卡博拉巴萨水电站概述

Cabora Bassa HydropowerStation

卡博拉巴萨水电站位于非洲东南部莫桑比克境内赞比西河的中游，在太特市西北约150km处，离河流入海口500余km。除发电外，电站还承担了上下游通航、防洪、灌溉和水库养殖等任务。电站装机容量415万kW，年发电量205亿kW·h。工程分两期建设，一期工程于1969年10月开工，1974年12月截流，1975年4月开始发电，1979年1月一期工程竣工;二期工程于1984年开工，1987~1988年投产发电。

大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高163.5m。坝址基岩为良好的粗晶紫苏花岗岩系似花岗岩状片麻岩，略有片理。少数地点有煌斑岩薄岩脉和辉长岩脉。基岩致密，岩性良好，除个别部位外，一般透水性弱，弹性模量较高。

坝址以上控制流域面积90万平方公里，多年平均径流量868亿立方米(上游450km处卡里巴水库下泄径流量平均每年418亿立方米，卡里巴水库以下区间径流量平均每年450亿立方米)，多年平均流量是2750立方米/秒。水库总库容630亿立方米。坝址位于长46km、呈"V"形的卡博拉巴萨峡谷的最窄处，两岸接近垂直。河流深槽靠近右岸，最深点高程是170m。坝顶高程331m处河谷宽约250m。

水库正常蓄水位为326m，回水长250km，水库面积2700平方公里。最低运行水位295m，有效库容520亿立方米，可进行年调节。枯水期流量在1000~3000立方米/秒时，坝址水位为200~207m;洪水期流量一般为8000~10000立方米/秒，流量达10000立方米/秒时，相应水位为329.5m。泄洪建筑物的设计流量为13000立方米/秒。

枢纽主体建筑物包括1座双曲拱坝和左、右岸各1座地下厂房。工程分两期施工，一期工程主要是修建拱坝和右岸地下厂房，以及相应的输变电工程;二期工程为左岸地下厂房和相应的输电及生活服务设施等。

拱坝坝顶高程331m，坝顶弧长303m，顶厚4m，底厚23m。在坝顶以下100m处设8个矩形断面的深泄水孔，进口轴线高程238.5m，底板高程由231m向上倾斜至243m，末端设挑流坎，挑射角32.5°。底孔出口高7.8m、宽6.0m，由弧形闸门控制，闸门尺寸7.9m×6.1m(高×宽)，闸门承受86m水头。孔口分2组，对称布置，每组自相平行，2组轴线在平面上有8°交角，以保证出流趋向河轴，避免冲刷两岸。各孔闸门附近用44.5mm不锈钢衬护。弧形门面板为20mm厚的钢板，表面用5mm厚不锈钢衬护。门枢也是不锈钢的。为调节流量，保证下游通航，中间6个门可以部分自由开启应用。上游水位326m时，底孔总泄流量达13000立方米/秒。在坝顶中部还布置有1个表面溢流孔，设宽12m、高5.1m的舌瓣闸门。在大坝上游水位超过329m时启用，可泄放流量420立方米/秒，同时用来排放漂浮物。坝体内设有2条廊道，用于灌浆和排水。

第一期地下厂房在右岸，电站由5个进水口，分别经直径11.3m的压力钢管引水至厂房。进水口布置在正常高水位以下50m的基岩陡坡上，进水口段长152m，设固定拦污栅。压力钢管自进口以下轴线倾角为45°，后接水平段进入厂房。厂房轴线基本为南北向，地质与坝址基本相同。厂房长220m，平均宽29m，由尾水管底板起算高57m。厂房顶部为拱形，混凝土衬砌。安装5台混流式水轮发电机组，额定水头103.5m，额定出力41.5万kW，最大水头127m，最大出力48.4万kW。单机引用流量452立方米/秒。转轮直径6.56m，用不锈钢制成。发电机额定容量48万kVA，转速107.1r/min，功率因数0.85，出线电压16kV，频率50Hz，转子直径13m。每台机组配3台单相16/220kV变压器。变压器室与厂房平行，在厂房上游40m(轴线间距)处，高压出线经直径7m的电缆井通至地面。

厂房下游有2座调压室，室底高程170.34m，左、右调压室分别与1~3号和4~5号机组的尾水管连接，高71.7m，宽21m，分别长72、76m。2条尾水洞，分别长240m和320m，断面积均为300平方米，过流能力为2200立方米/秒。

第二期地下厂房布置在左岸，安装5台单机容量相同的机组(其中1台备用)。

施工期间左、右岸各修1条导流隧洞，均为城门形断面，底宽16m，边墙高11m，底板至拱顶高16m，总泄流量为4500立方米/秒。右岸隧洞长440m，进口高程193.0m，出口高程188.5m;进口设2扇钢闸门，作为日后断流蓄水之用;进口段20m用钢筋混凝土衬砌，出口段为混凝土衬砌。右岸隧洞于1971年先建成，宣泄枯水流量，实现河床截流。左导流洞长540m，进口高程207.0m，出口高程198.5m，进口处不设控制闸门，用于宣泄河床平均流量。隧洞开挖使用4臂盾构，每日2班，每班工作9h，台班进尺5.4m。

截流是在枯水季节，流量小于2000立方米/秒时进行的。水深达30m，河宽约100m，用卡车同时从右岸向左岸填筑3条戗堤来完成截流。截流总水头为7m，共投石30万立方米，投石强度约为300立方米/h。

上、下游围堰是在截流戗堤的基础上扩建而成的，考虑到赞比西河洪水量大，采取了围堰过水方案，设计过流量10000立方米/秒。围堰高约40m，上游围堰顶长140m，部分由重3~4t的大石衬护。下游围堰顶宽约100m，部分用7m×7m×2.6m的混凝土板衬护，板间用钢筋连接。上、下游围堰均在堰内设钢板桩截水墙，

下接水泥砂浆防渗帷幕。设计溢流单宽流量为100立方米/秒。实际最大过流量7000立方米/秒，单宽流量74立方米/秒，堰上最大流速13m/s。1971~1972年过水后，上游围堰设自溃式堤，高4.5m。

围堰填筑主要采用大块石，最大块石重400kg，总填筑方量为30万立方米，施工设备为32t自卸卡车和5立方米推土机，填筑速度为300立方米/h，即每月14万立方米。钢板桩截水墙的施工在截流之后进行。板桩最大高度35m，重约3t，施工设备为1台起吊高度55m的300t级起重机，使用3.6t汽动打桩锤打桩，每台班工作9h，打桩5块，即每天10块。

大坝基础开挖分3段进行，先右岸、左岸而后河床。左右岸较高部位不受河水涨落的影响，在导流结束之前就开始开挖，采用缆机施工。基坑从1971年8月到1972年11月共开挖石方50万立方米，开挖后除对基础进行固结和排水处理外，还对煌斑岩脉造成的不连续带进行回填、灌浆、锚固等专门处理。

坝体分22坝块，各宽15m，混凝土浇筑从两岸坝基较高部位开始，边开挖边浇筑，为保证新浇筑混凝土不受开挖爆破的影响，浇筑块边缘与岩石开挖面之间保持15m以上的距离。在浇筑过程中大致保持两岸浇筑对称进行。浇筑层厚度，坝基处为1.25m，以上均为2.5m。浇筑温度限制在35℃以下;超过时必须采取冷却措施。在坝体内埋设有蛇形冷却管。2层浇筑时间要求至少错开72h，在浇筑混凝土时，振捣厚度不超过50cm。坝体内部混凝土抗压强度为31.5MPa，坝的上下游表层为25MPa。

混凝土施工的主要机械设备为:① 碎石机:额定效率为400t/h，生产粒径为0~155mm的碎石;② 拌和楼:生产能力为180立方米/h和60立方米/h的拌和楼各1座，配有5座容量各150t的水泥筒仓;③ 混凝土浇筑:用吊罐从拌和楼运至缆机平台，缆车2台，跨度1000m，载重18t。

一期工程的主要工程量有:地面开挖330万立方米，地下开挖120万立方米，混凝土120万立方米，其中大坝本身60万立方米，地下工程30万立方米，共用钢2.5万t。高峰人数7000人。

卡博拉巴萨拱坝的泄洪方式是第一次大规模地在拱坝坝体内采用深孔泄洪，这种方式具有下述优点:可使坝基附近河床免受严重冲刷;抛射距离远，闸门尺寸较小;可提前安装水工金属结构，缩短大坝施工时间;水库蓄水时间有一定伸缩性等。