中国最具挑战性水利工程

──黄河小浪底水利枢纽

    小浪底水利枢纽是治理开发黄河的关键性工程，属国家"八五"重点项目, 工程于己于1991年9月1日正式开工，1997年10月28日截流成。2000年初第一台机组发电, 2001年底工程竣工。
    工程位置: 小浪底工程位于河南洛阳市与济源市交界处的黄河中游最后一个峡谷的出口，上距三门峡水库130km，下距花园口128km，回水至三门峡坝下，下游是黄淮海平原。坝址控制流域面积约69.42万km2，占黄河流域总面积的92.2％，坝址控制径流量和输沙量分别占全河总量的91.2％和近100％，处在承上启下控制黄河水沙的关键部位，是治理黄河总体规划中的骨干工程。

    小浪底工程的开发目标是“以防洪(包括防凌)、减淤为主，兼顾供水、灌溉和发电，蓄清排浑，综合利用，除害兴利”。工程建成后，可长期保持有效库容51亿m3，与三门峡等水库联合运用后，可使黄河下游的防洪标准由目前的六十年一遇洪水，提高到千年一遇洪水，基本解除下游凌汛的威胁；水库建成后，可拦蓄泥沙，其减淤作用相当于在20年内下游河床不淤积抬升；水库的防洪库容，汛期防洪，非汛期调节径流，平均每年可增加调节水量，保证沿黄城市的生活和工业用水，提高下游引黄灌区的灌溉用水保证率，增加灌溉面积，使灌区获得较高的灌溉效益；小浪底水电站装机1800MW，可有效地改善河南电网的电源结构，是系统中理想的调峰电站，并可担负调频、调相及紧急事故备用任务。
    小浪底水利枢纽是部分利用世界银行贷款建设的项目，主体土建工程采用国际竞争性招标建设。概算总费用347.46亿元人民币，其中内资255.19亿元人民币，外资11.09亿美元。工程建设实行项目业主负责制、建设监理制和施工招标承包制。

枢纽布置及特点

    黄委会设计研究院前后进行了400余项科学试验研究,最后确定枢纽总体布置方案；整个枢纽工程主要包括： 

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  一座位于深厚覆盖层上的斜心墙堆石坝；
  三条内径14.5m，由导流洞改建的多级孔板消能泄洪洞；
  三条内径6.5m、无粘结后张预应力混凝土衬砌的压力式排沙洞；
  三条高位明流泄洪排漂排污洞；
  一条内径3.5m的灌溉洞；
  十座进水塔组成的高113m，进口前缘宽276m的进水塔群。
  一座陡槽式正常溢洪道；
  由六条内径7.8m的引水发电洞及一座长251.5m宽26.2m高61.44m的
    地下式发电厂房；
  三条宽12m高19m的尾水隧洞。

　                               枢纽总布置的主要特点

   ·         位于深厚覆盖层上、带有内铺盖及垂直防渗墙高160m的斜心墙堆石坝；

   ·         以具有深式进水口的水洞群泄洪为主；

·         全部泄洪、排沙及发电建筑物均集中布置在左岸；进口集中，洞线集中，出口消能集中；

·         十座进水塔呈一字形排列,有利于进口防泥沙淤堵和抗震稳定；各进水口的布置错落有致，形成了低位泄洪排沙、高位泄洪排漂、中间发电引水的合理布局；

·         以地下厂房为核心、装机6×300MW的引水发电系统

                进水塔                                                 地下厂房

　

 

 

中国第一土石大坝
　

    小浪底大坝位于70余m的覆盖层上，坝高160m，坝顶长度1667m，防渗线总长2900m，总填筑量5080万m3。垂直混凝土防渗墙最大深度84m，是中国第一壤土心墙堆石大坝。


中国第一土石大坝──坝型选择

    小浪底坝址为非对称型河谷，右岸平缓、左岸陡峻，河槽宽约400米，河床有厚达80m的砂卵石覆盖层。坝址区出露基岩为二、三叠系砂岩和粘土岩互层；断裂构造发育，沿坝轴线有13条断层；两岸及坝肩基岩泥化夹层发育，夹层抗剪强度低；坝址附近土石、砂砾石料储量丰富，适宜修建当地材料坝。
    在对坝型进行了一系列的优化设计后，最终确定的坝型为带上爬式薄内铺盖的斜心墙堆石坝坝型。

                                              大坝典型剖面

    选定坝型的主要特点为：
    1、 位于70余m深覆盖层上的土石坝以混凝土垂直防渗墙为主，利用黄河多泥沙在坝前淤积后形成的天然铺盖作为水平防渗，提高了大坝防渗可靠性；
    2、17种坝料分区设计；
    3、上游围堰为斜墙坝的一部分，减少了截流后土石方填筑量，使围堰施工工期紧张问题得到缓解；
    4、 截流戗堤，主围堰和主坝坝体有机结合。

                 小浪底大坝(施工期)

中国第一土石大坝──坝体分区设计

    合理的大坝材料分区设计是保证有效地利用当地材料，包括料场材料，特别是建筑物开挖料的利用，达到经济适用和安全的必要条件。小浪底大坝材料分区，比较充分地考虑了开挖料利用和坝体结构特点。

      土质防渗体

      防渗体由斜心墙（1区）、高塑性土（1A区）、围堰斜墙（1B区）、内铺盖（5区）和天然铺盖（10区）共5个区组成。

                                          反滤层

    根据坝型特点和运用条件，可将反滤层分为关键性反滤和非关键性反滤两大类。关键性反滤主要指主防渗体系下游侧的反滤，非关键性反滤是指主防渗体系上游侧及基础部位的反滤。

    非关键性反滤。斜心墙(心墙)上游侧，内铺盖上下游侧和围堰斜墙下游侧设置2C区反滤。

　

      坝壳堆石区设计

    根据坝壳不同部位结构特点，考虑开挖料利用，将坝壳堆石分为3区过渡料，4A、4B、4C堆石区，8区压戗和6区护坡等6个区。

　

中国第一土石大坝──基础处理

    小浪底工程是本世纪最具挑战性的工程之一，重要的一点就是其地质条件极为复杂。

   中国最深的混凝土防渗墙

                                   

    主坝防渗墙设在斜心墙下，截断整个覆盖层。防渗墙位于坝轴线上游80m处，墙厚1.20m，墙顶插入心墙内12.00m。

防渗墙

　

   F1断层处理

    F1断层为一压扭性断层，断层面在坝基范围基本倾向北，倾角73°～85°，向东向西均倾向南。断层南盘上升，北盘下降，垂直断距200m左右。由于F1断层发生过左旋扭动，其南北两盘都有一系列张扭性人字型分支断层，南盘有F230、F232、F233、F235，北盘有F252、F257、F258 断层。

    F1断层宽度1～12m，断层带充填物为泥加角砾、岩块和岩粉，具有宽度变幅大，断层两侧影响带岩体破碎，垂直断层向透水性小，顺断层向渗透性强等特点。(见下图)

    F1断层带本身较为密实，断层处理主要是解决上、下游方向的坝基渗漏和断层本身的渗透稳定问题。所以，为防止防渗体与断层及影响带的接触面产生渗透破坏，在其接触面设置混凝土盖板；盖板下帷幕线部位加强灌浆拦截渗透水流；下游渗流出逸口加设反滤层保护。

     上游围堰防渗墙设计与布置

    上游围堰防渗墙，是小浪底工程砂砾石坝基处理另一独特的形式。其主要作用是控制上游围堰基础渗流，保证大坝基础开挖、处理和坝体填筑。
    围堰防渗体系由三部分组成：右岸黄河滩地部分利用淤积土层水平防渗。右岸滩地深覆盖层段采用塑性混凝土防渗墙，先期施工。左岸龙口段则采用单排高压旋喷灌浆构筑防渗幕，并将三者有机结合成一个完整的防渗体系。

上游围堰防渗墙布置

　

   左岸旋喷桩加固砂砾石地基

   左岸岸坡陡峻，将是坝体变形最为剧烈的部位。为此，设计给予极大的关注。先、后两次补充地质勘探，施工时承包商也进行了勘探。
    高压旋喷桩加固坡积洪积地层的目的是提高其承载力，减小沉降变形，以取代大开挖(15万m3)，回填混凝土(3万m3)费时费钱的处理方案。要求桩体的28天抗压强度大于2.00MPa，桩距1.5～2.5m。

旋喷桩加固地基方案

    加固后地基承载力，桩体处提高约6倍，桩间复盖层提高约1.5～2.0倍；原位密度，桩体处提高约6%～8%倍，桩间复盖层提高约4%～8%倍；动弹模量，桩体处提高约16.4～17.4倍，桩间复盖层提高约3.6～6.1倍；动剪模量，桩体处提高约17.5～18.6倍，桩间复盖层提高约3.8～6.5倍。同时，桩体的物理力学指标的增加明显大于桩间复盖层的物理力学指标。因此，从整体效果而言，坝基加固的作用是较好。