王家河水电站混凝土面板堆石坝设计与施工.pdf

第8 期 ( 总第1 1 3 期) 中国水能 及电气化 N o 8( T 0 T A L N o 1 1 3 ) Ch i n a W a t e r Po we r& El e c t r i fic a t i o n Au 吕 ，2 0 1 4 王 家 河水 电站 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 设 计 与施 工 覃建 波 ( 宜 昌市水利水电勘察设计院，湖北 宜 昌4 4 3 1 0 1 ) 摘要：王家河水电站拦水坝为混凝土面板堆石坝，采用侧槽式溢洪道 自由泄洪，工程 区河床砂砾石料丰富， 枢纽建筑物开挖料较少，大坝填筑料主要为上下游河床砂砾料。初步设计时趾板建在砂砾层上，在技施设计阶 段，通过回填混凝土的方式将基础置于基岩上，确保 了趾板的稳定性。采用河床砂砾料经筛分做垫层料，减少 了施工工序。在面板堆 石坝坝体 填筑 中，有效利 用枢纽建 筑 物和料场 开挖 的风化料 、软岩料。该 工程 的设 计对 干其他采用风 化料建坝的类似工程具有参考价值 。 关键词：面板堆石坝；堆石料；溢洪道调整 中图分类号 ：T V 6 4 1 4+ 3 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 4 )0 8 - 0 0 4 7 - 0 3 De s i g n a n d Co n s t r u c t i o n o f Wa n g j i a h e Hy d r o p o we r S t a t i o n Co n c r e t e Pa n e l Ro c k fi1 1 Da m TAN J i a n b o ( c h a n g W a t e r C o n s e r v a n c y a n d H y d r o p o w e r S u r v e y a n d D e s i g n I nst i t u t e ， Y i c h a n g 4 4 3 1 0 1 ， C h i n a ) A b s t r a c t ：Wa n g j i a h e H y d r o p o w e r S t a t i o n R e t a i n i n g D a m b e l o n g s t o c o n c r e t e p a n e l r o c k f i l l d a mS i d e c h a n n e l s p i l l w a y i s a d o p t e d f o r f r e e f l o o d d i s c h a r g e T h e p r o j e c t a r e a ri v e r b e d h a s ri c h g r a v e l s t o n e Wa t e r c o n t r o l b u i l d i n g h a s l e s s e x c a v a t i o n Up s t r e a m a n d d o w n s t r e a m ri v e r b e d g r a v e l ma t e ri a l s a r e ma i y u s e d f o r fi l l i n g t h e d am Th e t o e b o a r d i s c o n s t r u c t e d o n gra v e l l a y e r d u rin g p r e l i mi n a r y d e s i g n F o u n d a t i o n i s p l a c e d o n b e d r o c k t h r o u g h t h e mo d e o f b a c k f i l l i n g c o n c r e t e，t h e r e b y e n s u ri n g s t a b i l i t y o f t o e b o a r d i n t h e t e c h n i c al c o n s t ruc t i o n d e s i gn s t a g e Ri v e r b e d gra v e l s a r e s c r e e n e d a n d us e d a s c u s h i o n ma t e r i a l S O a s t o s i mp l i f y t h e c o n s t ruc t i o n p r o c e s s W a t e r c o nt r o l bu i l d i n g a s we l l a s wea t he r e d ma t e ria l a n d s o f t r o c k ma t e ria l e x c a v a t e d f r o m ma t e ri al fi e l d s a r e e ff e c t i v e l y u t i l i z e d i n p a n e l r o c k fi l l d am fi l l i n g T h e d e s i g n o f the p r o j e e t h a s r e f e r e n c e v alu e o n o t h e r s i m i l a r p r o j e c t s a d o p t i n g w e a t h e r e d ma t e r i al f o r c o n s t r u c t i n g d a m s Ke y w o r d s ：p a n e l r o c k - f i l l d a m； r o c k f i l l m a t e ri a l ；s p i l l w a y a d j u s t m e n t 1 工程概况 王家河是清 江支流支锁河上游的一 条支流 ，全长 约 1 6 k m，流经 牛庄 乡境 内的河段约 1 1 k m。从 上游三 条发源溪沟 向下游 1 0 k in的河段为此次工程设计 范围 ， 北距清江水 布垭工 程约 2 5 k m。 王家河水 电站是 王家河流域梯级开发规划 中的龙 头水库 电站 ，为混合式开发 。工程 以发 电为主 ，兼有 防洪 、养殖 等效益 。电站总 装机容 量 1 万 k W，水库 总库 容 3 3 7 2 5 万 m 。 工程枢纽由拦河大坝 、溢洪 道和引水 发电 系统组 成。大坝为混凝 土面板堆石坝 ，最大坝高 6 0 9 5 m，坝 顶长 1 5 0 m。溢洪 道为岸边 侧槽 开敞式 ，位于左 坝头 ， 侧槽段长 4 0 m，校核洪水位时最大 泄流量 4 0 6 2 3 m 3 s ； 47 科学研 究及。1 程设计 S ei e mi fic Re s e a r c h En g i ne e r i n g De s i g n 受地形 、地质 条件及枢 纽布置限制 ，溢洪 道与导流洞 部分t下重叠布置。引水系统布置在王家河右岸 ，穿 过右岸山体经5 0 5 0 m引水至坝下游地面厂房。电站厂 房 布置于王家河右岸 ，电站装 机 2台 ，单机 容量 0 5 万 k W，总装机容量 l 万 k W。 2 坝址 区工程地质概况 王家河水库 及梯级 电站工程场 区位 于长江 中下游 东西向构造带与新华夏系北东 向构造带 复合部位 ，主 要 是区域 内褶皱伴生的压扭性断裂 ，断裂 主要定 型于 燕 运 动时期 ，后期活动性均很弱 ，工程 场区 区域稳 定 条件较 好。 坝址区河 谷 为纵 向谷 ，岩 层 向左 岸 陡倾 ，倾 角 3 5 。 4 0 。 ，无倾 向下游 不利结构 面 ；基岩 为茅 口厚 层 坚硬生物灰岩 ，不存在软弱夹层 ，坝基 有 良好 的整体 性 ，具备较高的承载力 。 4 8 3 坝体 结构设计 3 1 坝体及坝坡 王家河混 凝 土面板 堆 石坝 ，坝 高 6 0 9 5 m，坝顶 长 1 5 0 m，大坝上下游坝坡均 为 l ： 1 5 ，坝体总填筑 方 量 3 2万 m ( 见 图 1 ) 。工程区河床砂 砾石料 丰富 ，枢 纽 建筑物开挖料 较少 ，大坝填筑料 主要 为上下游河 床 砂砾 料。 由于拦河 坝是 建在较 深覆盖层上 的混凝土 面 板 砂砾石坝 ，其受力特 点对填筑料 的抗剪强度 、压缩 性 、渗透性 ，耐久性有 着不同的要求 ，故 坝体断面 的 设 计主要 原 则 为 ： 各 区料 之 间应满 足 水 力过 渡要 求 ，砂砾 石作为主堆 石区 ，为满 足 自由排水要求 ，在 坝 内偏上游 设 置竖 向排 水 区，沿 底部 设 置 水平 排 水 区 ，将 全部渗水 自由排 出坝体 外 ； 充分利用枢纽 建 筑物的开挖石渣做次堆石 ； 分区尽可能简单 ，以利 施工和填筑质量控制 ，最终确 定坝体分 为 8个 区域 ， 图 1 王家河水 电站大坝 平面布置 图 科 学研 究及 l ： 设 汁 Sc i e n t i fic Re s e a r c h En gi n e e r i n g De s i g n 即 I 游防 渗 区 ( 混 凝 土 面板 ) 、垫 层 区 、特殊 垫 层 区 、过 渡料 、主砂砾石区 、次堆石 区 、排水体 、下 游干砌石护坡区。坝体典 型断 面 见图 2 ，分 区材料 没 计 指标见下表。 图 2 坝体材料 分区 ( 坝体标 准剖面 ) 坝 体 分 区 材 料 设 计 指 标 表 顶部面板厚度 0 3 m，底部最 大厚 度 0 5 m 层1 ) ( 过渡料I 堆 区 排水区 次堆石区 最 人粒径( i n ll 1 ) 8 0 3 0 o 6 o 0 4 0 6 0 o 层 ( I IT I ) 4 0 4 0 8 0 4 0 8 0 孔隙率( ) 1 5 l 9 2 0 2 】 渗透 系数( t -r n ) I X 1 0 3 I X 1 0一 I l 密蛭( g , | I l ) 2 2 5 2 1 5 2 2 O 2 2 0 2 1 5 3 2 垫层料 在没汁I I 寸 先考虑采用灰岩作为垫层 料 ，主要指 标 ：-f L l 率 l 5 ， l ： 密度 2 2 5 k g ( ：m ，渗透 系数 l X 1 0 。 。 ： ms ，机械 轧 制筛分 ，垫层 料要 求 级配 连续 ， 允许缺任何 粒组 ，小 f 5 m m的含 量为 4 0 ，坝料 填筑 时J 两水碾压 ，洒水量 5 。 4 面板 、趾板及分缝止水 4 1 面板 【 面板在水衙载作用下大部分 区域 受压 ，仅在 坝 顶 和近j 处有拉应变，面板应变和堆石体变形特性有 关 ，t j J 厚 度关系不大 ，可 以认为混凝 土面板 只要抗 渗性 、 抗 裂 和耐久性满足要求 ，它 的柔性越大 越能 适 应坝体变肜 。王家河 面板堆 石坝 采用 变厚 度 面板 ， 板裂缝开展，在面板中部配单层舣向钢筋 ， 向配筋率 0 3 5 。 4 2趾板 为 限制面 面板纵横 趾板是面板和地基防渗结构的连接构件，其宽度 根据基岩风化 、破碎情况 ，允许渗透 比降和基础处理 措施综合确定 。该 工程采用 4 i n等宽趾 板 型式 ， 度 在两 岸为 0 4 m，在河 床段 为 1 m，趾板 按单层 舣 阳配 筋 ，纵横 向配筋率 均为 0 3 5 。 4 3 分缝止水 面板 压性缝 只在底部 设一道 止水铜片 ；张性缝设 两道止水 ，底部一道止水 铜 片 ，顶部 充填 s R填料封 闭。面板 垂直缝缝 面涂刷乳化沥青 。 周边缝 设两道止水 ，底部一道止水铜 片，顶部 充 填 S R填料封 闭 ，缝 问填 塞 1 2 m m厚 沥青 木板 以适 应 水库蓄水前面板端部的压应力集中 ，在 8 5 0 O O m高程 以下周边缝 卜 部的回填粉土用作辅助防渗措施 整个大坝止水系统要求很好连接，以组成坝体完 整封闭 的防渗 系统 。 5 设计施工特点 王家河面板坝经优化设计，垫层 ( 下转第5 7页) 科 学研究及工程设计 S c i e n t i f i c Re s e a r c h E n g i n e e r i n g De s i g n 2 6 大坝 坝底 宽度 ，m； H 大坝上、下游水位差，m； B 坝长度 ，1 T I ； 坝基基岩渗透 系数 ，m d ； L一 坝基渗漏层厚度 ，i n 。 当正常蓄水位为9 2 8 5 m时，渗漏量为3 7 5 7 m d 。 2 5 坝基抗滑稳定分析 坝基建基面 主要 岩性 为寒 武系 中统张夏组第 三岩 组灰色 、灰黑色鲕状灰岩局部夹薄层泥岩。薄层泥岩 埋藏较浅，分布于高程 8 8 6 1 8 8 9 4 m范围内；倾向 坝址上游 ，倾角为 7 。 。坝基 下部存 在寒武系 中统张夏 组第二岩组灰色 、灰黑色泥质条带灰岩夹竹叶状灰岩 及薄层泥岩 ，地层破碎 。这些软 弱夹层结构 面在泡水 3 结 论 a 磨河供水改扩建枢纽坝基地层多为第 四系松 散层 ，主要 为混 合 土漂 ( 卵 )石 ，含 少量 的 粉土 质 砂和低 液 限 粉土 ，结 构 松 散 ，分 选 较差 ，力学 强 度 低，透水性大 ，使坝基存在诸多工程问题。 b 坝基 主要存在 的工程 问题是坝 基松散层 渗漏 、 坝基松散层渗透变形 、基坑涌水 、基岩渗漏及 坝基抗 滑稳定性 问题 。针对这些 问题提 出相应对 策措施 ，对 高山峡谷区坝基建设提供指导性建议。 参考 文献 1 翟寅章 山东省平原水库坝基工程地质问题及对策 J 山东 水利 ， 2 0 0 6 ( 4 )： 4 3 - 4 6 后可能产生泥化 、软化等现象 ，从而丧失原有地质结 2 魏植生， 郑海益， 胡浩川 景洪水电站坝基工程地质问题的研 构 ，形成不稳定 的地质结 构面 ，对 坝基抗滑稳 定产生 究 J 水力 发电, 2 0 0 8 , 3 4 ( ) ： 2 5 - 2 7 不利影响 。综上所述 ，坝 基存 在抗滑稳定 问题 。建议 坝基工程 地质挣胜及 伺 土工 混凝 土 与 坝 基 基 岩 的 =0 70 7 5 、c =0 5 4 陈伊清 桑园 水电 站坝基工程地质问题的分析与解决 J 水 0 6 M P a 、 = 0 5 0 5 2 。 力发电， 1 9 9 9 ( 1 2 ) ： 1 1 1 4 ( 上接第4 9页)料与主堆石区都采用砂砾石料 ，其层 间过 渡关 系 可 以满 足 要求 ，而 对取 消 过 渡层 进 行尝 试 ，经设计施工实践，具有 自身的特点和特色 ，可供 类似工程借 鉴。 2 O 0 3 年初步设 计 的组合 坝，总 回填方 3 2 8 9万 r n 3 ( 其中，堆石 1 4 3 9万 11 1 ，砂砾石 1 8 5万 11 1 3 ) ， 2 0 0 5年 优化后实施 的面板砂砾石堆石 坝总回填方 2 8 0 7 9万 m ( 其中，堆石 1 1 2 3 2万 H 1 ，砂砾石 1 6 8 4 7万 m ) 。 优化设 计特点如下 ： a 该 工程 因开 工 时 间 紧，加 之 堆 石备 料 不 足 ， 开采堆石需要 时 日，无 法达 到 2 0 0 6年 大 坝脱 险 目标 的要求，经论证比较，在保大坝安全 、充分利用当地 储量 丰富的砂砾石筑坝 的前提下 ，将分 区的次堆 石改 为由生屑灰岩回填，减小堆石用量 ，方便了施工，确 保 了工期 。 b 由于溢洪 道 位置 调整 ，开挖 出 大量 厚层 生 屑 灰岩 ，用于大坝次堆石区，因此将大坝后坡由原来设 计 的 1 ： 1 5变更为 1 ： 1 4，同时取消原设 的二级 马道 ， 减小 了坝体 总填筑量 。 c 采用河床砂砾料经筛分作垫 层料。原设计施工 的垫层料 ，按常 规级 配 曲线 采用 人工 加工 的碎 石料 ， 加工工序较多 ，制备难 以满 足施工进度需要 ，且单 价 较高。经补充勘探试验，砂砾石经筛分作垫层料，各 项物理力学指标现场抽验结果均能达到设计要求。实 践表明：用当地符合要求的经筛分的河床砂砾料替代 人工加工的碎石料是可行的，既经济又施工方便。 6 结语 a 初步设 计 时趾 板建 在砂 砾层 上 ，在 技施 设计 阶段 ，通过进一步的地质勘察 ，对趾板 基础进行 了准 确的钻探 ，通 过 回填 昆 凝 土 的方 式 将基 础 置 于基 岩 上 ，确保 了趾板的稳定性。 b 采用河床砂砾料经筛分作垫层料，减少了施 工工序，降低了单价，且施工方便，同时现场抽验结 果均能达到设计要求 ，证明可行。 c 在面板堆石坝坝体填筑中，有效利用枢纽建筑物 和料场开挖的风化料、软岩料 ，是加快面板工程建设速 度、减少工程投资、拓宽面板坝适用范围的一项措施。