郑光俊，陈志康，徐 静，刘 磊

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，430010，武汉）

拉洛水利枢纽沥青混凝土心墙坝设计研究

郑光俊，陈志康，徐 静，刘 磊

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，430010，武汉）

西藏拉洛水利枢纽及配套灌区工程地处高寒高海拔地区，大坝是其重要的建筑物。经过多年系统研究，从工程地形地质条件、总体布置、施工和投资等方面综合比较，同时考虑当地恶劣的气候条件对工程耐久性的影响，拉洛水利枢纽大坝设计选择上坝址的沥青混凝土心墙坝方案。介绍了大坝结构设计研究成果，相关成果和思路可供其他工程借鉴。

拉洛；沥青；心墙坝；轴线；坝型；大坝设计

拉洛水利枢纽及配套灌区工程包括拉洛水利枢纽工程和配套灌区工程两部分。枢纽大坝位于拉洛乡下游约6 km峡谷进口河段，海拔高程4 300 m，高寒缺氧。根据工程区的水文气象及工程地质条件，对坝轴线、坝型及坝体结构设计等大量研究后，推荐采用沥青混凝土心墙坝，最大坝高61.5 m，坝长425.6 m。

一、设计基本条件

工程所在夏布曲流域属高原温带半干旱季风气候区。流域气候干湿季节分明，夏季雨水集中，温暖湿润；冬季寒冷干燥。流域日照充足，太阳辐射强烈；气温日温差较差大，而年温差较差小，无霜期短。

坝址地处夏布曲峡谷进口河段，河谷为不对称的U形横向谷。河床、漫滩砂砾石层厚3.5～13.5 m，右岸Ⅰ级阶地砾卵石层厚1.2～15.2 m。基岩为T3n板岩，单斜构造，板理倾向北东，倾角50°～70°。未见较大规模的断层破碎带发育。强风化层厚0～6.3 m，弱风化厚0～38.6 m。两岸边坡为横向坡，整体稳定条件较好。对于当地材料坝，坝址地形地质条件满足建坝要求。坝址附近有8处滑坡，其中大型滑坡1处，中型滑坡2处，其余为小型滑坡，坝址左岸上游分布1处大规模崩坡堆积体。

大坝沥青混凝土心墙地基为弱风化板岩，岩体强度和抗变形能力均满足要求，局部破碎岩体可适当挖除或加强固结灌浆。填筑区清除地表粉细砂层，河床、漫滩上部砂砾石结构松散—稍密，进行密实处理后可作为填筑区坝基；右岸Ⅰ级阶地砾卵石较密实,承载力较高，可作为填筑区坝基。防渗帷幕透水率＜3 Lu，岩体顶板基岩面以下埋深在左岸斜坡约40 m，河床、漫滩一带20～30 m，Ⅰ级阶地一带3.7～32.5 m，右岸斜坡18～20 m。

二、大坝轴线与坝型选择

1.轴线比选

大坝轴线选择受制于坝址区两岸分布的8个滑坡和1个大型堆积体（见图1），坝线可选择的余地不大。综合考虑坝址区河谷地形、地质条件，左、右岸滑坡分布及堆积体位置，枢纽布置方案等因素，拟定上、下两条比较坝线，下坝线距上坝线100 m。两条坝线的枢纽布置格局相同，即左岸布置溢洪道，右岸布置泄洪洞及电站厂房、鱼道。上坝线坝顶长度425.6 m最大坝高61.5 m；下坝线坝顶长度448.5 m最大坝高61.0 m。

由图1可见，若上坝线上移，左岸溢洪道的引水渠和坝肩会受到岸坡堆积体影响，右岸坝坡也会受HB01～HB06滑坡群的限制；若下坝线下移，左岸溢洪道将穿过HB12滑坡体。若坝线采取斜向布置，坝线长度增加，还会影响拉洛电站、鱼道等建筑物的布置，基础防渗面积增大。从地质角度看，下坝线溢洪道尾端位于HB12滑坡，施工及泄洪对滑坡扰动较大，上坝址地质条件优于下坝线；从工程布置的角度看，下坝线右岸拉洛电站布置所需的阶地位置被大坝占压，电站布置将下移导致与泄洪洞出口靠近，汛期泄洪时尾水波动对发电有一定的影响，因此上坝线更优；两条坝线施工条件基本相同，但工程量下坝线较上坝线大。综合比较推荐采用上坝线作为大坝轴线。

图1 坝轴线比较示意图

2.坝型比选

根据坝址地形地质条件、筑坝材料、生态环境影响、对外交通条件和工程投资等方面比较研究，初定土石坝为基本坝型。根据地质勘探成果当地黏土料具有分散性，需改性后才能使用，施工难度较大，费用较高，因此，以沥青混凝土心墙坝和混凝土面板堆石坝为典型坝型，做进一步的技术经济比选。

两种坝型对地质条件要求大体相同，大坝所压占河床覆盖层的厚度变化不大，防渗帷幕的底线变化也不大，两种坝型在地形地质适应性方面基本相当。沥青混凝土心墙坝与面板堆石坝包括上游围堰在内的最大底宽分别为225 m与308 m，两种坝型的枢纽布置格局相同，两岸永久建筑物的布置与结构型式完全相同，因混凝土面板堆石坝的底宽大，对建筑物的布置局限性大，不利于枢纽工程布置。从施工导流看，沥青混凝土心墙坝方案上游围堰与大坝结合，混凝土面板堆石坝方案上游围堰不能与大坝结合，需在大坝上游布置围堰以保证趾板开挖、基础灌浆及面板浇筑等干地施工条件，故沥青心墙坝相对较优。从施工条件看，沥青心墙碾压施工和面板混凝土浇筑均会受降雨、低气温等气候因素影响，但沥青心墙碾压施工机械化程度较高，人力需要较少。从施工工期上看，砂砾石沥青心墙坝略优于砂砾石面板堆石坝。

图2 坝轴线比较示意图

在西藏高寒、风大、日照强，水分蒸发快，昼夜温差变幅大等恶劣自然条件下，混凝土面板浇筑质量控制较难，如果出现裂缝等缺陷后修补费时费力，同时，恶劣的水文气象条件对面板混凝土的质量及耐久性要求亦较高；另外，砂砾石面板堆石坝的造价较沥青混凝土心墙坝的高约2 924.8万元。经综合比较，沥青心墙坝相对面板坝能较好地适应当地气候条件，且工程投资少，因此选择沥青混凝土心墙坝为推荐坝型。

三、大坝设计研究

1.坝体断面及材料分区设计

拉洛水利枢纽大坝断面情况见图2，坝顶高程为4 305.00 m，坝顶宽度7 m，为节省坝体工程量,坝顶部采用防浪墙的形式,防浪墙高135 cm。大坝上游坝坡高程4 279.00 m以下部分坝体利用导流围堰，4 269.00 m高程以下堰体上游坡1∶1.75、以上1∶2.0，在高程4 290.00 m设一宽2.0 m马道；下游坝坡1∶2.0～1∶2.25，在高程4 293.00 m和 4 280.00 m各设一宽 2.0 m马道，坡脚设排水棱体。

大坝防渗采用沥青混凝土心墙，渗透系数不大于i×10-8cm/s。心墙中心线位于坝轴线上游2.0 m处，心墙顶高程较校核洪水位高66cm,为4303.00 m。为便于心墙施工，沥青混凝土心墙顶厚度60 cm，底厚度100 cm，心墙从上至下采用变厚度的阶梯式，阶梯共分三级，高程4 290.00 m以上60 cm，高程4 290.0～4 272.00 m为80 cm，高程4 272.00 m以下为100 cm。心墙底部及岸坡设置混凝土基座,与基座接触部位心墙进行扩大处理，采用圆弧连接，底部5.0 m（两岸3 m）高的渐变扩大段使沥青混凝土心墙截面由100 cm扩大到最大厚度200 cm，圆弧心墙与混凝土基座间设紫铜止水。心墙下游侧设置300 cm×350 cm （宽×高）基础帷幕灌浆廊道。

沥青混凝土心墙防渗体两侧布置厚300 cm细砂砾石过渡料层。在沥青心墙下游侧的过渡料与下游砂砾石坝壳料之间设置排水区，由竖向排水体和水平排水体组成L形烟窗式排水体，其竖向排水体顶部高程为4 303.00 m，宽200 cm；水平排水体顶高程为4 260.50 m,厚度200 cm，将坝身渗水排出坝外。大坝下游坡脚设置排水棱体，顶高程为4 264.00 m，水平宽度300 cm，排水棱体上下游侧坡度均为1∶1.5，采用人工开采砂岩石渣料填筑形成。大坝坝体主要填筑材料设计参数见表1。

表1 坝体填筑材料设计参数

2.坝体护坡设计

为方便施工，而且使坝体更加美观，坝体上游采用现浇混凝土护坡，下游采用8 cm厚、30 cm宽的预制六边形混凝土块护坡。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）附录A的规定，经过计算，上游面现浇混凝土护坡厚度取20 cm，宽度为5 m，顺坡向长度不小于10 m，根据坡面马道设置，顺坡向适宜长度取10～14.07m。

表2 坝坡抗滑稳定分析成果

表3 坝体应力、变形最大值

3.坝体计算分析

（1）渗流分析

①计算方法及工况。采用有限元法对坝体渗流进行数值模拟分析。取典型断面进行材料分区概化，针对设计洪水位工况建立二维稳定渗流数值模型，计算模型底部隔水边界约取至微新岩体面以下77 m，高程为4 165.48 m。

②计算参数。坝体材料渗透参数依据料场取样试验结果取值，地层参数则按地质建议值取值。坝基下帷幕渗透系数为1 Lu，帷幕进入微新岩体约14.0 m。

③计算结果及分析。计算结果显示，沥青混凝土心墙最大水平比降为39.14；心墙上游面水位接近上游水位值为4298.86m,心墙下游面自由面高程降至4260.86m，仅比下游水位4260.33 m高出0.53 m，说明沥青混凝土心墙防渗效果较好，承担了98.62%的压力水头；帷幕与心墙形成了一个完整的防渗体，下游坝壳料水平比降小于0.01，垂直比降为0.05，根据渗透试验成果，水平及垂直比降均小于允许比降，排水垫层的水平及出逸比降均小于0.01。坝体满足渗透稳定要求。

（2）坝坡稳定分析

①计算方法及工况。坝坡稳定计算软件采用加拿大GEO-SLOPE，计算采用简化Bishop法。分析工况包括：正常运行期上、下游坝坡；死水位上游坝坡；设计洪水位上、下游坝坡；完建期上、下游坝坡；正常蓄水位骤降3 m；校核洪水位上、下游坝坡；正常运行期遇地震时上、下游坝坡，地震设防烈度为7度，相应地震加速度为0.15 g。

②计算参数。坝体填料和坝基覆盖层参数取试验得到非线性强度指标，沥青混凝土心墙取线性强度指标。同时，比较分析了上、下游坝壳料选用试验参数相对较低和参数相对较高不同料场填料时坝体的稳定性。

Design of Laluo Dam with asphalt concrete core wall

Zheng Guangjun,Chen Zhikang,Xu Jing,Liu Lei

Laluo Multipurpose Hydraulic Project and Counterpart Irrigation Scheme is located at high altitude and cold zone where its main structure Laluo Dam is built.Thanks to years of systematic studies,the project has conducted comparative analysis on geological and topographical?conditions,general layout,construction and cost and investment.Considering bad weather conditions on the dam site and its impact on the durability of the dam,the type of asphalt concrete core wall dam is designed.Research results of dam structure design are reviewed that can be referenced by other similar projects in China.

Laluo;asphalt;core-wall dam;axis;dam type;dam design

TV61

B

1000-1123（2016）20-0039-03

2016-10-18

郑光俊，高级工程师，主要研究方向为水工结构。