小中河水电站大坝填筑分析计算报告.doc

大坝填筑分析计算报告
一、前言
小中河水电站位于越南北部的老街省沙巴县达万乡境内的小中河上，距老街60公里，距沙巴县20公里。电站为引水式电站，由面板堆石坝、压力引水隧洞、调压井、压力引水钢管、闸门启闭机、厂房等组成。小中河水电站装机规模为2.2万KW，年利用小时为4477小时，多年平均发电量0.985亿千瓦时。水电三局中标该工程项目的施工。
小中河水电站大坝为砼面板堆石坝：坝顶全长124.3m，坝顶高程1564.20m，坝顶宽度7.0m，防浪墙顶高程1565.40m,最大坝高40.5m；上游坝坡1:1.40，下游坝坡1:1.60；垫层区、过渡区水平宽度分别为3.5m和4.0 m，大坝填筑总量为12.5418万m3（坝体各部位填筑工程量见下表1-1）。
表1-1 坝体填筑工程量表
序号
工程项目
单位
工程量
备注
1
粘土覆盖（ⅠA）
m3
3245

2
粘土铺盖盖重区
m3
4089

3
垫层区（ⅡA）
m3
11873

4
垫层小区料（ⅡB）
m3
2588

5
过渡区（ⅢA）
m3
14065

6
主堆石区（ⅢB）
m3
59807

7
砂砾石（ⅢC）
m3
26847

8
下游干砌石护坡
m3
2904

合计
m3
125418

二、面板堆石坝施工情况及材料来源
2.1 面板堆石坝材料分区及质量要求
根据中南勘测设计研究院《越南小中河混凝土面板堆石坝施工技术要求》提出的设计要求，面板堆石坝材料分区和技术指标要求，见表2-1； 坝体分区碾压指标，见表2-2；
表2-1 坝体材料分区和技术指标
部位
分区
序号
石料技术要求
材料要求
不均匀系数
Cu
曲率系数
Cc
上游铺盖
-
开挖覆盖层土料

垫层料
ⅡA
轧制的新鲜、弱风化石料，级配优良，最大粒径80mm，含砂（≤5mm）量为30~50%，小于0.075的颗粒含量少于8%，级配连续。
＞15
1～3
ⅡB
轧制的新鲜、弱风化石料，级配优良，最大粒径40mm，含砂（≤5mm）量为30~50%，泥质含量＜3%。
＞15
1～3
过渡料
ⅢA
弱风化新鲜的花岗岩石料，级配优良，最大粒径300mm，含砂（≤5mm）量为30~50%，含泥量＜2%。
＞10
1～3
堆石料
ⅢB
采用新鲜少量分散弱风化的花岗岩，最大粒径600mm,含泥量＜5%。
＞10
-
砂砾料
ⅢC
采用河滩砂砾料，最大粒径300mm，含砂（≤5mm）量为15~35%，泥质含量＜2%，超径含量＜1%，含泥量＜5%。
＞10
-
下游坝坡
干砌石
采用新鲜少量分散弱风化的花岗岩，最大粒径不宜小于400mm。
-
-
表2-2 坝体分区碾压指标
部位
分区号
干密度 （g/cm3）
空隙率 （%）
备注
垫层料
ⅡA
2.22
17.2

ⅡB
2.25
16.0

过渡料
ⅢA
2.15
19.8

堆石料
ⅢB
2.10
21.6

砂砾料
ⅢC
2.15
19.8
相对密度不小于0.8
2.2 工程施工准备及进展情况
水电三局于2008年5月开始进行大坝基础开挖，2009年4月10日开始深河槽第一仓基础混凝土回填，同年8月深河槽混凝土浇筑基本完成。于2009年7月至10月，按批复的试验大纲要求开展了对面板堆石坝各种材料的碾压试验，并获得了《越南小中河水电站工程面板堆石坝填筑材料碾压工艺试验报告》于2009年10月报监理和业主审批；经业主、设计、监理和我方共同研究决定，于2009年10月25日大坝开始填筑，截止2010年8月30日填筑总量约为10.2万m3。
2.2 面板堆石坝料源情况
大坝填筑料源来自于五部分：溢洪道开挖料、大坝开挖料、引水隧洞开挖料、石料厂开挖料、部分河床砂砾石（部分筛分破碎料）。
溢洪道开挖料：溢洪道土石方开挖总量约为15万m3，经过挑选、堆存可用料约为3.8万m3。
大坝开挖料：大坝开挖挑选可用料约为1万m3。
引水洞洞挖料：引水洞洞挖料利用料约为0.7万m3。
石料厂开材料：石料厂目前已开采3.5万m3。
河床砂砾石：河床砂砾石经人工挑选后约用0.7万m3；筛分破碎约为0.5万m3。
大坝填筑各分区石料来源如下：
1）垫层小区料：垫层小区料为筛分石料和开挖石料经破碎后≤40mm的破碎料，已施工工程量约为2500m3。
2）垫层料：采用引水隧洞洞渣、开挖石料及筛分料经破碎后≤80mm的破碎料，已施工工程量约为11000m3。
3）过渡料：采用引水隧洞洞挖料和部分破碎料≤300mm，总量约为12000m3。
4）主堆区石料：采用大坝下游2.3km石料场开采料、溢洪道及大坝开挖料，总量约为48000m3。
5）次堆石区：在填筑过程中使用河床砂砾石约为7000m3。
三、大坝施工质量检测
本工程按照《混凝土面板堆石坝设计规范》（DL/T5016-1999）、《混凝土面板堆石坝施工规范》（DL/T5128-2001）、设计和监理要求进行施工，其施工工艺参数严格按照碾压试验获得的参数进行。工程质量检测由水电三局越南小中河项目部协助取样，由第三方试验室越南出具检测报告。
3.1 坝料质量检测频次的确定
坝料取样频次主要按照监理现场要求确定，坝料质量检测取样频次见表3-1，检测频次满足规范要求。
表3-1 坝料质量检测取样频次表
坝体分区及填筑方量
垫层区
（11873m3）
过渡区
(14065m3)
主堆石区
(59807m3)
砂砾石区(26847m3)
方量
频次
方量
频次
方量
频次
方量
频次
DL/T5128-2001《混凝土面板堆石坝施工规范》
500～1000
12～24
3000～6000
3～5
10000～100000
1～6
5000～10000
1～6
中南勘测设计研究院《越南小中河混凝土面板堆石坝施工技术要求》
500～1000
12～24
1000
15
2000～2500
24～30
1000～1500
18～27
现场监理指令（实际）
220
56
260
54
1100
58
960
28
与规范比较，实际检测增加的频次数量
32次
49次
52次
22次
3.2 坝料施工质量检测评定
在面板堆石坝施工中，实际检测情况、检测项目、报告份数见表3-2，从实际施工检测频次来看，满足监理和《规范》要求。
表3-2 大坝填筑试验各项参数统计
坝体分区
试验检测项目
报告
份数
起始高程
备 注
特殊垫层
（ⅡB）
压实容重
15
1529.9～1532.9
一共15层，其中2010年5月前15份
颗粒级配
7
其中2010年5月前7份
渗透
6
其中2010年5月前6份
含泥量
1
其中2010年5月前1份
垫层
（ⅡA）
压实容重
64
1529.1～1555.0
一共64层，其中2010年5月前53份；以后11份
颗粒级配
17
其中2010年5月前17份
渗透
5
其中2010年5月前5份
含泥量
3
其中2010年5月前3份
过渡
（ⅢA）
压实容重
58
1531.9～1555.0
一共58层，其中2010年5月前47份；以后11份
颗粒级配
18
其中2010年5月前17份；以后1份
渗透
4
其中2010年5月前3份；以后1份
含泥量
2
其中2010年5月前2份
主堆石
（ⅢB）
压实容重
76
1523.5～1554.6
一共39层，其中2010年5月前64份；以后12份
颗粒级配
24
其中2010年5月前22份；以后2份
渗透
2
其中2010年5月后2份
含泥量
1
其中2010年5月前1份
砂砾石
（ⅢC）
压实容重
22
1537.0～1545.8
一共22层，其中2010年5月前22份
颗粒级配
10
其中2010年5月前11份
坝基结合带（ⅢA）
压实容重
15
1521.5～1527.5
一共15层，其中2010年5月前15份
颗粒级配
2
其中2010年5月前2份
两岸接坡
（ⅢA）
压实容重
166
1521.5～1554.6
一共83层，其中2010年5月前158份；以后8份
大坝渗水槽
渗透
28
/
4个槽子的渗透试验结果28份资料
备注：压实容重试验次数154次，试验资料共416份，挖槽前374份，挖槽后42份；颗粒级配试验78次，试验资料共78份，挖槽前75份资料，挖槽后3份；渗透试验次数45次，挖槽前14份，挖槽后31份。含泥量试验次数14次，试验资料共7份，全为挖槽前的。
面板堆石坝填筑质量检测与设计要求对照表见表3-3，从表中可看出，大坝各个分区的级配、不均匀系数和曲率系数均满足设计要求；密度和渗透性检测结果也满足设计和《规范》要求。各种坝料的实际检测级配范围见图3-1～图3-4。
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表3-3 面板堆石坝填筑质量检测与设计要求对照表
材料
分区
材料级配要求
密度及渗透指标
设计要求＜5mm 颗粒含量
（%）
实际检测＜5mm颗粒含量
（%）
设计要求＜0.075mm颗粒含量
（%）
实际检测＜0.075mm 颗粒含量
（%）
设计要求不均匀系数（Cu）
实际检测不均匀系数（Cu）
设计要求曲率系数（Cc）
实际检测曲率系数（Cc）
设计要求干容重
(g/cm3)
实际检测干容重
(g/cm3)
设计要求孔隙率(%)
实际检测孔隙率(%)
设计要求渗透系数
(cm/s)
实际检测
渗透系数
（cm/s）
垫层料
ⅡA
30～50
30.4～ 38.0
≤8
5.7～7.7
＞15
69.0～ 207.7
1～3
1.22～ 2.96
2.22
2.222～ 2.318
17.20
13.50～ 17.10
＞1×10-4
1.95×10-3～1.64×10-1
特殊垫层料
ⅡB
30～50
33.8～41.2
≤8
7.3～7.6
＞15
100～190
1～3
1.28～ 2.94
2.25
2.254～ 2.283
16.00
14.80～ 15.90
＞1×10-4
1.18×10-3～2.29×10-3
过渡料ⅢA
5～20
11.7～19.7
≤5
4.6～4.9
＞10
17.8～ 133.3
1～3
2.33～ 3.00
2.15
2.152～ 2.329
19.80
13.10～ 19.70
＞1×10-3
4.07×10-2～1.47×10-1
主堆区ⅢB
5～20
5.7～ 12.9
≤5
2.3～4.9
＞10
10.5～ 105.6
-
-
2.10
2.100～ 2.442
21.60
8.90～ 21.60
-
2.90×10-1～
5.01×10-1
砂砾石区ⅢC
15～35
16.0～25.7
≤5
-
＞10
85.3～ 244.7
-
-
2.15
2.151～ 2.206
19.80
17.70～ 19.70
-
-

图3-1

图3-2

图3-3

图3-4
四、大坝施工缺陷的处理
4.1 问题的产生
在坝体填筑过程中，按照前期的物料平衡规划，充分利用了溢洪道、坝体开挖石料，在次堆石区EL1541.000—EL1545.000使用了部分河床砂砾石料（约5000m3）中，存在含泥量局部超标，导致局部渗透系数不满足设计要求。据现场了解有小部分配料差和微风化存在。
4.2 缺陷处理措施
2010年4月23日由业主主持了会议缺陷处理会议，设计、监理和水电三局参加了本次会议，经过充分讨论，形成了保坝渡汛的施工方案；具体步骤如下：
1）首先对大坝进行挖槽评估，回填渗水性能较好的石料；槽回填完后，在槽的上部形成1.8m—2m的整体渗形通面。
2）由业主、设计、监理和施工四方参加，对现场发现的问题及时分析，更近一步真实的确定处理方案。
3）为确保汛期坝体挡水，在翻模表面涂刷乳化沥青以减小汛期上游坝坡翻模固坡砂浆渗流量。
4.3 施工方法
通过大坝挖槽评估，确定消缺处理方案：
1）首先由设计、业主、监理及施工四方共同对挖槽位置进行确定，测量人员对开槽部位进行放线定位。
2）沿坝体上下游从过渡区至主堆区和次堆区纵向开两条竖槽；在过渡区和垫层区之间沿坝轴线方向开一条横槽；从右坝肩过渡区至主堆区开一条斜槽，此条斜槽与横槽、竖槽贯通，形成一个联通的较大的排水通道；
3）槽深约4.0m，宽度约4.5m（共计四条槽）；靠近坝轴线位置渗水槽底部开挖高程为EL1545.000，靠近坝轴线以下主堆区部分底部开挖高程为EL1540.50 。挖槽位置和平面布置如下图4-1。

图4-1
4.4 现场渗透检测成果
在渗水槽按业主、监理和设计要求挖至规定高程后，进行现场渗透试验，渗透试验成果见表4-1。表中可以看出，四个渗水槽共进行的28次渗透试验中只有1号槽中的1个渗透系数为9.27×10-2，略高出设计要求，其余27个渗透试验成果均满足主堆石区的渗透系数要求。
渗水槽试验完成后，采用堆石料场开采的石渣逐层填筑，并在迅前达到的渡迅要求的高程。
表4-1 渗水槽渗透试验成果表
序号
填料位置
渗透系数
（cm/s）
平均值
（cm/s）
最大值
（cm/s）
最小值
（cm/s）
试验
次数
设计渗透系数
（cm/s）
1
1号槽
2.97×10-1
1.89×10-1
2.97×10-1
9.27×10-2
7
1.0×10-1
2
1.43×10-1
3
9.27×10-2
4
1.80×10-1
5
2.01×10-1
6
1.59×10-1
7
2.50×10-1
8
2号槽
4.94×10-1
3.77×10-1
7.02×10-1
1.48×10-1
10
1.0×10-1
9
4.60×10-1
10
7.02×10-1
11
1.81×10-1
12
4.99×10-1
13
1.48×10-1
14
3.73×10-1
15
3.44×10-1
16
3.61×10-1
17
2.11×10-1
18
3号槽
2.05×10-1
2.96×10-1
5.72×10-1
1.60×10-1
7
1.0×10-1
19
2.32×10-1
20
2.63×10-1
21
5.72×10-1
22
1.60×10-1
23
2.99×10-1
24
3.44×10-1
25
4号槽
1.75×10-1
3.00×10-1
4.33×10-1
1.75×10-1
4
1.0×10-1
26
4.33×10-1
27
3.37×10-1
28
2.53×10-1
五、结论
通过进行工程质量检测资料的综合分析，得出以下结论：
5.1 在坝体填筑过程中使用了部分含泥量超标的砂砾石料，导致部分施工部位渗透性能不满足要求；经过业主、监理、设计和施工单位四方共同研究，确定了挖渗水槽处理方案，通过现场检测和处理后，坝体的渗透系数满足设计和规范要求。
5.2通过坝体渗流分析计算，坝体中的渗流网没有发生局部突变。
通过以上各种条件分析，建议采取部分措施和方案，来确保大坝更进一步的稳定和长期运行。（详见第三部分）