第３５卷第９期２００９年９月
水力发电
文章编号：０５５９—９３４２（２００９）０９—００３５—０３
小湾水电站高拱坝设计与基础处理
邹丽春，喻建清，王国进
（中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南昆明６５００５１）
关键词：拱坝；体形；坝踵防裂防渗；抗震措施；泄洪消能；基础处理；小湾水电站摘要：小湾拱坝高达２９４．５ｍ．总水推力为１７６
５２０
ｋＮ。拱坝应力水平高，最大主压应力按１０ＭＰａ控制。工程位于
强地震区。拱坝抗震设防要求高。通过可行性研究、初步设计以及国家“九五”科技攻关等一系列研究，逐步解决了小湾拱坝体形优化、坝踵防裂防渗、抗震、泄洪消能、坝基基础处理和坝肩抗力体地质缺陷处理等关键技术。
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中图分类号：Ｔｖ６４２．４２（２７４）
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ｐ阳孕｜ｅｓｓｉｖ由．
文献标识码：Ａ
１工程地质条件
小湾水电站为一等大（１）型工程，拱坝为１级建筑物。混凝土双曲拱坝按５００年一遇洪水设计．相应洪峰流量为１６ｍ３，ｓ：按ｌＯ０００年一遇洪水校核，相应洪峰流量为２３
７００６００
内．左拱端插入龙潭干沟．介于饮水沟堆积体和岩体卸荷较深的４号山梁之间，受它们的不利影响较小；右岸Ｆ１．断层通过１．５号坝段下游坝趾．对这些坝段坝基有一定影响。左岸Ｆｌ，断层远离左岸坝趾，对坝基已不构成影响。
枢纽区分布岩石为致密坚硬的黑云花岗片麻岩、角闪斜长片麻岩和片岩．片岩夹层呈薄层透镜状分布．在新鲜完整状态下仍属坚硬类岩石。枢纽区岩层呈单斜构造．横河分布。陡倾上游。破裂结构面较发育，分布有ｌ条Ⅱ级断层（Ｆ７）和
ｍ‰。坝址区地震基本烈度为Ⅷ度，拱坝按１００年超越概率２％的基岩峰值水平加速度０．３１３ｇ进行抗震设防。坝址地形地质条件较为复杂．坝址地形呈沟梁相间。影响拱坝布置的主要地形地质条件有：左岸巨型饮水沟堆积体、４号山梁深卸荷岩体和龙潭干沟：右岸大椿树沟及该部位堆积体，豹子洞干沟：坝前枢纽区最大的Ⅱ级断层Ｆ７，坝趾Ⅲ级断层Ｆ１１；两岸分布有规模不等、程度不一的Ｅ。、Ｅ４、Ｂ、Ｅ８、Ｅ９蚀变带。
小湾电站１９９０年完成坝址选择丁作。１９９１年１２月完成预可行性研究（原可行性研究）。预可行性研究审查同意采用混凝土双曲拱坝。１９９５年９月完成可行性研究报告（等同原初步设计）。通过各阶段的坝址、坝线比选研究，最终确定的拱坝位置位于通过饮水沟一大椿树沟的断层Ｆ７的下游，Ｆ７距拱冠坝踵最近处为５７ｍ。坝基中、下部在地形地质条件较好的ｌ号和２号山梁．右拱端插入ｌ～３号山梁之间的坳槽
２０条Ⅲ级断层。除断层ｋ走向为ＮＮＥ外，其余均为ＮｗＷ
走向，均为陡倾角。Ⅳ级结构面以走向近ＳＮ和ＮＷＷ陡倾角的小断层、挤压面为主。节理发育。主要有三组近ＳＮ和近ＥＷ向陡倾角以及顺坡倾斜的中缓倾角节理．顺坡中缓倾角
收藕日期：２００９—）７—３０
作者简介：邹丽春（１９６１一）．女，云南大理人，教授级高工，副院长，主要从事水电工程设计、咨询及管理工作；喻建清（１９６２一）。男，四川仁寿人．教授级高工．主要从事水电工程设计及咨询＿【作；王国进（１９６８一），男。云南通海人，教授级高工，主要从事水电工程设计及咨询工作．
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万方数据
水力发电
２００９年９月
节理在微风化。新鲜岩体内延伸短小。岸坡卸荷作用较强烈，卸荷裂隙可分为两组．第一组是陡倾角的拉张裂隙，第二组
是顺坡向中缓倾角剪切裂隙．二者在剖面上常呈阶梯状组
合。在山梁部位岩体卸荷深度大．如左岸４号山梁部位卸荷
岩体最大厚度（水平）可达１６０ｍ。在黑云花岗片麻岩中高岭
石化蚀变现象较普遍，主要蚀变带有１０条，除Ｅ２呈近ＥＷ向陡倾延伸外．其余均呈近ＳＮ向陡倾延伸．在与近Ｅｗ向陡倾结构面相交处。有沿近ＥＷ向陡倾结构面蚀变现象。
２拱坝设计与布置
２．１
应力控制
基本荷载组合上游面允许主拉应力为１．２ＭＰａ．容许主
压应力按规范取混凝土极限抗压强度的１／４．拱坝最大主压应力按１０ＭＰａ设计．故拱坝混凝土最高强度为４０ＭＰａ。
２．２拱坝体形优化
小湾拱坝体形研究历经可行性研究阶段、专题研究阶段（如国家“九五”科技攻关）、招标设计和施工详图设计阶段，各设计阶段都对拱坝体形进行了优化。
可行性研究阶段．在Ⅱ坝线Ｅ研究了７种线形的拱坝体
形：抛物线、椭圆曲线、对数螺旋线、双曲线、三心圆、混合
曲线和统一二次衄线．可行性研究阶段审查同意拱坝体形为
Ⅱ一２０抛物线双曲拱坝。
在专题研究中。结合国家“九五”科技攻关．对拱坝体形作了更加深入的研究。研究了抛物线、对数线、统一二次曲线和混合型４种线型共１１个方案。在保持可行性研究阶段选
定的坝轴线位置和维持坝肩稳定条件（拱端嵌入深度、拱端
推力角等）基本不变的前提下．推荐ｌ一９抛物线体形方案为小湾专题研究阶段拱坝体形。该体形坝踵区的托应力得到较大程度的降低．厚高比由０．２４提高到Ｏ．２５，柔度系数由
１３．１９降至１２．７２。
２００１年在招标设计阶段的深入研究中．结合坝肩岩体
稳定分析及加固处理措施研究．从加强坝体抗震性能及降低坝踵区拉应力出发．对拱坝体形又作了局部优化调整。增加了１
１７０．００
ｍ高程以上拱端的厚度．在左拱端ｌ２１０．００ｍ高程拱圈以上设置推力墩，形成招标阶段新的ＺＢＴＸ体形。ＺＢＴＸ体形与１—９体形相比，体形对称性更好．柔度系数由１２．７２又降至１２．４２．拱坝整体安全度有所提高．应力水
平也略有降低：坝体一阶频率由１．２６ｌ提高到１．２８２，拱坝刚
度进一步得到加强。最终选定小湾拱坝采用ＺＢｌｘ体形。
２．３拱坝布置
小湾拱坝坝形为抛物线形变厚度双曲拱坝。坝顶高程
ｌ２４５．００
ｍ．最低建基面高程９５３．００ｍ．最大坝高２９２ｍ。坝顶中心线弧长８９２．７８６ｍ。拱坝共分４３个坝段。泄洪坝段宽
２２—２６
ｍ．其余坝段宽２０ｍ。坝顶宽度从中心到拱端由１２
ｍ
渐变到１６ｍ。拱坝最大中心角９３．１４６０，拱冠梁底宽７２．９ｌ
ｍ，
弧高比３．０５８．厚高比Ｏ．２５０，坝体基本剖面体积７５６．６万ｍ３，拱坝混凝土总体积为８６０万ｍ，。拱坝上游面总水推力为
１７６５２０
ｋＮ。拱坝左岸设有推力墩。推力墩底部高程ｌ
２ｌＯ．ｏｏ
ｍ。推力墩高３５ｍ。底长４０ｍ。
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Ｖ０１．３５，Ｎｏ．９
万
方数据２００５年８月坝基开挖到原设计最低建基高程后．坝基岩体产生了较严重的开挖卸荷松弛．故对９７５．００ｍ高程以下进行了二次开挖，并对拱坝拱圈参数作了局部调整。最低建基面高程由９５３．００ｍ降至９５０．５０ｍ．最大坝高由２９２ｍ
增至２９４．５
ｍ。
根据拱坝应力分布．拱坝混凝土设计分为３个区．强度等级分别为Ｃｌ鲥４０Ｗ９０１４Ｆ啦５０、Ｃ１舳３５Ｗ∞１２Ｆ啦５０和Ｃ１８０３０Ｗ∞
ｌＯ眦５０。混凝土设计龄期采用１８０ｄ，突破了现行设计标准。
２．４坝踵防裂与防渗措施
综合考虑各种分析方法得出坝体可能出现的开裂状况．并借鉴国内外已建拱坝的实践经验，小湾拱坝采取了一系列防止或降低坝踵开裂程度的工程措施。主要有：①在坝体底
部高程沿建基面附近拉、压应力较大的区域。采用Ｃ．枷高
强混凝土。②根据多种分析方法给出的坝踵町能出现的最大
开裂深度．将底部高程的帷幕和排水位置后移。９５０．５０ｍ高
程帷幕距卜游面为２０ｍ。③在１７—２８号坝段拱坝上游离建基面７ｍ左右设置人工诱导缝．缝深１０ｍ，缝端设２
ｍ×２ｍ
近似椭圆的并缝廊道．诱导缝ｆ：游设３道止水与拱坝横缝相连接。④在拱坝卜游拉应力较大区域坝面喷涂聚脲柔性防渗材料．防渗层外回填粉煤灰自愈材料。
３拱坝的抗震和泄洪消能设计
３．１
拱坝抗震工程措施
根据各种数值分析和模型试验成果．在借鉴国外已建拱
坝采取的抗震措施的基础上．小湾拱坝除在地震动应力大的部位采用Ｃ．册４０高强混凝土、横缝设置能适应较大变形的新型止水外，还采取了如下抗震Ｔ．程措施：①布设梁向抗震钢筋。根据混凝土的抗托强度和动应力水平．梁向抗震钢筋主
要布设在托应力大于１．５ＭＰａ的区域。综合各种情况．上、
下游面拱坝梁向抗震钢筋布置在ｌ
ｌｏｏ．００
ｍ高程以上。②
ｌ１９０．００
ｍ高程以上布置跨缝钢筋，限制横缝张开度。③坝
顶拟布置抗震阻尼器，进一步限制横缝张开度。
３．２泄洪消能及防护建筑物
３．２．１
坝身泄洪建筑物
坝身泄洪按照“纵向分层托开．横向单体扩散，总体入水归槽．表中孔联合运行空中碰撞消能”的原则进行设计。坝身设５个开敞式溢流表孔。孔口堰顶高程１
２２５．００
ｍ，孔口
尺寸为１１ｍ×１５ｍ（宽×高，下同）。表孔边墙扩散角为４０３０７～
７。４２’．出口挑角或俯角为１００—一２００，以达到使水舌入水前横向扩散、纵向拉开的目的。５个溢流表孔最大泄洪流量为
８６２５ｍ３／ｓ。
坝身设６个泄洪中孔。为有压深式泄水孔，孔口尺寸为
６．０ｍｘ６．５
ｍ．孔身全部用钢板衬护。进口底坎高程ｌ、６号孔
为１１６５．００ｍ．２、５号孔为ｌ１５２．５０ｍ，３、４号孔为ｌ
１４０．００
ｍ。出口段采用平面扩散屯面｜二翘形式，出口底坎高程ｌ、６号孔为ｌ
１６４．２５
ｍ，２、５号孔为ｌ１５６．１５ｍ，３、４号孔为ｌ１４９．５８
ｍ。为了克服中孔泄流水舌径向集中问题，中孔孔身采用ｌｏ．
２．５０的平面偏转角。由于进出口高程分３层布置，出口翘角搭配合理．使泄流水舌横向扩散、纵向拉开充分，水舌分３层入
第３５卷第９期邹丽春。等：小湾水电站高拱坝设计与基础处理
水．达到了分散冲击力的目的。６个泄洪中孔最大泄洪流量
为８２６４ｍ３，ｓ。
为方便施工后期度汛和拱坝建成后运行期放空水库进行检修．坝身在ｌ０８０．００ｍ高程处设置了２个放空底孔，孔
口尺寸为５ｍ×７ｍ。放空底孔不参加枢纽泄洪。
３．２．２水垫塘及二道坝
水垫塘紧接大坝坝后．前段方位角ＳＥｌ７８０。与表孔溢流中心线重合．后段方位角ＳＥｌ６８０。水垫塘全长３４９．５ｍ，采用复式梯形断面．底板高程为９６５．ｏｏｍ。底宽７０ｍ。采用全断面钢筋混凝土衬护，底板厚３ｍ，表面铺Ｏ．５ｍ厚Ｃ棚抗冲
磨硅粉混凝土。并对底板施以锚筋桩锚同。
水垫塘后设二道坝，坝顶高程ｌ
００４．００
ｍ。建基面高程
９６０．００
ｍ。最大坝高４４ｍ。二道坝后设有３２ｍ长的护坦。
水垫塘和二道坝均设封闭排水系统。二道坝下游设
２０
ｍ深的灌浆帷幕．水垫塘四周不设帷幕．只设３０ｍ深的排水孔．浇筑块之间设三角形排水沟．沟内设５ｍ深的浅排水孔。
４坝基及坝肩抗力体处理
４．１坝基基础处理
（１）坝基地质缺陷置换处理。对坝趾附近的Ｆｌ，断层、Ｅ．、
Ｅ４＋Ｅ５蚀变带，均进行槽挖回填混凝土处理。对于左、右岸低于坝基高程部分的卸荷岩体也进行了开挖置换混凝土处理。
坝基总的混凝土置换量约为１４．５万ｍ３。
（２）坝基帷幕灌浆。坝基根据作用水头的大小设置ｌ～３
排灌浆帷幕，主帷幕最大孔深１２０ｍ。两岸按间隔４０—５０
ｍ设置灌浆洞。灌浆洞内除洞口段设置与相应坝基相同排数的帷幕灌浆孔外．一般都设单排帷幕孔。帷幕灌浆标准要求水
头大于２００ｍ的坝段０～１５ｍ范围内透水率口≤０．５Ｌｕ，１５ｍ
以下及水头小于２００ｍ的坝段和灌浆洞内帷幕要求透水率
ｑ≤１．ＯＬｕ。
（３）坝基固结灌浆。坝基全面布置同结灌浆，灌浆均在有
混凝土盖重情况下进行。固结灌浆共分６个区域。Ａ区位于
坝基中部．孔深ｌＯｍ；Ｂ、Ｃ区位于坝基上游，孔深１５ｍ；Ｄ区
位于坝基下游包括贴角上的同结灌浆。孔深１５ｍ；Ｅ区位于右岸断层蚀变带分布区域．孔深２５。３０ｍ：Ｆ区位于两岸坝肩
附近．孔深４５ｍ。固结灌浆验收以灌后单孑Ｌ法测试声波为
主。叽２ｍ段，要求声波波速≥４
７５０
Ｉｌ以；２ｍ以下段，声波波
速≥５０００ｎ以。
（４）坝基排水。坝基设２排排水廊道，廊道内设排水孔，并按封闭抽排水系统设计。两岸与帷幕灌浆廊道在相同高程设排水洞，洞内设反向排水孔。小湾坝基顺河向陡倾角和顺坡向节理发育．因此９７５．００ｍ高程以下向下的排水孔均倾
向山里。９７５．００ｍ高程以上向上的排水孔均倾向山外．以穿
过更多节理。增强排水效果。
（５）坝基开挖卸荷松弛处理。对９７５．００ｍ高程以下坝基进行了二次开挖。河床部位加大开挖深度为２．５ｍ。严格坝基浇筑混凝土之前的清基．一般清基深度ｌｍ左右，局部达２
ｍ
深。坝基表层２ｍ范围单独固结灌浆。在１２—３２号坝段坝基
万
方数据固结灌浆孔中设置了３咖３２长１２ｍ的锚筋桩约５４００根。坝
趾贴角部位施加３ＭＮ级和６ＭＮ级预应力锚索。
４．２坝肩抗力体地质缺陷处理
右坝肩抗力体地质缺陷主要有断层Ｆ。。、ＦＩｏ、ｆｌｏ、ｆ９，蚀变岩带Ｅ。、Ｅ。＋Ｅ５、Ｅ９及卸荷岩体；左坝肩抗力体地质缺陷主要有断层Ｆ１。、Ｆ，、ｂ、ｆ１２，蚀变岩带Ｅ。和４号山梁卸荷岩体。针对以上地质缺陷进行了以下综合处理：
（１）地表削坡减载。对左岸４号山梁山脊部位表层强卸荷岩体进行削坡，削坡深度约１５
ｍ。
（２）地下混凝土置换。左岸坝肩在ｌ１６０．００一１
２２０．００ｍ
高程设置４层置换洞。右岸坝肩在ｌ
０３０．００—ｌ２１０．００ｍ高
程按高差２０ｍ共设置１０层置换洞。根据不同部位、不同高程、不同断层蚀变带的宽度、性状．置换洞断面有４Ｉｎ）６
ｍ、５
ＩＩｌ×
５ｍ、５ｍ×８ｍ、６ｍ×１０ｍ、ｌＯｍ×１０ｍ
５种尺寸。置换洞混凝
土分两期施工。一期衬砌内留３．５
ｍ×３．５
ｍ的灌浆洞．待固结
灌浆完成后再进行二期回填。一期混凝土不预冷，但需要埋设冷却水管进行通水冷却。二期回填采用预冷低热微膨胀混凝土．取消一、二期混凝土之间的接触灌浆。
（３）高压固结灌浆。所有置换洞均进行固结灌浆，固结灌浆兼混凝土和基岩之间的接触灌浆。灌浆压力分高压区和低压区．洞口部位和左岸４号山梁卸荷岩体外侧采用最大压力
为２ＭＰａ的低压灌浆．其目的是为内部的高压灌浆形成一个
封闭区域．其余部位采用６ＭＰａ高压灌浆。
（４）地下和地表排水系统。置换洞固结灌浆完成后，按要求将部分固结灌浆孔扫开并加深作为排水孔。为了降低坝肩抗力体和水垫塘边坡的地下水位．在ｌ
２４５．００
ｍ高程以下，
从坝基排水洞至二道坝护坦出口．左、右岸分别布置了６层顺河向地下排水洞，平均间距约４０ｍ。排水洞内均设置反向排水孔。
（５）地表预应力锚同。由于右岸坝肩３号山梁和左岸坝肩４号山梁卸荷较深．又处于抗力体受力关键部位。在两岸抗力体关键部位布置了预应力锚索加固。预应力锚索以
３
ＭＮ级为主．近坝部位特别是ｌ
０５０．００
ｍ高程以下设置了
少量６ＭＮ级锚索。远坝部位以１．８ＭＮ级锚索为主，锚索总
数约ｌ１５０根。
（６）坝后凹槽混凝土补缺。由于左岸１
１３０．００ｍ高程以
下龙潭十沟的存在．使该高程以下坝趾部位岩体嵌深较浅。采用混凝土回填补缺。右岸ｌ
０７０．００ｍ高程以下接近坝趾也
存在一条冲沟．同样进行了混凝土回填补缺。
５结语
小湾水电站工程规模宏大．拱坝为即将建成的世界最高拱坝．坝址地形地质条件复杂，工程设计标准高，泄洪消能问题突出。枢纽布置难度大。在拱坝设计中．合理利用了‘Ｉ：程条件，解决了枢纽布置和拱坝体形问题。在工程建设过程中，开展了大量的科研试验和设计工作．工程实施过程中出现的重大技术问题都经过昆明勘测设计研究院成它的小湾工程设计顾问组的咨询。小湾水电站目前已蓄水至最低发电水位
ｌ１６０．００
ｍ高程．各种监测成果反应拱坝工作性态正常。
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９强疆
小湾水电站高拱坝设计与基础处理
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
邹丽春， 喻建清， 王国进， Zou Lichun， Yu Jianqing， Wang Guojin中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院,云南,昆明,650051水力发电WATER POWER2009,35(9)2次
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引用本文格式：邹丽春.喻建清.王国进.Zou Lichun.Yu Jianqing.Wang Guojin 小湾水电站高拱坝设计与基础处理[期刊论文]-水力发电 2009(9)
第３５卷第９期２００９年９月
水力发电
文章编号：０５５９—９３４２（２００９）０９—００３５—０３
小湾水电站高拱坝设计与基础处理
邹丽春，喻建清，王国进
（中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南昆明６５００５１）
关键词：拱坝；体形；坝踵防裂防渗；抗震措施；泄洪消能；基础处理；小湾水电站摘要：小湾拱坝高达２９４．５ｍ．总水推力为１７６
５２０
ｋＮ。拱坝应力水平高，最大主压应力按１０ＭＰａ控制。工程位于
强地震区。拱坝抗震设防要求高。通过可行性研究、初步设计以及国家“九五”科技攻关等一系列研究，逐步解决了小湾拱坝体形优化、坝踵防裂防渗、抗震、泄洪消能、坝基基础处理和坝肩抗力体地质缺陷处理等关键技术。
Ｄ蜥印ａｎｄＦｏ岫ｄａ廿蚰Ｔｒ朗劬ｅｎｔ
（ＨｙｄｒｏＣｈｉｎａ
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中图分类号：Ｔｖ６４２．４２（２７４）
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ｐ阳孕｜ｅｓｓｉｖ由．
文献标识码：Ａ
１工程地质条件
小湾水电站为一等大（１）型工程，拱坝为１级建筑物。混凝土双曲拱坝按５００年一遇洪水设计．相应洪峰流量为１６ｍ３，ｓ：按ｌＯ０００年一遇洪水校核，相应洪峰流量为２３
７００６００
内．左拱端插入龙潭干沟．介于饮水沟堆积体和岩体卸荷较深的４号山梁之间，受它们的不利影响较小；右岸Ｆ１．断层通过１．５号坝段下游坝趾．对这些坝段坝基有一定影响。左岸Ｆｌ，断层远离左岸坝趾，对坝基已不构成影响。
枢纽区分布岩石为致密坚硬的黑云花岗片麻岩、角闪斜长片麻岩和片岩．片岩夹层呈薄层透镜状分布．在新鲜完整状态下仍属坚硬类岩石。枢纽区岩层呈单斜构造．横河分布。陡倾上游。破裂结构面较发育，分布有ｌ条Ⅱ级断层（Ｆ７）和
ｍ‰。坝址区地震基本烈度为Ⅷ度，拱坝按１００年超越概率２％的基岩峰值水平加速度０．３１３ｇ进行抗震设防。坝址地形地质条件较为复杂．坝址地形呈沟梁相间。影响拱坝布置的主要地形地质条件有：左岸巨型饮水沟堆积体、４号山梁深卸荷岩体和龙潭干沟：右岸大椿树沟及该部位堆积体，豹子洞干沟：坝前枢纽区最大的Ⅱ级断层Ｆ７，坝趾Ⅲ级断层Ｆ１１；两岸分布有规模不等、程度不一的Ｅ。、Ｅ４、Ｂ、Ｅ８、Ｅ９蚀变带。
小湾电站１９９０年完成坝址选择丁作。１９９１年１２月完成预可行性研究（原可行性研究）。预可行性研究审查同意采用混凝土双曲拱坝。１９９５年９月完成可行性研究报告（等同原初步设计）。通过各阶段的坝址、坝线比选研究，最终确定的拱坝位置位于通过饮水沟一大椿树沟的断层Ｆ７的下游，Ｆ７距拱冠坝踵最近处为５７ｍ。坝基中、下部在地形地质条件较好的ｌ号和２号山梁．右拱端插入ｌ～３号山梁之间的坳槽
２０条Ⅲ级断层。除断层ｋ走向为ＮＮＥ外，其余均为ＮｗＷ
走向，均为陡倾角。Ⅳ级结构面以走向近ＳＮ和ＮＷＷ陡倾角的小断层、挤压面为主。节理发育。主要有三组近ＳＮ和近ＥＷ向陡倾角以及顺坡倾斜的中缓倾角节理．顺坡中缓倾角
收藕日期：２００９—）７—３０
作者简介：邹丽春（１９６１一）．女，云南大理人，教授级高工，副院长，主要从事水电工程设计、咨询及管理工作；喻建清（１９６２一）。男，四川仁寿人．教授级高工．主要从事水电工程设计及咨询＿【作；王国进（１９６８一），男。云南通海人，教授级高工，主要从事水电工程设计及咨询工作．
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Ｐ
Ｄｆ．强Ⅳｏ．９困
万方数据
水力发电
２００９年９月
节理在微风化。新鲜岩体内延伸短小。岸坡卸荷作用较强烈，卸荷裂隙可分为两组．第一组是陡倾角的拉张裂隙，第二组
是顺坡向中缓倾角剪切裂隙．二者在剖面上常呈阶梯状组
合。在山梁部位岩体卸荷深度大．如左岸４号山梁部位卸荷
岩体最大厚度（水平）可达１６０ｍ。在黑云花岗片麻岩中高岭
石化蚀变现象较普遍，主要蚀变带有１０条，除Ｅ２呈近ＥＷ向陡倾延伸外．其余均呈近ＳＮ向陡倾延伸．在与近Ｅｗ向陡倾结构面相交处。有沿近ＥＷ向陡倾结构面蚀变现象。
２拱坝设计与布置
２．１
应力控制
基本荷载组合上游面允许主拉应力为１．２ＭＰａ．容许主
压应力按规范取混凝土极限抗压强度的１／４．拱坝最大主压应力按１０ＭＰａ设计．故拱坝混凝土最高强度为４０ＭＰａ。
２．２拱坝体形优化
小湾拱坝体形研究历经可行性研究阶段、专题研究阶段（如国家“九五”科技攻关）、招标设计和施工详图设计阶段，各设计阶段都对拱坝体形进行了优化。
可行性研究阶段．在Ⅱ坝线Ｅ研究了７种线形的拱坝体
形：抛物线、椭圆曲线、对数螺旋线、双曲线、三心圆、混合
曲线和统一二次衄线．可行性研究阶段审查同意拱坝体形为
Ⅱ一２０抛物线双曲拱坝。
在专题研究中。结合国家“九五”科技攻关．对拱坝体形作了更加深入的研究。研究了抛物线、对数线、统一二次曲线和混合型４种线型共１１个方案。在保持可行性研究阶段选
定的坝轴线位置和维持坝肩稳定条件（拱端嵌入深度、拱端
推力角等）基本不变的前提下．推荐ｌ一９抛物线体形方案为小湾专题研究阶段拱坝体形。该体形坝踵区的托应力得到较大程度的降低．厚高比由０．２４提高到Ｏ．２５，柔度系数由
１３．１９降至１２．７２。
２００１年在招标设计阶段的深入研究中．结合坝肩岩体
稳定分析及加固处理措施研究．从加强坝体抗震性能及降低坝踵区拉应力出发．对拱坝体形又作了局部优化调整。增加了１
１７０．００
ｍ高程以上拱端的厚度．在左拱端ｌ２１０．００ｍ高程拱圈以上设置推力墩，形成招标阶段新的ＺＢＴＸ体形。ＺＢＴＸ体形与１—９体形相比，体形对称性更好．柔度系数由１２．７２又降至１２．４２．拱坝整体安全度有所提高．应力水
平也略有降低：坝体一阶频率由１．２６ｌ提高到１．２８２，拱坝刚
度进一步得到加强。最终选定小湾拱坝采用ＺＢｌｘ体形。
２．３拱坝布置
小湾拱坝坝形为抛物线形变厚度双曲拱坝。坝顶高程
ｌ２４５．００
ｍ．最低建基面高程９５３．００ｍ．最大坝高２９２ｍ。坝顶中心线弧长８９２．７８６ｍ。拱坝共分４３个坝段。泄洪坝段宽
２２—２６
ｍ．其余坝段宽２０ｍ。坝顶宽度从中心到拱端由１２
ｍ
渐变到１６ｍ。拱坝最大中心角９３．１４６０，拱冠梁底宽７２．９ｌ
ｍ，
弧高比３．０５８．厚高比Ｏ．２５０，坝体基本剖面体积７５６．６万ｍ３，拱坝混凝土总体积为８６０万ｍ，。拱坝上游面总水推力为
１７６５２０
ｋＮ。拱坝左岸设有推力墩。推力墩底部高程ｌ
２ｌＯ．ｏｏ
ｍ。推力墩高３５ｍ。底长４０ｍ。
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Ｖ０１．３５，Ｎｏ．９
万
方数据２００５年８月坝基开挖到原设计最低建基高程后．坝基岩体产生了较严重的开挖卸荷松弛．故对９７５．００ｍ高程以下进行了二次开挖，并对拱坝拱圈参数作了局部调整。最低建基面高程由９５３．００ｍ降至９５０．５０ｍ．最大坝高由２９２ｍ
增至２９４．５
ｍ。
根据拱坝应力分布．拱坝混凝土设计分为３个区．强度等级分别为Ｃｌ鲥４０Ｗ９０１４Ｆ啦５０、Ｃ１舳３５Ｗ∞１２Ｆ啦５０和Ｃ１８０３０Ｗ∞
ｌＯ眦５０。混凝土设计龄期采用１８０ｄ，突破了现行设计标准。
２．４坝踵防裂与防渗措施
综合考虑各种分析方法得出坝体可能出现的开裂状况．并借鉴国内外已建拱坝的实践经验，小湾拱坝采取了一系列防止或降低坝踵开裂程度的工程措施。主要有：①在坝体底
部高程沿建基面附近拉、压应力较大的区域。采用Ｃ．枷高
强混凝土。②根据多种分析方法给出的坝踵町能出现的最大
开裂深度．将底部高程的帷幕和排水位置后移。９５０．５０ｍ高
程帷幕距卜游面为２０ｍ。③在１７—２８号坝段拱坝上游离建基面７ｍ左右设置人工诱导缝．缝深１０ｍ，缝端设２
ｍ×２ｍ
近似椭圆的并缝廊道．诱导缝ｆ：游设３道止水与拱坝横缝相连接。④在拱坝卜游拉应力较大区域坝面喷涂聚脲柔性防渗材料．防渗层外回填粉煤灰自愈材料。
３拱坝的抗震和泄洪消能设计
３．１
拱坝抗震工程措施
根据各种数值分析和模型试验成果．在借鉴国外已建拱
坝采取的抗震措施的基础上．小湾拱坝除在地震动应力大的部位采用Ｃ．册４０高强混凝土、横缝设置能适应较大变形的新型止水外，还采取了如下抗震Ｔ．程措施：①布设梁向抗震钢筋。根据混凝土的抗托强度和动应力水平．梁向抗震钢筋主
要布设在托应力大于１．５ＭＰａ的区域。综合各种情况．上、
下游面拱坝梁向抗震钢筋布置在ｌ
ｌｏｏ．００
ｍ高程以上。②
ｌ１９０．００
ｍ高程以上布置跨缝钢筋，限制横缝张开度。③坝
顶拟布置抗震阻尼器，进一步限制横缝张开度。
３．２泄洪消能及防护建筑物
３．２．１
坝身泄洪建筑物
坝身泄洪按照“纵向分层托开．横向单体扩散，总体入水归槽．表中孔联合运行空中碰撞消能”的原则进行设计。坝身设５个开敞式溢流表孔。孔口堰顶高程１
２２５．００
ｍ，孔口
尺寸为１１ｍ×１５ｍ（宽×高，下同）。表孔边墙扩散角为４０３０７～
７。４２’．出口挑角或俯角为１００—一２００，以达到使水舌入水前横向扩散、纵向拉开的目的。５个溢流表孔最大泄洪流量为
８６２５ｍ３／ｓ。
坝身设６个泄洪中孔。为有压深式泄水孔，孔口尺寸为
６．０ｍｘ６．５
ｍ．孔身全部用钢板衬护。进口底坎高程ｌ、６号孔
为１１６５．００ｍ．２、５号孔为ｌ１５２．５０ｍ，３、４号孔为ｌ
１４０．００
ｍ。出口段采用平面扩散屯面｜二翘形式，出口底坎高程ｌ、６号孔为ｌ
１６４．２５
ｍ，２、５号孔为ｌ１５６．１５ｍ，３、４号孔为ｌ１４９．５８
ｍ。为了克服中孔泄流水舌径向集中问题，中孔孔身采用ｌｏ．
２．５０的平面偏转角。由于进出口高程分３层布置，出口翘角搭配合理．使泄流水舌横向扩散、纵向拉开充分，水舌分３层入
第３５卷第９期邹丽春。等：小湾水电站高拱坝设计与基础处理
水．达到了分散冲击力的目的。６个泄洪中孔最大泄洪流量
为８２６４ｍ３，ｓ。
为方便施工后期度汛和拱坝建成后运行期放空水库进行检修．坝身在ｌ０８０．００ｍ高程处设置了２个放空底孔，孔
口尺寸为５ｍ×７ｍ。放空底孔不参加枢纽泄洪。
３．２．２水垫塘及二道坝
水垫塘紧接大坝坝后．前段方位角ＳＥｌ７８０。与表孔溢流中心线重合．后段方位角ＳＥｌ６８０。水垫塘全长３４９．５ｍ，采用复式梯形断面．底板高程为９６５．ｏｏｍ。底宽７０ｍ。采用全断面钢筋混凝土衬护，底板厚３ｍ，表面铺Ｏ．５ｍ厚Ｃ棚抗冲
磨硅粉混凝土。并对底板施以锚筋桩锚同。
水垫塘后设二道坝，坝顶高程ｌ
００４．００
ｍ。建基面高程
９６０．００
ｍ。最大坝高４４ｍ。二道坝后设有３２ｍ长的护坦。
水垫塘和二道坝均设封闭排水系统。二道坝下游设
２０
ｍ深的灌浆帷幕．水垫塘四周不设帷幕．只设３０ｍ深的排水孔．浇筑块之间设三角形排水沟．沟内设５ｍ深的浅排水孔。
４坝基及坝肩抗力体处理
４．１坝基基础处理
（１）坝基地质缺陷置换处理。对坝趾附近的Ｆｌ，断层、Ｅ．、
Ｅ４＋Ｅ５蚀变带，均进行槽挖回填混凝土处理。对于左、右岸低于坝基高程部分的卸荷岩体也进行了开挖置换混凝土处理。
坝基总的混凝土置换量约为１４．５万ｍ３。
（２）坝基帷幕灌浆。坝基根据作用水头的大小设置ｌ～３
排灌浆帷幕，主帷幕最大孔深１２０ｍ。两岸按间隔４０—５０
ｍ设置灌浆洞。灌浆洞内除洞口段设置与相应坝基相同排数的帷幕灌浆孔外．一般都设单排帷幕孔。帷幕灌浆标准要求水
头大于２００ｍ的坝段０～１５ｍ范围内透水率口≤０．５Ｌｕ，１５ｍ
以下及水头小于２００ｍ的坝段和灌浆洞内帷幕要求透水率
ｑ≤１．ＯＬｕ。
（３）坝基固结灌浆。坝基全面布置同结灌浆，灌浆均在有
混凝土盖重情况下进行。固结灌浆共分６个区域。Ａ区位于
坝基中部．孔深ｌＯｍ；Ｂ、Ｃ区位于坝基上游，孔深１５ｍ；Ｄ区
位于坝基下游包括贴角上的同结灌浆。孔深１５ｍ；Ｅ区位于右岸断层蚀变带分布区域．孔深２５。３０ｍ：Ｆ区位于两岸坝肩
附近．孔深４５ｍ。固结灌浆验收以灌后单孑Ｌ法测试声波为
主。叽２ｍ段，要求声波波速≥４
７５０
Ｉｌ以；２ｍ以下段，声波波
速≥５０００ｎ以。
（４）坝基排水。坝基设２排排水廊道，廊道内设排水孔，并按封闭抽排水系统设计。两岸与帷幕灌浆廊道在相同高程设排水洞，洞内设反向排水孔。小湾坝基顺河向陡倾角和顺坡向节理发育．因此９７５．００ｍ高程以下向下的排水孔均倾
向山里。９７５．００ｍ高程以上向上的排水孔均倾向山外．以穿
过更多节理。增强排水效果。
（５）坝基开挖卸荷松弛处理。对９７５．００ｍ高程以下坝基进行了二次开挖。河床部位加大开挖深度为２．５ｍ。严格坝基浇筑混凝土之前的清基．一般清基深度ｌｍ左右，局部达２
ｍ
深。坝基表层２ｍ范围单独固结灌浆。在１２—３２号坝段坝基
万
方数据固结灌浆孔中设置了３咖３２长１２ｍ的锚筋桩约５４００根。坝
趾贴角部位施加３ＭＮ级和６ＭＮ级预应力锚索。
４．２坝肩抗力体地质缺陷处理
右坝肩抗力体地质缺陷主要有断层Ｆ。。、ＦＩｏ、ｆｌｏ、ｆ９，蚀变岩带Ｅ。、Ｅ。＋Ｅ５、Ｅ９及卸荷岩体；左坝肩抗力体地质缺陷主要有断层Ｆ１。、Ｆ，、ｂ、ｆ１２，蚀变岩带Ｅ。和４号山梁卸荷岩体。针对以上地质缺陷进行了以下综合处理：
（１）地表削坡减载。对左岸４号山梁山脊部位表层强卸荷岩体进行削坡，削坡深度约１５
ｍ。
（２）地下混凝土置换。左岸坝肩在ｌ１６０．００一１
２２０．００ｍ
高程设置４层置换洞。右岸坝肩在ｌ
０３０．００—ｌ２１０．００ｍ高
程按高差２０ｍ共设置１０层置换洞。根据不同部位、不同高程、不同断层蚀变带的宽度、性状．置换洞断面有４Ｉｎ）６
ｍ、５
ＩＩｌ×
５ｍ、５ｍ×８ｍ、６ｍ×１０ｍ、ｌＯｍ×１０ｍ
５种尺寸。置换洞混凝
土分两期施工。一期衬砌内留３．５
ｍ×３．５
ｍ的灌浆洞．待固结
灌浆完成后再进行二期回填。一期混凝土不预冷，但需要埋设冷却水管进行通水冷却。二期回填采用预冷低热微膨胀混凝土．取消一、二期混凝土之间的接触灌浆。
（３）高压固结灌浆。所有置换洞均进行固结灌浆，固结灌浆兼混凝土和基岩之间的接触灌浆。灌浆压力分高压区和低压区．洞口部位和左岸４号山梁卸荷岩体外侧采用最大压力
为２ＭＰａ的低压灌浆．其目的是为内部的高压灌浆形成一个
封闭区域．其余部位采用６ＭＰａ高压灌浆。
（４）地下和地表排水系统。置换洞固结灌浆完成后，按要求将部分固结灌浆孔扫开并加深作为排水孔。为了降低坝肩抗力体和水垫塘边坡的地下水位．在ｌ
２４５．００
ｍ高程以下，
从坝基排水洞至二道坝护坦出口．左、右岸分别布置了６层顺河向地下排水洞，平均间距约４０ｍ。排水洞内均设置反向排水孔。
（５）地表预应力锚同。由于右岸坝肩３号山梁和左岸坝肩４号山梁卸荷较深．又处于抗力体受力关键部位。在两岸抗力体关键部位布置了预应力锚索加固。预应力锚索以
３
ＭＮ级为主．近坝部位特别是ｌ
０５０．００
ｍ高程以下设置了
少量６ＭＮ级锚索。远坝部位以１．８ＭＮ级锚索为主，锚索总
数约ｌ１５０根。
（６）坝后凹槽混凝土补缺。由于左岸１
１３０．００ｍ高程以
下龙潭十沟的存在．使该高程以下坝趾部位岩体嵌深较浅。采用混凝土回填补缺。右岸ｌ
０７０．００ｍ高程以下接近坝趾也
存在一条冲沟．同样进行了混凝土回填补缺。
５结语
小湾水电站工程规模宏大．拱坝为即将建成的世界最高拱坝．坝址地形地质条件复杂，工程设计标准高，泄洪消能问题突出。枢纽布置难度大。在拱坝设计中．合理利用了‘Ｉ：程条件，解决了枢纽布置和拱坝体形问题。在工程建设过程中，开展了大量的科研试验和设计工作．工程实施过程中出现的重大技术问题都经过昆明勘测设计研究院成它的小湾工程设计顾问组的咨询。小湾水电站目前已蓄水至最低发电水位
ｌ１６０．００
ｍ高程．各种监测成果反应拱坝工作性态正常。
Ｗ眦ｒ
Ｐｍ∞ｒＶｏ｝．３５．Ｎｍ
９强疆
小湾水电站高拱坝设计与基础处理
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
邹丽春， 喻建清， 王国进， Zou Lichun， Yu Jianqing， Wang Guojin中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院,云南,昆明,650051水力发电WATER POWER2009,35(9)2次
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引用本文格式：邹丽春.喻建清.王国进.Zou Lichun.Yu Jianqing.Wang Guojin 小湾水电站高拱坝设计与基础处理[期刊论文]-水力发电 2009(9)