玉龙喀什水利枢纽工程坝型选择及混凝土面板堆石坝设计.pdf

2 0 1 6年第 5期 ( 第 4 4卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y N o ． 5 ． 2 01 6 ( T o t a l N o ． 4 4 ) 文章编号： 1 0 0 7— 7 5 9 6 ( 2 0 1 6 ) 0 5— 0 0 5 7— 0 8 玉龙喀什水利枢纽工程坝型选择及混凝土面板堆石坝设计 彭卫军 ( 新疆水利水电勘测设计研究院， 乌鲁木齐 8 3 0 0 0 0 ) 摘要： 文章通过对国内外部分高坝相关数据的统计分析以及混凝土面板堆石坝和碾压混凝 土重力坝的综合技术经济比较 ， 论证了混凝土面板堆石坝对新疆玉龙喀什水利枢纽工程区建 设条件的适应性 ， 阐述了在 9 度地震设防的大温差寒冷地区建设 2 3 0 m级高混凝土面板堆石坝 的工程难点、 技术风险和在设计、 施工 中的应对措施 ， 从而对其他工程进行坝型选择并促进相 关坝型的推广运用提供参考和借鉴。 关键词 ： 强震区； 2 3 0 m级； 混凝土面板堆石坝； 水利枢纽 中图分类号： T V 6 4 文献标识码 ： B 1 工程概况及建设条件 玉龙喀什水利枢纽工程是和田河支流玉龙喀什 河山区河段的控制性水利枢纽工程， 为Ⅱ等大( 2 ) 型 工程 。最大坝高 2 2 9 ． 5 m。 工程洪水标准按5 0 0 a 一遇设计 ， 5 0 0 0 a ( 土石 坝) 和 2 0 0 0年( 混凝土坝) 一遇校核 ， 相应洪峰流量 为 2 l 6 4 I n ／ s 、 2 7 8 4 I n ／ s 和 2 5 3 7 i n ／ s 。 坝址处河谷呈“ V ” 型 ， 正常蓄水位 2 1 7 0 m时 ， 河 谷宽约 4 4 0 m。坝址 区岩性主要为灰黑 色的二云母 石英片岩 ， 片理产状 3 O～5 5 。 N W L2 0～3 0 。 ， 岩体较 完整。坝址区地质构造不发育 ， 断层规模较小 。 本工程大坝建设条件具有以下特点 ： 1 ) 工程区地处寒冷地区， 降水量少 ， 日照和蒸发 强烈， 温差较大， 气候条件对坝型的选择存在一定 影响。 2 ) 洪水以融雪型洪水为主 ， 洪峰和洪量不大。 3 ) 坝址场地的地震基本烈度为Ⅷ度。设防标 准 对壅水建筑物取基准期 1 0 0 a 内超越概率 P 。 。 为 0 ． 0 2 ， 相应基岩峰值加速度为 3 5 0 ． 5 g a l 。地震烈度较 高 ， 坝型选择必须满足抗震需要。 4 ) 坝址地形和工程地质条件较好， 可满足多数 坝型的建设要求。 5 ) 天然骨料储量不大， 但存在合适的人工骨料 料场 。 6 ) 爆破堆石料储量丰富 ， 运距较短 ， 饱和抗压强 度在 3 7～ 4 7 MP a ， 稍偏低。 7 ) 土料匮乏， 分布零散 ， 且质量不佳 。 2 坝型选择 2 ． 1 比较坝型选择 根据本工程的实际建设条件， 满足抗震要求是 坝型选择的首要标准。 国内外强震区2 0 0 m以上高坝统计表( 已建) 见 表 1 。 表 1 中列出了国内外修建在 7度以上强震区的 2 0 0 m以上高坝共3 3 座， 其中混凝土坝2 5 座， 占总数 的 7 5 ． 8 ％ ， 混 凝土 坝 中拱 坝 2 1座 ( 含 4座 重力拱 坝 ) ， 重力坝 4座 ； 当地材料坝 8座 ( 心墙或斜心墙坝 7座 ， 斜墙坝 1座 ) ， 占总数 的 2 4 ． 2 ％。从 中可 以看 出， 拱坝由于其结构上的特点， 具有 良好的抗震性 能 ， 同时坝体方量小、 造价相对较低 ， 因而在地形 、 地 质条件允许的情况下 ， 成为强震 区高坝的首选坝 型。 当地材料坝中心墙或斜心墙坝因充分利用 了当地天 然建筑材料， 造价相对低廉， 在合理确定大坝体型、 坝料分区及填筑标准等的前提下， 采取适当的抗震 [ 收稿日期] 2 0 1 6 — 0 3— 1 5 [ 作者简介] 彭卫军( 1 9 6 9一 ) ， 男， 新疆五家渠人， 教授级高级工程师， 现任新疆水利水电勘测设计研究院 副 总工程 师 。 一 5 7 — 2 0 1 6年第5期 ( 第4 4卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y No ． 5 ． 2 01 6 ( T o t a l N o ． 4 4 ) 加固措施， 亦可获得较高的抗震能力， 因而在强震区 性能， 但坝体混凝土方量大， 造价相对较高， 因此在 高坝中亦应用较多。重力坝虽然也具有较好的抗震 强震区高坝中虽有应用， 但数量相对较少。 表 1 国内外强震区 2 0 0 m以上高坝统计表 ( 已建 ) 随着我国坝工界对筑坝材料各项性能的了解和 认识的逐步加深 ， 特别是随着 与土石坝相关的 国家 科技攻关项目的开展， 针对土石填筑坝地震破坏机 理及散粒体结构动力模型试验技术、 粗粒土测试技 术和试验方法以及本构模型、 土石坝动力分析方法 以及高效 一多功能 一大规模数值分析软件系统研 发、 高土石坝抗震措施等方面开展了系统、 深入的研 究， 并逐步取得了成果， 对我国强震区高土石坝的建 设起到了极大的促进作用， 强震区高土石坝设计和 建设迅猛发展 。 国内地震 区 7 0 m 以上高土石坝工程 统计表见 表 2 。 表 2列出了我国部分 7 0 m以上地震区土石坝的 相关参数， 共计 2 0座。从中可以看出， 国内强震区 高土石坝基本采用 了黏土心墙坝、 混凝土面板坝 和 沥青混凝土心墙坝 3种坝型。其中黏土心墙坝 9 座， 占4 5 ％； 混凝土面板坝8座， 占4 0 ％； 沥青混凝土 心墙坝3座， 占 1 5 ％。2 0 0 m以上高坝 8 座， 其 中黏 彭卫军： 玉龙喀什水利枢纽工程坝型选择及混凝土面板堆石坝设计 第 5期 土心墙坝 6座 ， 占7 5 ％ ； 混凝土面板坝 2座 ， 占2 5 ％。 强震区沥青混凝土心墙坝最大坝高尚未超过 1 5 0 m。 表 2 国内地震区 7 0 m以上高土石坝工程统计表 由于工程区及邻近区域仅零星分布有少量风积 黄土， 其质量和储量均不能满足土质防渗体土石坝 的筑坝要求； 同时本工程坝高 > 2 0 0 m， 且位于强震 区， 采用沥青混凝土心墙坝尚无先例 ， 故本 工程坝型 比选中选择混凝土面板堆石坝作为当地材料坝的代 表坝型 。 本工程河谷宽高比约为2 ． 5 ， 但坝址区基岩片理 走 向3 0 。～ 5 5 。 ， 与坝轴线夹角较小 ， 片理倾 角 2 0 。 ～ 3 0 。 ， 倾 N W( 上游 ) ， 倾角偏小且倾 向不利 ， 不宜布置 混凝土拱坝 ， 故本工程选择碾压混凝土重力坝作 为 混凝土坝的代表坝型 ， 参与坝型方案比较。 2 ． 2 比选坝型对本工程的适应性 2 ． 2 ． 1 混凝土面板堆石坝适应性 根据 有 关 文 献 ， 1 9 6 0年 开 始 ， 面板 堆 石 坝 向 1 5 0 m级高坝发展。1 9 9 0年以后， 面板堆石坝开始向 2 0 0 m级高坝发展。据不完全统计， 截至 2 0 1 1 年 9 月 ， 国际上 已建 、 在建和拟建 的混凝 土面板堆石坝约 5 7 0座。 我 国自 1 9 8 5年 开始 引进混凝 土面板堆石坝 筑 坝技术， 并经历了1 9 8 5 年至1 9 9 0 年以西北口为代表 的引进消化阶段 、 1 9 9 1 年至 2 0 0 0年以天生桥一级为 代表的 自主创新 阶段和 2 0 0 0年至今 以水 布垭 为代 表的突破 发展 阶段。据 不完 全统 计 ， 截 至 2 0 0 9年 底 ， 中国坝高 3 0 m以上面板堆石坝 已建约 1 7 0座 ， 在 建、 拟建各约4 0 座， 总数约 2 6 0座。目前， 最大坝高 突破 2 0 0 m， 深厚覆盖层上建坝高度突破 1 0 0 m； 1 5 0 m 级高坝技术 日益成熟 ， 取得 2 0 0 m级高坝筑坝 的全套 技术 ； 坝体变形控制和面板 防裂取得 良好效果 ； 面板 堆石坝设计和施工等规范开始新一轮修订； 中国面 板堆石坝技术水平跃 居世界前列 ， 筑坝技术走 出国 门； 组织开展了3 0 0 m级高面板堆石坝适应性和对策 研究 。 我国四川岷江上坝高 1 5 6 m的紫坪铺坝， 经受了 烈度达9— 1 0度的汶川特大地震的考验， 超过其设 防标准， 在世界已建大坝中也是最高的， 但震损轻 微 ， 充分证明了面板堆石坝具有优 良的抗震性能。 一 5 9 — 2 0 1 6年第 5期 ( 第4 4卷) 黑龙江水利科技 He i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y No ． 5 ． 2 0 1 6 ( T o t a l N o ． 4 4) 新疆是全国率先引进面板坝的省区， 其筑坝技 术一直处 于国内先进水 平。1 9 8 1年在 3 7 ． 5 m 的深 覆盖层上建成第一座坝高 4 2 m的柯柯亚水库， 2 0 0 0 年建成第一座坝高 6 7 ． 5 m的榆树沟坝面溢流混凝土 面板堆石坝 ， 1 9 9 5年开工建设 当时全 国第二高坝 的 乌鲁瓦提水库 ， 2 0 0 6年建成的吉林 台一级水 电站坝 高目前列全国第六， 同时也是全国已建工程中9度 设防的最高混凝土面板砂砾 一 堆石坝。3 0 a 来 ， 共建 成面板堆石坝 1 9座， 其中坝高 1 0 0 m以上的有 8 座， 用实践证明了面板坝坝型对新疆不同气象、 地形、 地 质和天然建筑材料等条件下的适应性， 并在许多关 键技术 的研究与应用方面有新 的突破 J 。 2 ． 2 ． 2 碾压混凝土重力坝适应性 碾压混凝土坝是混凝 土筑坝技 术的一项革新 ， 在技术和经济上具有显著的优越性 。从 2 0世纪 6 0 年代碾压混凝土筑坝技术开始投入 实用 ， 至今 已得 到了越来 越 广 泛 的应 用并 取 得 了长 足 的进 步 和 发展。 我国从 1 9 7 8年开始研究研究 应用碾压混凝 土 技术， 结合中国的自 然条件和施工技术水平， 认真吸 取了 R C D和 R C C的经验和教训， 发展了采用高掺粉 煤灰 、 中等胶凝材料 、 大仓面薄层铺筑 、 连续 碾压上 升、 二级配碾压混凝土防渗的施工方法， 使碾压混凝 土筑坝技术达 到了一个较高水平 ， 形 成了一整套建 造碾压混凝土坝的技术 。 目前 ， 我国碾压混凝土筑 坝技术 已经非常成 熟 ， 达 到世界 先进及 领先水 平。 至今 ， 已建成碾压混凝土坝 4 1座。 目前在建 1 2座 ， 正在规划、 设计及即将施工的 1 7座。此外， 还有不 少的碾压混凝土围堰工程。 新疆 在 上世 纪 9 0年 代 末 期 引进 R C C坝 ， 于 2 0 0 0年建成了石门子拱坝( 坝高 1 0 9 m) ， 该工程是我 国首次在高寒地区建成的碾压混凝土高拱坝。而后 又引进了碾压混凝土重力坝 ， 先后建成 了喀腊塑克 水利枢纽( 坝高 1 2 1 ． 5 m) 、 特克斯 山口水 电站 ( 坝高 4 9 ． 8 m ) 及冲乎尔水电站( 坝高 7 4 ． O m) ， 这些大坝均 处于高寒和高地震区， 其中喀腊塑克水利枢纽是我 国乃至世界上首次在高纬度地区修建的坝高最高、 工程量最大 的百米级全断面碾压混凝土重力坝。上 述工程 的建设 ， 在新技术 、 新材料 、 新工 艺引进吸收 和理论研究、 技术创新等方面进行了大量有益的探 索。特别是在“ 冷、 热、 风、 干” 等不利因素的对策方 面， 为新疆乃至全国在类似环境条件下的筑坝技术 一 6 0 一 提供了宝贵经验 。 2 ． 3 两坝型技术风险及应对措施 对本工程而言 ， 采用混凝 土面板堆石坝 或碾压 混凝土重力坝在设计、 施工和运行管理等方面都有 着较为成熟的理论和经验， 因而均是可行的。但结 合工程区建设条 件 ， 也都存 在着一定的工程难度和 技术风险。 2 ． 3 ． 1 混凝土面板堆石坝 目前 已建成的面板堆石坝多采用经验型设计 和 筑坝技术 ， 基本上是在 总结 以往大坝经验 的基础上 适 当提高 ， 并越建越好。出现 的主要 问题集 中在坝 体变形大或面板裂缝多或坝体渗漏量大等， 问题多 由变形不稳定引起 ， 但均是安全的。分析其原因， 在 于堆石体是典型的岩土结构， 具有复杂性、 不确定性 和多相耦合性， 由于受到试验手段的限制， 在高围压 和高应力的条件下 ， 其填筑料 的物理力学性能很难 通过室内试验准确把握， 但面板堆石坝的结构和分 区特点决定了其天然具有 良好 的抗 滑稳定性 、 抗渗 稳定性 ， 所以虽出现了一些 问题 ， 但安全性仍是有保 障的。 实践证明， 问题 的出现可通过选用抗压强度较 高的堆石料原岩、 确定合理的堆石级配及孔隙率； 减 小上游与下游堆石体的模量差、 采用大吨位的碾压 设备、 堆石填筑总体平衡上升、 采取预沉降措施、 临 时断面蓄水预压等坝体变形控制的集成技术措施予 以消除或降低。 本工程大坝采用爆破堆石料作为主要的筑坝材 料， 因而结合已建工程经验和试验研究及理论计算 的最新成果， 通过合理选择体型和分区及压实标准， 并采取必要的抗震加固措施， 完全能够满足坝体抗 滑、 抗渗和抗震稳定性要求。 本工程最大坝高 2 2 9 ． 5 m， 坝体变形控制要求较 高。为控制坝体变形 ， 目前国内外 2 0 0 m级高面板坝 均采用硬岩堆石料， 其原岩饱和抗压强度一般在 6 0 ～ 8 0 Mp a以上。而 根据地勘 资料 ， 本 工程坝址 附近 的 P 2爆破料场岩块弱 风化样天然密度 2 ． 7 5 g ／ c a ， 自然吸水率0 ． 3 0 ％， 饱和吸水率0 ． 3 4 ％， 干抗压强度 6 7 M p a ， 饱和抗压强度3 7 M p a ， 软化系数0 ． 5 5 ； 新鲜岩 样天然密度 2 ． 7 7 g ／ c m ， 自然吸水率 0 ． 2 6 ％， 饱和吸 水率 0 ． 3 0 ％， 干抗压强度 7 1 M p a ， 饱和抗压强度 4 7 M p a ， 软化系数 0 ． 6 6 ； 属中硬岩类 ， 与以往的工程 实践之间存在着一定 的差距。P 1料场为花 岗岩料 彭卫军： 玉龙喀什水利枢纽工程坝型选择及混凝土面板堆石坝设计 第 5期 场 ， 天然密度 2 ． 6 3～2 ． 6 6 g ／ e m。 ， 自然吸水率 0 ． 3 9～ 0 ． 4 6 ％， 饱和吸水率 0 ． 5 2～ 0 ． 6 3 ％， 干抗压强度 1 0 8 — 1 3 4 MP a ， 饱 和抗压强 度 8 8～1 0 1 MP a ， 属硬 岩类。 质量基本满足要求， 储量丰富， 但距坝址区 1 1～ 1 3 k in， 运距较远。 有研究资料表明， 对于 2 0 0 m以上的超高面板堆 石坝， 坝体后期的体积流变与剪切流变的变形量较 大， 对面板及趾板等防渗结构造成很大的安全隐患。 因此， 坝体变形控制是本工程设计的难点， 其重点在 于减小面板浇筑后的堆石体变形以及堆石体分区间 的不均匀变形 。 对本工程而 言， 不能够实现对坝体变形 的合 理 控制 ， 将导致 垫层料坡 面开裂 、 面板 与垫层 料 间脱 空 、 面板结构性裂缝和垂直缝挤压破坏 、 接缝止水结 构受损等现象 ， 从而造成大坝渗漏及安全性下 降等 后果。因而存在一定的技术风险。 为此 ， 本工 程混凝 土面板堆石坝方案设计 和施 工中应采取以下综合措施 ， 以确保工程安全 ： 2 ． 3 ． 1 ． 1 设计措施 1 ) 开展 高面板堆石 坝筑坝材 料工程特 性 的研 究 ， 主要包括 ： 堆石材料在高应 力水 平、 复杂应力状 态下的强度 和变形特性 ； 堆石材料 在高应 力条件下 的颗粒破碎及其对材料工程特性的影响； 堆石材料 的蠕变特性 、 蠕 变机理、 及影响 因素 ； 不同应力状态 下堆石材料工程特性 随时间的变化规律 ； 堆石材料 参数的室内外特性差异等； 同时尽早开展爆破和碾 压等现场试验， 并结合室内试验， 分析料场岩体不同 矿物组成含量变化、 风化程度等 的分布情况 及其对 岩块抗压强度等物理力学指标 的影 响， 准确把握坝 料特性 ， 明确料场可开采范围。 2 ) 正确认识筑坝材料物理力学性质指标， 合理 利用工程区天然筑坝材料， 正确选择孔隙率等密实 度参数 ， 尽可能提高堆石坝填筑密实度 ； 陡边坡附近 设特别碾压区； 适当提高下游堆石区的填筑密实度 ， 减少上 、 下游堆石区的模量差 ； 减小软岩料填筑范围 并尽量靠坝的下游侧设置； 尽可能协调坝体各部位 变形， 并降低堆石体后期沉降量。 3 ) 坝体填筑分区的填料级配， 应满足极端条件 下坝料的渗透稳定要求。 4 ) 合理确定面板分缝分块， 并可考虑部分面板 采用双层配筋、 纤维混凝土等， 以提高混凝土面板适 应坝体变形的能力， 必要时结合分期施工缝设置水 平永久缝 。 5 ) 采取适当加大面板顶部最小厚度、 改进面板 受压垂直缝细部设计( 如浅化顶部 V形槽、 降低底部 止水片的鼻子高度、 底部砂浆垫层不侵占面板承压 断面等) 、 接缝处增设抗挤压钢筋 、 受压垂直缝 内设 弹性材料等措施 ， 防止面板挤压破坏。 6 ) 拟定稍大的分缝允许位移设计值， 并据此确 定相应的止水结构， 以提高周边缝、 垂直缝、 水平缝 对坝体变形 的适应能力。同时接缝止水结构从单一 止水型或 自愈型向止水与 自愈相结合型发展。 2 ． 3 ． 1 ． 2 施工措施 1 ) 采取提高压实机具功能、 减薄铺料厚度、 充分 加水等措 施提高坝 料填筑 密实度。冬 季不 能洒水 时 ， 采取减薄层厚 、 增加碾重和碾压遍数等保证压实 质量 ； 2 ) 结合施工导流、 进度控制和坝体变形控制等 要求来进行坝体填筑分期； 坝体上、 下游和左右岸填 筑考虑坝体变形控制要求， 堆石填筑总体平衡上升； 下游 面 超 高 填 筑 ； 分 期 面 板 上 部 堆 石 体 超 高 5 ～ 2 0m ； 3 ) 合理设置预沉降时间和速率控制指标， 适当 延长面板浇筑前的预沉降期， 待面板下部的堆石体 变形速率趋于收敛后再浇面板 ； 4 ) 加强对面板的养护与保 护， 对面板 脱空部位 进行 自流式注浆 ； 5 ) 合理安排坝体度汛和分期蓄水方案， 导流洞 设置工作弧门， 灵活控制施工期坝前水位， 利用水荷 载预压以加快堆石体初期变形， 防止坝体开裂； 6 ) 采取 G P S监控系统、 附加质量法密度检测等 措施有效监控堆石填筑质量。 2 ． 3 ． 2 碾压混凝土重力坝 与常态混凝土坝相 比， 碾压混凝土坝 的温控与 防裂具有新的特点。由于掺人粉煤灰 ， 使早期水化 热较低 ， 坝体温度下降缓慢 ， 早期压应力略有增加。 同时， 也带来一些不利因素， 由于碾压混凝土用水量 少 ， 加冰十分困难； 其施工工艺要求一般不埋冷却水 管 ， 对削减水化热温升不利 ； 采用通仓 浇筑 ， 不设纵 缝 ， 增加了基础约束应力。另一方面， 北方寒冷地区 碾压混凝土体每年 4 —1 0月为施工期， 冬季停止混 凝土施工 ， 这种间歇式的施工方法 ， 加之冬季寒冷 的 气候条件和较 大的内外温差 ， 在越冬 面附近的上下 游面部位有明显应力集中现象， 而该部位混凝土恰 一 61 — 2 0 1 6年第 5期 ( 第4 4卷) 黑龙江水利科技 He i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y No ． 5 ． 2 0 1 6 ( T o t a l N o ． 4 4 ) 是低温季节浇筑， 抗拉强度低于其它部位混凝土， 极 易产生水平向温度裂缝。 工程经验和理论研究都表明， 碾压混凝土坝温 度应力是导致坝体裂缝的主要因素， 其他荷载所引 起的应力与温度应力相 比相对较小 ， 温度应力起着 控制作用。寒冷地区碾压混凝土重力坝具有代表性 的温度裂缝主要包括 ： 1 ) 上 、 下游坝面的劈头裂缝 。 2 ) 强约束区长间歇顶面( 包括越冬面) 的纵向 裂缝 。 3 ) 永久底孑 L 、 导流底孔四周的环形裂缝。 4 ) 溢流坝反弧段的纵 向裂缝。 5 ) 越冬层面附近上 、 下游侧水平施工缝的开裂。 本工程所在地区多年平均气温 1 1 ． 0 ℃， 最高月 平均气温 2 3 ． 8 ℃ ， 最低月平均气温 一5 ． 1 ℃ ， 极端最 高气温 3 7 ． 5 ~ C， 极端最低气温 一 2 3 ． 5 ~ C ； 多年平均降 水量 5 5 ． 1 mm； 多年平均蒸发量为 3 4 8 5 ． 8 mm( d p 2 0 c m 型蒸发器) ； 年平 均风速为 2 ． 0 9 m ／ s ， 多年平均最 大 风速 1 4 ． 3 m ／ s ； 最 大 冻 土深 6 7 c m； 最 大 积 雪 深 度 1 4 c m； 年冻融循环次数为7 8 ． 8 3 次； 多年平均 13 照时 数 2 6 1 0 ． 5 h ； 多年平均相对湿度 4 2 ％。 由于工程地处寒冷地区， 采用碾压混凝土筑坝 面临着恶劣的气候条件和长间歇通仓浇筑的问题， 如何防止或减少坝体的温度裂缝是在寒冷地区修建 碾压混凝土重力坝面临的严峻课题。 同时， 工程区日照强烈、 降水量小、 蒸发剧烈、 风 力较强、 气候干燥， 碾压混凝土在运输、 卸料、 摊铺、 碾压和覆盖过程中失水现象将较为严重， 如何采取 有效措施解决由于失水过快引发的碾压混凝土可碾 性和层间结合质量问题也是碾压混凝土筑坝技术面 临的又一难题。 另外 ， 坝址 区岩性 主要 为灰 黑色的二云母石英 片岩， 片理产状 3 O一 5 5 。 N W／_ 2 0— 3 O 。 ， 走向与坝轴 线交角较小， 缓倾上游， 多有变化， 对坝体稳定不利； 基岩允许承载力3— 5 M P a ， 相对较低， 根据 目前设计 的大坝体型， 地震工况下基底应力接近承载力上限。 为此， 借鉴以往相近地区的经验， 本工程碾压混 凝土重力坝方案设计与施工需采取以下措施来发挥 优势并确保工程安全： 2 ． 3 ． 2 ． 1 设计措施 1 ) 深入调查基岩片理产状、 变化和不利组合情 况； 通过多种方法准确把握坝基岩体不同矿物组成 一 6 2 一 含量变化分布情况及其对岩体允许承载力、 抗剪强 度、 弹变模量等物理力学指标的影 响， 以及混凝 土与 基岩间抗剪强度指标的变化情况； 2 ) 结合本工程建筑材料特性， 开展坝体各材料 分区的碾压和常态混凝土配合 比研究 ， 特别是寒冷 地区高碾压混凝土坝坝体防渗技术研究， 在满足各 分区设计功能的前提下， 充分利用工程区资源， 尽量 减少胶凝材料用量， 降低混凝土水化热； 同时具有良 好的可碾性、 抗渗性、 抗裂性、 层面结合性能及抗冻 融能力 ； 3 ) 结合工程实际 ， 开展本工程碾压混凝 土温度 场变化规律研究 ， 合理确定温控指标和温控措施 ， 提 出切实可行的坝体及层面保温、 保湿工程措施， 特别 是冬季及寒潮来 临前 的混凝土保护措施。 2 ． 3 ． 2 ． 2 施工措施 1 ) 依据仓面气候条件， 动态调整 V C值； 采用雾 化水汽进行失水补偿和增加仓面空气湿度， 提高层 间结合质量 ； 采 用斜层碾 压工艺 ， 缩短 层 间间歇时 间； 高温、 多风时段及时做好仓面覆盖保湿， 以保证 R C C可碾性及层间结合质量 ； 2 ) 采取施工温控防裂技术措施： 增加储料堆高 度、 保证料流风冷时间、 采用保温、 遮阳廊道及二次 制冷等其他技术措施降低混凝土出机口温度； 控制 浇筑层厚度和上下层浇筑间歇时间、 掺加缓凝高效 减水剂 、 混凝土运输车安装液压防晒板保温、 缩短混 凝土从拌和到仓面碾压 的时间等措施减少浇筑过程 温升 ； 3 ) 根据设计要求 ， 及时完成碾压混凝土表面 ( 上 下游面、 分期外露面、 越冬层面等) 保温施工。 2 ． 4 坝型比选及结论 结合上述分析 ， 可以发现对本工程而言 ， 推荐坝 址建设条件对两坝型均不存在较大的不利因素。由 于坝高较大、 地震烈度较高， 两坝型均存在着一定的 工程难点和技术风险， 但通过合理的设计和良好的 施工控制可以予以消除或降低。 本工程采用混合式开发方式， 两种坝型发电引 水系统和厂房布置基本相同； 泄洪建筑物规模不大， 右岸为有利于土石坝布置泄水建筑物的凸岸， 重力 坝方案坝身泄洪的优势不明显； 重力坝方案河床覆 盖层和坝基岩石开挖量大 ， 混凝土用量多 ， 有效施工 期短， 且采用人工骨料， 故投资远大于混凝土面板堆 石坝方案( 面板坝静态投资 3 9 ． 1 亿元， 重力坝 5 2 ． 8 彭卫军 ： 玉龙喀什水利枢纽工程坝型选择及混凝土面板堆石坝设计 第 5期 亿元) ， 总工期( 面板坝5 ． 5 a ， 重力坝8 a ) 亦较长。 因此 ， 设计最终推荐土石坝为基本坝型， 以混凝 土面板堆石坝为代表坝型。 3 混凝土面板堆石坝设计 本工程面板堆石坝坝顶高程 2 1 7 4 ． 5 0 m； “ L ” 形 C 3 0钢筋混凝土 防浪墙高 4 ． 9 m， 顶高程 2 1 7 5 ． 4 0 m。 最大 坝 高 2 2 9 ． 5 m。坝 顶 宽 度 为 1 2 m。坝 长 4 8 4 ． 6 5 m。混凝土面板堆石坝标准横剖面图见图 1 。 。 图 1 混凝土面板堆石坝标准横剖面图 上游坝坡坡度为1 ： 1 ． 5 ； 下游坝坡上部坡度为 底止水采用铜止水， 周边缝为 F形， 板间缝为 w 1 ： 1 ． 5 ， 下部坡度为1 ： 1 ． 4 ， 为解决施工及运行期的交 形。中止水采用橡胶止水。顶止水采用 G B柔性填 通问题 ， 在下游坡设 1 2 m宽， 纵坡为 8 ％的“ 之” 字形 料止水 ， 顶止水设 P V C盖板保护 ， 用角钢 、 膨胀螺栓 上坝公路， 则最 大断面处下游 平均坝坡坡 度为 固定。 1 ： 1 ． 8 8 2 。下游坝坡采 用水平 3 m厚 的超径块石 坝体填筑分区从上游至下游分别为上游盖重 压坡 。 面板 混 凝 土 采 用 C 3 0 F 3 0 0 W1 2 ， 顶 部 厚 度 0 ． 4 m， 底部厚度 1 ． 2 0 m。距表面 1 5 c m处设一层钢筋 网， 双向布置， 其竖向配筋率为0 ． 5 ％， 水平向配筋率 为 0 ． 4 ％ 。河床部位受压 区面板宽 1 2 m( 2 8块 ) ， 岸 坡部位受拉区面板宽 6 m( 左岸 1 l 块， 右岸 1 1 块) 。 趾板 采用水 平趾板。高程 2 0 0 5 m 以下宽 度为 1 2 m； 高程 2 0 0 5 m 一 2 0 9 5 m宽度为 1 0 m； 高程 2 0 9 5 m 一 2 1 4 8 m宽度为 8 m； 高程 2 1 4 8 m 以上为 6 m。趾板 厚度分别为 1 ． 0 m、 1 ． O m、 0 ． 8 m 、 0 ． 6 m 。趾板内部设 一 层双向钢筋， 配筋率为0 ． 4 ％， 趾板底部设置锚筋， 将趾板锚固在基岩上。 周边缝设置底部、 中部、 顶部三道止水， 张性板 间缝设置底部、 顶部两道止水， 压性板间缝设置一道 底止水 ， 面板和防浪墙间的水平缝设置底 、 顶两道止 水。周边缝采用沥青松木板作为填缝材料。 区、 上游铺盖 区、 混凝 土面板、 垫层料 区、 过 渡料 区、 爆破堆石料区、 利用料区。 1 )上 游 铺 盖 区 ： 位 于 面 板 上 游 ，顶 高 程 2 0 4 5 ． O 0 m， 顶宽 5 m， 上游坡度 1 ： 1 ． 6 ， 其料源为工程 区零散分布的风积黄土。 2 ) 上游 盖重 区： 位于上游 铺盖 区上游 ， 顶高程 2 0 4 5 ． 0 0 m， 顶宽 l O m， 上游坡度 1 ： 2 ， 采用开挖弃渣等 任意粗粒材料。 3 ) 垫层料区： 水平宽度4 m， 要求 D m a x ≤8 0 m m， 小于 5 ra m 的含量为 3 5 ％ ～5 5 ％， 小于 0 ． 0 7 5 m m含 量不大于 8 ％ ， 渗透系数控制在 1 0～e m ／ s 一1 0 e m ／ S 。设计孔隙率 n ≤1 5 ％。采用 P 1 料场爆破料加工 制备。 4 ) 过渡料区： 水平宽 6 m， 材料来源同垫层料。 D m a x ≤1 5 0 m m， 小 于 5 m m 含 量 2 0～3 5 ％ ， 小 于 0 ． 0 7 5 m含量 0 ． 8 5 ， 堆石料填筑孔隙率 n≤1 5 ％ 一 2 0％ 。 5 ) 加强混凝 土面板 、 趾 板及 坝体各分 区间及其 与坝基和岸坡的连接， 防止地震情况下应力或变形 过大而造成破坏。 6 ) 选用能够适应较大变形 的接缝止水结构 ， 确 保接缝止水结构的有效性； 在混凝土面板上游侧设 置防渗补强区， 并于周边缝下设一垫层特别级配小 区， 形成反滤， 以防止周边缝在地震 时张开破坏而引 起大量渗漏 。 7 ) 在受压区面板接缝之间填塞沥青松木板等材 料 ， 防止面板挤压破坏。 8 ) 在坝顶以下一定范围( 约 1 ／ 3～ 1 ／ 5坝高) 内 ． ． ． ． —— 6 4 ．．．．— — 变形 ， 坝轴线下游 2 5 m、 高程 2 1 2 4 ． 5 0 m 以下采用 P 2 料场及各建筑物开挖的云母石英片岩爆破料， 即下 游堆石区； 其余部位均采用 P l 石料场的花岗岩爆破 料 ， 即主堆石区。 采取敷设阻滑钢筋网或土工格栅等辅助抗震措施。 4结语 鉴于本 工程 坝 高近 2 3 0 m， 地震设 防烈 度达 9 度 ， 在国内尚属首例 ， 坝址区附近 P 2料场距坝址 2— 3 k in， 岩性为二云母石英片岩， 岩石强度偏低不满足 目前国内外 2 0 0 m级碾 压式土石坝填筑材料一般要 求。P 1 料场距坝址 1 1 —1 3 k in， 岩性为细粒二长花 岗 岩， 二者储量均较为丰富， 但运距相差较大。 工程设计期间将综合分析室内及现场碾压试验 成果 ， 进行堆石坝体三维有 限元静、 动力分析研究。 了解采用二云母石英片岩作为主要坝体填筑材料时 坝体和面板在各种工作状态下的性状 。 对初步拟定 的方案进行二维有 限元静、 动力计 算， 根据计算成果分析方案的优缺点， 并通过适当的 分析计算 ， 最终确定结构安全 、 经济 、 可行 的推荐方 案； 采用三维有限元静、 动力分析方法对推荐方案进 行详细的结构、 稳定计算， 复核大坝各工况的坝坡稳 定性及堆石坝的动力反应特性， 分析坝体应力与变 形 ， 分析面板及周边缝 、 垂直缝应力与变形 ， 并对抗 震安全性做综合评价， 提出抗震加固措施。同时结 合掌握的其他工程已有的计算结果进行类 比分析， 提出设计改进意见， 为合理确定大坝材料选择和分 区设计提供依据。 参考文献 ： [ 1 ] 贾金生， 等 ．高坝建设与运行管理的技术进展——中国 大坝协会 2 0 1 4学术年会论文集 [ M] ．郑州 ： 黄河水利出 版社， 2 0 1 4 ： 6 6— 7 8 ． [ 2 ] 郦能惠 ．高混凝土面板堆石坝新技术[ M] ． 北京： 中国水 利水电出版社 ， 2 0 0 7： 3 2— 4 1 ． [ 3 ] 关志诚 ．混凝土面板堆石坝筑坝技术与研究[ M] ．北京： 中国水利水电出版社 ， 2 0 0 5 ： 1 1 2—1 5 6 ． [ 4 ] 邓铭江， 等 ． 新疆坝工建设 [ M] ． 北京 ： 中国水利水电出 版社 ， 2 0 1 1 ： 3 6— 4 0 ． [ 5 ] 孙恭尧， 等 ． 高碾压混凝土重力坝[ M ] ． 北京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 3 ： 6 6— 6 9 ．