黄河公伯峡水电站混凝土面板堆石坝工程特点.pdf

文章编号 1006 2610 2005 01 0030 04 黄河公伯峡水电站混凝土面板堆石坝工程特点 王君利 吴曾谋 陆 希 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 西安 710065 关键词 公伯峡水电站 混凝土面板堆石坝 工程特点 摘 要 公伯峡水电站拦河大坝为钢筋混凝土面板堆石坝 最大坝高132 2 m 坝顶宽度10 0 m 坝址处于较高地 震区 河谷不对称 气候寒冷 日温差大 岩性变化复杂 开挖渣料质量差别大 在设计中充分考虑了这些特点 吸取 国内外先进技术和经验 采用设置强透水区 混凝土挤压墙 左右岸高趾墙 坝体填筑全断面均衡上升 混凝土面板 一次性连续施工等 保证了大坝设计的先进 加快了施工进度 保证了施工质量 中图分类号 TV 641 4 文献标识码 A Engineering Characteristics of Concrete Face Rockf ill Dam of Gongboxia Hydropower Station on the Yellow River WAN G Jun2li WU Zeng2mou LU Xi Northw est Investigation Design and Research Institute of CHECC Xi an 710065 China KeyW ords CFRD engineering characteristics Gongboxia Hydropow er Station Abstract The retaining dam of Gongboxia Hydropow er Station is a reinforced concrete face rockfill dam CFRD w ith a maxi mum height of 132 2m and a crest w idth of 10 0m The dam site is located at higher seism ic region w here the canyon is asymmetric and it is cold w ith the temperature changing dramatically the rock property varies w ith complexity and the excavated materials differ greatly in quality These characteristics have been adequately considered in design and the domestic and oversee advanced technology and experiences have been applied These technology and experiences include setting strong pervious zone concrete extruding w all high plinth w all at left and right banks equalized rising of embankment fill in full section and once continuous construction for concrete face slab etc Thesemethods guarantee the advanced design of the dam speed up the construction progress and ensure the construction quality 收稿日期 2004211216 作者简介 王君利 1960 男 陕西省泾阳县人 教授级高工 西北院副总工 从事水电站工程设计和技术管理工作 1 工程概况 公伯峡水电工程主要由大坝 引水发电系统和泄 水建筑物3大部分组成 根据坝址地形地质条件 结合 有利施工和运行的需要 经多种方案比选后 其枢纽布 置格局为 河床混凝土面板堆石坝 右岸引水发电系统 由引渠 混凝土坝式进水口 明压力钢管 岸边地面厂 房及330 kV开关站组成 左右岸泄洪洞 左岸溢洪 道 右岸面板防渗系统及左右岸灌溉取水口 公伯峡水电站工程2001年8月8日正式开工 导流洞工程2000年7月1日开工 2002年3月18 日河床截流 第一台机组于2004年9月20日发电 预计2006年竣工 大坝于2001年8月15日开始基 础开挖 2002年8月1日坝体开始填筑 2003年10 月22日大坝填筑到2 005 50 m高程 防浪墙底 2004年3月15日开始混凝土面板浇筑 2004年6 月3日面板混凝土浇筑已全部完成 2004年8月8 日水库开始蓄水 2 混凝土面板堆石坝布置 2 1 自然条件 坝址区黄河流向N E30 50 河道平直 平水 03王君利 吴曾谋 陆 希 黄河公伯峡水电站混凝土面板堆石坝工程特点 期河水位1 900 m 水面宽40 60 m 水深12 13 m 该河段河床覆盖层厚5 13 m 河谷不对称 右 岸1 980 0m高程以下为岩质边坡 高程1 940 0m 以上 坡度40 50 以下岸坡陡立 1 980 0m高程 以上为 级阶地的砂壤土和砂卵砾石层 左岸除 1 930 0 m 1 950 0 m高程为坡积碎石覆盖的 级 阶地外 其余皆为岩边坡 平均坡度30 左右 临河 段有高约10 m的陡立坡 坝址区主要岩性为 前震 旦系片麻岩 云母石英片岩及石英岩 加里东期花岗 岩 白垩系紫红色砂岩 第三系红色砾砂岩 第四系 砂壤土及砂卵砾石等 坝址区地震基本烈度为7度 大坝设防烈度为8度 2 2 坝体布置 大坝布置在主河床 为钢筋混凝土堆石坝 坝轴 线方位NW 316 35 13 2 坝顶高程2 010 0m 最大 坝高132 2 m 坝顶长度429 0 m 顶宽10 0 m 混 凝土面板上游坝坡1 1 4 下游坝坡1 1 5 1 1 3 为干砌石护坡 并设有10 0 m宽的 之 字 形上坝公路 大坝下游综合坝坡为1 1 79 坝顶设 有高度为5 8 m的 L 墙与面板相接 墙底高程 2 005 5 m 由于河谷狭窄电站进水口紧挨右坝头 溢洪道紧挨左坝头布置 为此大坝右坝头与电站进 水口衔接处及左坝头与溢洪道衔接处分别设有38 m和50 m的高趾墙与大坝面板相连接 见图 1 坝体从上游向下游依次分为 面板上游面下部 土质斜铺盖 1A 及其盖重区 1B 混凝土面板 垫 层区 2A 厚3 m 垫层小区 2B 过渡区 3A 厚3 m 主堆石区 3B 1强透水区 3B 2堆石区 及 3B 砂砾石区 及下游次堆石区 3C 详见大坝 标准剖面图 图 2 图1 公伯峡水电站大坝平面布置图 单位 高程 桩号为 m 其它为cm 3 混凝土面板堆石坝主要特点 3 1 充分利用开挖料筑坝 降低工程造价 面板堆石坝坝体填筑总量为439万m 3 主体工 程土建6个标段土石方开挖总量达878 1万m 3 其 中强风化石方378 2万m 3 沙砾石191 4万m 3 弱 风化石方308 5万m 3 所以 开挖料可作为坝体填 筑的主要料源 在坝体分区时 充分考虑了开挖料的 质量 力图最大限度的利用枢纽工程的开挖料 最终 坝体利用的枢纽工程开挖料占总填筑量的2 3 降 低了工程造价 13西北水电 2005年 第1期 图2 公伯峡水电站大坝标准剖面图 单位 高程 桩号为 m 其它为cm 3 2 主堆石区中设强透水区 主堆石区为大坝主要支撑体的一部分 原设计 主堆石利用本工程开挖料 要求为微 弱风化及强风 化下部花岗岩和微 弱风化片岩 其中片岩含量不超 过30 最大粒径800mm 小于5mm的颗粒含量 小于 8 经现场大型碾压试验表明 开挖料碾压 后细粒含量过多 渗透系数过小 K 10 2cm s 均不能满足要求 为保证坝体有通畅的排水通道 且 又能充分利用本工程开挖料 故将主堆石区 3B 分为 3B 1区和 3B 2区 3B 1区为料场 开采的微 弱风化花岗岩和片岩的强透水区 位于主 堆石上游侧 要求严格控制其中片岩含量不超过 30 最大粒径800 mm 小于5 mm的颗粒含量小 于8 渗透系数K 10 1cm s 孔隙率 22 5 而 3B 2区位于主堆石下游侧 利用枢纽开挖的 微 弱风化及强风化下部花岗岩和微 弱风化片岩 要求小于5 mm的颗粒含量小于20 孔隙率 20 这样 3B 区大部分仍可用开挖料 强透水区 仅占1 3左右 使坝体筑坝材料约有2 3是利用枢 纽工程的开挖料 3 3 垫层采用挤压墙固坡 挤压墙技术为面板堆石坝上游固坡新技术 挤 压墙可与垫层料的填筑同时施工 省去坝面削坡 斜 坡碾压 坡面保护等施工工序 避免垫层料超填 加 快其填筑速度 并可提高坡面垫层料的密实度 减轻 施工期对垫层料的冲蚀 有利于大坝坡面的保护和 挡水渡汛 计算论证 运行期挤压墙顺坡向的压应力 为20 36M Pa 轴向压应力为22 36M Pa 大于墙 体的抗压强度 因此运行期的挤压墙已被压碎 其性 能基本与垫层相同 面板挠度有无挤压墙时分别为 27 3 cm和28 1 cm 顺坡向拉应力分别为3 46 M Pa和3 52M Pa 压应力分别为6 8M Pa和7 1 M Pa 有挤压墙的计算值反略小 因此认为挤压墙对 面板的应力 应变无不利影响 挤压墙体型设计合 理 不影响面板安全运行 挤压墙断面的上游坡面与坝体上游坡面相同 为1 1 4 顶部宽度取10 cm 墙高与垫层料的铺料 厚度相同 混凝土挤压墙内坡为8 1 混凝土挤压墙应达到以下标准 1 其28 d抗压强度不应超过5M Pa 且2 4 h的抗压强度指标应以挤压成型的边墙在垫层料振 动碾压时不出现坍塌为原则 2 其弹性模量指标应控制在5 000 7 000 M Pa 最好低于5 000M Pa 3 其密度指标宜控制在2 0 2 25 t m 3 尽 可能接近压实密度 4 其渗透系数应控制在10 3cm s范围 即尽 可能与垫层区渗透系数一致 为半透水体 5 挤压墙表面喷涂薄层乳化沥青 减小对混 凝土面板的约束 有利于面板防裂 3 4 坝体填筑全断面均衡上升 为面板一次性连续 施工创造条件 该工程由于有上游大型水库的调蓄 减小了渡 汛洪水流量 因此可全年用围堰挡水 为减小坝体不 均匀沉降及其对面板的影响 坝体填筑采用全断面 均衡上升 经计算 坝体采用全断面填筑 与坝体填 筑临时断面相比 其沉降由137 3 140 9 cm减小 到99 69 103 6 cm 坝体填筑到2 005 5m高程 防浪墙底 后经5 个月左右的自沉 开始面板混凝土浇筑 也减小了坝 体后期沉降 含流变 对面板的影响 这都为面板一 次性连续施工创造了良好的条件 公伯峡面板一次浇筑块长度达218 m 为当前 在建工程之最 经计算 一次浇筑面板的应力 挠度 23王君利 吴曾谋 陆 希 黄河公伯峡水电站混凝土面板堆石坝工程特点 都比面板分二期施工有所减小 挠度由23 3 cm减 小到20 5 cm 面板顺坡向应力由10 04M Pa减小 到6 32M Pa 坝体应力应变状态基本相同 周边缝 的变位值略有减小 说明面板一次浇筑对大坝安全 是有利的 但应注意加强面板混凝土的防裂措施 重 点是混凝土材料 施工工艺 养护及减小基面约束 3 5 高趾墙 高趾墙是面板防渗体系的重要组成部分 它直 接关系到面板防渗的可靠性和大坝的安全 公伯峡 左右岸混凝土高趾墙最大墙的高度分别为38 m及 50 m 高趾墙的基础置于弱风化岩上 左岸高趾墙 基础局部为强风化岩 局部出露有片岩捕掳体 左岸高趾墙位于溢洪道右侧 兼作溢洪道右导 墙 为混凝土重力式挡墙 墙顶高程2 010 0 m 同 时作为坝顶通往左岸泄洪洞进水塔交通道路的一部 分 全长50 0m 墙顶按交通要求宽度为8 0m 含 悬臂牛腿宽1 5 m 墙体两侧面均为扭面 墙左侧 面由直坡渐变到1 0 5 墙右侧面由斜坡1 0 5 渐变到直坡 右岸高趾墙位于电站进水口左侧 为混 凝土重力式挡墙 墙顶高程2 010 0 1 952 417m 全长84 99 m 根据结构的要求 墙顶宽度为4 0 13 21 m 沿长度方向墙顶为1 1 5的斜坡 墙高 逐渐减小 墙体右侧面为垂直面 左侧面为1 0 6 的斜面 建基高程为1 960 0 1 950 0 m不等 墙 内设有灌浆排水廊道 墙底均进行固结灌浆和帷幕 灌浆 高趾墙在施工期要承受坝体堆石的侧向压力 在蓄水期不仅要承受巨大的水压力 而且不允许产 生较大的变形 避免破坏面板与高址墙之间周边缝 止水 或拉裂高趾墙下的灌浆帷幕 影响面板的正常 运行 由于高趾墙受力的复杂性 其计算分析必须按 整体考虑 计算结果显示 左 右墙墙体中都有较小 的拉应力区域 但拉应力值很小 最大只有0 1M Pa 左右 墙体中的压应力值也较小 且墙体的抗滑稳定 均有较高的安全储备 3 6 抗震措施 静 动应力变形分析成果表明 坝顶地震反应加 速度放大倍数达3 7 动力反应较大 下游坝坡上部 可能出现局部坍塌等破坏现象 为此 采取以下抗震 措施 改变下游坝坡坡比分布 分3级呈下陡上 缓之势 最顶部坡比为1 1 5 中部为1 1 4 下部 为1 1 3 以降低地震对坝顶的危害 大坝 1 980 0 m以上的下游坡用浆砌石护坡 保护下游 边坡 1 995 0 m以上均用过渡料 3A 提高坝 顶结构强度 在1 980 0 m以上的坝体内预埋拉筋 且与浆砌石护坡连接 加强坝顶的整体性 增加坝体 顶部的抗震能力 预埋拉筋为 525 间距2 m 层距 1 6 m 单根长15 m 4 结 语 1 大坝施工期观测资料的反馈计算表明 坝 体不均匀沉降较小 至下闸蓄水时总沉降量不到坝 高的1 从蓄水初期观测资料看坝体沉降变形变 化缓慢 均匀 规律正常 以上情况说明大坝设计是 合理 安全和成功的 2 公伯峡工程大坝设计中 紧密结合工程地 形地质条件 充分吸取国内外先进技术和经验 在设 计 施工过程中采用设置强透水区 混凝土挤压墙 左右岸高址墙 坝体填筑全断面均衡上升 混凝土面 板一次性连续施工等 保证了大坝设