温泉水电站混凝土面板堆石坝设计及填筑施工.pdf

水利水电技术第4 1 卷2 0 1 0年第6期 温泉水 电站 混凝 土 面板堆 石 坝 设计 及填 筑施 工 郭霞辉 ，田 欣 ，周明亮 ( 国电新疆吉林 台水电开发有限公司，新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 0 2 ) 摘要：温泉水电站混凝土面板砂砾堆石坝位于新疆伊犁喀什河马扎 尔峡谷 ，属于百米高坝，施工条 件比较恶劣 ，通过设计优化、合理组织，顺利实现 了当年填筑 当年到顶，监m ,J 4 s c 器随同埋设。根据监 测数据 ，大坝填筑质量状况良好，为寒冷地带高山峡谷地 区修筑混凝土面板堆石坝提供 了经验 。 关键词 ：混凝土面板堆石坝；内趾板 ；施工技术；工程设计；温泉水电站 中图分类号 ：T V 6 4 1 4 ( 2 4 5 ) 文献标识码 ：B 文章编号：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 4 4 0 3 De s i g n a nd fil l c o n s t r uc t i o n o f c o nc r e t e f a c e s a n dy - g r a v e l r o c kfil l da m f o r W e n qu a n Hy dr o po we r S t atio n GUO Xi a h u i ，TI AN Xi n，ZHOU Mi n g l i a n g ( G u o d i a n X i n j i a n g J i l i n t a i H y d r o p o w e r D e v e l o p m e n t C o ，L t d ，U r i i mq i 8 3 0 0 0 2 ，X i n j i a n g ，C h i n a ) Ab s t r ac t：Th e c o n c r e t e f a c e s a n d y g r a v e l r o c k fil l da m f o r We n qu a n Hy dr o po we r S t a t i o n l o c a t e d a t Ma g y a r Va l l e y o f Ka s h i Ri v e r i n I l i P r e f e c t u r e o f X i n j i a n g i s a h i g h d a m w i t h t h e h e i g h t o v e r 1 0 0 m T h e d a m i s s m o o t h l y c o n s t r u c t e d a n d fi l l e d u p t o t h e t o p o n l y wit h i n o n e y e a r u n d e r a p o o r e r c o n s t r u c t i o n c o n d i t i o n t h r o u g h a n o p t i mi z e d d e s i g n a n d r e a s o n a b l e o r g a n i z a t i o n a n d t h e r e l e - r a nt mo n i t o rin g i n s t r ume n t s a r e s i mu l t a n e o u s l y e mbe d d e d a s we l 1 Ba s e d o n t h e o bs e r v e d d a t a c o nc e r ne d，i t s h o ws t h a t t h e fil l i n g c o n s t ruc t i o n q u ali t y i s s a t i s f a c t o r ya n d t h e n i t p r o v i d e s s o me e x p e ri e n c e s for t h e c o n s t r u c t i o n o f c o n c r e t e f a c e r o c k 一 6l I d a m w i t h i n h i g h mo u n t a i n o us v a l l e y a r e a i n alp i ne r e g i on Ke y wo r d s：c o n c r e t e f a c e r o c k fi l l d a m；i n n e r t o e s l a b；c o n s t ruc t i o n t e c h n o l o g y ；e n g i n e e ri n g d e s i g n；We n q u a n H y d r o p o w e r S t a t i o n 1 工程概况 温泉水 电站位于新疆伊犁哈萨克 自治州尼勒克县 境内的喀什河中游马扎尔峡谷内，是伊犁喀什河流域 规划中的梯级电站之一 ，水电站为大( 2 ) 型 等工程， 枢纽建筑物 由混凝土面板堆石坝 、表孔泄洪洞 、深孔 泄洪洞、地面厂房组成，其中堆石坝最大坝高 1 0 2 m， 装机容量 1 3 5 MW，保证出力 6 5 1 MW，多年平均年 发电量 7 6 亿 k W h ，水库总库容 2 0 6 6亿 m 。 ，为 多年不完全调节水库 ，正常蓄水位为 9 5 5 i n 。 工程施工总工期为 4 2个月 ，2 0 0 7年 9月工程开 工 ，2 0 0 8年 l 0月实现工程截流 ，2 0 0 9年完成大坝填 筑 ，2 0 1 0年 1 0月实现首台机组投产发电。 2 大坝结构设计 2 1 坝体轮廓设计 在可行性研究 阶段 ，设计院对粘土心墙堆石坝和 4 4 混凝土面板堆石 坝进行 了同等深度 的比较 ，经过论 证 ，最终选择采用混凝土面板堆石坝。 根据有关地震资料 ，综 合分 析和类 比以往工程 经验及有关动力分析结果 ，结合本工程坝体设 防烈 度达 8度 ，最终拟定上游坝坡 坡度为 1 ： 1 5 ，下游 道路之间坝坡为 1 ： 1 4 。为解决施工及运行期的交通 问题 ，坝顶宽度设计为 1 0 in，在坝体下游设计 了宽 为 1 0 m、纵坡 为 8 的“ 之 ” 字型上坝公路 ，下游平 均坝坡为 1 ： 1 6 7 。 2 2坝体材 料分 区及 坝料 设计 根据本工程天然建筑材料分布情况和坝料设计成 果 ，混凝土面板堆石坝坝料从上游至下游分为上游盖 重区、上游铺盖区、混凝土面板 、垫层区、特殊垫层 区、过渡区、爆破堆石料区、利用堆石料区。 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 3 2 6 作者简介 ：郭霞辉 ( 1 9 7 7 一 ) ，男 ，工程师。 Wa te rRe s o u rc e s a n dHy d w p o w e rE n g i n e e r in g I i o i 41 No 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 1 ) 垫层 ：为面板下垫层料 ，水平宽度 4 m，采 用 c l砂砾 料 场筛 分 料 ，要 求 d 。 8 0 m m，小 于 5 mm 含量 3 0 5 0 ，K1 0 c m s ，D 10 8 5 。 ( 2 ) 特殊垫 层 区：为垫 层 特别 级配小 区，位 于 周边缝下部 ，其作用是反滤周边缝 渗漏水流 中的上 游铺盖 区土料 ，阻塞渗漏通道 。该 区 d 2 0 mm， D， 0 85。 ( 3 ) 过渡料 区：位 于垫层下游 ，水平宽度 5 m， 采用 C 1砂砾料场全料 ，要求 D， I0 8 5 。 ( 4 ) 爆破料区 ：位于过渡料区下游 ，形成下游上 坝道路和下游坝坡 ，是坝体的主要支撑结构 ，为料场 爆破 料 ， n 2 3 。 ( 5 ) 利用 堆石料 区：在爆 破料 中部设 有利用 料 区，可填筑各建筑物符合筑坝标准的开挖石渣料 ，以 减少工程造价 。 ( 6) 上 游 铺 盖 区：位 于 面 板 上 游 ，顶 部 高 程 8 9 5 0 0 m，上游坡度不陡于 1： 1 7 ，顶宽 5 m，作为 补充的防渗体和一旦发生渗漏 时的封堵材料 。采用 T 1 料场土料 ，利用运输 和推平设备 自然压 实 ，不做 专门碾压。作用是形成面板上游的防渗补强区 ，并与 特殊垫层 区起 到淤堵 开裂 的周边缝 、实现 自愈 的作 用 。 ( 7 ) 上游盖重区：位于上游铺盖区上游 ，顶部高 程 8 9 5 0 m，顶宽 1 0 m，上游坡度不陡于 1 ： 2 ，其作 用是保护和稳定 I A区土料。采用各建筑 物开挖过程 中的开挖弃碴料 ，利用运输和推平设备 自然压实 ，不 做专门碾压。 2 3混凝 土面 板 、趾板及 接 缝止水 设 计 2 3 1 混 凝 土面板 设计 混凝土面板是混凝土面板堆石坝的主要防渗设施 之一 ，其主要技术指标见表 1 。 表 1 混凝 土面板的主要技术指标 项 目 混凝土强度等级 级配 抗渗等级 抗冻等级 W， C 坍落度 e m 指标 C 3 0 二级配 Wl O F 3 0 o 0 4 5 47 面板顶部厚度为 0 3 m，面板底部厚度为 0 6 5 m。 在混凝土面板距表面 1 5 c m处设一层钢筋网，双 向布 置 ，其竖向配筋率为 0 5 ，水平 向配筋率为 0 4 。 河床部位受压区面板宽 1 2 m( 1 6块 ) ，岸坡部位受拉 区面板宽 6 m( 左岸 9块 、右岸 8块 ) 。 2 3 2趾 板设 计 趾板布置在坝体上游防渗面板周边 ，与面板共同 作用 ，形成坝基以上的防渗体 ；与基础岩石通过固结 灌浆 、帷幕灌浆连成整体 ，封闭了地面以下的渗漏通 水利水电技术第4 1 卷2 0 1 O年第6期 郭霞辉， 等温泉水电站混凝土面板堆石坝设计及填筑施工 道 ，形成一个完整的防渗体系。 趾板型式采用水平趾板。全部趾板可按高程分成 2种不 同的形式 。趾板的具体宽度和厚度见表 2 。 表 2趾板特征值 趾板设置高程 m 趾板宽度 m 趾板厚度 m 承受最大水力坡降 8 5 69 0 4 8 O 8 l 2 8 9 0 4 9 5 7 6 0 6 8 8 为防止温度与干缩裂缝 ，对裂缝起限制作用 ，在 距趾板顶面 1 5 e m处布置一层双 向钢筋 ，含钢率 为 0 4 。趾板内设置锚筋 ，将趾板锚 固在基岩上 ，锚 筋直径 4 , 3 0 m m，间、排距 1 2 m，伸人基岩 4 m。 2 3 3接 缝型 式及 止水设 计 ( 1 ) 混凝土面板垂直缝 。 “ A” 型垂直缝 ，为张性垂直缝 ，位于面板靠近两 岸 的张拉区，缝 内均设二道止水 ：底部铜片止水、顶 部填充料止水。 “ B ” 型垂直缝 ，为压性垂直缝 ，位于面板中部挤 压 区范围内，接缝底部设一道止水铜片。 ( 2 ) 周边缝( “ D” 型缝) 。 为适应周边缝 的变形 ，防止周边缝 附近的面板 、 趾板及止水结构出现破坏 ，周边缝宽度取为 2 5 m m。 于缝中设三道止水 ，即底部设一道铜片止水 ，铜片安 置在塑胶布带上 ，塑胶布带则铺设在 沥青砂垫块 上， 沥青砂垫块座落在垫层特别级配区。中部设橡胶止水 带一道 ，顶部止水为“ G B ” 填料 ，其上 以具有一定强 度和柔性的薄层覆盖保护 ，缝 内以浸沥青的坚实松木 板填充 ，松木板厚 2 5 m m，与周边缝等宽。 ( 3 ) 趾板变形缝 ( “ E ” 型缝 ) 。 为了降低温度和干缩应力 ，提高对地基变形的适 应能力 ，以减少裂缝 ，于地形、地质条件变化处 、趾 板转折处和长直趾板中部设置永久变形缝 ，变形缝位 置与面板接缝错开 ，缝 内设一道铜片止水 ，并与周边 缝止水构成封闭结构 ，接缝两侧钢筋断开。 ( 4 ) 防浪墙与面板的接缝 。 防浪墙与面板的接缝设置一道底部铜片止水和一 道顶部柔性填料止水。 ( 5 ) 防浪墙变形缝。 为避免防浪墙 因温度应力或坝体不均匀沉降而产 生裂缝 ，沿其长度方 向每隔 1 5 m设一道变形缝 ，变 形缝位置与面板接缝错开 ，缝内设一道橡胶止水带。 2 4坝基 处理 2 4 1基 础 开挖 堆石区坝基开挖 ，从 过渡 区底部 下游端起 ，以 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 郭霞辉， 等温泉水电站混凝土面板堆石坝设计及填筑施工 1 ： 3的缓坡开挖至原地 面，在该开挖坡面的下游侧 ， 则只清除表面覆盖层和物理力学性质低于坝体堆石的 软弱夹层 ，而对坝轴线下游部分的地基 ，只清除基岩 表面覆盖 ，清除深度 1 2 m。 堆石区左 、右岸坡 ，要 求开挖平顺 ，面板下游 1 5 m左右范围内的岸坡 ，要求岸坡开挖坡度不陡于 1 ： 0 2 5，以减少不均匀沉 陷和混凝土面板的应力集 中，1 5 r n以后 的岸坡 ，要求 开挖坡面中不 出现陡坎 和倒悬。 2 4 。 2 断 层 处 理 根据地质报告 ，在坝址 区未见有大的断层破碎带 通过 ，断层规模一般较小 ，处理方法是 ：一是开挖 回 填混凝土 ，二是灌浆加密。 2 。 4 3灌浆 温泉水电站坝基范围内没有大的断裂 、破碎带等 特殊地质构造 ，防渗线表层或浅层的破碎岩石和充填 物进行挖除或用混凝土塞进行处理，对深层的节理裂 隙或小断层进行灌浆处理。 在趾板范围内进行固结灌浆，间排距 2 5 I l l ，灌 浆深度为 5 I n 。 采用两道帷幕，以伸人 3 L u的相对不透水层 以下 5 m控制 ，帷幕灌浆孔采用梅花形布置 ，孔距 2 0 m，排距 2 m。 两岸灌浆分别在两岸 的灌浆平洞中进行。 3 坝体填筑施工 3 1 碾压 参数确定 通过碾压试验 ，确定砂砾料铺料厚度 8 0 c m，2 0 t 拖式振动碾振动碾压 6遍 ，行车速度4 k m h ，采用 后退或进 占法卸料。垫层料铺料厚度 4 0 c m，2 0 t自 行式振动碾振动碾压 6遍，行车速度 4 k m h ，采用 后退法卸料。过渡料铺料厚度 4 0 e m，2 0 t自行式振 动碾振动碾压 6遍 ，行车速度 4 k m h ，采用后退法 卸料。 砂砾料、垫层料、过渡料加水碾压后干密度较不 加水于密度变小 ，这主要是因为砂砾料 、垫层料、过 渡料含泥量偏大 ，透水性较差 ，洒水不能穿透全层 ， 注水 2 4 h后在振动碾 的作用力下碾压砂砾料 、垫层 料、过渡料均有弹簧土现象出现，达不到理想的密 度，因此对上述 三种料 ，采用加水 的方法无 明显效 果，反而影响于密度的大小。经对 比试验，砂砾料、 垫层料 、过渡料采取不加水碾压。 3 2坝体填筑 堆石料采取梯段爆破开采的石碴料 ，用挖掘机及 正铲装车，采取 2 0 3 0 t自卸车运输至坝面 ；垫层料 采取筛分后的合格砂砾料；过渡料采用天然砂砾料场 剔除大石后的全料 。填筑分区进行，确保填筑工作连 续进行。 3 3 填筑质量控制 堆石料在爆破前进行覆盖层和风化层的剥离 ，对 爆破料进行颗分试验 ，必须满足设计包络线 ；过渡料 开采前按区域进行覆盖层剥离，按规范规定对剥离区 域进行颗分和含泥量试验 ，在装车时剔除超径石 ；垫 层料按规定进行筛分然后上坝。 大坝填 筑 垫层 料前 部采 用挤 压边 墙技 术 ，既 解 决 了斜坡 碾压垫 层料 不能充 分碾 压密 实的 问题 也有效地解 决 了在 施工 面板 前对垫 层进 行人 工清 坡 的问题 ，提 高 了垫 层料 的碾 压质 量。在分 区接 缝处 ，按 照规 范要 求 的 “ 台阶法 ” 进 行骑 缝 碾压 ， 台阶保证 1 5 m的宽度 ，接缝处不允许粗料 集 中； 岸坡部位填筑 3 m宽度 的过 渡料 ，碾 压时 较正常 多 2遍 。对于 中间 堆石 区采用 进展 法卸 料 ，推土 机平仓 以减少骨料分离 ，按照 2 0 m X 2 0 m布置测 点 ，控制填 料层 厚 ，碾压 按规 定 的错 距 宽度进 行 碾压 。根据观测设施保护 的要求 ，沉降管周 围 l r n 范 围提 前 用 人 工夯 实 。 碾压完成后 ，每区每层均检测干密度情况 ，合格 后方可进入下一层 的填筑 。 4 结语 温泉水电站大坝地处寒冷地区高山峡谷 ，施工条 件恶劣，每年施工有效期短 ，只有 8个月有效施工时 间，在参建各方共 同努力下，通过实施设计优化 ，合 理组织 ，实现了当年填筑到顶。本电站大坝施工主要 有 以下 特点 ： 大坝右岸为近 9 0 。 的高陡边坡 ，在布设趾板 时， 因地制宜采用 了内趾板方式，大大减轻了爆破工程 量 ，有效地解决 了开挖趾板基础的难题 。 填筑上游采用的挤压边墙技术 ，在西北高寒地区 尚属首次 ，解决了寒冷地区次年融雪对边坡造成的冲 蚀需要花费大量时间和资金进行处理的难题 ，缩短了 施工工期 ，同时对挤压边墙在寒冷地区是否适用进行 了首次实践。 在填筑过程中设计根据情况及时进行了优化 ，在 坝体 中部扩大采用了砂砾料填筑 ，大大地减轻了爆破 料强度 ，节约了大量投资。 ( 责任编辑欧阳越) 水利水 电技术第 41卷2 0 1 0年第 6期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m