钢筋混凝土面板堆石坝的设计与施工.pdf

2 0 1 3年第 3期 ( 第 4 1 卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No ． 3 ． 2 01 3 ( To t a l N o ． 41 ) 文章编号 ： 1 0 0 7— 7 5 9 6 ( 2 0 1 3 ) 0 3— 0 0 9 2— 0 3 钢筋混 凝土面板堆石坝 的设计 与施 工 谢 国勇 ( 安顺市安西灌 区管理处 ， 贵州 安顺 5 6 1 0 0 0 ) 摘要： 混凝土面板堆石坝( 钢筋混凝土面板碾压堆石坝) 是 6 o年代以后发展起来的， 其与传 统土石坝相 比， 具有安全性好、 工程量少、 施工方便 、 导流简化 、 工期短、 造价低等优 点， 当前国内外钢筋混凝土面板堆石坝越建越高， 填筑量越来越大， 这就给设计和施工 提出了更高的要求。通过工程实例从施工角度对大坝设计与施工技术进行 了分析 ， 从而为同行提供一些参考意见。 关键词 ： 钢筋混凝土； 面板堆石坝； 设计 ； 施工 中图分 类号 ： T V 6 4 1 ． 4 文献标识码 ： B 现代面板堆石坝基本 为混凝 土面板 堆石坝 ， 其 具有造价低 、 工期短的特点 ， 我 国混凝土面板堆石坝 起步于 2 0世纪 8 0年代 中期 ， 随着薄层碾 压施 工技 术 的不断进步和完善 ， 面板堆石坝 的数量 和高度迅 速增加 ， 逐渐成 为当今水利水 电工程建设 的主流坝 型 之一 ⋯ 。 1 工程概况 某水电站大坝为钢筋混凝 土面板堆石坝 ， 坝高 1 7 9 ． 5 I n ， 坝顶长4 2 7 ． 7 9 m， 宽高 比为 2 ． 3 8 ， 属狭窄河 床高面板堆石坝 。枢纽建筑物均集 中布置在 左岸 ， 右岸坝体上 、 下游分布 2个石料场 ， 其底部高程 与坝 顶高程相近， 距坝体水平距离 1 0 0—1 5 0 m。坝址处 河谷断面为不对称“ V” 形 ， 左岸 陡峭 ， 为 7 0 。～8 O 。 的 灰岩陡壁 ， 高差3 0 0 I n 。右岸相对较缓 ， 为 3 5 。～ 4 5 。 的坡 地 。 向谷 ， 两岸地形连续 完整 ， 下坝址 为横 向谷 ， 岸坡相 对较平缓 ， 岸坡在 3 5 。～ 5 O 。 ， 河谷宽度较上坝址宽 5 0 ～ 8 0 m， 右岸地形连续完整 。 上坝址基岩以中硬 的条带状砂岩和石英砂岩为 主 ， 饱和抗压 强度 7 2 ． 4～1 5 4 ． 0 MP a ， 下坝址基岩为 罗惹坪组 ( S 1 1 R )中上部 ， 以沙 质粉沙岩 为主， 饱和 抗压强度为 2 0 ． 1— 3 0 ． 5 MP a ； 岩石较软弱 ， 且普遍具 有崩解特性 ( 大坝标准剖面见图 1 )。 1 ．混凝土面板 ； 2 ．垫层区 ； 3 ．过 渡区； 4 ．主堆石 区 5 ．下游堆石区 ； 6 ．干砌石护坡 ； 7 ．上坝公路 ； 8 ．灌浆帷幕 ； 9 ．砂砾石 图 1 大坝 标准 剖面 图 2 坝址工程地质条件 3 坝线坝型及枢纽布置设计 本工程建坝河段长约1 ． 5 k m， 平面上大致 呈 弓 形 ， 以中部河湾为 界， 河湾 以上属上坝址 ， 河湾 以下 为下坝址。坝段 内河谷深切 ， 呈“ V” 形 ， 上坝址为斜 3 ． 1 坝线坝型比选 坝址河段约5 0 0 m， 河谷狭窄呈 “ V” 型。两岸地 形基本对称 ， 基岩裸露 ， 岩性坚硬 ， 具备修建拱坝 、 重 [ 收稿 日期] 2 0 1 2—1 2— 2 0 [ 作者简介] 谢 国勇( 1 9 7 8一) ， 男， 贵州安顺人 ， 工程师， 从事水利工程设计、 管A_ ．X - 作。 一 92 — 谢国勇： 钢筋混凝土面板堆石坝的设计与施工 第 3期 力坝以及面板堆石坝的地形地质条件 。故本 阶段共 选取混凝土双 曲拱坝、 碾压混凝土重力 坝和面板堆 石坝 3种 比较坝型， 并结合各 自坝型 的枢 纽布置特 点及其他基本要求 ， 拟定各 自的坝型。 经过对 3 种坝型的综合比较， 其中面板堆石坝， 坝体为堆石结构 ， 其对地基的适应能力强 ， 基础处理 简单 ， 坝体绝 大部分 为土石方工程 ， 施工 工艺简单 ， 易于操作 ， 有利于加快施工进度 ， 同时具有节省工程 投资的优点 ， 故推荐采用混凝土面板堆石坝 j 。 3 ． 2 枢纽布置方案选择 由于混凝土面板堆石坝 方案同时受到右岸 3 # 堆积体 ， 左岸近坝 冲沟和下游河道水流 归槽 等因素 的制约， 其面板堆石坝 、 左岸溢洪道和右岸导流放空 隧洞的布置调整余地 十分有 限， 使得工程枢纽 布置 方案比选实质上成为引水发电系统布置比选 。 为此 ， 拟定左岸 引水 发 电系统方案 和右岸 引水 发 电系统方案进行综合 比较。由于右岸引水发电系 统方案优于左岸 引水发 电系统方案 ， 故 以混凝土 面 板堆石坝、 左岸岸边开敞式溢洪道 、 右岸引水式地面 厂房方案为本工程枢纽布置推荐方案。 3 ． 3 混凝土面板堆石坝设计参数 混凝土面板堆石 坝斜 河布置于河湾上游 ， 坝顶 高程 6 5 2 ． 2 m， 最 大 坝 高 为 1 1 6 ． 2 m， 坝 顶 长 度 为 2 8 5 ． 4 m， 宽为8 m， 上游坝坡均为 1 ： 1 ． 3 5 ， 下游坝坡 ： 1 - 1 ． 3 ， 总填筑方量为2 6 7 ． 2 7万 m 。大坝面板厚 度 为 0 ． 3～ 0 ． 6 5 m， 垂直缝 间距 为1 2 I l l ， 趾板宽 4 ． 0～ 8 ． 0 m， 厚度为0 ． 5— 0 ． 7 m， L型防浪墙高为4 m， 墙 顶高程为6 5 5 ． 3 mp 。 3 ． 4 溢洪道参数 溢洪道为岸边开敞式 ， 紧靠左坝肩布置 ， 由进水 渠 、 闸室 、 泄槽 和挑流鼻坎等部分组成 。闸室共设 2 孔 ， 孔 口尺寸 1 1 ． 0 m1 6 ． 0 m， 弧形工作闸门由坝顶 液压启闭机启闭 ， 闸室长4 1 ． 0 m， 宽3 4 ． 0 m。泄槽底 坡 1 ： 0 ． 2 8 ， 净宽2 6 ． 0 m， 长8 7 ． 0 r n 。鼻坎为斜切式 ， 末端坎顶高程为5 9 1 ． 4 6 5 m， 挑角为 8 ． 3 4 。 ， 左导墙向 外平面扩散比 1 - 7， 右导墙向外平面扩散比 1 ： 5 。 水工总体模 型实验结果表明， 溢洪道过流时 ， 库 区内水面平稳 ， 沿程流态 良好 ， 泄流能力略大于计算 值 ， 总体布置良好合理。对电站尾水影响较小， 下阶 段仍需进一步优化挑坎体形 ， 减小坡脚冲刷 ] 。 3 ． 5 放空洞 放空洞 由左岸导流隧洞改建而成 ， 由进 口斜井 、 上游缓坡段 、 放空管 、 消力池 、 和下游缓坡段组成 ， 全 长6 6 3 ． 9 m， 进 口斜 井底 部 高程5 7 0 ． 0 m， 斜 井 直径 3 ． 8 m， 倾角 5 0 。 ， 上下游缓坡段与导流隧洞结合 ， 段 面尺寸 7 ． 0 r n 9 ． 0 m， 呈门洞型， 放空管水平埋设与 导流隧洞封堵堵头之中， 长1 3 ． 5 m， 内径2 ． 0 m， 尾部 采用钢闷头敦水 ， 利用可爆螺杆与上游 钢管法兰盘 相连 ， 消 力 池 采 用 底 流 消 能 ， 总 长 3 5 ． 6 4 m， 净 宽 5 ． 7 m， 尾坎顶部高程5 4 7 ． 5 m， 放空洞最大放空流量 为1 1 0 ． 2 m。 ／ s 。 3 ． 6引水隧洞 引水 隧洞布置在右岸 ， 由岸塔式进水 口、 压力隧 洞 、 岔管 段 组 成 ， 全 长 4 6 2 ． 9 m。进 水 口底 坎 高 程 6 0 6 ． 0 m ， 内设拦 污栅 1道 ， 孔 口尺 寸 4 ． 6 m 4 ． 6 m， 分别 由设置在塔顶 的固定式启闭机启闭。压力隧 洞长4 0 4 ． 9 5 m， 分上平段 、 斜坡段 和下平段 3段 ， 动 径3 ． 8 m， 采用钢筋混凝土衬砌和钢板混凝土两种衬 砌方式 ， 钢筋混凝土衬砌厚度0 ． 6 m， 钢板混凝 土衬 砌 采用 1 6 M n钢 ， 板 厚 1 4 m m， 回填 混 凝 土厚 度 为 0 ． 6 l n 。“ Y” 型叉管按 明管设计 ， 位 于升压站下部 ， 支管管径2 ． 6 113 ， 壁厚1 4 m m 。电站设计水头9 1 ． 0 m。 4钢筋混凝土面板堆石坝施 工 4 ． 1 坝肩开挖 坝肩及坝基开挖工程量大， 地形地质条件复杂， 其中左坝肩陡峻 ， 开 挖边坡高达3 O 0 m， 为工程施工 关键项 目之一。开挖施 工要 尽量石渣落入河床 ， 阻 塞河道 ， 另一方 面又要求截流前尽 可能开挖到河床 水位附近， 以保证直 线工期。左岸坝肩 开挖 由分岔 支线公路进入开挖面 ， 分别在 1 2 5 0 、 1 1 7 5 m高程 分 上 、 下游两区同时施工 ， 采用边坡 预裂 、 1 5 m一层 台 阶微差挤压爆破开挖。 为减少石渣下河 ， 爆破作业 掌子面尽量垂直 河 床布置 ， 靠陡壁边缘部分预 留岩坎 最后爆除。工作 面石渣采用4 m 挖掘机 、 2—5 m 反铲装 2 0～3 2 t 自 卸汽车 出渣。下河石渣在 1 0 3 0 m高程截渣平 台及 河床用反铲及时清除。右岸坝肩开挖采取 自上而下 一 9 3 — 2 0 1 3年第 3期 ( 第 4 1 卷 ) 黑龙江水利科技 He i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No ． 3． 2 01 3 ( T o t a l N o ． 4 1 ) 6～1 5 m一层台阶开挖。 4 ． 2 坝体填筑 上坝运输采用 了自卸汽车直接运输上坝和移动 式斜坡车联合运输上坝两个方案。 自卸汽车直接运 输上坝具有简单 、 安全和可靠 的特点 ， 被广泛用于面 板堆石坝的施工 中， 在宽 阔河床 中可以达到很 高的 运输强度。移动式斜坡车联合运输上坝 由两组轨道 构成 ， 每组轨道上分别有移动 式斜坡 车通 过钢丝绳 和滑轮与卷扬机连接。系统工作时重车就位于斜坡 轨道的上平台， 靠重力随斜坡车一 同下滑 ， 同时位 于 另一轨道上的空车将被拉 至上 平台 ， 斜坡车 的制 动 和速度 由电动机控制碾压参数 ， 见表 1 。 表 1 碾压试验成果表 4 ． 3 坝体填筑分期 坝体分期应满足坝体施工安全 、 坝体渡汛方式 、 提前发电、 坝体均匀上升等要求。坝体渡汛的最优 方式是坝体在截流后的第 1 个枯水期填筑到安全渡 汛水位 ， 坝体不过流 ， 靠 临时断面挡水。该 面板堆石 坝体采用断流 围堰隧洞导流方式 ， 围堰导 流标 准为 枯水期1 0 a 一遇洪水 ， 而渡汛标准 ( 库水位 ≥1亿 n l 。 时 ) 为频率 P=1 ％洪水 ， 相应水位 1 0 2 1 ． 7 m高程。 后期导流洞封堵后按 P= 0 ． 2 ％洪水度汛 ， 坝前最高 水位到1 0 9 8 m 高程 ， 要求封堵导流洞后汛前坝体临 时断面要在1 0 9 8 m高程 以上 ， 考虑到高水位用堆石 挡 水 存 在 的风 险 ， 1 1 0 0 i n 高 程 以 下 面 板 也 要 求 完成 。 4 ． 4 面板分期 面板分期 应保证 安排在 气温较 低 的枯 水期施 工 ， 且面板施 工时相应 坝体应 自然沉 陷 >1 5 0 d ， 最 好经历一个汛期施工工程量不宜过大 ， 保 证面板施 工不 占直线工期 ； 同时尽量使坝体提前挡水发 电， 以 提高经济效益 ， 避免靠较高 的填 筑堆 石体挡水渡汛 ． - - —— 9 4 ．．．— — 引起的风险； 此外 ， 面板上游 的防渗黏 土、 保 护石渣 须在围堰保护下施工 ， 并应有足够的施工时间。 5 结语 在混凝土面板堆石坝施工过程 中 ， 要保证对混 凝土浇筑过程的质量 控制 ， 认真落实面板混凝 土的 保湿、 保温措施 ， 防止 面板 表面发生温度裂缝 ， 同时 还应编制施工安全管理方案 ， 对面板施 工中的危险 源进行辨识 ， 从而确保工程顺利完工。 参考文献： [ 1 ] 范良．高混凝土面板堆石坝的设计与施工[ J ] ．工程项 目， 2 0 1 1 ( 1 7 ) ： 2 7 ． [ 2 ] 金元伟 ．关于混凝土面板堆石坝设计 的两点思考 [ J ] ． 施工技术， 2 0 1 2 ( 1 5 ) ： 1 2 8 ． [ 3 ] 胡泽文 ．浅谈钢筋混凝土面板堆石坝的设计与施工[ J ] ． 水利工程， 2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 2 3 7 ． [ 4 ] 单景有， 伊树文， 马治人 ．刍议面板堆石坝施工[ J ] ．黑龙 江水利科技 ， 2 0 0 7， 3 5 ( 0 2 ) ： 2 0 1 ．