西藏拉萨河直孔水电站设计

西藏拉萨河直孔水电站设计

1直孔电站枢纽建筑物概况西藏拉萨河直孔水库位于西藏拉萨河下游的墨竹工卡县，距下游拉萨约96公里，海拔高度35.瓜陀河。这个车站靠近西藏和纳曲电网的中心。这是西藏电网发展规划中的骨干电源工程，也是西藏“15”期间开始建设的主要工程。直孔水电站主要任务是发电,同时兼有灌溉及下游拉萨市防洪等综合效益。直孔水电站枢纽建筑物由混凝土坝、堆石坝、引水系统及岸边厂房系统组成。工程等级为二等工程,永久性主要建筑物为二级,永久性次要建筑物为三级。工程右河床为混凝土坝,最大坝高57m,左岸为碎石土心墙堆石坝,最大坝高44.6m,正常蓄水位为3888m,总库容为2.24亿m3,调节库容1.07亿m3,具年调节性能,装机容量4×25MW,多年平均发电量4.07亿kW·h。2心墙料开挖、运输、心墙料开挖、铺设人工补水、坝体填筑工程区域属于高原温带季风气候区,干湿季节分明,具有气温低、日温差大、年温差小、降水少、蒸发大的高原气候特征,多年平均气温5.6℃,极端最低气温-23.1℃,极端最高气温26.7℃,坝址附近的河道内每年11月至翌年2月末、3月初有岸冰,在最冷的1～2月坝址下游水流平缓处有时会全河封冻,因此,受气候影响,心墙料开挖、运输、摊铺脱水快,需采用人工补水,坝体填筑不能全年施工,年有效施工时间7个月,坝体填筑强度大、工期紧。3南东径流下游基岩冲刷岸工程枢纽区为U形河谷地形,河谷宽1500m,河流由北向南进入坝址后,转向南东流向下游,形成坝址右岸基岩冲刷岸,坝址河心有2处基岩孤岛,将河道分为左、右河槽,右河槽水面宽55m,左河槽宽60m,沿河有宽缓5级阶地分布,阶地宽达1km以上。坝址区覆盖层最厚达180m,现河床部位覆盖层厚0～28m。4堆石坝的自然建筑材料高塑性黏土料为天然料,料场运距40km达施工区,料场质量、储量满足要求,施工中需对超径料筛分剔除。4.2下游区及其他区碎石土心墙料为天然碎石土,位于坝址右岸库区山坡高程3945～4030m区域,地形坡度30°～35°受冲沟切割,料场分为上游I区及下游Ⅱ区2个产区,其中I区面积6.14万m2,无用层平均厚0.3m,有用层平均厚3.5m,储量22.4万m3;Ⅱ区面积4.42万m2,无用层平均厚0.3m,有用层平均厚4.7m,储量20.8万m3;合计有效储量43.2万m3,为设计用量的2.7倍,由于料场有效开采厚度小,沿坡面自上而下分布,提高料利用率,缩短摊铺、碾压时间,降低成本,保证填筑质量,是堆石坝填筑控制关键工艺,料场运距3.5km。4.3砂岩地层范围坝壳料为天然卵砾石料,位于坝址左岸堆石坝上游Ⅱ～Ⅳ级阶地500m范围,左岸阶地含漂砂卵砾石层,成分为花岗岩、闪长岩、石英砂岩和玄武岩,石料饱和抗压强度≥40MPa,料场运距2km,地势平坦开阔,储量和质量均满足要求,施工中取料需避开砂层。5工程施工特点及工程组织碎石土心墙堆石坝结构布置由坝壳料、反滤料、心墙料和高塑性黏土料组成,坝顶高程3892.6m,上游坝坡1∶2.1,下游坝坡1∶1.9,心墙顶高程3891.6m,顶宽3m,最大底宽21.5m(高程3855m),上、下游边坡1∶0.25,心墙与坝壳料之间设反滤层,水平宽3m,坝顶公路宽6m,坝顶混凝土防浪墙厚0.3m,高1.2m。上游坝坡支护干砌混凝土预制块,下游坝坡支护浆砌混凝土预制块框格、填卵石(见图1)。工程施工特点如下。1)堆石坝轴线长1324m,方便施工布置。2)施工组织按基础防渗、开挖、填筑顺序划分为三段:(1)台地段(坝)0+183.2～1+330m,(2)岸坡段(坝)0+154.4～183.2m,(3)河床段(坝)0+6～0+154.4m,台地段防渗墙为悬挂式,最大墙深79.2m,施工工期长,分段交面,且相邻填筑段高差限制,填筑不能形成规模。3)工程施工难点在河床段,最大坝高44.6m,最大底宽157.4m(防渗墙施工平台高程3856m),河床段在截流后,施工项目有防渗墙、帷幕灌浆、坝体填筑和上游坡面护坡,冬季施工工效低,工期短强度大,河床段坝体填筑采用优化断面施工,解决2006年5月坝体挡水度汛。6填料控制参数确定坝体填筑碾压试验参数确定,依据指定料场、施工机械设备和《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129—2001,确定各填料控制参数如表1所示。6.2岸坡、地面段高塑性黏土用于混凝土防渗墙上、下游侧,(1)河床段:坝轴线上、下游侧宽各1.5m,防渗墙顶3m,总高7m。(2)岸坡、台地段:坝轴线上、下游侧宽各1.5m,防渗墙顶3m,总高4m。(3)碎石土心墙坝与右岸5号混凝土导墙连接:接触部位铺筑1层3m厚的高塑性黏土。天然高塑性黏土料超径石料较多,开采运至施工现场后,采用筛分、闷土工艺后,运至工作面填筑,成品料加工主要分为两个阶段,第1阶段是高塑性黏土料超径控制,第2阶段是成品料含水量控制。1高塑性混凝土地面堆料原料运至现场露天堆料场集中储存,经筛分超径石料后为半成品料,入库堆存备用。为加工半成品料,在堆料库外平整、浇筑2000m2混凝土地坪,采用装载机铲运、摊铺原料,辅以人工摊晒脱水,脱水料用1.8mm筛网人工筛分,并辅以颚式破碎机破碎,投入大量人工采用最有效办法解决高塑性黏土料超径,满足土料最大粒径≤10mm要求。2成品料的铺设与最优含水率的确定成品料含水量控制为闷土法,成品料的加工采用车间加工(室内),加工数量依据坝体填筑进度,提前7d开始加工,加工采用装载机从半成品料库内倒料至加工车间,摊铺采用反铲摊铺,摊铺厚度按30cm1层灌水,逐层铺料灌水,最大铺料层高1.5m,后用塑料膜覆盖闷土,加工成品料数量根据坝体填筑工作面长度确定,每一层土灌水量由现场实验室控制(最优含水率15.1%),以保证成品料含水量在最优含水量范围,填筑后土工现场原位渗透试验,满足渗透等参数要求。碎石土心墙填筑是堆石坝工程施工关键部位,施工主控工序:(1)碎石土料含水率控制,是保证填筑压实度,(2)碎石土料中超径石料剔除,约束每层填筑时间,也是质量、成本控制关键工序。6.3.1心墙料含水率控制工程施工区受高原气候影响,降水少、蒸发大的高原气候特征,碎石土料在开挖、运输、填筑过程中脱水快,心墙料在含水率控制采用料场初控和填筑工作面终控。1覆盖层剥离试验施工中料场检测天然含水量,Ⅰ区天然含水量12.83%,Ⅱ区天然含水量8.12%,料场开挖采用分区自上而下台阶式开挖,覆盖层剥离按取料高度10m控制剥离一次,取料完后现进行下一开采面覆盖层剥离(覆盖层剥离方法按环保要求,用多少剥离多少,高原植被不易成活)。料场位于陡坡地上,补水主要来源春季融雪水和雨季降水,覆盖层剥离后,碎石土料表面脱水较快,碎石土料天然含水量低于填筑最优含水量13.9%,因此,在料场开采平台内侧和居中部位通长布置灌水沟槽,按开挖掌子面高3m控制沟槽断面宽×深=1.5m×1.5m,水源用洒水车拉至料场开采平台充水,自然渗透,在每一填筑单元取料结束后开挖沟槽、充水,循环进行,补水均匀、效果较好。2土料含水量检测碎石土料经料场初控补水,开采、运输至填筑工作面,现场采用酒精燃烧法快速检测土料含水量,补水在土料摊铺前及摊铺后采用洒水车雾状补水,用手握不结团为准,保证含水量接近最优含水量,保证心墙料填筑压实度。6.3.2心墙面压实与心墙料压实利用碎石土心墙料填筑工艺控制:心墙料领先于其他料一层,上料后人工剔除超径块石料,人工清理、修边(保证填筑断面尺寸),在上坝道路不能满足的单元工段,需跨心墙面上料,在心墙工作面铺设钢板形成通道,保证心墙面不被剪切破坏。心墙料为天然碎石土料,运至填筑面后,人工剔除超径块石料,投入人力较多影响施工进度,且易出现漏捡除超径块石料,在现场碾压试验结束后,经分析和方案比较后,心墙料碾压使用超重型碾压机械碾压(22t牵引式凸块振动碾),增大压实系数,提高心墙料利用率,减少弃料,节约捡集剔除超径块石人工数量,缩短摊铺时间,提高施工工效、填筑质量。心墙料碾压使用超重型碾压机械碾压,压实后土料颗分试验最大粒径≤10mm,土工现场原位渗透试验,满足渗透等参数要求。6.4坝底天然砂卵砾石料施工坝体填料从上游至下游依次为:上游坝壳料、上游反滤料、心墙料、下游反滤料和下游坝壳料,上料顺序:(1)心墙料;(2)反滤料;(3)坝壳料。坝体填筑中级配控制项目有反滤料和坝壳料,反滤料由指定供应单位提供,数量和质量满足施工要求(筛分、机拌料),坝壳料为天然级配料,位于坝轴线上游500m范围,覆盖层较浅,采用装载机装车直接上坝填筑,施工便利,坝壳料使用首先在台地段填筑,施工过程中出现细料集中、粗料少填筑区域,经现场颗分试验,天然卵砾石料级配不连续,洒水反复碾压后压实相对密度达不到设计要求,针对这一情况,分析出现上述问题原因有:(1)运输上坝料在自卸中出现粗料集中;(2)料场天然砂卵砾石料,随开采面深度增加,出现砂层,颗分试验级配出现间断,粗料少、细料多。坝壳料为堆石坝主体,运行中上游坝壳料承受库水压力,起稳定支撑作用,下游坝壳料支持主堆石体稳定,同时也保持下游坝坡的稳定,因此,坝壳料填筑级配控制尤为重要,是工程施工第2关键环节,施工中解决坝壳料级配措施如下。12在将上部粮食运到水库后，将其处理为粗骨材料对>500mm超径料,运至工作面卸车后人工现场捡除,第2次是在推土机平仓时人工剔除;平仓后骨料集中,采用反铲挖装第2次摊铺。2坝壳料开采掌子面级配坝壳料为天然级配料,级配受开采区域不同而有差别,大部分料源都满足级配要求,随开采面深度增加,出现砂层分布置于开采掌子面,颗分试验级配出现间断,粗料少、细料多,遇级配不满足时施工技术措施:利用砂石骨料筛分卵石弃料(粒径≥80mm),运至坝壳料开采掌子面的上部平台均匀摊放,堆码高度<1m,超径卵石料随装载机铲料达到自然拌合,解决了天然卵砾石料细料集中、级配不连续。在坝壳料填筑工作面土工复核试验,各项参数满足要求。6.5河道防渗设计本工程施工难点在河床段,是工期卡控工段,最大坝高44.6m,最大底宽157.4m(防渗墙施工平台高程3856m),优化断面布置在施工平台上,利用上游坝壳料填筑形成,顶高程满足2006年5月底50年一遇洪水高程3872m,顶宽8m,下游坡比1∶1.5,防渗为黏土斜墙防渗,下接上游围堰防渗体。河床段优化断面施工为冬季,气象特征日温差大、年温差小,日填筑工作时间6h;2005年10月19日截流后填筑防渗墙施工平台,2006年2月12日完成防渗墙、帷幕灌浆,由于在台地段施工中,已形成了完整心墙料含水量控制和坝壳料超径、级配不连续施工保证措施,为河床段坝壳料填筑创造了条件,在优化断面填筑形成后,坝前坡面护坡超前完成施工,2006年5月底完成除优化断面外的3872m高程以下全断面填筑,坝体挡水度汛,2006年6月底完成堆石坝填筑全部施工,堆石坝具备下闸蓄水条件。7坝体挡水剂用量超重的效果本底设计、超径