小湾水电站工程的挑战与思考

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发布时间：2021-08-19

资料介绍

冲沟地段分布有深厚的第四系堆积层，水文及地质

条件复杂。在枢纽区约3 km2范围内，为满足建筑

物、交通及施工场地布置，形成了较多的高陡工程

开挖边坡，特别是沿两岸坝肩槽需人工处理的边

坡高达700 m。由于建筑物与交通布置错落多样，

导致边坡衔接变异大，开挖体形复杂，其技术处理

难度之大，在国内外水电建设乃至其他行业工程

建设中均属罕见。边坡开挖始于2000年底，当时

我国在高山峡谷区兴建大型基本建设项目刚刚起

步，复杂特高边坡治理尚处在探索阶段。在分析理

论、计算方法以及与之相配套的安全控制标准等方

面还未形成较为统一的认识，缺乏操作性强的规程

规范。

右岸坝肩边坡分布有深厚堆积体及风化、卸荷、

破碎岩体，组成复杂，岩质边坡失稳模式复杂多样，

采取以锚索加固为主的工程处理措施。在深入研究

边坡变形失稳机制和基于变形失稳模式的稳定计算

分析方法的基础上．分析锚索加固的作用机理和施

加时机，从理论上解决了锚索加固的有效性问题；

建立了信息化动态治理理念，密切跟踪、分析开挖

揭示的实际地质条件及施工情况，适时调整和优化

开挖及锚索的布设方式和量级，增强了设计方案的

针对性和适应性；开展锚索施工工艺的改进试验，

探索出在深厚覆盖层、风化卸荷、破碎岩体中进行

预应力锚索施工的新工艺( 包括偏心钻、土工布包

裹锚束等) ，解决了锚索施工困难的问题，在确保边

坡稳定和工期的同时还降低了工程造价。

左岸坝肩边坡分布有饮水沟堆积体( 约540万

m，) 以及严重风化、卸荷的岩体。尽管堆积体在天

然状态下是稳定的，但鉴于其范围广、体积大，成

因及物质组成复杂，在前期勘察设计阶段，枢纽布

置总体上采取避让对策。招标设计阶段及以后，为

了确保混凝土浇筑强度，调整了部分建筑物的布置，

致使开挖规模增大，且加大了对堆积体的切脚效应

和扰动。无论是“强开挖、弱支护”还是“弱开挖、

强支护”，工程量和工期与传统意义上的安全控制指

标之间的矛盾十分突出。经多方案研究比较，采取

强开挖、视监测成果择机实施加固措施的方案。边

坡开挖至坝顶高程附近时，堆积体开始出现整体蠕

滑变形．其内因是边坡安全度偏低，而开挖切脚较

大的爆破、降雨(排水系统尚未形成) 、实施中局部

调陡开挖坡比等是诱因。蠕滑变形特征表现为渐进

性、自下而上牵引式逐步扩展，随时间推移有加速

发展的趋势。在密切跟踪分析边坡和地下排水洞开

挖揭示的实际地质情况，以及不同部位监测资料反

映的变形量级、向以及变化趋势，深入研究堆积

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体失稳机制的基础上，及时提出针对性的分区、分

期抢险加固及综合治理措施，包括预应力锚索( 最

深达92 m) ，底拱基础一上部挡墙一锚固约束，锚

索一桩( 4 m×7 m) 一板墙联合阻滑结构，反压、

抗滑刚架桩( 3 m×5 m，深达80 m)，以及较完善的

地表和地下排水体系等。随着抢险加固措施的逐步

实施，终于扼制住了堆积体的蠕变，边坡变形逐渐

趋于收敛，抢险加固和综合治理取得成功。从前期

的勘察设计到实施方案的确定及施工，至抢险加固

与综合治理，对如此复杂的大型堆积体的失稳机制

及工程治理经历了逐步认识的过程，险情面前也曾

经历放弃与抢险的艰难决策。尽管抢险使工程造价

有所增加，但先期迅速开挖至坝顶高程，为坝肩槽

如期开挖创造了有利条件，使左右岸坝基同时开挖

至河床高程，确保了提前一年实现大江截流；在探

讨分区分期合理选择安全控制指标、分步实施工程

处理措施、协调安全经济与工期等方面作出了有益

尝试．获得了良好效果。

小湾工程特高边坡问题的成功解决，所积累的

经验和探索出的方法．为之后开工兴建的工程处理

类似问题提供了参考。

3拱坝及拱座

3． 1 拱坝

坝高、总水推力巨大(约1．8×108 kN)、地震设

防标准高、坝体混凝土浇筑周期长、需经历分年分

期蓄水过程是小湾拱坝的显著特点。因此，拱坝的

体形设计必须同时控制坝体在正常运行期、施工期

以及地震工况下的应力水平．难度很大，极具挑战

性。为此，在采用传统的多拱梁法进行方案初选的

基础上，用有限元法作进一步优化。最终确定的拱

坝体形既满足各种工况下的控制标准，关键部位的

应力水平又得到有效控制。

为改善拱座受力状态，坝体水平向曲率受到限

制，只能充分利用纵向曲率来降低坝踵区的拉应力

水平。加大坝体中下部高程的倒悬度，要求坝体浇

筑至一定高程水库便开始蓄水，因而拱坝的最大空

库状态并不是坝体浇筑至顶。由于坝体出现温度裂

缝等诸多因素，实际最大空库高度较大程度超出了

控制要求，导致在坝体下游面及上游面拱冠附近产

生了明显的正交于拉应力的裂缝。这从另一个角度

说明控制标准的合理性以及实施时应科学地遵循相

关控制要求的重要性。

针对在高水位作用下坝踵存在拉应力区的问题．

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