北盘江光照水电站200171级碾压混凝土重力坝筑坝特点与创新.pdf

水利水电技术第 4 4卷2 0 1 3年第8期 北盘江光照水电站 2 0 0 m 级碾压混凝土 重力=l贝 筑1 贝 特点与创额 陈能平 ，龙起煌 ( 中国水 电顾问集团 贵阳勘测设计研究院，贵J ,i1贵阳 5 5 0 0 8 1 ) 摘要：光照水电站大坝是 目前世界上 已建成的最高碾压混凝土重力坝。本文对光照碾压混凝土重力 坝筑坝布置与设计、筑坝材料与温控措施 、创新技术等作 简要介绍 ，其技术创新性和施工方法的特殊 性可为类似工程提供参考。 关键词 ：光照水电站 ；碾压混凝土重力坝；筑坝技术 ；北盘江 中图分类号 ：T V 6 4 2 3 ( 2 7 3 ) 文献标识码 ：B 文章 编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 3 ) 0 8 0 0 3 2 0 4 Co ns t r uc t i o n c ha r a c t e r i s t i c s a nd i nn o va t i o n o f RCC g r a v i t y da m wi t h h e i g h t o f o v e r 2 0 0 m f o r Gua ng z ha o Hy d r o p o we r S t a t i o n o n B e i p a n j i a n g R i v e r C H E N N e n g p i n g ，L O N G Q i h u a n g ( H y d r o c h i n a G u i y a n g E n g i n e e ri n g C o r p o r a t i o n ， G u i y a n g 5 5 0 0 8 1 ， G u i z h o u ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e d a m o f G u a n g z h a o Hy d r o p o we r S t a t i o n i s t h e w o r l d - w i d e l y h i g h e s t R CC g r a v i t y Da m a t p r e s e n t Th e l a y o u t a n d d e s i g n，d a m c o n s t r u c t i o n ma t e r i a l s a n d t e mp e r a t u r e c o n t r o l me a s u r e s ，i n n o v a t i v e t e c h n o l o g i e s f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e d a m a r e b ri e fl y d e s c ri b e d h e r e i n， a s t h e p a r t i c u l a ri t i e s o f i t s t e c h n i c a l i n n o v a t i v i t y a n d c o n s t r u c t i o n me t h o d c a n p r o v i d e s o me r e f e r e n c e s f o r t h e s i m i l a r p r o j e c t c o n c e r n e d K e y w o r d s ： G u a n g z h a o H y d r o p o w e r S t a t i o n ；R C C g r a v i t y d a m； d a m c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y ；B e i p a n j i a n g R i v e r 1 工程概况 光照水 电站位于贵州省关岭县和睛隆县交界的北 盘江 中游 ，是北盘江干流的龙头梯级电站 ，也是贵州 省“ 西电东送 ” 第二批 建设 的大型水 电项 目之一。光 照水 电站距贵阳市 1 6 2 k m，距安顺市 7 5 k m，以发电 为主，结合航运，兼顾其他综合效益 ，在电力系统中 主要承担调峰 、调频 、事故及负荷备用 。 光照水 电站 为 I等大 ( 1 ) 型工程 ，主要建筑 物 大坝 、泄洪及引水发 电系统按 1级建筑物设计 。大 坝设计 洪水标准为 1 0 0 0年一遇 ，相应人库洪峰流 量 1 0 4 0 0 I n s ，校核洪水标准为 5 0 0 0年一遇 ，相应 入库洪峰流量 1 1 9 0 0 m s 。坝址以上控制 流域 面积 1 3 5 4 8 k m ，多年平均流量 2 5 8 i n s ，多年平均径流 量 8 1 1亿 I T I 。 。水 库 正 常 蓄水 位 7 4 5 I n ，总 库 容 3 2 4 5亿 i n ，调节库容 2 0 3 7亿 in 。 ，为不完全多年调 节水库。电站有 4台发电机组 ，总装机容量 1 0 4 0 M W， 年发电量 2 7 5 4亿 k W h 。工程枢纽建筑物由2 0 0 5 in 高碾压混凝土重力坝、坝身泄洪系统、右岸引水系统 及地面厂房等组成。 2 大坝布置与设计 2 1 大坝布置 光照坝址地处高山峡谷和复杂岩溶地区，大坝为 全断面碾压混凝土重力坝 ，坝顶高程 7 5 0 5 in，最大 坝高 2 0 0 5 in，坝体上 、下游坝坡分别为 1 ： 0 2 5和 1 ： 0 7 5 ，非溢流坝段坝顶宽度 1 2 in，坝体最大底宽 1 5 9 0 5 in，坝顶 全长 4 1 0 in，共分 2 0个坝 段。左 、 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 5 0 2 作者简 介：陈能平 ( 1 9 6 1 一 ) ，男 ，教 授级高 级工程 师 ，院副总工 程 师。 Wa te rRe s o u r c e s a n dHy d r o po we r En g i n e e r i n g Vo 1 4 4 No 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 右岸非溢流坝段分别长 1 6 3 m和 1 5 6 m，河床溢流坝 和底孔坝段长 9 1 m。 泄水建筑物 由坝身 3个溢 流表孔和 1个放 空底 孔组成 ，表孔承担 宣泄洪水 ，底 孔承担水库放 空任 务。表孔布置在河床 中部 ，堰顶高 程 7 2 5 m，每孔 净宽 1 6 m，设有 1 6 m2 0 m( 宽 高 ) 的弧形工作 闸门和平板 检修 门 ，出 口采 用窄缝 挑流 消能方 式 ， 校核洪水最大泄量 9 8 5 7 m s 。底孔 位于溢 流表孔 的右侧 ，进 口底 板高程 6 4 0 m，进 口段孔 口尺寸为 4 I l l 6 5 m( 宽 高) ，设有检修 门和事故 门 ，出 口 设置 4 m6 m弧形 工作 闸 门，出 口采用 转折 导墙 和斜鼻坎挑流消能方式 ，最大泄量 7 9 9 m s 。 光照大坝坝体 混凝 土总量约 2 8 0万 m ，其 中碾 压混凝土约 2 4 0万 m ，常态混凝土约4 0万 m ，碾压 混凝土约占坝体总量的 8 6 。 2 2 坝体结构设计 在满足工 程安 全 的前 提下 ，“ 结构 简单 、方便 施工” 是光 照大坝布 置和结构设 计 的理念 ，正是 这 一 理念有效地为碾压混凝土快速施工创造 了有利条 件。 2 2 1 坝体防渗结构及 混凝土分区 光照大坝按全断面碾压混凝土设计 ，坝体混凝土 材料分为常态混凝土、碾压混凝土和变态混凝土 3大 部分。光照水 电站 2 0 0 m级高碾压混凝土坝防渗结构 仍 以二级配富胶凝碾压混凝土为主 ，上部 4 0 m坝高 范围则直接 以三级配碾压混凝 土防渗。同时大坝上游 面辅以 0 81 0 m厚的变态混凝土 防渗。根据材料 强度要求 ，光照大坝以高程 6 0 0 m和 6 8 0 m为界将碾 压混凝土分为 RI 、R 、R 3个区 ，混凝土强度等级 从下往上分别为 c 9 0 2 5 、c 9 。 2 0 、C 1 5 。大坝 7 1 0 m高 程 以下上游 面均采用变态混凝土与二级配碾压混凝土 组合防渗 ，二级配碾压混凝土水平宽度根据作用水头 不同采用3 1 3 ln 不等；大坝7 1 0 r n 高程以上上游面 则采用变态混凝土与三级配碾压混凝土防渗 。坝体混 凝土典型分 区如图 1 所示 。 由于河床坝 段大坝高度 达 2 0 0 5 m，坝基 应力 较大 ，并受到地基变形和约束 的影 响 ，同时还 有坝 基抗滑稳定 的要求 ，因此 ，对坝基垫层混凝 土的强 度和抗剪断参数的要求较高，考虑开挖不平整度等 因素 的影 响 ，河 床部 位 建基 面设 置 了 1 5 m 厚 的 常态混凝土垫层 。两岸坝基直 接采 用变态 混凝 土。 泄水建 筑 物过 流 面水 流 流速 较 大 ，在 底孔 、溢流 面 、闸墩及导 墙 等部 位 采用 强 度较 高 的 常态 混凝 土 。 水利水电技术第4 4卷2 0 1 3年第8期 陈能平， 等北盘江光照水电站 2 0 0 m级碾压混凝土重力坝筑坝特点与创新 图 1 坝体混凝土分区( 高程单位：m；尺寸单位 ：c m) O O 2 2 2坝体排水及廊道布置 坝体排水管布置在上游二级配碾压 混凝 土的下 游侧 ，自左岸到右岸形 成坝体排水幕。坝体排水孔 采用预埋盲沟管和钻孔相结合 的形式。排水孔管径 1 1 01 5 0 m m，间距 34 m；其 中 ，6 1 2 m高 程 以 下全部采用预埋 盲沟管方式 ，6 1 2 m高程 以上则采 用预埋 管 与钻 孔相 结合 ，以钻孔 为 主。各层 坝 体 排水管在不 同高 程位 置均 引 至相 应 高程 的坝 体廊 道 内。 为了充分发挥碾压混凝 土筑坝大仓 面碾 压和快 速施工 的特点和优势 ，坝 内廊道布置 以尽 可能简化 和减少施工干扰为原则，结合两岸灌浆廊道及两岸 坝基较 陡而 分层 布 置灌 浆 、交通 及 观测 廊道 的现 状，分别在坝体内 5 6 0 n -i 、6 1 2 m、6 5 8 m和 7 0 2 m 高程处布置 4层水平廊道 ，在 1 3 坝段 布置 电梯 井 及楼梯井形成竖 向交通通 道 ，6 1 2 m高程 以上 的各 层廊道 与电梯井连通并通过交通廊道与坝后交通平 台连通 。 2 2 3坝 体分 缝及 止水 大坝共分 2 0个坝段 ，最大坝段宽度为 2 5 m，最 小坝段宽度为 1 6 6 m，大部分坝段宽度为 2 0 m。坝 体横缝采用切缝机间隔切缝形成 ，切缝面积为缝面面 积的2 3 ，坝体不设纵缝。 坝体上游侧横缝 6 5 8 m高程以下设 3道 1 8 m m 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陈能平， 等北盘江光照水电站 2 0 0 m级碾压混凝土重力坝筑坝特点与创新 表 1 光照大坝混凝土设计配合比 砂 率 石子级配 胶凝材料用量 k g 1 1 1 减水剂 引气剂 值 含气量 混凝土型号 水胶 比 ( 大 ： 中 ： 小 ) 水 水泥 粉煤灰 砂 大石 中石 小石 s R 1 C9 o 2 5W8 F1 0 0 1： 0 4 5 3 2 3 5： 3 5： 3 O 7 6 8 4 5 8 4 5 7 0 3 5 3 0 5 3 0 4 5 5 O 7 0 2 3 7 4 4 R I1 Cg o 2 0W6F 1 0 0 1： 0 4 8 3 2 3 5： 3 5： 3 O 7 6 7 1 2 8 7 1 7 0 5 5 3 2 5 3 2 4 5 6 O 7 O 2 4 1 4 2 RC9 o 1 5W6 F 5 0 1： 0 5 0 3 3 3 5： 3 5： 3 0 7 6 6 0 8 91 2 7 3 8 5 2 9 5 2 9 4 5 3 O 7 0 1 5 3 8 3 6 厚的“ w” 型紫铜片止水，6 5 8 n l 高程以上设 2 道 1 6 m m 厚的“ w” 型紫铜 片止水 。止水部位横缝周边采用变 态混凝土 ，缝间用沥青杉板分隔。 3 筑坝材料及温控措施 3 1 筑坝材料及设计配合比 光照混凝土重力坝工程进行了多种水泥 、粉煤灰 的比选 ，最后选用贵州六枝畅达水泥有限责任公司生 产的 P 0 4 2 5级普通硅酸盐水泥和安顺火电厂生产 的 级粉煤灰。大坝碾压混凝土设计配合比如表 1所 列。 3 2大坝施工温控措施 光照大坝采用全年施工 ，要求高温季节 ( 夏季 ) 仍需进行全坝面碾压施工 ，其主要措施包括控制混凝 土出机 口温度 、减少运输及摊铺过程温度回升、埋设 冷却水管控制坝体最高温度等。 光照大坝温控在 总结工程经验 的基础上 ，将 混 凝土输送皮带机布置在左岸 山体隧洞 中，有效 降低 了外界气温和热辐射对混凝土温度 回升 的影响。在 制冷混凝土出机 口温度控制方面 ，将出机 口温度 控 制至 1 5 o C，将人仓浇筑温度控制至 2 0 ，通过埋 设冷却水管 ，按不 同季节分别 通河水 和 1 5制 冷 水 ，将坝体 内部水化热温升降低 ，控制坝体 内部的 最高温度不 超 过 3 8 。坝 体 表 面采取 覆 盖保 温 、 洒水养护等措施 ，防止外部气温骤降 出现较大 内外 温差 。温控措施相对简单 ，但 经济实用 ，温控效 果 较好 。 4 大坝施工技术及特点 ( 1 ) 施工布置合理紧凑。光照大坝施工布置克服 了狭窄河谷地区布置难的问题 ，综合考虑大坝和料场 的相对位置以及地形特点，合理布置砂石加工系统 、 混凝土生产系统。通过碾压混凝土人仓方式 的比较 ， 采用简单 、高效 、经济的施工布置形式 ，实现了“ 低 投入 、高 产 出” ，为低 成本建 造光 照大坝奠定 了基 础。料场 、砂石加工系统和混凝土生产系统均布置在 左岸 ，混凝土生产系统距左坝肩仅 3 0 0 m，混凝土输 送利用较短的廊道用高速皮带将拌和楼混凝土送到左 坝肩 ，通过箱式满管高效送达仓面。砂石加工系统的 设计处理能力为 1 2 0 0 t h ，混凝土生产 系统 的设计 生产能力为 5 1 2 i n h 。2条箱式满管的最大输送能力 达 5 0 0 i n h 。 ( 2 ) 混凝土入仓及碾压工艺简单实用。光照大坝 采用了简单实用的 自卸汽车直接人仓 ，汽车直接入仓 高度达 8 0 m，将坝 面抬升至 6 3 8 t n高程 ，其上部则 采用皮带机 +箱式满管 +仓面汽车转运的混凝土人仓 方式 ，采用 了平层通仓法和斜层平推立体循环的碾压 施工工艺。经施工优化 ，大坝碾压混凝土最大开仓面 积达 2 1 3 0 0 m ，实现上坝强度最高达到 了 2 2 2 5 X 1 0 m 月。混凝土输送皮带机布置 在左岸 山体 隧洞 中，有效降低了外界气温和热辐射对混凝土温度 回升 的影响。通过简单 、实用 、经济 的施工方法和手段 ， 解决了大仓面通仓碾压及高强度的人仓 问题 ，经济效 益十分显著 。 ( 3 ) 大坝浇筑 速度快 ，质量 优 良。光 照大坝 主 体工程混凝土总量为 2 8 0万 m ，首仓碾压混凝土开 浇时间为 2 0 0 6年 2月 1 1日，高温季 节正 常施工 ， 2 0 0 7年 1 2月 3 1日下闸蓄水 ，2 0 0 8年 2月 6日碾压 混凝土浇筑至坝顶高程 。施工 中，大坝悬挑 牛腿外 侧采用一次性钢筋混凝土预制模板支撑工艺 、大坝 异种混凝土采用 同步上升技术等 ，仅用 2年的时间 就将一座 2 0 0 1T I 级的高坝浇筑 到顶 ，充分体现 了光 照工程施工技术 的先进性及合理性 。光照水电站大 坝碾压混凝土 日浇筑强度达 1 1 1 6 1 i n ( 满管人仓 ) 、 1 3 5 8 2 m ( 自卸汽车人仓 ) 、碾压混凝土最大开仓面 积 达 2 1 3 0 0 i n 。 大坝混凝 土钻孔取 芯，芯样获得率 为 9 8 0 9 、 芯样优 良率为 9 3 6 9 ， b 1 5 0 m m芯样 1 0 i n以上有 1 3根 ，最长完整芯样 1 5 3 3 1T I 。芯样表 面光滑致密 ， 结构密实 ，骨料分布均匀。扣除龄期 9 0 d以下 的混 凝土芯样 ，统计芯样缝面折断率为 2 5 、层面折断 率为 2 3 7 。光照大坝施工速度快 、且工程质量优 良，通过下闸蓄水后 5年多的运行检验表明，光照大 坝运行状态良好 。 水利水电技术第4 4卷2 0 1 3年第8期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 筑坝特点与创新技术 ( 1 ) 光照大坝高 2 0 0 5 m，是世 界上第 一座坝高 突破 2 0 0 m的碾压混凝土坝 。光照工 程位于峡谷 地 区，同属 2 0 0 m级高碾压混凝土坝 ，其设计理念和施 工技术等均与龙滩和米勒 1级大坝存 在较大的区别 ， 有许多独到之处。 ( 2 ) 光照大坝设计简洁，坝 内廊道及孔洞布置充 分考虑了对碾压混凝土施工的干扰 ，为大坝快速施工 创造条件 。坝 内采用预制廊道 、两岸坝基采用变态混 凝土 、非溢流坝上部用三级配碾压混凝土直接防渗等 先进技术。 ( 3 ) 坝基垫层 采用 “ 微膨胀混凝土后 浇带 ” 技术 。 光照大坝河床坝段宽度 2 0 5 m，顺水流方 向长度达 1 5 9 0 5 m，坝基 垫 层混 凝 土厚 度 经 优 化调 整 后 为 1 5 m。要防止该“ 长条形 ” 常态 混凝土 薄垫层不 产 生裂缝 比较困难 。经分析研究 ，工程首次采用 了“ 微 膨胀混凝土后浇带 ” 技术 ，结合基础廊道的布置，沿 基础垫层上下游 方向设 置了 3条宽 1 2 m纵 向后浇 带 ，将大坝基础垫层分 4块浇筑 ，其中混凝土垫层最 大块尺寸为 2 0 5 m X 4 6 8 5 m，最小块尺寸为 2 0 5 m 3 3 8 m，使基础 约束 可能产生 的变形收缩得 以释 放 ，同时在混凝土中外掺 3 8 含量 的氧化镁 ，大大 降低了温控防裂 的难度。 ( 4 ) F U K O管坝基接触灌浆技术 。光照大坝使用 了 F U K O管坝基接触灌浆技术 ，利用 F U K O管单向出 流的特点 ，替代传统的接触灌浆系统。该技术具有重 复灌浆功能 ，且埋设简单方便 ，为坝基接触灌浆进行 了有益的探索与尝试 。 ( 5 ) 首次实施岸坡坝基混凝土早龄期造孔 固结灌 浆技术。为解决两岸坝基 固结灌浆与大坝碾压施工的 交叉和干扰问题 ，光照工程成功利用碾压大升程的间 歇期 ，从大坝碾压 间歇仓 面平台实施早龄期 钻孔灌 浆。碾压混凝土 3 d龄期即可钻孔施灌 ，突破了 7 d 强度方可钻孔 的一般要求。在大大加快施工进度的同 时 ，保证 了有盖重灌浆和灌浆质量 ，为连续快速碾压 施工创造 了条件。这种 固结灌浆施工方法为峡谷地区 类似工程提供 了较好经验借鉴。 ( 6 ) 超高掺粉煤灰碾压混凝土筑坝技术。为降低 混凝土水化热温升和简化温控措施 ，在大量室 内试验 论证的基础上 ，提 出了“ 超高掺粉煤灰碾压混凝土 ” 筑坝材料新技术 。碾压混凝土通过采 用聚翔 酸外加 剂 、提高粉煤灰掺量和降低水泥用量 ，达到减少水化 热温升 的目的。此项技术首次在光照大坝进行了生产 水利水电技术第 4 4卷2 0 1 3年第8期 陈能平， 等北盘江光照水电站 2 0 0 m级碾压混凝土重力坝筑坝特点与创新 性应用，并取得成功。相比传统的碾压混凝土而言， 水泥用量减少 3 4 ，粉煤灰增加 3 2 ，用水 量减少 1 2 。 ( 7 ) 岸坡 坝基变 态混凝土筑 坝高度 从 1 0 0 m级 提高到 2 0 0 m级 ，具有突破性 和开创性 的意义 。对 于高坝而言 ，坝基采 用常态 混凝土 垫层较 为广泛 ， 但光照坝址地处狭窄河谷地区 ，岸坡坝段 常态混凝 土垫层 的设置将 给施 工带来 诸多不便 ，施工工序 复 杂 ，影 响工期 。为充分发挥碾压混凝土 的快速施 工 优 势 ，施工阶段结合 固结灌浆方案 的优化 ，仅在河 床部位设置了 1 5 m厚 的常态混凝土垫层 ，岸坡 坝 段则将常态混凝土垫层优 化调整为水平厚度 1 m的 变态混凝土。优化后的两岸坝基变态混凝土直接 与 大坝 同区域 、同强度 的碾压混凝 土 同步施工上 升 ， 解决 了坝基 固结灌浆和原岸坡常态混凝 土垫层之 间 分期施工的干扰 ，大大简化 了施工难度 ，加快 了工 程施工进度 。 ( 8 ) 全坝面 、不 间断 、立 体循 环 的大规模 斜层 碾压技术。光照大坝从 5 6 6 m至 7 4 9 m高程采用斜 层平推铺 筑法 。斜层 坡度为 1 ： 1 21 ： 1 5，将 斜层 碾压仓面应用到整个大坝仓面 ，进行 了从右岸到左 岸 、从 下游 到上 游 的全 坝 面斜 层碾 压 ，首次 实 现 了大 坝全 坝 面 、不 问断 、立体 循环 、连续 碾 压 上 升 。大坝碾 压混 凝土 最 大开 仓 面积 达 2 1 3 0 0 m ， 碾压混凝土直接摊铺覆盖面积约5 5 0 0 m 。斜层碾压施 工 的混凝土量 占大坝碾压混凝土总量 的 9 2 ，斜层 碾压总升层 1 8 3 m，月最大升程 1 5 m。做到 了快速 碾压 、快速覆盖 ，减少混凝土温度倒灌 ，对 于仓 面 雨水 的排除和加快碾压混凝 土的施工速度均达到了 较好的效果。这项技术为峡谷地 区高碾压混凝 土坝 快速施工提供了经验 ，值得推广和借鉴。 6 结语 光照大坝从 2 0 0 6年 2月开始铺筑 碾压混凝 土， 2 0 0 8年 2月浇筑到坝顶 ，仅用 2年 时间就完成全部 工作量，是碾压混凝土坝快速施工的典范。光照大坝 的成功建成 ，为高碾压混凝土筑坝技术的发展起到了 积极的推动作用 ，同时也为峡谷地区建造 2 0 0 m以上 高碾压混凝土坝提供了参考和借鉴。 光照水 电站工程 已先后获得全国优秀水利水 电工 程勘测设计金质奖、全 国工程建设项 目优秀设计成果 一 等奖 、国家优质工程金质奖和 国际 R C C工程里程 碑奖。 ( 责任编辑郭利娜) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m