1、工程概況
龍潘卡爾水電站位于喀麥隆共和國東部省潘卡爾地區,壩址位于洛姆河與潘卡爾河交匯后下游4km處,距離洛姆河與杰雷姆河的交匯處以東大約13km。水庫庫容為60×108m3,主要用于發電及枯期調節松魯魯、埃代阿和納齊提加水電站的引用流量。該電站為壩后式廠房,共布置4臺機組,單臺機組引用流量為25m3/s,總裝機容量為30 MW。
電站工程主要由河床中心的主壩和河流右岸山谷內的副壩組成。主壩工程主要由中央碾壓混凝土壩及兩側粘土心墻壩組成,其中碾壓混凝土壩壩頂長182m,最大壩高45.5m。碾壓混凝土壩主要由發電引水壩段、溢流泄水壩段、擋水壩段及底部泄水閘等組成。
1.1工程地質條件
龍潘卡爾水電站位于東部省雅溫得東北約350km、貝爾圖阿市北約120km處。壩址區位于龍潘卡爾盆地中兩個山丘之間的狹谷地帶,壩址附近植被主要由沖積平原上的熱帶草原、洛姆河邊上的細長森林帶和山丘上的小灌木草原組成。
河床在沿大壩設計軸上大約120m寬。河水水位約為636m。河床約2/3寬度\\(從左岸算起\\)內有巖石出露。右岸山谷中的河床匯集庫區枯水期大部分水流。左岸可被洪水淹沒的河灘在洛姆河邊延伸約160m。此外,左岸山丘地勢漸漸升高,其中底部山坡坡度為11%,位于高程640~670m之間;上中山坡稍緩,坡度為4%,實測高程至680m,岸坡輕度向上游傾斜。右岸可被洪水淹沒的河灘約60m長。右岸山丘地勢漸漸升高,其中下部山坡坡度為7%,直至660m高程,中部山坡坡度變陡為16%,直至680m高程,頂部至山脊700 m高程逐漸變緩。此外,該山丘內包含一個山谷,山谷平行于洛姆河方向,距右岸邊約1 200m。山谷的兩側岸坡坡度較陡,呈對稱分布,被森林覆蓋。
1.2水文特性
龍潘卡爾水電站洪水主要由降雨形成,該地區的降水量隨季節變化顯著,8月、9月、10月的平均月流量大于500m3/s;6月、7月、11與12月的在100~350m3/s之間;1月至5月的平均月流量比較低。經水文分析計算,喀麥隆龍潘卡爾水電站設計洪水情況見表1及表2。
2、導流建筑物設計
根據該工程布置情況及地質、水文條件等方面進行分析,施工期需對碾壓混凝土壩采取分期導流施工。
2.1施工導流標準根據SL303—2004《水利水電工程施工組織設計規范》的規定,在進行導流建筑物級別、洪水資料及工程導流時段劃分、洪水標準、對應流量的設計比較分析基礎上,同時考慮施工工期、施工條件、工程量及工程造價等影響因素后,確定全年圍堰導流標準為50a一遇洪水,相應流量Q=1 460m3/s。
2.2施工導流方式根據壩址處工程地形地貌、水文氣象條件及樞紐布置型式,該工程一期導流采用全年導流方式。利用束窄河床過流,在一期圍堰的保護下進行二期導流底孔、擋土墻、左岸壩段及底部泄水閘壩段的施工。一期導游程序見表3。
2.3導流程序根據施工總進度安排,2012年5月1日至2013年1月5日利用一期圍堰擋水,由右岸束窄河床過流,進行圍堰左側壩段的施工,并填筑至646m高程,且底部泄水閘安裝完畢,二期導流底孔具備過流條件。
2.4導流水力計算一期施工導流主要通過右岸束窄河床過流,過流斷面底寬113m,為梯形斷面,兩側邊坡的坡比為1∶1.8。
2.4.1 洪水標準Q=1 460m3/s,為全年50a一遇洪水。
2.4.2 水位的確定
1\\)計算公式。按明渠過流能力計算公式:
式中:Q—泄流流量,m3/s;A—過水斷面積,m2;C—謝才系數,m1/2/s,按曼寧公式計算;R—水力半徑,m;i—渠底坡度,i=0.000 3;n—糙率,取n=0.04;χ—濕周,m。
2\\)一期施工導流水位流量關系曲線曲線根據上述公式計算得一期施工導流水位流量關系曲線,見圖1。
3\\)一期圍堰最高擋水位計算結果根據一期施工導流水位流量關系曲線,當Q=1 460m3/s時,水深為8.1 m。圍堰堰前水位為642.3m,取圍堰安全超高0.7m,故取圍堰頂高為643m。
2.5導流建筑物材料及尺寸設計。一期圍堰為土石圍堰,邊坡采用塊石防護?？v向圍堰基礎為完整的基巖,采用粘土防滲;上、下游圍堰基礎含有斷層,采用粘土與帷幕灌漿聯合防滲?？紤]超高0.7m后,堰頂高程為643m,堰頂寬8m,粘土體頂寬5m,塊石護坡寬3m。圍堰上、下游邊坡為1∶1.8,最大堰高9m,堰頂長度760m。帷幕灌漿采用單排孔,孔距2m。
2.6圍堰穩定計算。一期圍堰采用粘土填筑,反濾層采用土工布,迎水面采用拋石護坡。采用粘土與帷幕灌漿聯合防滲。圍堰平面及斷面布置見圖2及圖3。
2.6.1荷載及荷載組合。荷載組合見表4。
2.6.2 計算方法。利用計算軟件《理正巖土計算5.1》采用滲流問題有限元分析計算出浸潤線;利用計算軟件《理正巖土計算5.1》采用簡化畢肖普法計算出最不利滑動面;穩定計算采用有效應力法;孔隙水壓力采用近似方法計算。
2.6.3 計算公式。
2.6.4 穩定計算結果。根據上式對土條取單寬進行試算,經計算:K=1.36>Ks=1.3,符合 《法國大壩和水庫委 員 會2010》中的建議值1.3,故圍堰穩定。
3 、結 論
1\\)設計論證,一期圍堰采用均質粘土圍堰,邊坡采用塊石防護。不僅大大提高了圍堰施工速度,而且充分利用當地材料,節約了施工成本;2\\)縱向圍堰基礎為完整的基巖,采用粘土防滲;上、下游圍堰基礎含有斷層,采用粘土與帷幕灌漿聯合防滲。經現場基坑開挖觀測及施工監測表明,一期圍堰沉降及變形量小,堰體結構安全可靠。
