陇或水库混凝土面板堆石坝设计及特点.pdf

广西水利水电 G U A NG XI WA T E R R E S O U R C E S&H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 o 1 4 ( 4 ) 规划设计 陇或水库混凝土面板堆石坝设计及特点 刘敏 ( 河池水利电力勘测设计研究院， 广西河池5 4 7 0 0 0 ) 【 摘要】 介绍了广西罗城县宝坛水电站陇或混凝土面板堆石坝的构造 、 软岩坝料填筑、 坝基处理 、 坝肩滑坡体处理 的设计特点。 【 关键词】 陇或面板堆石坝； 设计特点 ； 宝坛水电站 中图分 类号】 T V 6 4 1 4 3 文献标识码】 B 文章编号】 1 0 0 3 - 1 5 1 0 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 3 7 - 04 1 工程 概 述 陇或水库位于广西罗城 、 环江 、 融水 3 县交界的 新华 河上 ， 坝址位 于陇或 屯北 面 4 0 0 m处 ， 河谷深 切， 河床宽 1 5 1 8 m， 高程6 9 6 m， 河谷呈大致对称的 “ V ” 形 ， 两边岸坡坡度 4 0 。 一 5 0 。 。 坝址 出露 的地层有前 震旦系下板溪群鱼西 组 ( P t a y ) 变质粉砂岩 、 变质砂岩夹千枚岩 、 局部为变质 粉砂岩夹千枚岩互层 ， 第 四系覆盖层主要为残坡积 层及河床冲洪积层。坝址两岸坡岩体风化强烈 ， 强 风化带深厚 ， 左岸存在较厚的残坡积覆盖层 ， 岩层 倾 向与坡 向相 近 ， 边坡稳定性较差 。大坝河床及凸 岸漫滩 ， 成分 主要为漂石 、 卵砾石 ， 厚 2 4 m。 大坝为混凝 土面板堆石坝 ， 顶长 2 2 9 m， 宽 5 9 7 m， 坝顶高程7 6 0 8 2 m， 最大坝高 7 0 m， 坝体填筑材 料约8 5 万m 。主体工程于2 0 0 3 年 1 1 月开工， 2 0 0 6 年2 月建成蓄水 ， 目前运行 良好。 2 坝体断面分 区与坝料设计 2 1 坝体断面分区“ 分区的目的是在保证大坝安全可靠地运行的 前提下， 尽量利用枢纽的开挖料及坝址附近的开挖 料， 使施工方便 ， 造价低， 以获得最大的经济效益。 分区的原则为 ： 各坝料之间应满足水力过渡的 要求， 渗透系数从上游到下游递增， 相邻区下游坝 料对其上游区有反滤保护作用； 从上游到下游 坝料的变形模量可递减 ， 以保证蓄水后坝体变形尽 可 能小 ， 从 而减少 面板和止水 系统遭 到破 坏的可 能 ； 充分利用建筑物开挖料； 方便机械化施 工 。大坝填筑料分区见图 1 。 分区从上游向下游分为垫层区( 2 A ) 、 特殊垫层 区 ( 2 B) 、 过 渡 区 ( 3 A) 、 主堆 石 区 ( 3 B ) 、 次 堆石 区 图 1 陇或混凝土面板堆石坝分区图 【 收稿 日期】 2 0 1 4 - 0 3 - 1 2 【 作者简介】 刘敏( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 广西来宾人， 河池水利电力勘测设计研究院工程师， 学士， 主要从事水利水电工程水工结构设计、 _T程规划设 计等工作。 3 7 刘敏： 陇或水库混凝土面板堆石坝设计及特点 ( 3 c 1 、 3 C 2 ) 、 下游堆石 区( 3 V l 、 3 E 2 ) 及 下游干砌石 护坡 。 2 2 坝料设计 2 2 1 坝料来源 坝料开采取于坝址上、 下游两个料场 ， 上游料 场位于坝址上游4 0 m左岸半岛状小山体， 下游料场 位于坝址下游5 0 0 m右岸山体， 料场地层岩性为元 古界上板溪群鱼西组( P t a y ) 变质粉砂岩、 变质细砂 岩， 下游料场含少量石英闪长岩。 2 2 2 坝料设计技术要求 坝体填筑料主要为砂岩料和砂砾石 ， 其 中垫层 区( 2 A) 、 特殊垫层 区 ( 2 B ) 、 过渡 区( 3 A) 、 坝轴线上 游侧 主堆 石 区( 3 B ) 、 次堆石 区( 3 C 1 ) ， 下游堆 石区 ( 3 E 1 ) 要求采用坚硬的砂岩料 ， 次堆石区( 3 C 2 ) 、 下 游堆石 区( 3 E 2 ) 填筑料采用料场硬砂岩和软砂岩的 混合料( 饱和单轴抗压强度为 1 5 3 0 M P a 岩石 占 7 0 ， 饱和单轴抗压强度不小于3 0 MP a 岩石占3 0 ) 。 坝料要求在任何情况下的渗透水流都能顺畅 地排往下游。坝料设计技术要求见表 1 。 垫层 ( 2 A) 料 、 特殊垫层 区( 2 B ) 料 、 过渡层( 3 A) 筑料是一种级配连续且 有与任何一侧包络线接近 平行的粒径分布 曲线的材料 ， 级配在设计 的粒径级 配包络线范围内。 施工过程中， 为降低工程造价 ， 充分利用库区 表 1 坝料设计技术要求表 填 筑 分 区 料 源 要 求单 萋 篷 礓渗 透 系 数 (c 箕 堕 量 垦 壅 异 cm 3) 孔 隙 率 垫 层 区 cz A 毳 雾 彗 5 0 N N (2 B ，鬟 瑟 萼 s o 过 渡 层 区 ( 3 A) 馒 砂 岩 料 3 0 主堆石 区( 3 B) 硬砂 岩料 3 0 次堆石 区( 3 c ， ) 硬砂岩料 3 O 次 堆 石 区 ( sc ) 龄 下游堆石区( 3 E ， ) 硬砂岩料 3 0 下游堆石 区( 3 E 1 ) 3 8 0 4 0 0 3 0 5 0 2 8 l x1 0 - 3 -11 0 4 0 2 00 3 6 4 8 3 o o 4 o 0 8 - 28 8 0 0 8 0 o 2 O 1 O 0 0 l 2 oo 2 O l 0 0 0 1 2 0 0 2 2 1 4 0 0 l 5 0 0 2 0 l 4 0 0 1 5 o o 2 8 l x1 0 - 3 l x1 O 3 l x1 0 一1 1 0 5 11 0 o 5 11 0 0 5 1l 0 D 2 2 5 8 2 2 5 8 2 1 5 2 2 O 9 8 2 0 4 4 2 0 3 7 1 9 6 4 1 9 5 6 河道内的砂砾石， 对坝体分区填筑材料进行了调 整 ， 主要是在 主堆石区( ( 3 B ) 坝轴线下游侧和次堆 石区( 3 C 2 ) 高程为 7 0 5 7 3 1 3 7 n l 范围内改填级配 良 好的砂砾石 ( 顶宽为 2 5 IT I 、 底宽为 5 9 5 n 1 ) ， 主堆石 区( 3 8) 、 次堆石 区( 3 c ) 填筑砂砾石相对密度分别为 0 8 0 、 0 7 8 ， 其他填筑材料粒径及填筑标准不变。 大坝坝体堆石区填筑施 工前 ， 通过碾压试验 ， 取得科学合理的施工碾压参数， 坝体堆石区填筑质 量 ， 主要通 过坝 体填 筑石 料 的最大 粒径 、 洒水量 ( 1 0 一 2 0 ) 、 碾压机机具重量 ( 2 0 t ) 、 碾压遍数 ( 8 1 0 遍) 等要求来控制。 3 面板 、 趾板 、 止水设计 3 1 面板设计 ( 1 ) 面板厚度 。堆石坝混凝土面板设计厚度按 T = 0 3 + 0 0 0 3 5 H进行设计 ， 钢筋混凝土面板某点厚 度 T - 0 3 0 0 + 0 0 0 3 5 日 ( m ) ， 其中H为7 6 0 8 2 IT I 高程 与面板该点表面高程之差( 、 单位均为m) 。面板 厚度为0 3 0 5 5 1 1 3 。 ( 2 ) 面板混凝土的基本指标。本工程混凝土强 度等级采用 C 2 5 ， 抗渗等级为 W8 ， 抗冻等级采用 3 8 F 5 0 ， 采用二级配混凝土。 ( 3 ) 混凝 土面板的配筋。? 昆 凝土面板按单层双 向配 筋 ， 钢 筋配 在面板 截 面 中间 ， 竖 向配筋 率 为 0 4 ( 配P 2 0 2 5 2 0 0 ) ， 横向配筋率为0 3 5 ( 配P 1 8 2 02 0 0 ) ， 另外 ， 在面板两端配置抗挤压钢筋。 3 2 趾板设计 本工程在河床段及 岸坡 均采用平趾板 。趾板 宽度根据各段的水力梯度要求 ， 分为8 IT I ， 6 m两种 ( 右岸7 3 0 0 0 m高程以上趾板宽度为6 m) 。 ( 1 ) 趾板地基开挖。河床 、 右岸及左岸7 3 0 0 0 m 高程以下部位挖到弱风化岩体， 右岸7 3 0 0 0 II l 高程 以上部位挖到强风化岩岩体 ， 左岸 7 3 7 0 0 7 4 7 0 0 in 高程范围部位挖到强风化岩体， 左岸7 4 7 0 0 11 1 高程 以上部位挖到全风化层。 ( 2 ) 趾板混凝土的基本指标 。趾板混凝土强度 等级采用 C 2 5 ， 抗渗等级为W8 ， 抗冻等级采用 F 5 0 ， 底部回填混凝土抗渗等级为W6 ， 右岸上部挡墙及 护坡混凝土等级为C 2 0 ， 抗渗等级为W4 ， 采用二级 配混凝土。 ( 3 ) 混凝土趾板的配筋设计 。趾板钢筋布置在 趾板顶部 ， 为单层双向钢筋， 每向配率为0 2 4 ( 配 7 ” 加 广西水利水 电 G U A N G X I WA T E R R E S O U R C E S&H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I NG 2 0 1 4 ( 4 ) p 2 22 0 0 ) ， 保护层厚度 1 5 c m。 3 3 止水设计 ( 1 ) 趾板分缝止水。共分 6 道伸缩缝 ， 间距为 3 4 8 0 in ， 缝底部设橡胶止水带 ， 顶部设 G B 复合三 元乙丙止水板 、 G B 嵌缝材料 、 氯丁橡胶棒等止水材 料 ， 缝面设 3 mm厚沥青乳胶充填。 ( 2 ) 面板分缝止水。面板设垂直缝， 不设水平 分缝 ， 面板垂直缝在河床处 间距采用 1 2 I n ， 两岸垂 直缝间距采用 6 i n 。面板共设 2 4 条垂直缝 。所有垂 直 缝均按张性缝设计 ， 垂直缝按 两道止水设 计 ， 底 部止水材料采用W型铜止水片和G B 复合止水条， 顶部由G B复合三元乙丙止水板 、 G B 嵌缝材料、 氯 丁橡胶棒等止水材料组成， 缝面设 3 m m厚沥青乳 胶充填。 ( 3 ) 周边缝止水设计 。按两道 止水设计 ， 缝 底 部止水材料采用F 型铜止水片和G B 复合止水条， 顶 部 由G B复合三元乙丙止水板 、 G B 嵌缝材料 、 G B复 合形橡胶止水带及氯丁橡胶棒等止水材料组成 ， 缝 面嵌 1 2 m m厚沥青木板。 4 地基 处理设计 4 1 堆石区基坑开挖处理 主堆 区、 次堆 区河床段覆盖层为漂石 、 砂卵石 ， 厚 2 4 n l ， 设计挖 除表 土层及砂卵石层厚 O 5 1 1 1 ， 碾 压 冲积砂 卵石作为堆石坝基 ； 7 0 5 I n以下两岸坡开 挖到变质砂岩全风化层 ， 7 0 5 m高程以上全部清除 腐质层， 树根、 草根清除干净， 岩体尖角， 倒坡削除。 4 2 趾板区开挖处理 设计要求7 3 5 I ll 高程以下趾板持力层需开挖到 强风化下限至弱风化岩体， 7 3 5 in 高程以上需开挖 到强风化上限岩体。 左岸趾 板 Z B 0 一 Z B 1 7 4 7 7 6 0 8 2 I n 段 地基 为 全风化岩及残坡积层 ( 粉质粘土) ， 地质条件差 。采 用固结灌浆进行理 ， 同时7 4 2 in 高程以上帷幕灌浆 孔距由1 5 m变为O 7 5 n l 进行加密补强处理， 以增 加岩土体抗渗能力 。 右岸 7 3 4 7 6 0 I r l 高程岩体 风化强烈 ， 风化裂隙 发育 ， 岩体完整陛差 ， 采用固结灌浆提高岩体完整性。 4 3 帷幕灌浆 坝址岩体结构面主要为河床小断层以及岩体 中的节理裂隙， 且各组节理相互切割， 岩体完整性 较差。 大坝河 床段 帷幕是 在趾板 上进行 ， 趾板 厚度 O 8 In ， 为无重盖灌浆， 大坝挡水高达7 0 I n ， 帷幕的设 计和施工难度较大。为保证趾板不产生抬动破坏 ， 提高灌浆压力 ， 增强岩体的抗渗性， 提高帷幕的抗 渗性 和耐久性 ， 经现场灌浆试验论 证 ， 通过锚杆作 用 ， 增强固结灌浆效果 、 优化施工方法和工艺 ， 保证 帷幕的最终形成 。 防止趾板底部产生渗流接触冲刷破坏， 改善岩 体的物理力学性能， 对趾板部位进行基础固结灌浆 处理 ， 基础 固结灌浆沿趾板布置两排 ， 按梅花形布 置 ， 孔距 3 0 i n ， 孑 L 深 6 8 I n ， 分二序施工 ， 固结灌浆 压力 O 2 0 3 MP a 。 坝基的渗漏以裂隙渗透为主要形式， 帷幕灌浆 沿趾板连续布置， 右岸向溢洪道右岸山体延伸2 0 5 i n ， 左岸坝肩沿山脊布置 ， 向左岸延伸 3 0 0 n l 。帷幕 灌浆的孔距 1 5 m， 布设一排帷幕灌浆孔 ， 灌浆孔分 3 序， 采用“ 对分法” 进行帷幕灌浆， I、 、 序灌浆 铅直孑 L 的间距分别为6 in 、 3 i n 和 1 5 m。帷幕灌浆 深度深入5 L u 线以下5 m， 帷幕灌浆压力0 2 0 7 M P a 。 5 坝肩 滑坡体 处理 坝肩趾板开挖后 ， 左岸坝肩产生滑坡， 滑坡体 是从 7 3 0 n l 高程往上沿全风化强风化面跟 中风化的 接触面产生滑动 ， 滑坡体的最大厚度 2 0 3 0 m， 从 7 3 0 8 2 0 m已滑裂的表面面积为 1 2 3 0 0 IT I ， 滑坡体 方量估算 2 8 万 m ， 但要清除到稳定边坡估算为 3 6 万m ， 还要做好开挖表面的防护工作。 对坝轴线作适 当调整变更 ， 将坝轴线左岸往上 游移动 8 7 m， 右岸移动 2 6 m， 对大坝左 岸边坡上部 进行削坡处理后稳定， 边坡下部在堆石坝坝体填筑 区内， 坝体填筑加固边坡下部。 6 大坝设计特点 ( 1 ) 根据石料场的覆盖层较厚 、 剥离的风化软 岩较 多 、 库 区河 道河卵石及 工程开挖料 较多等特 点， 经论证后 ， 决定采用部分风化软岩、 河卵石上坝 填筑坝体次堆石区( 3 C 2 ) 、 下游堆石 区( 3 E 2 ) ， 并采 取相关措施确保大坝安全 ： 坝体次堆石区( 3 C 2 ) 及 下游堆石 区( 3 E 2 ) 坝体填 筑料 ， 采用硬岩和软岩 的 混合料( 饱和单轴抗压强度为 1 5 3 0 M P a 岩石 占 7 0 ， 饱 和单轴抗压强度不小于 3 0 M P a 岩石 占 3 0 ) 填筑 。既缩短工期 、 节省工程投资 ， 又减少工 程弃渣 ， 减少水土流失。 ( 2 ) 坝体软岩坝料堆石 区 ， 利用硬岩填筑埋设 3 9 刘敏： 陇或水库混凝土面板堆石坝设计及特点 排水通道， 将坝体渗水顺畅排出， 确保大坝安全。 ( 3 ) 妥善处理大坝左岸边坡 滑坡 ， 边坡上部进 行削坡处理稳定， 边坡下部保留， 坝体填筑加固边 坡下部 ， 避免挖除滑坡体及边坡开挖表面的防护等 量处理工作 。 ( 4 )主堆石 区从 坝顶 向下游倾斜 ， 倾斜坡 比为 1 ： 0 3 ， 有利于坝体均匀沉降和减少坝体总沉降量。 ( 5 ) 对坝体各堆石料填筑干密度和孔隙率指标 等碾压质量要求较高， 坝体内部沉降量为4 1 5 m m， 在国内同类工程中属于中等 。 ( 6 ) 对河床覆盖层 ， 采取部分挖除， 保 留部分作 碾压处理后作为堆石区坝基 ， 既能满足坝的安全要 求 ， 又可获得较好的经济效益 。 7结语 通过陇或大坝的设计实践 ， 可以得出以下几点 结论 ： ( 1 )陇或混凝土堆面板堆石坝 ， 2 0 0 6 年 2月建 成蓄水投入运行 ， 至今运行 已7 年多 ， 取得很好 的经 济效益 ， 证 明大坝结构设计是合理 的， 料场风化 软 岩作为坝料填筑 、 坝基处理、 坝肩滑坡体处理是成 功 的。 ( 2 ) 坝体断面合理分 区 ， 对不同部位 的填筑采 用不 同的层厚 、 压实度 ， 对 坝体各堆石料填筑干密 度和孔隙率指标要求较高 ， 有利控制坝体 内部沉降 量及坝顶总沉降量较小。 ( 3 ) 充分利用料场风化软岩 、 库区河道河卵石 及工程开挖料作为坝料， 缩短工期， 节省工程投资， 减少工程弃渣 ， 减少水土流失。 ( 4 ) 坝体软岩坝料堆石区， 利用硬岩填筑埋设 排水通道， 将坝体渗水顺畅排出， 可行且安全。 ( 5 ) 将坝坡滑坡体利用堆石料填筑加固填埋在 坝体 内 ， 作为坝体 的一部分 ， 避免挖 除滑坡体及边 坡开挖表 面的防护等处理工作 ， 既缩 短工期 ， 又可 减少投资。 参考文献 【 1 】 傅志安， 凤家冀 混凝土面板堆石坝 M 】 武汉： 华中理_T 大学出版社， 1 9 9 3 2 2 S L 2 2 8 - 2 0 1 3 ， 混凝土面板堆石坝设计规范【 S 】 ( 责任编辑 ： 刘征 湛) De s i g n o f c o n c r e t e f a c e s l a b r o c k fi l l d a m f o r Lo n g h u o Re s e r v o i r LI U Mi n ( H e c h i Wa t e r a n d P o w e r I n v e s t i g a t i o n&D e s i g n I n s t i t u t e ， H e c h i 5 4 7 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： An i n t r o d u c t i o n wa s ma d e o n t h e d e s i g n o f L o n g h u o c o n c r e t e f a c e s l a b r o c k fi l l d a m o f Ba o t a n Hy d r o p o w- e r S t a t i o n l o c a t e d i n Lu o c he n g Co u n t y o f Gu a n g x i ，i n c l u d i ng t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s t r u c t u r e，fil l i n g o f s o ft r o c k d a m ma t e r i a 1 t r e a t me n t o f d a m f o un d a t i o n a n d a b u t me nt l a n d s l i de Ke y wo r d s ： L o n g h u o f a c e s l a b r o c k f i l l d a m；d e s i g n c h a r a c t e r i s t i c s ； Ba o t a n Hy d r o p o w e r S t a t i o n