乐昌峡碾压混凝土重力坝的实用设计与施工.pdf

第 1 2期 2 0 1 2年 1 2月 广东水利水 电 GU ANGD0 NG W AT E R RE S OURC E S A ND HYDROP OWER No 1 2 De c 2 01 2 乐昌峡碾压混凝土重力坝的实用设计与施工 陈康德 ( 广 东省乐昌峡水利枢纽工程建设 总指部 ，广 东 乐昌 5 1 2 2 0 0 ) 摘要 ：该 文主要从 实用 角度论述碾压混凝 土重力坝的设 计 与施 工。重 点论述碾 压混凝 土重 力坝的宽尾墩 式联合 消能 、 简化坝体、温度缝 、优化细节设计的先进性，以及汽车进仓、机拌变态混凝土、钻孔式止缝孔等施工的实用性。 关键词 ：乐昌峡 ；碾 压混凝土 ；重力坝 ；设计与施工 ；实用性 中图分类号 ：T V 6 4 2 2 文献 标识码 ：B 文章 编号 ：1 0 0 8一【 ) 1 1 2 ( 2 0 1 2 ) 1 2 0 0 0 9 0 3 碾压混凝土坝是 2 0世纪 8 O年代开始发展的坝型。 中国的第一座碾压混凝 土坝 于 1 9 8 6年 在福建坑 口建 成 ，目前 ，中同的碾压混凝 土坝技术在世界上处于领 先地位。 一 座大坝的建设成功 ，不仅要有先进且实用的设 计 ，更要有先进 而可行 的施工技术。广东省乐 昌峡水 利枢纽_T程大坝的成功建成 ，为论述碾压混凝土重力 坝 的实用设计与施工提供了一个很好的案例。 1 工程简介 乐 昌峡水利枢纽T程位于北江上游一级支流武江乐 昌峡河段，枢纽以防洪为主，结合发电，兼顾航运 、灌溉。 坝址以上集水面积为4 9 8 8 k m 2 ，总库容为3 4 4 亿 r n ， ，电站 装机容量为 1 3 2 MW，年发电量为 4 0 8亿 k W 1 。 工程等级为 I I 等大 ( 2 ) 型，主要建筑物级 别为 2 级 ，次要建筑物级别为 3级 。枢纽主要 南碾压混凝土 重力坝 、地下发 电厂房及输水系统等建筑物组成。 碾压混凝土重 力坝最大坝高为 8 4 2 m，坝顶长为 2 5 6 0 m。其中溢流坝段长为 7 8 0 m，布置 于拦河坝 中 段 ，共设 5个溢流孔 ，闸孔孑 L 口尺寸为 1 2 m1 0 7 m， 采用差动式鼻坎挑流消能 。在紧邻溢流坝左侧 的非溢 流坝段 内布置放水底孑 L ，出口尺寸为 3 2 m x 5 5 m ， 采用挑流消能。 发电厂房布置 于大坝 左岸 山体 内，为地下厂房 ， 厂内安装 3台单机容量为 4 4 MW 的水轮发电机组 。引 水 、尾水系统均采用一管一机布置 。 枢纽主体工程主要工程量：土石方明挖为 3 0 8万 m ； 洞( 井) 挖石方为2 3 5 5万 ；碾压混凝土为 2 9 9 1万 1 1 1 ； 常态混凝土为 2 1 2 7万 n l 。 工程设计总T期为 4年，总投资为 3 4 1 l 5亿元 ( 未含输 出工程和旧铁路补偿费用 ) 。 2消能工的优化实用设计 重力混凝 土坝消能工的设计是坝工 的设 计核心。 根据乐 昌峡水利枢纽 工程 的特点 ，全力推进宽尾墩式 联 合 消 能 的 设 计。乐 昌峡 大 坝 的 最 大 下 泄 量 为 8 4 7 0 m s ，消能工的设计关 系到大坝设计的成败。消 能工在最初的设计方案为简单的挑流式消能 ，经多方案 比较及模型验证 ，采用溢流坝设中孑 L 5孔 ，每孑 L 净宽为 1 2 m，溢流前沿总净宽为 6 0 m，溢流坝段总长度为 7 8 m， 两侧边墩下游段向内收缩 、中墩尾部加宽，末端采用差 动式鼻坎挑流式消能。这使水流呈水冠状形成高而窄的 不同长度的水舌 ，水流挑射时 ，有利于空中碰撞及掺气 消能。此经典且实用的设计为广东第一个这种形式 的消 能工设计 ，经过流验证 ，消能效果显著( 见图 1 ) 。 3 简化坝体设计 。便于快速施工 3 1 预制基础灌浆廊道 乐 昌峡大坝基础灌浆廊道长为 3 5 9 1 5 m，断面尺 寸为 2 5 m3 5 m，如果 采用 现浇基础灌浆廊道 ，现 场的模板及钢筋安装 ，且在仓面采用不同的 昆凝土配 比，均难以在 7 d内完成 大坝每 7 d为一升程 ( 3 m) 。 而预制基础灌浆廊道 ，即在大坝仓面混凝土开仓前安 装即可 ，大量节省了施工时间。 3 2 横缝采用诱导缝 重力坝坝体的横缝设置是不可避免的。传统的横 缝缝 中填充物是木板或塑料材料 ，而乐 昌峡大坝共设 置 1 1 段坝段 ，横缝有 1 0条，如果按传统横 缝设计 ， 即形成 2 5 m左右的小坝段 ，而碾压混凝土坝施工的大 仓面是快速施工 的必要 条件 ，因此 ，设置诱导缝是必 然的选择 。 收稿 日期 ：2 0 1 21 01 6 ：修 回 日期 ：2 0 1 21 1 2 2 作者简介：陈康德( 1 9 5 8一) ，男 ，本科，高级 1 =_= 程师，主要从事水利工程设计与施工T作。 9 2 0 1 2年 1 2月 第 1 2期 陈康德：乐昌峡碾压混凝土重力坝的实用设计与施工 N 1 2 【 ) 2 0 1 2 图 1 溢流坝段典型断面 ( 单位 ：高程 m；长度 h i m) 3 3 简化坝体混凝土分区 乐昌峡大坝混凝土分区( 见图 2 ) 是 ：上游面 c 2 0 W 变态混凝土 ( 二级配 ) ，宽 0 5 m； 防渗区 R C C C 2 0 W ( 二级配) ，宽 2 07 0 m；坝体 区 R C C C 1 0 W ( j级配) ；下游面 C 。1 5 W 变态混凝土( 级 配) ，宽 1 5 m； 廊 道边 回填 C 。 2 0 W 变态混 凝土 ( 二级配) ，宽 1 0 m；岩基面混凝 土 1 5 W 常态 混凝土，厚 1 5 m。 从乐昌峡大坝设计与施工的情况分析，大坝的混凝 土分区基本合理。但防渗区 R C C C 2 0 W 及廊道 问填 变态混凝土的施工，占用坝面仓面整体施工时问的 l 3 ， 特别是防渗区，混凝土量少面窄，最容易产生混凝土初 凝及与坝体区区间粗料集中的现象。而拌和楼安排不同 配合比混凝土的拌和及运输 ，都花费一定的时间。 从优化施_丁的角度 ，为利于快速施工 ，研究取 消 防渗区二级配混凝土及廊道边的变态混凝土，统一 采 用 R C C C 。 l 0 W ( 二 三 级配) ，最后用补强固结灌浆以达 到防渗设汁指标 ，这是一个新的课题。而两者造价 基 本持平 ，均为 2 0 0元 m 左右，经济指标也非常合理 l 0 图 2 非溢流坝段典型断面 ( 单位 ：高程 m；长度 m n ) 2 0 1 2年 1 2月 第 1 2期 广 东水 利水 电 N o 1 2 D e o 2 0 1 2 4坝上游面设置温度缝 现在对于碾压混凝土坝的分缝 ，有 2种 截然不 同 的主张 ：一是分缝 ，坝段为 2 03 0 m；二是不设分缝。 大坝产生裂缝的成因是多方 面的，温度变化 的影 响是 产生裂缝的一个主要 因素，因此 ，设置 了温度缝 就可 减少产生裂缝 的可能性 。再者 ，横缝 、温度缝 ，采用 诱 导 乐昌峡大坝坝段为 2 5 m左右 ，而每坝段上游面 中 间再设置 1 道温度分缝 ，缝深距上游面为 3 0 m，用槽 钢止缝 。从建成 的情况来看 ，大坝上游面至今没发现 一 道裂缝 ，除混凝土的温控措施到位外 ，设 置温度缝 是一个主要的因素。但从施 工角度看 ，止缝的槽钢影 响仓面的施工 ，改用止缝孔可能更合理( 见图 3 ) 。 图 3 碾压混凝土重 力坝下游立视示意 ( 单位 ：高程 m；长度 m m J 5 高温季节施工 ，贵在快速 ，不宜设冷却通水管 乐 昌峡 大 坝 碾 压混 凝 土 的最 高 温 度允 许 值 为 冷却水管对于碾 压混凝土 的降温起一定 的作用 ，4 0 2 ，允许温差 1 6 。高温季节 的 7月，多年平均 但从乐 昌峡大坝的碾压现场分析 ，敷设冷却水管并非 温度为 2 8 1 q C。从乐 昌峡大坝的浇筑时段 2 0 1 0年 7月 是保证质量 的最佳途径。从资料 ( 表 1 ) 及现场测试 气温记录统计 ，7月份现场 的平均气温为 2 9 5 ，即 ( 表 2 ) 可知 ，每层 敷设冷却水 管的所需 的时 间为 2 5 使大坝混凝土达到最高值 ，在高温的气温下 ，也在允 4 0 h ，但碾压混凝土的浇筑温度最大却上升了 1 0 C 许 的 温 差 范 围 内，即 4 0 2 一2 9 5 C =1 0 7 左右 ，而碾压混凝土的浇筑温度是设计碾压混凝土允 1 6 0 C。而增设冷却水管 ，除 了增 加浇筑混凝土温升 许最高温度的关键控制值。为降温来增设 冷却水管而 外 ，还增加 了质量控制 的风险 ，如混凝土初凝 、水管 使仓面覆盖时间延长，从而带来混凝土的升温，是不 爆裂、跨横结构缝、冷水温差对混凝土的破坏等等； 够合坤的 同时增加了投资，按混凝土增设冷却水管增加 1 3 Y r _m 表1 不同温控措施下的最高浇筑温度( q C ) 计算 ，乐昌峡大坝增设 冷却水管 混凝土约 1 0万 m ， 注：1 ) 入仓 温度 1 7 ； 2 ) 气温 3 5 。 表 2 不同覆盖间隔时间的最高浇筑温度( ) 注：1 ) 入仓 温度 2 5 q C； 2 ) 大坝仓 面气温：3 5 5 。 则增加投资 1 3 0万元。因此 ，碾压混凝土坝设置冷却 水管往往不合算 ，无论质量控制还是造价均如此。 6仓 面遮盖 遮 阳是最有效 的降温措施。从现场测试及大量的 资料表明，骨料及仓面在 阳光的直射下 ，比有遮阳增 加 1 0 以上的温度。除了骨料储仓遮阳、拌和加冰及 仓面喷雾等降温措施外，大坝施工仓面增设遮阳措施 是可行的合理措施 ，如沿坝轴线在坝肩设置 3道缆索 ， 在缆索上设置可滑动 的遮 阳布。大坝遮 阳的荷载主要 是风荷 ，当风增大时 ，可收缩遮阳布 ，而缆索并可随 ( 下转第 1 6页) 2 0 1 2年 l 2月第 1 2期 广东水利水电 及下游冲刷试验研究 J 四J I 大学学报( 程利 学版 ( 2 ) ：1 4 ) 2 0 0 4，3 6( 2 ) ：1 7 2 0 6 孙双科 ，柳海 涛 ，夏庆编 ，等跌 坎 底流 淌 J 池 的水 4 黄智敏，朱红华，何小惠溢洪道阶梯陡槽段水帕 掺气 力特性 优化研 究 J 水利学报，2 0 0 5 ，3 6( 1 0) ： 位置试验 与计算探讨 J 中 罔水利水 电科 学研 究院 学 1 1 8 8一l 1 9 3 报， 2 0 0 7 ， 5( 1 ) ：7 1 7 4 ( 本文责任 编辑 王 瑞 兰 ) 5 涂向 _j门，吴灭胜 ，陈荣 J ，等抛 石法 桥墩 冲川 防护 程 中 的 应 川 研 究 J 广 尔 水 利 水 电，2 0 1 0， ( 上接 第 1 1页) 筑坝的高度 而 调节高度 ，或设置可随坝高升降的而沿 坝轴线滑动的钢结构遮阳棚 。从乐昌峡大坝的仓 施 T 来 分 析 ，一 般 是 从 左 至 有 的 斜 层 碾 乐 ， 只 需 曼 2 O 0 0 m 的遮 阳面积。无论采用缆 索还是钢结 构遮 阳 棚，其造价均可控制住 1 0 0万元以下。 仓面遮盖 ，对于南方雨季高温施 T来 说，足今后 施T技术研究的课题，是提 高大坝浇筑速度 与控制混 凝十- 质量的可行保证施T措施。 7 大坝细节的设计与施工 7 1 机拌变态混凝土比加浆混凝土好 一 般 的变态混凝 土是在原有的碾压混凝土料 E， 捅孑 L 再灌 以水泥净浆 ，加振动捧振动振实。而乐 吕峡 上下游面变态混凝 土是在拌和楼拌好后 ，再运至仓面 振捣 ，从效果看 ，质量 有保证 ，且外观 美观 ，这是 乐吕峡大坝外观质量上乘的重要措施之一 7 2 常态混凝土 与碾乐混凝士结合 新 H混凝土的结合 。设 汁时要计算好混凝土收缩 率 ，并做好T程措施 ，以防止裂缝产生。常态混凝土 、 新混凝十不 官过厚，苦混凝土 太厚 ，必然产生裂缝 ， 两种混凝土收缩率差量大，是j ： 生裂缝的主要凶素。 7 3 仓面的收仓口宵设存大坝下游面 碾 混凝土的收 V I 仓面是进料的道路 ，且收仓面 逐步变窄，料的摊铺 厚度及碾压遍数往往难 以保证 ， 容易产生冷缝等 仓面收 1：5设在坝下游面 ，即使混凝 土有质垲缺陷 ，也不会对大坝的挡水功能造成影响。 7 4 汽 进仓是实现快速施T的重要前提 在坝宿 开挖 时，应 同时结合进仓道 路给予考虑 ， 以满足各个 高程进仓道路 的需要。真空溜 管 、缆 吊、 l 6 塔 吊等进仓措施 ，一般情况下 ，是难以 汽 进仓的 强度 卡 目 比的 。 7 5 模板宜 塑料薄膜代替脱模剂 乐昌峡大坝的模 反是采川悬 式铡模板 ，为大 的快速升程提供了条件。但使川传统 的脱模剂 ，也 生一定的负影响 ，如使用 不当，会污染仓 断，埘防渗 效果影响大。而采用塑料薄膜 ，既 脱模 刹川 能 lf 混凝土保湿保温 ， 一 举两得。 8 结语 碾 混凝土重 力坝 的设 汁 L j 施 T ，应既有 先进 性 ，更应有其实用性 ，宽尾墩式联合消能是 大 的 川且经典设计。同时 ，设 i l 坝体要简约， 坝体川 t 一 配 比再用灌浆补强的方式 。施 丁 L要快速，速度即 质量，即取消通水冷却管 ， 遵循 “ 温摔防裂 、层 Ih J 防渗 、优化配 比、简约快 速 、伞 监 摔” 的碟 混凝 土坝建 设原 则，这样 ，才能 建成 庳优 赝碾 混凝 土坝 。 参 考文献 ： 1 张同新 ，畅 ，城益 华 ，等泶洪 混 凝 力仿 真 j 高温季节 的温度 控 制研 究l 1 匕 ： 1 1 水 利水电科学研 究院 2 子波 ，彭影 ， L 苦杰 。等 尔 ，肯乐禺峡 水利楸 I 初步设计报告f l 州：广尔省水干 1 电 黝删设 lJ 研究院 ( 本文责任编辑马克俊)