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摘要：本文主要对海南红岭水库从坝址、坝型、枢纽布置展开了研究分析，通过结合具体的工程实例，以期能为枢纽布置有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词：红岭水利枢纽；枢纽布置
红岭水利枢纽位于海南万泉河北源支流大边河上，坝址以上集水面积745km2，多年平均流量33.4m3/s。红岭水利枢纽工程是以城乡供水和农业灌溉为主，结合防洪，兼顾发电等综合利用的工程。水库正常蓄水位为168.0m，总库容为6.62亿m3，为多年调节水库。
红岭水利枢纽由主坝、右岸副坝、渠首电站、灌溉渠首、坝后电站等建筑物组成。主坝为碾压混凝土重力坝，坝顶长520m，最大坝高91.9m；副坝为分区土石坝，坝顶长820m，最大坝高50.0m；渠首电站装机容量12.6MW，坝后电站装机容量49.8MW。
1 设计基本条件
红岭水利枢纽工程规模为大（2）型，工程等别属Ⅱ等。主要建筑物主坝及副坝为2级建筑物；渠首电站、灌溉渠首按其灌溉规模为2级建筑物；坝后电站为3级建筑物。
主要建筑物主坝按500年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核；副坝按500年一遇洪水设计，5000年一遇洪水校核；坝后电站按50年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核；溢流坝下游消能建筑物按50年一遇洪水设计；渠首电站、灌溉渠首位置较高，不受洪水控制。
枢纽区地震基本烈度为Ⅵ度，设计烈度为Ⅵ度，地震动峰值加速度为0.05g。
2 枢纽布置研究
2.1 枢纽布置原则
本工程坝址处多年平均流量为33.4m3/s，但2000年一遇洪水洪峰流量达到9930 m3/s，经水库调节后最大下泄流量也达到7609 m3/s，为确保大坝等建筑物的安全，合理经济地布置泄洪建筑物及消能设施尤为关键。
2.2 坝址选择
红岭梯级河段范围内有3个可选坝址，上、中、下三个坝址分别相距约2.3km、0.7km，上坝址以上及下坝址以下无合适建坝的坝址。由于下坝址右岸地形较低，需设置长度约800m的副坝，因此在最初的坝址比较时并未将该处坝址列入比较。
上坝址所在河段两岸山体不对称，河谷呈“V”型发育，两岸覆盖层较深，河床有较大断层通过，重力坝方案开挖量大，基础处理量大，工程投资高，经比较，最优坝型为土石坝。溢洪道布置在右岸，发电引水系统、河岸地面厂房布置在左岸，采用全年围堰-隧洞导流方案。土坝方案土石方开挖313万m3，土石方填筑475万m3，溢洪道开挖的土料用于填筑大坝，坝料不足部分在库区开采。
中坝址两岸山体不对称，河谷呈“V”型发育，两岸覆盖层较深，河床有较大断层通过，重力坝方案同样有开挖量大、基础处理量大等问题，最优坝型仍为土石坝。中坝址在一河弯段，左岸有天然垭口地形布置开敞式溢洪道，河床布置拦河土石坝，发电引水系统、河岸地面厂房均布置在左岸。中坝址土石方开挖229万m3，土石方填筑610万m3。
经比较，上坝址河谷较窄，坝轴线较短，两岸全强风化层较深，岸边无可利用的天然垭口布置溢洪道，水文地质条件相对复杂，基础处理难度较大；灌溉渠道和对外交通道路较长。中坝址坝基、坝肩地质条件优于上坝址，坝轴线略长，工程布置条件较好，灌溉渠道和对外交通道路较短。按等效益比选的原则，结合水库淹没中坝址比上坝址节省投资约1.6亿元，因此中坝址优于上坝址。
本工程土石方填筑量较大，虽部分填筑料可利用溢洪道开挖料，但受施工进度的制约，大部分土料需从料场开采。本工程区土料含水量较大，需翻晒上坝，且海南属亚热带区，湿润多雨，土坝施工受降雨影响大，工期较长。土坝采用全年围堰，隧洞导流的方式，对度汛要求较高，需有较高的施工强度以确保度汛断面，因此，本工程采用土坝方案势必有较大的度汛风险。考虑到土坝方案有较大的度汛风险，而重力坝方案工程投资又较大，因此坝址比选时将右岸副坝较长的下坝址列入比较。
下坝址河谷呈“V”型发育，两岸地形不对称，左岸地形坡角20°～30°，右岸地形坡角30°～40°，河谷底宽约55m，坝址处无天然垭口。河床面高程87m～88m。漫滩主要沿河断续分布，河床枯水期多见基岩裸露。两岸冲沟较发育，多呈北西至南北向展布。两岸自然边坡基本稳定，物理地质现象不发育，未发现不良地质现象。坝址下伏基岩为混合花岗岩、黑云母变粒岩，并有闪长（玢）岩脉分布，无发现较大断层通过。左岸全强风化层厚度6.6m～26.0m，右岸全强风化厚度5.6m～10.0m。河床为弱风化基岩出露。
下坝址河床基岩出露，两岸覆盖层较浅，有利于重力坝布置。下坝址上游右岸地形较低，需设置一副坝，长度约为820m。
下坝址主坝采用碾压混凝土重力坝，枢纽由溢流坝段、非溢流坝段、厂房坝段及坝后电站、渠首电站等组成；右岸副坝采用分区土石坝坝型。下坝址主坝采用混凝土坝，施工受降雨影响较小，且对导流度汛要求较低，降低了施工风险；副坝虽然采用了土坝，但其处于右岸高地，无需考虑施工度汛，同时土石方填筑量较少，受降雨影响小。下坝址主坝坝基开挖后河床能扩宽至约200m，可采用分期导流方案，节省工程投资，同时灌溉渠道和对外交通道路均比中坝址更短。
经经济技术比较，下坝址与中坝址方案投资相差无几，但施工风险、施工导流、施工工期、水库库容、对外交通等方面均优于中坝址，因此最终选择了下坝址作为推荐坝址。
2.3 坝型选择
在选定下坝址的基础上，根据地形地质条件对主坝采用分区土石坝、面板堆石坝、碾压混凝土重力坝进行比选；对副坝采用分区土石坝和沥青心墙石渣坝进行比选。
2.3.1 主坝坝型比较
a）分区土石坝方案
枢纽由分区土石坝、右岸开敞式溢洪道、左岸发电引水系统及渠首电站、坝后电站、灌溉渠首等组成。拦河坝坝轴连接左右两岸高程170m以上的山体，坝轴线基本与河道正交。坝顶高程174.30m，坝顶宽度10.00m，坝顶总长502.0m，最大坝高87.30m。
b）面板堆石坝方案
枢纽由混凝土面板堆石坝、右岸开敞式溢洪道、左岸发电引水系统及渠首电站、坝后电站、灌溉渠首等组成。根据基岩分布高程，趾板基础最低高程为84.0m，坝顶高程为176.2m，坝顶宽10m，坝底最大宽度约270m，坝顶全长508.8m，最大坝高92.2m。
c）碾压砼重力坝方案
碾压混凝土重力坝方案坝线和土坝坝线基本一致，枢纽由溢流坝段、非溢流坝段、厂房坝段及坝后电站、渠首电站等组成。拦河主坝坝顶总长528.0m，坝顶高程173.70m，最大坝高95.7m，共分17个坝段。溢流坝段位于河床中部，布置有3孔净跨15m的泄流表孔，堰顶高程152.00m，下游采用挑流消能。
d）坝型选择
坝址处由于地形原因，分区土石坝和面板堆石坝方案的导流隧洞、引水隧洞和溢洪道较难布置，工程量也较大，而由于该处河谷较窄，地质条件相对较好，对布置碾压混凝土重力坝较为有利。从施工上看，由于分区土石坝和面板堆石坝方案均采用隧洞导流方案，导流隧洞工程量大，特别是分区土石坝方案，由于导流标准较高，导致上游土石围堰的施工强度较大，且导流风险较高。而碾压混凝土重力坝方案由于采用分区导流，即一期采用明渠导流，二期采用导流底孔导流，整体施工导流投资较少，导流风险也更小。从日后运行管理上分析，土坝及面板坝需要维护的几率较大，维修资金较高，而重力坝需维护的几率较小，维修资金也较少。从工程投资上看，土坝方案的主体工程投资为117877万元；面板坝方案主体工程投资为118336万元；碾压混凝土重力坝方案主体工程投资为114370万元，碾压混凝土重力坝工程投资最少。
结合上述的分析，选择碾压混凝土重力坝方案为本工程的主坝代表坝型。
2.3.2 副坝坝型比较
本工程副坝不存在施工度汛的问题，且坝体填筑工程量不是太大，因此副坝不是整个工程的制约因素。影响副坝坝型的选择主要是从坝体施工及工程投资上考虑。经研究分析，分区土石坝方案由于上、下游边坡均较缓，坝体整体的工程量要大，而沥青混凝土心墙坝方案上、下游边坡较陡，整体工程量较小。由于沥青心墙坝方案对上游坝壳、过渡区、排水通道区、排水棱体区的石料要求较高，且心墙部位的施工工艺较复杂，需有一套专门的施工设备，因而工程投资较高（15813万元）；而分区土石坝方案防渗料主要来源于石料场剥离层及库区料场，坝壳料则主要利用主坝开挖料，整体单价均较低，工程投资较低（11811万元），两者相差约4000万元。因此，选择分区土石坝作为副坝的推荐坝型。
2.4 枢纽布置方案研究
枢纽总体布置在选定下坝址碾压混凝土重力坝的基础上，对枢纽布置方案进行比选。由于主坝为碾压混凝土重力坝，溢流坝居中布置，而总干渠在左岸，渠首电站需布置在左岸，针对坝后电站厂房的布置方式，比较了坝后电站左岸和右岸方案。
坝后电站左岸方案两电站均布置在左岸，施工时会有一定的影响，特别是渠首电站施工时，会对坝后电站的施工造成较大的影响，但通过合理的施工安排可将影响降低到最低。从运行上考虑，坝后电站左岸方案两电站集中布置在左岸，运行管理较为方便，且电站运行后电力的输入、输出系统较为简单。
坝后电站左、右岸方案工程量相差不大，坝后电站布置在左岸工程投资略省。因此，选择坝后电站左岸方案。
本工程主坝为碾压混凝土重力坝，具有经济和快速施工的特点，坝体碾压混凝土量越多，施工速度越快，经济效益越显著。因此，简化坝体结构，使大坝采用碾压混凝土的部位相对集中，是本工程枢纽布置的一个重要内容。本工程在布置时，尽可能简化坝体的结构，减少孔洞，施工图阶段将坝内廊道由三层改为两层，电梯也仅在必要的位置设置一台。同时固结灌浆也采用找平层灌浆的方式，尽量减少对碾压混凝土施工的干扰，缩短工期。
红岭水利枢纽布置图
3、结语
水利水电工程坝址、坝型、枢纽布置和建筑物设计是在逐步深入调查研究和地质勘察的基础上，经多方案研究比较和充分论证，以安全为首要原则进行技术经济决策。设计过程中有以下经验可供参考：
a）在坝址、坝型、枢纽布置比较时应多比较、多论证，以本工程为例，切勿仅凭简单经验就判定下坝址有一个较大副坝，不会是最优的坝址，以致漏选了最佳的方案。
b）坝型方案比较除了需要考虑常规的地形、地质条件、工程投资等因素外，还需考虑坝型对当地气候的适应性，以免出现难以施工的情况。
c）碾压混凝土施工要求坝体孔洞越少越好，设计时应尽可能减少坝体孔洞的设置，仅在必要的位置设置廊道、孔洞。
论文作者:范穗兴,谭宇静
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/7/29
标签：坝址论文; 重力坝论文; 电站论文; 方案论文; 土石论文; 工程论文; 混凝土论文; 《基层建设》2016年9期论文;