南山水库混凝土面板堆石坝坝体分区及坝料设计.pdf

施工经验GEOTECHNICAL ENGI NEERI NGWORLDVOL. 11No . 2 收稿日期 南 山 水 库 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 坝 体 分 区 及 坝 料 设 计 梁俊群卓淳 (广西桂林市水利电力勘测设计研究院 ) 摘要简要介绍南山水库混凝土面板堆石坝根据天然建筑材料的情况及施工进度进行坝体分区方案选 择及坝料设计, 在充分利用天然建筑材料的条件下, 同时满足坝体变形控制和渗流控制的要求, 节约工程投资, 加快施工进度, 保证工程质量。 关键词面板堆石坝分区方案堆石料强风化花岗岩料 1 工程概况 南山水电站位于广西桂林市龙胜县平等乡境 内, 距桂林市 176km。南山水电站主要以发电为主, 电站所利用的河流为平敖河和伟江河。南山水电站 分两级开发, 总装机容量 72M W, 其中一级电站 2 30MW, 二级电站 2 6M W。 南山水库是南山水电站的主要调节水库, 也是 一级水 电站 的前池 水库。水 库控 制集雨 面积 2193km 2, 汇集高山蓄水、 引水、 抽水工程控制集雨 面积为 70187km 2。水库正常蓄水位 1523100m, 设 计洪水位 1523164m, 校核洪水位 1524110m, 死水位 1488100m, 水库总库容 1936万 m 3, 调节库容 1765 万 m 3, 死库容 75万 m3。水库枢纽属 等工程。 水库拦河大坝为混凝土面板堆石坝, 坝顶高程 1525100m, 坝顶宽 7m , 坝顶长 290m, 最大坝高 60 m, 上游坝坡 1B 114, 坡顶高程 152315m, 下游坝坡于 1495100m高程设一条马道, 马道宽 115m, 马道以下 坝坡 1B 114 , 马道以上坝坡 1B 1135, 平均坝坡 1B 114。 坝体总填筑量为 56万 m 3。 2 天然筑坝材料情况 坝址附近有丰富的石料, 库区内 4 #、 5#料场距大 坝 500 700m , 料场为印支期中粗粒黑云母花岗岩。 地表多为第四系坡残积层浅黄色粉质粉土覆盖, 厚 1 3m, 花岗岩全风化及强风化层厚 6 7m, 开采时 均需进行表层清理, 弱风化至微风化花岗岩储量约 55万 m 3。弱风化至微风化花岗岩石料干密度约 2147 2164g#c m - 3, 饱和 抗压 强度 约 3112 6M。料场距坝址较近, 施工干扰不大, 但由于 弱风化至微风化花岗岩埋深较大, 表层清理清理工 程量较大。 6 #料场位于坝址下游, 一级压力钢管从该地段 通过, 运距约 215km , 料场为震旦系下统江口组, 为 灰至灰绿色中层状变质砂岩, 表层 1 2m为含风化 块石的粉质粘土, 以下为弱风化变质砂岩, 总储量约 30万 m 3。弱风化变质砂岩石料干密度约 2142 2156g# cm - 3, 饱和抗压强度约 40 60 MPa。表层覆 盖层较薄, 表层清理清理工程量较小, 但运距较远。 三料场总储量 85万 m 3, 质量可满足面板堆石坝 堆石体设计要求。由于坝址附近天然砂料很少, 不能 满足要求。因此, 南山水库大坝砂料采用人工制砂, 采用块石料场新鲜的碎块石进行加工制成人工砂。 3坝体分区 ( 1) 分区方案: 分区方案研究的重点是根据坝 体各取料的特点及功能, 结合料源情况及施工进度, 对不同坝料位置及数量的使用进行研究, 以满足坝 体变形控制和渗流控制的要求。为此, 拟定如下两 个分区分区方案 (图 1 2)。 分区方案 1 : 主堆石区 1采用微风化、 弱风化花 岗岩填筑, 主堆石区 2采用弱风化变质砂岩填筑, 次 堆石区采用弱风化和强风化花岗岩混合料填筑。方 案 1分区简单, 质量易于保证; 但区内花岗岩料场风 化层较深, 呈球状风化, 剥离工作量较大, 而且开挖 初期均为大量的弱风化和强风化花岗岩混合料, 需 二次搬运, 场地条件不允许, 成本高。 分区方案 2 : 主堆石区 1呈 L型布置, 为承受水 平荷载的主要支撑体和渗透水流的排泄通道, 主堆 石区石料5 以下采用弱风化变质砂岩填筑, 122007- 7- 19 410 Pa1149 m 78 岩土工程界第 11卷第 2期施工经验 1495m以上采用微风化、 弱风化花岗岩填筑。主堆 石区 2采用弱风化为主的花岗岩料填筑, 强风化花 岗岩含量控制在 10 % 以内。次堆石区采用弱风化 和强风化花岗岩混合料填筑, 强风化花岗岩含量控 制在 30 % 以内。分区方案 2设置了 L型渗透水流 的排泄通道, 其他部位不需进行严格的渗流控制, 对 坝料要求也相应降低, 这样充分利用了当地材料, 解 决了开挖初期弱风化和强风化花岗岩混合料二次搬 运的问题, 施工简单方便, 质量易于控制。故最终采 用分区方案 2作为南山水库大坝的分区方案。 ( 2) 选定方案细部设计: 坝体断面坝料分区见 图 3 , 筑坝材料特性见表 1 。坝体填筑材料分区为: A区: 面板上游铺盖粘土料;B区: 面板上游盖 重风化石料;A区: 垫层料;B区: 周边缝小区 料;A区: 过渡料;B1区: 弱风化变质砂岩、 微风 化 - 弱风化花岗岩料;B2区: 弱风化为主的花岗 岩料;C区: 弱风化、 强风化花岗岩混合料;D 区: 下游干砌石护坡;E区: 下游大块石堆石区。 79 施工经验GEOTECHNICAL ENGI NEERI NGWORLDVOL. 11No . 2 表 1筑坝材料特性表 施工参数单位垫层料特殊垫层料过渡层料主堆石区 ()料主堆石区 ()料次堆石区料 干密度 rd g# cm- 321241212412 116211062108621028 孔隙率 n%171720222222 最大粒径mm8040300800800800 渗透系数 Cm# s- 110- 3 10- 410- 3 10- 4110- 21 1001100 填筑层厚mm400200400800800800 压实机具16t振动碾平板16t振动碾16t振动碾16t振动碾16t振动碾 压实遍数88888 加水量%10 1510 1510 2010 2010 2010 20 5mm以下颗粒含量%30 5035 488 28 20 011mm以下颗粒含量%2 8 5 5 5 5 5 4 坝料设计 ( 1) 垫层料 (A区 )位于面板下面, 具有半透 水性、 低压缩性、 高抗剪强度、 高渗透稳定性、 并对粘 土起反滤作用。垫层上游保护采用挤压边墙固坡。 垫层料采用料场中新鲜的花岗岩人工轧制。垫层料 的设计级配为: 最大粒径 80mm, 小于 5mm的颗粒含 量占 30 % 50 % , 小于 011mm的颗粒含量占 2% 8 % , 填筑干密度大于 21241 g# cm - 3, 孔隙率 17 % 。 根据国内外已建工程对垫层料的渗透破坏试验, 渗 透破坏比降均大于 100 , 本工程垫层区水平宽度为 215m , 垫层区承受最大水力坡降为 39, 不会发生渗 透破坏。垫层区水平宽度为 215m, 填筑层厚 014m。 试验结果表明, 本工程垫层料压缩性低: 011 MPa垂 直压力下压缩模量饱和状态下约 65 MPa , 非饱和状 态下约 135 MPa ; 高抗剪强度: 内摩擦角大 3918b , 渗 透系数在 1 10 - 3 1 10 - 4 c m# s - 1之间。 ( 2)A区对垫层料起渗流保护作用, 防止垫 层料冲蚀到主堆石的大空隙中去。过渡料直接由采 石料中选取新鲜的花岗岩, 它属于连续级配, 通过筛 分或加工获取。过渡料控制最大粒径 300mm, 小于 5mm颗粒含量控制在 8 % 28 %, 小于 011mm颗粒 含量小于 5 %, 填筑干密度大于 2116g# cm - 3, 孔隙 率为 20 % , 过渡区水平宽度为 315m, 填筑厚度 014m 。试验成果表明, 过渡区干密度在 21165 21174 g# c m - 3之间, 渗透系数在 1 10- 1 110 - 2 cm# s - 1之间, 均满足设计要求。 ( 3)B1区为承受水平荷载的主要支撑体和 渗透水流的排泄通道, 设计要求主堆石料 1具有低 压缩性、 高抗剪强度、 透水性和耐久性。考虑到料场 的实际情况, 主堆石区 1石料 1495m以下采用弱风 化变质砂岩填筑, 1495m以上采用微风化、 弱风化花 岗岩填筑。主堆石区 1控制最大粒径 800mm, 小于 5颗粒含量小于%, 小于颗粒含量小于 5 %, 填筑干密度大于6 # 3, 孔隙率为 %, 填筑厚度。试验成果表明, 主堆石区干密度 在 21109 21128g# cm - 3之间; 渗透系数约 5 10 cm # s - 1; 011 MPa垂直压力下压缩模量饱和状态下约 95 MPa , 非饱和状态下约 105 MPa 。满足设计要求。 ( 4)B2区采用弱风化为主的花岗岩料填筑, 强风化花岗岩含量控制在 10 % 以内。控制最大粒 径 800mm, 小于 011mm颗粒含量小于 5 % , 填筑干 密度大于 21086g# cm - 3, 孔隙率为 22%, 填筑厚度 018m。试验成果表明, 主堆石区 2干密度在 21091 21116g# cm - 3之间; 011 MPa垂直压力下压缩模量 饱和状态下约 84MPa , 非饱和状态下约 93MPa , 均能 满足设计要求。 ( 5)C区采用弱风化和强风化花岗岩混合料 填筑, 强风化花岗岩含量控制在 30 % 以内。次堆石 料控制最大粒径 800mm, 小于 011mm颗粒含量小于 5 %, 填筑干密度大于 21028g# c m - 3, 孔隙率为 22 %, 填筑厚度 018m。试验成果表明, 次堆石区干密度在 21018 21034g# cm - 3之间, 基本满足设计要求。 ( 6) 下游大块石堆石料 (E 区 )是为了大坝 排水通畅和下游坝坡稳定, 充分利用料场开挖中的 大块石分层吊放堆码, 逐层铺填级配料整平压实, 形 成以大块石为骨架、 排水通畅而稳定可靠的砌体。 5结语 南山水库混凝土面板堆石坝根据坝址附近天然 建筑材料的特点, 结合料源情况及施工进度进行坝 体分区, 在充分利用天然建筑材料的条件下, 同时满 足了坝体变形控制和渗流控制的要求, 节约了工程 投资, 加快了施工进度, 保证工程质量。 参考文献 1傅志安. 混凝土面板堆石坝. 武汉: 华中理工大学出版社, 1993. 2南山水利枢纽工程初步设计报告. 桂林: 桂林市水利电力勘测 设计研究院, 2000 . 3张丕华, 杨天秀. 挤压式边墙护坡技术在芭蕉河面板堆石坝工 程的应用,5 第一作者通讯地址广西桂林市秀峰区骝马山北巷号桂 林市水利电力勘测设计研究院邮编 5 mm20011mm 2110 gcm - 22 018 m1 200 . :8 :41001 80