茨哈峡混凝土面板堆石坝技术可行性及大坝安全性初步研究.pdf

西 北水 电 2 0 1 5年 第 1期 2 5 文章编号 ： 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 1 ( ) ( 】 2 5 0 5 茨哈峡混凝土面板堆石坝 技术可行性及大坝 安全性初 步研 究 周 恒， 翟 迎 春， 张晓 将， 陆 希， 徐宏 璐 ( 中国电建集 团西北勘测设计研究院有限公司， 西安7 1 0 0 6 5 ) 摘要： 茨哈峡水电站混凝土面板堆石坝最大坝高2 5 7 5 m， 较 目前混凝土面板堆石坝坝高水平有所突破 ， 对茨哈 峡大坝关键技术问题进行了初步研究 ， 提出了有效的筑坝材料控制、 变形控制 、 渗透稳定控制、 坝体分区、 坝体抗震 等措施 ， 通过论证认为茨哈峡水电站大坝建设有关技术问题可以基本落实 ， 茨哈峡水电站混凝土面板堆石坝建设 技术上是可行的、 大坝安全性是有保障的。 关键词 ： 混凝 土面板 堆石坝 ； 砂砾 石 ； 坝料分 区 ； 变形控 ； 渗 透稳 定 ； 稳定控制 ； 可行性 ； 安 全性 ； 论证 中图分类号 ： T V 6 4 1 4 3 文献标识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 6 - 2 6 1 0 2 0 1 5 0 1 0 0 7 S t u d y o n T e c h n i c a l F e a s i b i l i t y a n d D a m S a lt y o f C F R D， C i h a x i a Hy d r o p o we r P r o j e c t ZHOU He n g，Z HAI Yi n g e h u n，Z HANG Xi a o j i a n g ，L U Xi ，XU Ho n g l u ( P O WE R C HI N A X i b e i E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i mi t e d ， X i a n 7 1 0 0 6 5 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e m a x i m u m h e i g h t o f C F R D， C i h a x i a H y d r o p o w e r P r o j e c t ， i s 2 5 7 5 m C o m p a r e d w i t h t h e e x i s t i n g C F R D， t h i s C F R D i s a l i t t l e h i g h e r T h e r e f o r e ， t h e k e y t e c h n i c a l i s s u e s o f t h e d a m a r e s t u d i e d p ri ma r i l y Me a s u r e s i n t e r ms o f t h e e ff e c t i v e c o n t r o l o f e mb a n k me n t ma t e r i a l s ， d e f o r m a t i o n c o n t r o l ， s e e p a g e s t a b i l i t y c o n t r o l ， d a m b o d y z o n i n g ， ase i s m i c i t y o f d am b o d y ， e t e a r e p r o v i d e d Thr o u gh d e m o n s t r a t i o n ， i t a p p r o v e s tha t t h e k e y t e c h n i c a l i s s u e s o n t h e d a m c o n s t r u c t i o n are s o l v e d C o n s t r u c t i o n o f t h e C F R D， C i h a x i H y d r o p o w e r Pro j e c t ， i s f e asi b l e t e c h n i c a l l yI t s s a f e t y i s s e c u r e d Ke y wo r d s ： C F R D；s a n d y g r a v e l ； e mb an k me n t m a t e rial z o n i n g ；d e f o r ma t i o n c o n t r o l ；s e e p age s t abi l i t y ；s t a b i l i t y c o n t r o l ； f e a s i b i l i t y ；s a f e t y ； de mo ns t r a t i o n 1 l_ _I 程概况 茨哈峡水 电站是黄河龙羊峡以上水 电开发规划 1 7级中的第 1 5级电站 ， 电站位 于青 海省兴海县与 同德县交界处 的班多峡谷 内， 工程对外交通较便利。 工程预可行性研究报告 于 2 0 1 2年 7月通过审查 ， 目 前正在开展可行性研究阶段论证及相关科研工作。 茨哈峡水 电站水库正常蓄水位 2 9 9 0 m， 相应库 容4 4 7 4 亿 m ， 死水位 2 9 8 0 m， 调节 库容 5 2 8亿 m 。电站装机容量 2 6 0 0 M w ， 初拟装机 4台， 上游 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 1 2 6 作者简介 ： 周恒 ( 1 9 7 0 一) ， 男 ， 甘肃省靖远 县人 ， 教授 级高工 ， 主 要从 事水电水利工程设计研究工作 宁木特梯级 电站投运 后 ， 茨 哈峡水 电站保 证 出力 5 2 8 1 MW， 多年平均年发 电量 9 1 4 5亿 k wh ， 装机 年利用小时数 3 5 1 7 h 。可研 阶段通过坝址坝型专 题研究论证 ， 选择混凝土面板堆石坝作为推荐坝型 ， 混凝土面板堆石坝最大坝高 2 5 7 5 m。 茨哈峡水电工程地处高海拔严寒地 区， 自然环 境条件差 ； 工程地质条件较复杂， 坝址 区滑坡 、 变形 体等物理地质现象发育； 混凝土面板堆石坝坝高较 目前混凝土面板坝建坝水平有所突破 ， 关键技术问 题突出 ， 另外 目前国内已建成 的个别 2 0 0 m级混凝 土面板堆石坝出现 了大坝变形较大 、 面板裂缝及挤 压破坏等问题 _ l J 。因此 ， 对茨 哈峡混凝 土面板堆石 坝技术可行性及大坝安全性开展了专题研究 。 对于茨哈峡水 电站大坝关键技术问题研究， 进 西北水 电 2 0 1 5年 第 1期 2 9 题 。 可 以通过一定 的工程技术措施予 以预防， 下阶段 尚需要进一步研究解决。 ( 7 )大坝渗透稳定性满足要求 针对茨哈峡水电站天然砂砾石料渗透稳定性较 差的问题 ， 设置排水区和反滤保护等措施后 ， 经过渗 流分析 ， 各计算工况下各类坝料之间满 足渗透稳定 要求 ， 不会发生渗透破坏。面板和垫层料承担 主要 渗透水头 ， 垫层料之后浸润线较低 。正常蓄水位工 况 ， 面板最大渗透坡降 1 7 6 8 ， 垫层料最大渗透坡 降 0 0 3 5 ， 过渡料最大渗透坡 降 0 0 2 6 ， 砂砾石料最 大 渗透坡降 0 0 2 ， 均满足各料层允许坡降要求 。设置 “ L ， 形排水料 区及 上下游反滤料 区后 ， 各料 区被保 护料与保护料之 间能满足滤土排水 准则 ， 大坝渗透 稳定性满足要求 。 ( 8 )大坝抗震安全性有保障 坝体三维有限元动力应力应变分析表明， 坝顶 区域坝体动力反应放大 明显 ， 永久变形随坝高的增 加而增大 ， 最大值位于河谷 中央坝顶。设计 地震和 校核地震工况 ， 面板压应力满足 C 3 0混凝土强度要 求 ， 拉应力局部超过允许值 ， 面板顶部 附近存在发生 局部拉裂破坏的可能性 ， 下一步仍需要研究论证。 设计地震和校核地震工况 ， 面板周边缝 、 垂直缝 变位较静力条件下均有所增加 ， 但均在采用的止水 材料变形适应范 围内。设计地震和校核地震 工况 ， 坝坡稳定安全系数满足规范要求 ， 仅下游坝坡顶部 局部会有块石松动 、 滚落现象 ， 需要采取针对性 的抗 震构造措施。 总之 ， 在动力状态下 ， 茨哈峡水电站混凝土面板 砂砾石坝坝坡稳定 ， 应力变形性状较好 ， 接缝变位都 在采用 的止水结构 可适应 的变形范 围内， 大坝抗震 安全性是有保证的。 ( 9 )优化施工组织设计 、 采 取较严格 的碾压施 工控制标准 茨哈峡水电站导流流量相对较小， 枢纽采用围堰 全年挡水 、 导流隧洞泄洪的导流方式。施工期大坝挡 水度汛问题相对不突出， 坝体施工可采用适 当的施工 工期、 常规的填筑强度水平 、 上下游堆石体 同步上升 的方法 ， 以控制施工质量 、 延长坝体预沉降时间。 通过现场碾压试验 ， 选择较严格 的坝料碾压参 数及控制标准。初步选择上游堆石区砂砾石料碾压 参数及控制标准如下 ： 3 2 t自行式振动碾 ， 1 0 洒水 量 ， 铺层 厚度 6 0 e m， 碾压变数 l O遍 ， 干密度 2 3 6 g c m ， 相对密度 大 于 0 9 5 。 3 2 t自行式振动碾 ， 1 0 洒水量 ， 铺层厚度 8 0 e m， 碾压变数 1 2遍 ， 干密度 2 3 4 g e m ， 相对密度 大于 0 9 2 。 ( 1 0 )极限安全条件下， 大坝具备水库放空 、 面 板检修的条件 面板接缝失效的极端情况坝体渗流分析显示 ， 面板接缝失效时 ， 垫层承担了大部分的渗透坡降 ， 垫 层渗流出口的坡降较低 ， 小于 4 0 ， 渗流扩散范 围有 限。根据坝料反滤试验成果 ， 茨 哈峡水 电站面板坝 垫层料可 以承受较高的渗透坡降 ， 临界坡降 1 5 0 ， 破 坏坡降大于 2 0 0， 面板接缝失效极端情况下渗透稳 定满足要求。 通过高面板坝面板应力特性及地震动力研究 ， 茨哈峡水 电站面板坝具备一定的极限抗震能力 。从 研究成果看控制坝体极限抗震能力的指标主要为坝 坡抗震能力 、 混凝土面板抗震能力 、 止水结构抗震能 力 、 下游坝坡抗震构造措施 。 可研阶段在右岸增设 1 条放空洞， 可以在枯水期 放空库水位至上游压坡体高程附近 ， 放空后库容剩余 率约3 0 ， 在枯水期可以为面板创造大于 4个月的检 修时间， 为面板检修提供了条件。当面板发生裂缝 、 止水局部破坏 以及地震等极端条件下面板 出现较严 重 的破坏时， 可 以在枯水期放空水库并进行大坝检 修 、 面板修复 ， 为工程提供了重要的安全条件。 3 结语 茨 哈峡 水 电站混凝土面板堆石坝初步研 究表 明， 对大坝采取有效 的筑坝材料控制、 变形控制 、 渗 透稳定控制 、 坝体构造措施 、 坝体抗震措施以及施工 控制标准等措施 ， 加之 目前建设管理水平、 施工技术 有 了较大进步 ， 茨哈峡大坝建设有关技术 问题可 以 基本落实 ， 并通过 进一步研究论 证可 以得到解决 。 茨哈峡水电站混凝土面板堆石坝技术上是可行的， 大坝安全性是有保障的。 参考文献 ： 1 水 电水利规划总院 土石坝技术 2 0 1 1年论文 集 M 北京 ： 中 国电力出版社 ， 2 0 1 2 2 D I MT 5 0 1 6 2 0 1 1 ， 混凝 土面板 堆石坝设计 规范 S 北京 ： 中 国电力 出版社 2 0 1 1 3 杨启贵 水布垭面板 堆石坝筑 坝技术 M 北 京 ： 中 国水 利 电 力出版社 ， 2 0 1 0