金川水电站混凝土面板堆石坝施工设计特点.pdf

金川水电站混凝土面板堆石坝施工设计特点 周丹顺 侯 江炜 ： ( 1 西北勘 测设计研 究院 陕西 西安7 1 0 0 6 5 ； 2 陕西省水利 电力勘测设计研 究院 陕西 西安7 1 0 0 0 1 ) 摘要金川水 电站大坝是建造在深厚覆盖层上的混凝土面板堆石坝， 本文从坝肩开挖、 坝体填筑等几 个方面论述大坝施工设计特点， 尤其是对坝面作业及料场开采进行详细分析， 从施工角度论证 了大坝设计 的合理性。 关键词 金川水电站； 混凝土面板堆石坝； 施工设计特点 中图分类号： 1- V 6 4 1 4 + 3 文献标识码： B 1工程概况 金川水电站工程为大渡河干流规划中 的第六 个梯级电站 ，坝址位于 四川省金 川 县城以北约 1 3 k m处， 距成都约 4 2 5 k m 。电 站任务以发电为主， 装机容量为 8 6 0 M W。 本工程属二等大( 2 ) 型工程， 水库库容 4 8 7 7 5 亿 m ，枢纽建筑物主要由混凝土面 板堆石坝、 右岸两孔溢洪道和一条泄洪洞、 左岸输水建筑物及地下厂房等组成。 工程计划于 2 0 1 5年 1 0月初开工 ， 2 0 1 7 年 1 1 月中旬主河床截流 ， 2 0 2 0 年 5 月初下 闸蓄水 ， 2 0 2 0 年 6 月底首台机组发电， 2 0 2 1 年 3 月底完建。总工期为 5 年 6 个月， 其中 第一台机组发电工期为4 年 9 个月。 2大坝设计 金川水电站大坝为混凝土面板堆石 坝 ，建造在 深厚覆盖层 上 ，最大坝 高 1 1 2 0 m 。 坝 顶 高程 2 2 5 8 m，坝 顶长 度 水直接导入下游河床。根据坝体下游浸润 线出逸点高度， 结合加坝实际情况， 拟在下 游坝坡脚设置组合式反滤排水体。 4 2 延伸放水卧管， 增加控制盖板 西沟水库原放水建筑物由放水卧管、 放 水涵洞和明渠陡坡组成， 位于大坝右岸。本 次设计拟对卧管延伸， 一级陡坡段进行加固 处理 ， 拆除1 13 级陡坡段新建， 延伸到下游 沟底石坎处。具体方案为先清理风化石渣， 对已损坏严重的部分卧管进行加固， 新延伸 安装卧管6 节， 安装卧管控制闸门2 4 套， 对 严重剥落的部分， 采用水泥砂浆抹面处理。 4 -3 修建放水道路 目前西沟水库枢纽没有通行放水卧管 道路， 本次除险加固， 修筑上坝放水道路长 3 5 0 m 。 根据道路设计有关规范， 标准路面设 计宽度 2 0 m ， 路肩宽度 1 O 5 m， 路基宽度 2 5 m；路基设计压实 系数 为 0 9 3 。路面为 1 0 c m厚砂砾石层路面， 基础为原土夯实路 基。在道路边设置排水沟，断面型式为梯 形， 底宽 3 0 e m， 深 4 0 e m， 为浆砌石结构。 4 4陡坡 段加固 泄水 涵洞 出口处 接 3 5 m长 的明渠段 ， 坡比i = l 1 0 0 ， 明渠段出口处接一级陡坡段 斜长 4 8 m ， 坡比i = 0 0 8 3 。断面型式为矩形， 尺寸为 1 0 m 0 8 m( 宽 高) ， 为 C 2 5现浇 钢筋砼挡墙结构 ， 墙宽 0 2 5 m， 墙高 0 8 m， 底板厚度 0 2 m， 基础采用 0 3 m厚的浆砌石 层。 现陡槽底部受水流冲刷破坏严重， 本次 进行加固处理， 采用 C 2 5现浇砼衬砌 ， 厚度 O 1 m。一级陡坡段出口处接二级陡坡段原 斜 长 1 8 5 m，坡 比 i = 0 3 3 3 。断面型式 为矩 形 ， 尺寸为 1 0 m0 8 m( 宽 高 ) ， 为 C 2 5现 浇钢筋砼挡墙结构 ，墙宽 0 2 5 m ，墙高 O 8 m， 底板厚度 0 2 m ， 基础采用 0 3 m厚的 浆砌石层。 现陡槽受水流冲刷及冻融破坏， 再加之原施工质量不过关， 需拆除后新建， 本次新建二级陡坡段斜长 2 3 6 3 m，坡 比 i = 0 4 。 断面型式为矩形 ， 尺寸为 1 0 m0 8 m ( 宽高) ， 采用 C 2 5现浇钢筋砼挡墙结构， 墙 宽 0 2 5 m， 墙 高 0 8 m， 底板 厚度 0 2 m， 基 础采用 O 3 m厚的浆砌石层。 4 5 改建防汛道路 目前水库枢纽对外交通为土路 ，长度 0 5 k in 。 水库除险加固后， 应提高防汛道路等 级， 对土路进行改造。根据道路设计有关规 范 ， 标准路面设计宽度 3 5 m， 路肩宽度 2 0 5 m ， 路基宽度 4 5 m 。路基设计压实系数为 0 9 3 。 路面为 1 0 c m厚砂砾石层路面， 基础为 原土夯实路基。在道路两边设置排水沟， 断 面型式为梯形， 底宽 3 0 e ra， 深 3 0 e m， 内边坡 为 1： O 3 。路基两侧为耕地时修土质排水 沟， 其余晴况下修浆砌石排水沟。 4 6大坝安全监测设 计 根据西沟水库除险加固工程实际情 况，考虑西沟水库枢纽大坝为已成V等小 ( 2 ) 型工程， 结合大坝特点只进行水文、 气 象的观测设计， 水文 、 气象观测项目包括上 游水位和降雨量观测。设计在上游库区适 当位置布置水位观测点 1 个 ，在合适部位 布置 1 个降雨量观测点。水位采用水尺观 测， 用雨量简观测降雨量。 4 7 加强水库管护 由横山县赵石畔镇大坪村管理的西沟 水库， 一直没有正式编制定员， 水库建库至 今， 一直无专门的管理办公设施及观测、 监 测设施、 无防汛抢险物资等。 在运行管理方 面， 无专职管理人员， 规章制度有待健全， 没有资料整理、 分析， 达不到规范要求。除 险加固工程竣工验收后 ，原水库的隶属关 系不变， 但应根据水库新的管理运行要求， 调整充实管理人员，对水库调度运用进行 统一管理， 使水库的管理工作走向科学化、 规范化、 制度化， 确保水库长期安全运行。 根据该水库以后的运行特点和功能，其运 行管理由乡村负责，由乡村批定 2 名专职 管理人员， 负责水库的日 常运行管理工作。 5结语 鉴于西沟水库存在影响使用和安全 的 问题 ， 为恢 复水 库正 常 功能 ， 发 挥其 应 有的效益和作用 ，拟对水库进行除险加 固。针对水库大坝、 放水建筑物、 防汛道 路、 无监测设施等存在问题， 提出培厚大 坝， 修复下游坝脚坝体 ， 整修坝坡并对迎 水坡和背水坡进行防护 ， 增建坝面排水系 统和坝后排水体 ，延伸放水建筑物卧管， 增设卧管进口闸门，明渠陡坡段加固， 修 筑放水卧管道路。此外 ， 还建议增设大坝 安全监测设施 ， 增加管理设施 ， 增设防汛 通讯、 预警设备等 ， 以确保除险加固后的 水库满足新形势需要。 利 ( 责任编辑： 黄灵芝) ( = ) ( j - C r o 2 7 5 7 8 m，顶宽 1 0 m，坝体分为上游铺盖 区 ( 1 A) 、 盖 重 区( 1 B) 、 垫层 区( 2 A) 、 特殊 垫 层 区( 2 B ) 、 过渡区( 3 A) 、 主堆石 区( 3 B ) 、 反滤 料( 3 E ) 、 下游堆石区( 3 c ) 、 下游护坡( 3 D) 和 混凝土 面板 ( F ) ，大坝坝体 填筑 总量为 4 7 1 3 3 万 m 。大坝基础为覆盖层 ， 河床部位 趾板置于覆盖层上， 由连接板与上游混凝土 防渗墙连接。坝基采用一道厚 1 2 m的混凝 土 防渗墙 ， 最大深度约 5 4 8 i n ， 防渗墙底部 嵌入基岩 1 m， 下接一排防渗帷幕 ， 帷幕灌浆 最 大深度 约 7 1 5 m。 3施工导流 金川水电站主要建筑物为 I 级， 导流建筑 物为级， 初期导流标准按 P 一 5 设计 ， 洪水 流量为4 1 9 0 m 3 s 。 施工期坝体临时拦洪度汛标 准按 P ： 1 设计，相应洪峰流量 5 4 0 0 m 3 s ， 坝 前相应水位为 2 2 2 1 0 m ， 在从坝底最低趾板底 算起坝高 7 5 m处。本工程采用围堰一次拦断 河床的全年隧洞导流方式。主河床填筑上、 下 游土石围堰挡水 ， 导流洞和泄洪洞联合泄流。 4坝肩开挖特点 本工程地形、 地质条件复杂， 两岸坝肩岸 坡较陡峻， 开挖工程量大， 其中左坝肩与电站 进水口及出线平台结合开挖， 边坡最大开挖高 度 2 7 5 m； 右坝肩则与溢洪道结合开挖， 边坡最 大开挖高度 2 0 0 m ，坝肩开挖为工程施工关键 项 目 之一。根据施工进度计划， 左、 右岸坝肩 边坡需要在截流前挖至河床水位附近， 为截流 后基坑开挖创造条件。 本工程坝肩开挖特点是按 自 上而下、 分层 开挖 ， 分段高度要考虑与坝肩道路布置一致。 施工道路布置除利用上坝公路外 ， 结合后期坝 体填筑运输道路还需从左、 右两岸各修建不同 高程一定数量的岸坡道路进入开挖区域。根 据坝体填筑和坝肩开挖要求及坝区两岸地形 条件， 左岸上游道路布置有 2 1 6 5 0 m( 低线公 路 ) 、 2 2 0 1 5 m ( 上游围堰顶高程) 、 2 2 2 8 0 m ( 电 站进水口高程) 、 2 2 5 8 0 m ( 坝顶高程) 共 4 层开 挖道路 ； 左岸下游道路布置有 2 1 6 5 0 m ( 低线 公路) 、 2 2 5 8 m ( 坝顶高程) 共 2 层开挖道路； 右 岸 上游道路布置有 2 1 6 5 0 m ( $ 2 1 1 公路 ) 、 2 2 2 5 0 m ( 溢洪道进口高程) 、 2 2 5 8 0 m ( 坝顶高 程)共 3 层开挖道路；右岸下游道路布置有 2 1 6 5 0 m ( S 2 1 1 公路) 、 2 2 2 5 0 m ( 溢洪道进 口高 程 ) 共 2层开挖道路。 两岸坝肩开挖计划于 2 0 1 6 年 8 月初至 2 0 1 7 年 1 0 月底完成， 历时 1 5 个月。 采用钻孑 L 爆破施工 ， 以R O C 一 7 1 2 型钻机为主， 局部手风 钻配合， 沿设计边坡线采用预裂( 或光面 ) 爆 破， 梯段高度 1 0 m 1 5 m， 开挖石渣在 2 1 6 0 0 m 高程建截渣平台及河床堆集， 用 3 m ， 装载机配 2 0 t 自 卸汽车及时清除。 左坝肩 2 1 6 0 0 m以上 开挖高度 2 7 5 0 m ，月平均开挖高度 1 8 3 m； 右 坝肩 2 1 6 0 0 m以上开挖高度 2 0 0 0 m ，月平均 开挖高度 1 3 3 m 。完成石方明挖 9 2 5 4万 m 。 ， 平均开挖强度 6 1 7 万 m 3 月。 5坝体填筑特点 本工程混凝土面板坝最大坝高 1 1 2 0 m， 总填筑量约4 7 1 3 3 万 m ，高峰月填筑强度约 3 1 9 万 r n 3 月。坝体填筑特点是填筑料种类 多， 道路使用强度高、 坝面作业强度大等。 5 1 填筑道路强度分析 坝体填筑采用自卸汽车直接运输上坝方 案， 由于两岸岸坡陡峭， 且枢纽建筑物布置比 较紧凑， 所以很难设置分层岸坡道路来满足坝 料运输， 考虑本工程块石料场及倒运场均位于 下游， 所以上坝填筑只能通过下游低线道路一 下游围堰一基坑一坝坡“ 之” 字型道路来进行 坝料运输。 主干道路基宽 1 1 5 m， 路面宽 9 0 m， 最大纵坡控制在 8 以内， 高峰月填筑强度约 3 1 9 万 r n 3 ， 采用 3 2 t 的自卸汽车， 实行每天 3 班倒 ，按 2 0小 时计算 ，每小时上料车数 =3 1 9 0 0 0 ( 2 5 d x 2 0 h 1 4 5 m 3 ) = 4 6车。因为只 有卸料时间占直线时间，每台车卸料时间为 1 3 mi n ，每 小 时上 坝方 量 可 以达 到 6 6 7 m 8 5 5 m 。运料车辆车速按 1 0 k m h 控制， 两台车 之间距离可以达到 1 3 0 m ，道路设置满足施工 要求 。 5 2 坝面作业强度分析 坝面施工主要分卸料一摊铺一碾压一质 检 4 道工序， 流水作业施工。采用平行于坝轴 线方向分区， 全断面平起上升， 进占、 后退相结 合的混合法卸料， 每个区的长度根据碾压设备 最有效施工长度确定 ，一般在 5 0 m 6 0 m左 右。 铺料厚度 8 0 c m1 0 0 e m， 采用 3 2 0 H P推土 机平料， 碾压 8 遍。根据公伯峡水电站施工经 验 ： 一台振动碾 日产量为4 4 3 2 m ( 每班工作 3 小时， 每E t 三班) ， 本工程坝体填筑最高强度为 3 1 9 万 月， 每月按 2 5 天计， 日 强度为 1 2 8 万 m 3 日；应配置振 动碾 台数 为 1 2 8 0 0 4 4 3 2 = 2 8 7 台， 考虑备用， 配置 1 9 t 自行式振动 碾4台， 满足最大强度需要。 5 - 3 料场开采强度分析 本工程使用的石家沟料场位于坝址左岸 下游约5 k m处， 料场开采分覆盖层剥离、 有用 层钻孔爆破、 有用层运输三道工序进行循环作 业。采用分台阶自上而下微差挤压控制爆破 技术， 边坡开挖采用预裂爆破。 由于下游堆石体全部利用工程开挖料， 从 倒运场运输上坝， 所以料场开采料主要满足主 堆石料需求，开挖工作面宽度 2 3 0 m 3 3 0 m， 梯段高度 1 2 m ， 按 4 排孔起爆， 那么一次起爆 的方量约为 2 7 O 万 In ，大于两天的坝体填筑 量( 1 2 8 万 m 3 2 天 = 2 5 6万 rl l ) ， 因此本工程 料场开采强度可以满足坝体填筑要求。 5 4 坝体填筑分期分析 金川水电站坝体最大高度为 1 1 2 m， 填筑 设计分两期，一期在截流后的第二个汛前， 即 2 0 1 9 年 5月下旬填筑到2 2 3 0 0 m高程，满足 拦挡 1 频率洪水的要求 ， 该时段大坝共填筑 3 8 2 7 万 m 3 ， 填筑时间约 1 2个月， 平均填筑强 度约 3 1 9 万 m 3 月。二期则完成剩余部分填 筑，即 2 0 1 9年7 月底填筑到防浪墙基础高程 2 2 5 4 0 m ， 填筑方量约 3 9 + 5 6 万 r l l ， 填筑时间 2 个月， 平均填筑强度约 l 9 8 万 m 3 月。 考虑本工程覆盖层深厚， 所以坝体填筑完 毕后的预留沉降期安排了6 个月， 待其充分沉 降后再进行面板施工， 根据国内同等坝高的公 伯峡、 察汉乌苏、 积石峡经验 ， 本工程混凝土面 板施工不分期，一次施工完毕。时间安排在 2 0 2 0年 2月 3月 ， 历时 2 0个月 。 6结语 随着工程的不断进展 ，施工设计将进行 更深入的研究，结合已建类似工程的经验和 实践 ，提出施工设计应把握好以下的几个关 键 问题 ： ( 1 ) 选择合理的初期及中、 后期度汛水位 对大坝分期填筑强度有重要影响， 涉及到能否 按期实现发电目标， 所以应对导流方案进行详 细研究 。 ( 2 ) 高山峡谷区的道路布置较为困难， 考 虑到枢纽布置紧凑的特点， 无法分层布置填筑 道路， 只能通过坝后“ 之” 字路上坝， 所以对道 路的等级和布置需要重点研究。 ( 3 ) 本工程大坝覆盖层基础深厚 ， 需要充 分考虑坝体沉降， 所以大坝填筑到顶后， 从雨 季开始沉降 ， 根据施工进度安排， 沉降期应尽 可能地 长些 。 ( 4 ) 对于混凝土面板堆石坝这种当地材 料坝应该尽可能利用工程开挖料，减少料场 开挖， 从而达到减少渣场用地 ， 节约投资的目 的。陆 删 ( 责任 编辑 ： 黄灵芝 )