纳达水库沥青混凝土心墙混合土石坝设计.pdf

纳达水库大坝为沥青混凝土心墙混合土石坝为了充分利用开挖弃渣料设计对坝体断面进行了合理分区有效地解决了沥青混凝土心墙与坝体填筑料之间的变形协调问题 针对土、石混合坝壳料无明确的压实填筑标准设计提出了级配分析结合现场试验、填筑标准及施工工艺控制的综合控制方法解决了采用现行规范设计控制标准不适用本工程的质量控制和评价问题 纳达水库沥青混凝土心墙坝坝壳料采用全断面土、石混合料筑坝属国内近百米级坝壳料采用任意料筑坝的先例该大坝的建成蓄水为后续类似工程提供借鉴关键词:沥青混凝土心墙混合土石坝综合控制方法纳达水库中图分类号:文献标志码:文章编号:()土石坝是由土、石料等当地材料建成的坝也是历史最为悠久的一种坝型 土石坝得以迅速发展的原因主要是可以就地取材对地形地质条件要求不高投资省随着大型碾压机械的发展土石坝的发展空间将更加广阔 采用土料筑坝历史悠久筑坝技术和理论都比较成熟石料筑坝坝工界长期以来认为硬岩更适合这使得缺少硬岩地区由于料源问题而使工程实施过程不经济也有悖于就地取材的筑坝原则按照岩石单轴饱和抗压强度等级划分小于 的岩石统称软质岩石代表性岩石有泥岩、页岩、泥质砂岩、千枚岩及抗压强度低于 的风化岩石 软岩作为介于土、石之间的一种材料其性状有别于土、石理论基础相对较为薄弱但对于缺少理想筑坝料源的地区来讲其利用和推广有着广阔的空间 国内外许多成功的经验证明过去因抗压强度低、软化系数小而不被采用的软岩堆石料经过专门断面设计仍可作为堆石料填筑在沥青混凝土心墙堆石坝上国内外采用软岩筑坝的沥青混凝土心墙土石坝实例见表 如茅坪溪、观音洞、玉滩、官帽周、金峰、中叶、石庙子、驮英、卡洛特、罗家沟等沥青混凝土心墙坝部分大坝坝高已超 级经过坝体优化设计在其相应的部位都填筑了大量的软岩料和风化料取得了丰富的工程经验 随着土工试验技术、大型土工试验仪器的发展以及大功率振动平碾的使用对筑坝材料的限制也在逐步地突破和放宽纳达水库工程碾压式沥青混凝土心墙混合土石坝通过对坝体分区的设计对坝壳料采用任意料筑坝进行了尝试 工程概况兴义市纳达水库位于兴义市以南的仓更镇境内南盘江支流仓更河支流岔河下游河段坝址以上控制集雨面积.多年平均流量./水库正常蓄水位为.死水位.兴利库容为.万 校核洪水位 .总库容为.万 是以农田灌溉、乡镇供水和农村人畜饮水等综合利用的中型水库工程工程静态总投资.亿元 经多种坝型比较和研究挡水坝采用沥青心墙混合土石坝最大坝高.工程设计中敢于创新 在挡水坝设计上同时应用了沥青混凝土心墙防渗和全断面土、石软岩筑坝两项新技术是贵州省第一座利用弃渣填筑的沥青心墙坝、也是截至目前贵州省最高的沥青心墙混合土石坝人民珠江 年增刊 表 国内外碾压式沥青混凝土心墙土石坝软岩筑坝不完全统计坝名所在国家(地区)坝高/坝顶长/完成年份上游坡度下游坡度坝体软岩坝料心墙厚度/茅坪溪中国(湖北宜昌).(.)(.)(.)(.)风化砂、石渣混合料含有部分全风化料.观音洞中国(重庆渝北).(.)(.)(.)(.)长石砂岩和砂质泥岩.玉滩中国(重庆).(.)(.)(.)(.)砂岩和泥岩石渣料官帽舟中国(四川乐山).(.)(.)(.)(.)软岩极软岩的石渣料.纳达中国(贵州兴义).已下闸蓄水(.)(.)(.)(.)残破积土料、全风化土料和强、弱风化细砂岩与灰质泥岩互层.金峰中国(四川绵阳).在建.(.)(.)砂泥岩混合料.中叶中国(云南普洱).在建(.)(.)(.)()石料场凝灰岩和砂岩的混合料石庙子中国(四川德阳).在建(.)(.)()(.)泥岩和粉砂质泥岩夹砂岩.驮英中国(广西崇左).在建(.)(.)()(.)强微化泥岩和砂岩.卡洛特巴基斯坦.(.)(.).微新砂岩和微新泥质粉砂岩料.罗家沟中国(贵州六盘水).在建(.)(.).土石混合料.坝型选择坝区基岩三迭系中统河口组上段()细砂岩与灰质泥岩互层坝基岩体结构软硬相间灰质泥岩成为相对软岩夹层岩体强度受软岩夹层控制左岸全强风化厚度较大建高刚性坝地基处理难度大推荐坝线仅适合修建当地材料坝 因此基本坝型确定为土石坝 理想的土石坝坝壳料应具有质地坚硬、抗风化能力强、排水性好、抗剪强度高压缩沉降小等物理力学性质 坝址区岩石具有“软硬相间”和强风化层较厚的地质条件特点采用传统的堆石料进行设计石料场仅弱风化砂岩料能采用料场开采需要对石料进行“精挑细选”料场施工难度大剥采比大工程投资大 经过多种坝型技术经济比选为最大化的利用当地建筑材料节省工程投资选定沥青混凝土心墙混合土石坝做为纳达水库工程的推荐坝型 该坝型方案充分利用了溢洪道、输水隧洞开挖的土石弃渣渣料及就近库区开采的混合料场的残坡积层、全、强、弱风化料采用全断面土、石软岩混合料进行筑坝在坝料选用上有了进一步的突破人民珠江 年增刊 坝体设计.大坝剖面设计沥青混凝土心墙混合土石坝的坝顶铺设沥青混凝土路面上游侧设 型混凝土防浪墙大坝防浪墙顶高程为.坝顶高程.河床最低建基高程为.大坝最大坝高.坝顶宽度 坝顶长 坝体上游坝坡分 级在.高程、.高程设 宽马道并变坡在全年围堰顶高程 .设 宽马道并变坡在枯水围堰顶高程.设 宽马道并变坡自坝顶向下坡比分别为.、和 下游坝坡分 级在 .高程、.高程和.高程处设 宽马道并变坡自上而下坡比分别为.、.、.和.在高程.以下设堆石排水棱体棱体顶宽 上游面坡度为 下游面坡度为.在棱体上游面及棱体底层设反滤层 排水棱体与坝内水平排水形成完整的坝内排水系统见图 图 纳达大坝沥青混凝土心墙混合土石坝典型横剖面().坝体分区坝体结构分区分为碾压式沥青混凝土防渗心墙、上下游过渡层、坝体弱风化料()()区、强风化石渣料区、坝体混合料、排水带、反滤层等 坝体结构分区遵循变形模量由中间向两边逐渐变小的原则)碾压式沥青混凝土心墙结构设计 沥青混凝土垂直心墙顶高程 .最低墙底高程.沥青混凝土心墙厚度呈阶梯型布置从上至下分别为.、.、.混凝土基座顶以上 高度内为沥青混凝土加厚段基座顶部心墙宽度为 沥青混凝土心墙的基座采用梯形断面基座厚度 底部宽度 在心墙上、下游两侧与坝体弱风化料之间各设一道碎石过渡层净宽度均为 )上、下游弱风化料增模区 在上、下游过渡层与坝壳料之间分别设弱风化料增模区上游弱风化料()增模区顶宽 坡度.下游弱风化料()增模区顶宽.坡度.弱风化料()区布置在沥青混凝土心墙下游过渡层的下游起着承受蓄水后静水压力的水平推力作用弱风化料 区筑坝料采用混合料场的弱风化岩岩石变形模量相对较大防止沥青混凝土心墙向河床下游变形过大使沥青混凝土水平变形能在自愈范围保证沥青混凝土心墙防渗封闭 弱风化料()增模区位于沥青混凝土心墙上游过渡层的上游主要保证沥青混凝土心墙施工过程中、蓄水之前沥青混凝土心墙垂直度防止上游坝壳料变形模量过小施工期沥青混凝土心墙向上游水平变形过大 坝体填筑料筑坝材料要求及控制标准)土石混合料和强风化石渣料 土石混合料和强风化石渣料优先充分利用大坝、溢洪道开挖的土石料填筑坝体不足部分就近开挖库内料场的土人民珠江 年增刊 料和强风化料库内料场距离坝址约 可直接上坝 土石混合料和强风化石渣料在土石坝设计规范中无明确的设计控制指标设计时单一以压实度、相对密度、孔隙率中选择与坝料较为相近的设计控制指标的方法 会出现试验后无法达到或容易达到设计控制指标的情况 在类似情况下以压实度、相对密度或孔隙率为唯一的设计控制指标无法进行有效控制 为此该坝料采用级配分析结合现场试验、填筑标准及施工工艺控制的综合方法 进行坝料设计及控制 在具体施工时可根据碾压试验获得的施工参数如碾压机具重量、铺填厚度、碾压遍数等进行控制以确保坝料得到有效压实 在此过程中仍应测定与该坝料相近的设计控制指标作为坝料是否得到有效压实的验证)弱风化料 弱风化填筑料就近开采库内混合料场的弱风化料直接上坝运距约 )过渡层、排水反滤料、堆石排水棱体 过渡层、排水反滤料、堆石排水棱体填筑料均采用仁家湾石料场中的级配较好的灰岩料场运距约 筑坝料控制标准参数要求见表 表 筑坝料控制标准参数要求项目名称土石混合料、强风化石渣料过渡层弱风化料堆石棱体碎石、中粗砂反滤料料源优先采用开挖料不足部分采用库内混合料场的土料和强风化料家湾石料场石料粗碎石细石粉 混合料场弱风化层中上部仁家湾石料场(弱风化中下部)仁家湾石料场(弱风化中下部)限制粒径/(碎石)(中粗砂)铺筑厚度/碾压遍数.颗粒含量()饱和抗压强度/含(洒)水量/不均匀系数 压实后干密度/().(土石混合料).(强风化石渣料).孔隙率/相对密度.(土石混合料).(强风化石渣料).压实度渗透系数/()软化系数.人民珠江 年增刊 沥青混凝土材料设计.沥青混凝土设计参数碾压式沥青混凝土心墙的沥青混凝土的主要设计参数见表.沥青混凝土配合比选择施工中根据沥青配合比室内试验及现场碾压试验成果选择推荐的沥青混凝土配合比和级配参数见表、推荐配合比的矿料级配见表、沥青混凝土施工参数控制见表 沥青冷底子油配合比按重量比为沥青 汽油 沥青玛蹄脂配合比按重量比为沥青 填料 人工砂 表 碾压式沥青混凝土心墙沥青混凝土主要设计参数序号参数单位指标说明空隙率芯样马歇尔试件渗透系数/水稳定系数.弯曲强度弯曲应变内摩擦角()黏结力表 推荐的沥青混凝土配合比的材料和级配参数级配参数矿料最大粒径/级配指数填料含量/油石比/材料粗骨料细骨料填料沥青.石灰岩粗骨料 石灰岩人工砂 石灰岩矿粉 克拉玛依 号 级表 推荐配合比的矿料级配筛孔尺寸/理论通过率/粗骨料(.).细骨料(.).表 沥青混凝土施工参数控制出机口温度/初碾温度/碾压遍数铺料厚度/静 动 静 结语纳达水库沥青混凝土心墙混合土石坝坝壳料采用全断面土、石软岩筑坝通过合理的坝体断面分区有效地解决了沥青混凝土心墙与筑坝料之间的变形协调问题但土石坝壳料模量相对偏低碾压后渗透系数较小虽然设计设置前后弱风化增模区及水平竖向排水带但由于受施工质量及坝料岩性变化的影响仍存在心墙底部应力及变形偏大坝体排水不畅等问题的可能施工期及运行期应加强监测及监测资料的分析以便发现问题及时处理同时为今后类似工程积累经验针对沥青混凝土心墙土、石软岩筑坝材料采用级配分析结合现场试验、填筑标准及施工工艺控制的综合方法 进行坝料设计及控制 施工参数控制为主同时辅以压实度、干密度共同控制的设计理念作为后续指导施工的依据为后续类似沥青混凝土心墙坝土、石软岩混合料筑坝提供借鉴参考文献:杜雷功王永生.沥青混凝土心墙全断面软岩筑坝技术研究与实践.北京:中国电力出版社.荣冠朱焕春.茅坪溪土石坝沥青混凝土心墙施工期变形分析.水利学报():.(下转第 页)人民珠江 年增刊 运行以来首次开启泄洪说明本次防洪调度方案是合理的防洪调度决策是正确的)建设百色水利枢纽上游主要支流水电站实时水情信息共享平台 百色水利枢纽库区洪水从起涨到峰顶仅有 的时间洪水起涨历时较短控制梯级水库水电站调度风险的关键在于入库洪水的预报和来水抵达坝址时间的把握百色水利枢纽上游各支流水利工程比较多尤其是驮娘江和西洋江支流上的中小型水库和水电站这些水库水电站是否泄洪往往决定了百色水利枢纽坝址入库洪水流量的大小因此建设枢纽上游主要支流水库水电站实时水情信息共享平台对百色水利枢纽洪水预报精度和洪水调度运用具有非常重要的意义)本场洪水洪峰流量虽然不大小于 年一遇但是洪水涨势凶猛且正值主汛期百色水利枢纽正常运用情况下当未遭遇下游河道的设计标准洪水时库水位不能超过汛限水位 考虑到洪水起涨过程历时较短为确保防洪安全下泄流量可能会存在短时间内增幅过快的情况这时需要下游河道具有足够的行洪能力建议加强百色水利枢纽下游河道行洪障碍的管理以满足枢纽防洪基本调控能力参考文献:黄艳.长江流域水工程联合调度方案的实践与思考.人民长江():.丁毅傅巧萍.长江上游梯级水库群蓄水方式初步研究.人民长江():.广西水利电力勘测设计研究院.广西右江百色水利枢纽初步设计报告.王正勇黄清涛贺建国.襄樊市“”特大暴雨洪水测报与洪水调度分析.中国防汛抗旱():.庞争争唐杰阳刘金华.梯级水电站水库汛期防洪调度难点分析.水电厂自动化():.广西水利电力勘测设计研究院.广西右江百色水利枢纽运行设计报告.(责任编辑:高天扬)(上接第 页)朱晟曹广晶张超然等.茅坪溪土石坝安全复核.水利学报():.张志雄白伟项庆伟.观音洞水库沥青混凝土心墙石渣坝设计.水利规划与设计():.陆永学时铁城李娅等.玉滩水库沥青混凝土心墙石渣坝设计.水利水电工程设计():.韩小妹朱峰蒋翼等.碾压式沥青混凝土心墙土石坝筑坝关键技术与实践研究.北京:中国水利水电出版社.韩小妹陈松滨.软岩筑坝技术在官帽舟沥青混凝土心墙土石坝中的探索与研究.人民珠江():.陈惠君廖大勇.金峰水库沥青混凝土心墙软岩堆石坝设计.水利规划与设计():.彭建峰.风化料在沥青混凝土心墙高坝坝壳料中的应用研究.广东水利水电():.詹志兵杨星晨.石庙子水库沥青混凝土心墙石渣坝坝坡稳定性分析.甘肃水利水电技术():.丁立鸿.驮英水库大坝工程沥青混凝土配合比试验.广西水利水电():.张超岳朝俊吴超等.巴基斯坦卡洛特水电站沥青混凝土心墙堆石坝反滤料设计.水利水电快报():.李文波.沥青混凝土心墙坝设计综述.黑龙江水利科技():.中水珠江规划勘测设计有限公司.兴义市纳达水库工程初步设计报告(报批稿).土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范:.北京:中国水利水电出版社.陈松滨范穗兴韩小妹.土石坝工程设计与生态环境/.水库大坝高质量建设与绿色发展:中国大坝工程学会 学术年会论文集.:.中水珠江规划勘测设计有限公司.大坝筑坝料施工技术要求.中水珠江规划勘测设计有限公司.兴义市纳达水库工程碾压式沥青混凝土心墙施工技术要求.(责任编辑:程 茜)