷面不對稱,左岸比右岸陡。因此在右岸頂部設計了一座邊墩,通過推力樁系統將推力傳到具有與左岸相應高度相似的工程地質特性的岩基深處去。在大壩底部,設有一個矩形基礎墊座,高程458~478m。大壩設計時採用的應力值為:在基本荷載條件下,最大主應力為10.4MPa,最小主應力為1.7MPa,溫度應力為±0.6MPa,在9度地震時應力為±2.6MPa,基礎接觸面上無拉應力,而邊界應力為6MPa。
泄洪建築物分3層布置:表孔、中孔、底孔。表孔設在大壩頂部中間,分3孔,尺寸為13m×5m,堰頂高程670.0m,裝有弧形閘門,最大泄量1670立方米/秒,由壩頂自由跌落至下游消力池。中孔3個,直徑2.5m,進口高程為592.0m,出口高程為580.45m,孔向下游傾斜34°5′以便使水流射入下游消力塘,泄量373立方米/秒。底孔2個,直徑2m,進口高程503.0m,孔是水平的,在庫水位657.0m時,泄量為240立方米/秒,中孔和底孔均用鋼板襯砌,各設2扇平板門,消力池設在壩後,長130.5m,寬15m,池底高程469.5m,尾部建高21m擋水壩,邊牆高程520m。三股水流落入消力池,在深30m的池中翻滾消能。底板和邊牆均採用鋼筋混凝土襯砌,厚2m,並用預應力鋼筋錨固於基岩中,在基岩與接觸面上設定有排水設施。
3條引水隧洞位於左岸,進水口水深85m,進口水平段直徑5.8m,長119m,襯砌厚0.4m。斜段長148m,直徑4.62m,襯砌厚0.31m,單洞引水流量80立方米/秒,通過傾斜閘門井升降閘門。
地下廠房尺寸為16.7m(寬)×38.65m(高)×91.8m(長),裝3台12萬kW豎軸混流式水輪發電機組,轉速231r/min。3台豎軸三相同步發電機,容量120MVA,功率因素0.95。控制室尺寸為16.7m×19.20m。變壓器室尺寸為13m×53.80m。
尾水隧洞長112.8m,斷面尺寸為10.7m×10.7m。為防止水錘壓力過大,設一橢圓形調壓井,尺寸為26.5m×11m,高為41m。襯砌厚0.8m,洞頂設一隔板,上有四個孔,以增加阻力。
大壩設計
設計時考慮到壩址地形不對稱(左岸比右岸陡),在右岸設定了一個重力墩,將推力傳到較深的與左岸相似的基岩上去。在大壩底部,設定了一個矩形基礎墊座。大壩採用5拱9梁系統進行應力計算,在基本荷載下得到以下結果:最大主應力為10.4MPa,最小主應力為1.7MPa。溫度應力為±0.6MPa,在9級地震時的地震應力為±2.6MPa,基礎接觸面上無拉應力。大壩剖面見圖2。大壩基礎處理主要包括對左岸邊坡進行岩體加固、壩基固結灌漿和防滲帷幕灌漿。左岸邊坡岩體採用7個水平樁進行加固,水平樁插入岸坡內約80m,總混凝土方量為2.67萬立方米。固結灌漿深度約30m,其目的是使大壩應力降低到2MPa;防滲帷幕灌漿布置在大壩基礎的上游邊緣,帷幕深度約為100m~150m,兩岸帷幕深度約為200m。右岸由於裂隙發育,帷幕深度約為300m。為了保持大壩穩定,壩體嵌入基岩內,上游面的平均嵌入深度為50m,下游面的平均嵌入深度為20m。
壩體中布置了泄洪建築物(表孔、中孔和底孔):①表孔溢洪道設定在壩頂中間部位,由3個溢洪孔組成,每孔寬13m、高5m,堰頂高程670m,泄量為1670立方米/秒,採用自由跌落到下游消力池消能;②中孔溢洪道設有3孔,直徑2.5m,進口高程為592m,出口高程580.45m,在水位675m時3箇中孔的泄量為373立方米/秒;③底孔溢洪道設2孔,進口高程為503m,直徑為2m,在水位為657m時泄量為240立方米/秒。為防止泄洪對下遊河床的沖刷,修建了消力池並對兩岸進行保護。消力池全長130.5m,底寬15m,池底高程469.5m,邊牆頂高程520m。尾部有高21m的擋水壩。
引水發電系統位於左岸,為單機單洞布置形式,單洞引水流量80立方米/秒。地下廠房尺寸為長91.8m、寬16.7m、高38.65m,裝有3台混流式水輪發電機組,單機容量120MW。
工程施工
導流 採用隧洞導流,按5年一遇過水流量630立方米/秒設計,長330m、直徑8.5m的馬蹄形導流隧洞位於右岸,進口處設中墩分成兩孔。上游圍堰高23.5m,為圓筒形混凝土拱圍堰,中部留20m寬容許過水。下游圍堰為土石圍堰,坡度為1∶1.5。上、下圍堰均設混凝土防滲牆。施工時,因下游拋棄土石料過多,汛期水位壅高,造成兩次漫頂過水。壩基開挖 兩岸壩基開挖存在著特殊的難度,這是因為峽谷高陡,為了將拱壩嵌入兩岸岩體,在壩與兩岸連線處開挖鍵槽。鍵槽邊坡很陡,上游側為10∶1,下游側為20∶1。針對以上情況,採納了以下開挖方法:
(1)由於狹谷陡而深,故由壩頂向下以水平台階方式開挖。不單獨修建通往各水平台階的道路,安裝一台纜機,將施工機械、材料和施工人員運送到工作檯階上;
(2)沿鍵槽的三邊輪廓採用預裂開挖法開挖,緊接著用延遲引爆雷管進行多排孔台階爆破。
為了加快作業,採用垂直預裂面代替上游側10∶1與下游側20∶1的開挖邊坡。採用預裂法,大大減低了大藥量爆破所引起的地面震動,並獲得了無破損的開挖面。鍵槽的上、下游側,預裂爆破鑽孔直徑63mm,間距0.6m(最後增至0.8m)。
壩基岩石開挖量達54萬立方米,拱壩嵌入兩岸岩石,上游深50m,下游深20m。河床部分開挖深度約30m,對岩溶化強烈的灰岩予以挖除。
混凝土澆築 大壩混凝土砂石骨料取自左岸下游,用碎石機破碎兩次,分6種級配:0~1mm、1~3mm、3~10mm、10~30mm、30~60mm、60~100mm。混凝土工廠布置在左岸壩肩,裝4台3立方米拌和機,每小時可生產混凝土240立方米。混凝土為300號,水泥用量為210~250kg/立方米,混凝土入倉溫度不超過16℃,倉內設有蛇形冷卻管,用冷水循環冷卻混凝土。混凝土吊罐容量5立方米,用汽車運到工地,再由3台纜式起重機(起重能力20t)吊入倉內。採用鋼懸臂模板,由螺栓固定。當混凝土鋪到60~70cm厚時,用推土機及裝有振搗器的推土機推平搗固。
年內3~12月澆築混凝土,1972年共澆混凝土19.78萬立方米,1973年24.73萬立方米。最大日澆築量2472立方米,最高月澆築量超過5萬立方米。於1975年澆完大壩。
地下開挖 地下開挖方量16.7萬立方米,廠房先挖頂拱,採用長4m錨栓固定,其間距為2m。在特殊的岩石破碎帶,用預應力錨栓錨固。
基礎處理 主要包括固結灌漿和帷幕灌漿。
固結灌漿從壩內階梯狀灌漿廊道沿整個壩基進行,深度約30m,吃漿量約50kg/m。
灌漿帷幕沿著大壩基礎的上游邊緣布置,在大壩兩端卻折向上游,伸入左岸300m,伸入右岸約850m,帷幕深度100~150m,河床及近岸部位設三排灌漿孔,在有的地方從底部廊道進行灌漿,而在有的地方則從不滲水的混凝土襯砌廊道中灌漿。對河床下150m深處充有粘土的溶洞,經過滲透和沖蝕試驗,證明其對大壩沒有影響,因此河床的灌漿帷幕沒有必要超過該深度。對河床淺部溶蝕較嚴重的灰岩予以挖除。
該工程埋設了大量觀測設備,對基礎及水庫邊坡進行觀測。