马鞍山水库沥青混凝土心墙堆石坝分区优化设计研究.pdf

四 川 水 利 马鞍山水库沥青混凝土心墙堆石坝分区优化设计研究李胜东张中兵秦开文舒 晴李 军(内江水利电力勘察设计研究院有限公司四川 内江 米易县马鞍山水利工程运行中心四川 米易 中水君信工程勘察设计有限公司成都)【摘 要】马鞍山水库采用碾压式沥青混凝土心墙堆石坝坝型综合考虑工程的开发思路、征地难度、左岸溢洪洞布置等各因素调整优化了料场开采平台根据沥青混凝土材料试验、坝体变形、渗流特性和坝体稳定等要求进行合理的坝体分区及坝料设计充分利用开挖的强风化辉长岩石料 坝体位移监测数据表明:蓄水后坝体变形适度性态正常优化设计减少了征地面积 减少外运 万 节省工程投资约 万元表明攀西地区采用沥青混凝土心墙堆石坝坝型是合理可行且经济的【关键词】堆石坝 沥青混凝土心墙 分区填筑设计 马鞍山水库 中图分类号:文献标志码:文章编号:()引言基于沥青混凝土粘弹塑性材料力学性能复杂、施工环境要求苛刻、施工工艺技术难度较大的特性容易出现质量安全问题 近二十年来通过沥青混凝土心墙堆石坝坝型的不断应用和推广设计理论和工程经验有了进一步的提升施工工艺和工程材料有了进一步的发展 大量监测数据表明沥青混凝土心墙堆石坝坝型在抗震性能、适应变形能力方面的优势是明显的施工过程中通过严格控制工程材料、施工工艺质量是可以保证的本文以马鞍山水库坝体为例综合考虑征地、料场等因素优化坝体分区设计实现节约征地范围和工程投资为攀西地区沥青混凝土心墙堆石坝建设提供了经验 工程概况马鞍山水库位于四川省攀枝花市米易县丙谷镇芭蕉箐村境内坝址距米易县 是一座以灌溉和乡村供水为主兼顾生态环境用水的中型水利工程 水库包括枢纽工程和灌区工程两部分 枢纽工程主要由沥青混凝土心墙堆石坝、开敞式溢洪道、放空隧洞和南北干渠放水隧洞组成水库总库容 万 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位 坝顶高程 坝址两岸基本对称呈“”形狭谷河谷谷底狭 窄 宽 河 床 高 程 局 部 基 岩 裸 露 覆 盖 层 厚 主要为漂卵砾石夹砂结构松散稍密局部架空河床、左右岸坝基下部地基岩性为辉长岩右岸坝基上部为第三系上新统昔格达组粘土岩和砂岩 河床坝强、弱风化带厚度分别为 、左右岸大多基岩裸露自然坡角 两岸自然坡高 强、弱风化带厚度分别为 、大部分由昔格达页岩、粘土岩和风化辉长岩组成局部裂隙发育岩层水平微倾坡内反向坡除发育陡倾角构造裂隙外无大的不利结构面 地震基本烈度为度 坝型选择及坝体分区设计 坝坝型型选选择择 四 川 水 利坝址区内出露第四系松散堆积层、第三系上新统昔格达组及二叠系闪长岩地层 坝址左岸开挖 左右满足修建刚性坝的基础要求但由于山体陡峭不利于基础深层开挖 右岸为昔格达组粘土岩与粉砂岩互层承载力较低且在扰动下易遇水软化不利于坝体稳定因此本工程不宜采用刚性坝坝型工程区广泛分布辉长岩坝址区 内无储量及质量均能满足防渗要求的粘土料场故采用沥青混凝土心墙堆石坝坝型 大大坝坝剖剖面面设设计计大坝顶长 宽 最大坝高 坝基最大宽度为 上游坝坡为 和 高程设一级马道宽 下游坝坡为 、分别在高程 、处设置马道宽 坝体总填筑量 万 大大坝坝分分区区设设计计工程开工建设后通过坝体开挖、料场复勘和坝 料 开 采 的 先 后 顺 序 料 场 强风化带厚度 之间强风化带厚度 弱风化带厚约 因 上部开采的大多为强风化辉长岩可用于反滤过渡料的弱及新鲜辉长岩石料较少不能实现开采、填筑同步进行且由于弃渣场占地面积较大经济林地和耕地征地拆迁难度较大 通过对填筑原材料和碾压后性能的进一步试验坝体分区从上游至下游分别为上游堆石料区、上游过渡料区沥青混凝土心墙料区、下游反滤过渡料区、下游堆石料区及排水带图 大坝剖面设计 沥沥青青混混凝凝土土心心墙墙防防渗渗体体心墙防渗体位于坝体中央轴线与坝轴线重合心墙顶高程 顶部宽度 中、下部宽度 阶梯型布置渐变式扩大基础与 混凝土基座相接基座下部为辉长岩沥青混凝土配合比选择通过试验确定采用水工沥青含量为 填料 骨料最大粒径 过过渡渡料料上、下游过渡层厚度 心墙两侧垂直布置 采用弱及新鲜辉长岩轧制加工最大粒径不大于 小于 粒径含量 小于 含量不大于 碾压后干密度不小于 /孔隙率不大于 渗透系数不小于/排排水水带带心墙下游坝基面设置 厚排水带排水带与坝壳料之间设 厚反滤料 排水带采用弱及新鲜辉长岩轧制加工最大粒径不大于 小于 粒径含量 小于 含量不大于 碾压后干密度不小于 /孔隙率不大于 渗透系数不小于/坝坝壳壳堆堆石石区区坝体分为四个分区采用辉长岩填筑区:以 死 水 位 为 界 向 上 以 坝坡至坝顶、向下 填筑坡比至坝基、向后直至过渡层的区域弱风化、新鲜辉长岩填筑区:顶端以距下游过渡层 为控制按 坡 比 向 下 倾 斜 直 至 大 坝 下 部 高 程、向后至下游坝坡的区域强风化辉长岩填筑及利用料李胜东张中兵秦开文等:马鞍山水库沥青混凝土心墙堆石坝分区优化设计研究 区:为上游坝体除区以外的区域强风化辉长岩填筑及利用料区:为下游坝体除区以外的区域弱风化、新鲜辉长岩填筑上下游坝体堆石料最大粒径不大于 碾压后干密度不小于 /孔隙率不大于渗透系数不小于 /堰堰坝坝结结合合体体堰坝结合体(上游全年围堰区)与上游坝壳料区结合轴线布置在坝纵 处与坝轴线平行 结合体顶高程 最大高度 轴线 顶宽 上游边坡 下游边坡 强风化辉长岩填筑 上游坡面采用 厚干砌石护坡结合坝体轴线布置高压旋喷墙与坝基形成封闭防渗系统旋喷防渗墙墙厚旋喷孔单排布置孔距 表 大坝分区填筑工程量序号部位单位工程量材料要求上游区坝壳料弱风化、新鲜辉长岩下游区坝壳料强风化辉长岩上游区坝壳料强风化辉长岩下游区坝壳料弱风化、新鲜辉长岩过渡料弱风化、新鲜辉长岩下游反滤料弱风化、新鲜辉长岩河床排水带弱风化、新鲜辉长岩合计 分区设计优化效果分析 料料场场开开采采与与填填筑筑石料场位于大坝左岸山脊高程 长约 宽 面积 可开采储量 岩性为强风化辉长岩平均厚度 弱风化厚约 以下为新鲜岩体弱及新鲜的辉长岩储量大于 弱风化辉长岩单轴饱和抗压强度 属中硬岩 新鲜辉长岩饱和抗压强度属坚硬岩 无用料为表层耕植土和强风辉长岩表层接触耕植土的一部分厚表 料场试验成果取样编号岩性干密度(/)比重孔隙率()饱和吸水率()干抗压强度()湿抗压强度()软化系数马石 强风化辉长岩 马 弱风化辉长岩 马 弱风化辉长岩 马石 弱风化辉长岩 马石 弱风化辉长岩 马石 弱风化辉长岩 马 新鲜辉长岩 马 新鲜辉长岩 表 强风化辉长岩石料大剪试验参数最大干密度(/)控制干密度(/)渗透系数(/)非饱和不排水剪饱和固结不排水剪饱和固结排水剪()()()()()()表 弱风化辉长岩堆石料大剪试验参数比重 设计干密度(/)孔隙率()最大粒径()渗透系数(/)允许坡降压缩模量()线性强度方法()()料料场场开开采采枢纽坝体、地下洞室强风化辉长岩开挖利用料约 万(自然方)料场开采量约 万 料 场 开 口 线 平 行 坝 轴 线 开 口 高 程 底 高 程 最 大 开 采 高 度 开采有用料为强、弱风化及新鲜辉长岩开采量 万(自然方)其中强风化辉长岩 万 弱及新鲜辉长岩 万 无用料为覆盖层 表 石料场开采量开采高程强风化料储量()弱风化料储量()新鲜石料储量()开挖面积分层储量累计储量开挖面积分层储量累计储量开挖面积分层储量累计储量有用料累计储量()无用料开采量分层储量累计储量 以上 四 川 水 利 开开采采强强度度与与填填筑筑强强度度结结果果分分析析通过石料逐月开采强度和填筑强度 年 月的料场开采过程中需提前开采强风化石料 万 此时料场开采高程 形成平台可以临时堆放强风化料并随填筑逐步上坝 表 石料开采强度和填筑强度对比料场开采时段 年 年 年 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月开采强度(万)填筑强度(万)开采强度填筑强度 需堆存的利用料(万)表 石料逐月填筑料汇总大坝分区各填筑区工程量()年 年 年 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月区区区料场利用料区料场利用料排水带及棱体反滤过渡料逐月填筑汇总 工工程程占占地地枢纽弃渣场规划占地面积 堆渣 万(松方)通过坝体分区优化调整后弃渣场占地 堆渣 万(松方)减少征地面积 减少弃渣外运 万节省工程投资约 万元 结语马鞍山水库沥青混凝土心墙坝将强风化辉长岩石料用于上游堰坝结合体和下游干燥区以满足上、下游侧坝体填筑材料分区尽可能对称、尽可能使沥青混凝土心墙在蓄水后保持铅直受压状态的要求 自 的 月蓄水以来最大断面累计沉降量 最大水平位移值 正常蓄水位最大渗漏量 /满足规范及设计要求大坝运行性态良好 运行监测数据表明攀西昔格达地区建设沥青混凝土心墙堆石坝是可行的质量是可以保证的 同时通过坝料分区填筑较多地利用了坝体及地下洞室开挖的强风化石料对降低工程投资减少工程占地是非常有利的工程的运行亦可为类似工程设计提供有利参考参 考 文 献王为标申继红.中国土石坝沥青混凝土心墙简述.石油沥青():.姜永康.土石坝碾压式沥青混凝土心墙施工技术.云南水力发电():.李 静韩小妹.官帽舟水电站沥青混凝土心墙混合坝设计.人民珠江():.雷 艳王康柱蔡新合.积石峡水电站混凝土面板堆石坝坝体分区优化设计及坝料调整.西北水电():.马品非.乌雪特水库大坝分区设计沥青心墙坝坝体分区设计研究与分析.中国水运(下半月)():.碾压式土石坝设计规范.水工沥青混凝土施工规范.土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范./土石坝沥青混凝土心墙碾压试验规程.作者简介:李胜东()男四川达州人高级工程师主要从事水利水电工程设计、管理工作:张中兵()男重庆江津人高级工程师主要从事水工金属结构及水力机械设计工作秦开文()男彝族四川会理人高级工程师本科主要从事水利工程管理工作舒 晴()女四川岳池人工程师本科主要从事水利工程运行管理工作李 军()男四川广元人工程师本科主要从事水利水电工程施工工作