鄂坪混凝土面板堆石砂礫石組合壩設計吳大軍吳紅光(湖北省水利水電勘測設計院,湖北武漢430070摘要鄂坪水利水電樞紐面板堆石壩的主要填筑材料除堆石料外還有砂礫石料。對該壩的設計情況及壩料分區(qū)加以介紹。關鍵詞面板砂礫石堆石壩設計特點1工程概況鄂坪水電站位于湖北省竹溪縣漢江支流堵河西支泗河的中游段匯灣河上。水庫正常蓄水位550.0m,校核洪水位554.65m,總庫容3.027億m3,屬于大(2型等工程,主要建筑物為2級,大壩為1級。洪水標準按100a一遇洪水設計,5000a一遇洪水校核;樞紐泄洪系統(tǒng)為岸邊開敞式溢洪道,孔口尺寸為三孔13m14m,WES曲面堰型,堰高6.0m,堰頂高程536m,最大泄量5990.00m3/s;右岸設引水隧洞,河岸式廠房,裝機338MW;擋水建筑物為混凝土面板堆石壩。放空導流洞位于大壩右岸,洞長約560m,施工期導流,運行期結合導流洞堵頭設置控爆螺栓,利用爆破螺栓完成泄空任務。壩址區(qū)地質條件:出露地層為志留系下統(tǒng)梅子埡組(S1m下部地層,巖性主要為粉砂質絹云母板巖和含絹云母粉砂質板巖等,含黃鐵礦晶體。巖層大部分倒轉或陡傾下游,局部近直立,巖層產(chǎn)狀40~6040~70,劈理發(fā)育。巖溶不發(fā)育,水文地質條件簡單;地震基本烈度為度。2壩體設計2.1結構布置擋水建筑物為混凝土面板堆石、砂礫石組合壩,最大壩高125.60m,最大壩底寬342.66m,壩頂寬10m,防浪墻頂高程556.80m,防浪墻底高程550.20m;上游壩坡11.4,下游綜合壩坡11.48。面板總面積為43912m2,面板混凝土量21607.6m3,壩體總填筑方量286.1萬m3,其中主堆石140萬m3,砂礫石90萬m3,次堆石23萬m3。防浪墻采用U型鋼筋混凝土結構,墻高6.6m。大壩預留沉降超高為0.6m。填筑材料主要為堆石、河床砂礫石及溢洪道開挖出的微風化及新鮮板巖石碴。砂礫石、石碴質量和級配通過取樣試驗,滿足上壩要求。堆石排水棱體為安山巖,其質量能滿足筑壩要求。2.2壩料分區(qū)根據(jù)壩體標準剖面,從上游至下游依次分為:混凝土面板、墊層料、過渡料、主堆石區(qū)、砂礫石料、次堆石區(qū)、下游護坡及排水棱體等。大壩斷面見圖1。圖1面板壩結構布置圖墊層料:面板下為半透水性墊層,控制邊坡11.4,水平寬度3m。采用人工砂石骨料摻經(jīng)篩洗的河床砂礫石372006年第4期2006Number4湖北水力發(fā)電HUBEIWATERPOWER總第66期TotalNo.66配制而成,要求墊層料級配連續(xù)具有半透水性和滲透穩(wěn)定性,滲透系數(shù)為A10-3~10-4cm/s;墊層料粒徑<0.075mm控制不超過4%。施工壓實后層厚40cm,用不低于17t的振動碾碾壓6~8遍,適量加水。小區(qū)料:該區(qū)設在周邊縫下游3m半徑區(qū),采用人工砂石骨料配制而成,滲透系數(shù)為A10-4cm/s,小區(qū)料鋪層厚20cm,用1t的小型振動碾碾壓,加水適量。小區(qū)料最大粒徑<40mm,d<5mm的含量為40%~50%,d<0.1mm的含量為<4%,每m3摻50kg水泥,小區(qū)料源為新鮮安山巖摻河床砂礫石配制。過渡料:控制邊坡11.4,水平寬度3m。采用梯段爆破細料及洞室爆破細料組成,墊層料、過渡料d<0.075mm控制不超過4%。施工壓實后層厚40cm,用不低于17t的振動碾碾壓6~8遍,適量加水,過渡層料應與墊層料同層碾壓。主堆石料:采用爆破后級配連續(xù)的新鮮安山巖。施工壓實后層厚80cm,采用25t的拖式振動碾碾壓8遍,加水15%~20%。主堆石、次堆石d<0.075mm控制不超過5%。河床砂礫石料:大壩中間采用河床砂礫石,控制含泥量小于5%,最大粒徑35cm,施工壓實后層厚60cm,采用不低于20t的拖式振動碾碾壓8遍,加水15%~35%。壩體填筑設計標準參數(shù)見表1,各區(qū)料設計級配見表2。小區(qū)料級配與墊層料設計相同,每m3小區(qū)料摻50kg水泥。表1填筑設計標準參數(shù)表項目材料來源最大粒徑/mm小于5mm顆粒含量/%小于0.075mm顆粒含量/%孔隙率/%設計干密度/tm-3填筑層厚度/cm碾壓遍數(shù)加水量墊層料新鮮安山巖摻砂礫石8030~404152.30406適當小區(qū)料同上4035~50152.30206同上過渡料新鮮安山巖20020~255202.2540625%~50%主堆石新鮮安山巖80010~155212.1580825%~50%次堆石同上65010~155222.1080825%~50%砂礫石大壩上、下游5km350355222.25806適當表2設計級配分區(qū)及材料名顆粒組成/%600~400400~200200~100100~6060~4040~2020~1010~5<5D60/mmD50/mmD10/mm不均勻系數(shù)Cu(2A區(qū)墊層料691516144012.908.200.3734.90(3C區(qū)砂礫料66981717112721.7018.400.8027.10(3B區(qū)堆石料132223178764174.00127.0025.506.90(2B區(qū)過渡料5912242681721.2017.502.508.482.3基礎反濾層河床砂礫石覆蓋層不均勻系數(shù)較大,但無明顯斷檔顆粒,由于含有粗粒料,選用25mm以下部分顆粒的d85、d15作為計算粒徑進行反濾設計,反濾層設計原則:D15/d854~5D15/d155式中:D15反濾料的粒徑,小于該粒徑的土占總土重的15%;d85被保護土的粒徑,小于該粒徑的土占總湖北水力發(fā)電2006年第4期土重的85%;d15被保護土的粒徑,小于該粒徑的土占總土重的15%。為方便施工,選用與壩體過渡層料相同級配的材料作為反濾料,D15=5~25mm,滿足反濾設計原則要求,反濾層厚取100cm。2.4混凝土趾板由于壩體堆石存在沉降變形,面板不能與河床及兩岸基巖剛性連接,只能通過混凝土趾板與河床及兩岸基巖相連接,面板與趾板之間設周邊縫。根據(jù)地形地質條件,趾板結構形式采用水平板式混凝土結構。趾板幾何尺寸的擬定,從防滲、灌漿、溫度變化、止水片的埋設和消除周邊縫處面板的應力等各方面進行考慮,選取趾板寬度分別為7m、6m和5m。趾板寬度與壩前水深的比值約為1/17(壩前水深為120m?？紤]到利用壩體擋水渡汛,趾板面板之間的周邊縫,在未澆面板前,是容易產(chǎn)生集中滲流的薄弱環(huán)節(jié),故在趾板下游壩體內(nèi)設有周邊縫特殊墊層料區(qū)。為了進行基巖灌漿,趾板起蓋板作用,其厚度擬定為0.7~0.6m,為了防止灌漿時趾板被抬動,設有縱橫間距各為1.2m,長4~5m的錨筋與基巖錨固,錨筋直徑在死水位以上用25,死水位以下用28。河床段及兩岸高程465.20m以下趾板尺寸采用寬7m厚0.7m,高程465.20m以上采用寬6m厚0.6m,高程508.057m以上采用寬5m厚0.6m。趾板混凝土采用三峽42.5級普通硅酸鹽水泥,為2級配混凝土,等級為C25,W10、F150。為了適應溫度變化,減少由于混凝土收縮而產(chǎn)生的裂縫,在趾板頂部配雙向單層鋼筋,配筋率取0.35%~0.4%。在趾板下游端面,為避免混凝土擠壓破壞和便于鋼筋架立,設有加強鋼筋和附加鋼筋。2.5混凝土面板(1面板分縫大壩壩頂長296.0m,河谷形態(tài)系數(shù)2.38。大壩面板總面積43912m2,最大板塊長206.0m。面板布置分為河床受壓區(qū)及左、右岸受拉區(qū),共分28塊,其中左岸按1/4壩頂長布置為拉應力區(qū),塊寬8m,共11塊;河床受壓區(qū),每塊寬16m,計8塊;左岸受拉區(qū)共7塊,每塊寬8m,左右岸各有一塊三角形特殊板塊。隨著滑模機具有改進,沿周邊縫未設三角形填補板。除周邊縫外,根據(jù)受力情況,受壓區(qū)設有9條B縫(擠壓縫,受拉區(qū)設有17條A縫(張拉縫。防止因水平拉應變產(chǎn)生裂縫和便于止水設備的安裝埋設,A、B縫應與周邊縫垂直連接,連接段長60cm。(2面板結構由于面板緊貼在碾壓墊層上,水荷載作用下面板將其承受的水壓力均勻地傳至墊層及堆石體上,并起防滲和護坡作用,板厚主要由防滲性、耐久性、柔韌性確定,板厚隨高程變化,計算公式:t=0.3+0.00335H(H:由壩頂防浪墻前趾控制點至計算點的高差,底部最大厚度70m,頂部最小厚度30m。面板混凝土采用三峽42.5級普通硅酸鹽水泥,通過配合比試驗確定為2級配混凝土,等級為C30,W10、F150。坍落度控制在3~7cm,配合比中摻有十堰生產(chǎn)的1級粉煤灰、聚丙烯纖維、減水劑、引氣劑,含氣量控制在4%~6%,水膠比為0.37。面板配筋主要承受蓄水前溫度變化和干縮產(chǎn)生的應力,防止裂縫展開或均布發(fā)狀裂縫的作用,增加面板混凝土的整體性和耐久性。在面板中部設一層雙向鋼筋,每向含鋼率為0.3%~0.4%。在周邊縫A、B縫處,由于要承受局部拉應力和防止擠壓剪切,避免邊角混凝土剝落,周邊縫及A、B縫所有面板底部及垂直縫均設有抗擠壓鋼筋。面板鋼筋設在中部,在463.68m以下縱橫均為28,間距20cm;在463.68m以上縱橫均勻為25,間距20cm;在492.50m以上縱橫均為22,間距20cm;在521.33m以上縱橫均為20,間距20cm。2.6止水布置(1周邊縫周邊縫設置三道止水:第一道為F型紫銅片止水,一端埋入趾板,另一端粘貼在瀝青砂梯形槽表面的塑料片上,片頭60mm折成90埋入面板混凝土內(nèi);第二道為中部橡膠止水帶,一端埋入趾板,另一端埋入面板混凝土內(nèi);第三道為保證周邊縫的止水,能在壩體沉降、縫張拉變形后安全運行,在縫口處增設80mmPVC棒和鋪設弧狀GB嵌縫材料。為保護和防老化,在GB材料表面鋪GB三復合橡膠板和電鍍鋼片,用膨脹螺栓固定。(2A縫張拉縫A縫從壩頂與壩軸垂直沿壩坡面延伸,在接近周邊縫60cm處折轉,垂直于周邊縫。為盡量減少面板因壩體沉降產(chǎn)生相對位移,不留縫寬,只在縫面涂刷瀝青乳膠。A縫在面板底面設一道W型止水紫銅片,上端與防浪墻銅止水片連接,下端與周邊縫F型止水銅片連接。(3B縫擠壓縫B縫沿壩坡面下延直接與周邊縫連接(左岸B縫39吳大軍等:鄂坪混凝土面板堆石砂礫石組合壩設計2006年12月與A縫同,壩體沉降后B縫呈現(xiàn)擠壓狀態(tài),相對位移較小,在底部設一道W型止水紫銅片,除縫口不設止水材料外,其它要求與A縫相同。(4止水加強部分由于水頭較高,水壓力較大,在A、B縫靠近趾板周邊縫10m范圍內(nèi),以橡膠止水帶加強,與周邊縫止水帶T接。為了形成封閉系統(tǒng),橡膠止水帶上端折轉90與F型止水銅片連接。因材質不同,接頭細部結構采用塑銅接頭,達到牢固不漏水的目的。(5防浪墻底縫的止水面板與防浪墻間為止水銅片與防浪墻縫封閉連接。防浪墻縫面涂刷2mm厚瀝青乳膠,嵌縫材料為12mm厚瀝青杉板。2.7基礎處理(1基礎開挖壩軸線上游部位的地基,清除殘留在巖石露頭間的土及松軟風化巖石,趾板下的巖石邊坡為1:0.5,局部陡峻部分在避免過大變形和保護巖坡穩(wěn)定的前提下,邊坡不陡于1:0.3。趾板基巖的斷層,采取挖除斷層泥、設置混凝土齒墻、局部加寬趾板、趾板下游端設置反濾層、布設適量鋼筋網(wǎng)、帷幕灌漿適當加深等措施處理。壩軸線下游部位的地基,清除草根樹皮,較高反坡、陡坎要削平順,便于回填;河床覆蓋層開挖3個探坑,測試天然狀態(tài)下河床砂礫石的物理力學指標。基本清除表層1~1.5m厚覆蓋層后,砂礫石天然干密度均在1.9~2.0t/m3,因此壩基僅將高壓縮區(qū)內(nèi)砂礫石開挖至基巖,其他部位對表層松散渣料清除,回填前用25t振動碾碾壓固基。(2趾板基礎帷幕、固結灌漿趾板基巖防滲主要采取帷幕灌漿和固結灌漿。固結灌漿設二排,孔位布置呈梅花型,排距3.2m,孔距3.0m,孔深8.0m,河床及巖坡段趾板設帷幕灌漿二排,上游排與固結共孔,下游排界于兩排固結孔中間,排距1.6m,孔距3.0m。帷幕深度按壩高的1/3選定,且伸入小于或等于3Lu的相對不透水層5m深,固結灌漿壓力為0.3~0.4MPa,主排帷幕灌漿壓力為0.4~1.2MPa,副排帷幕灌漿壓力為0.4~1.0MPa。(3觀測設計面板壩設立觀測系統(tǒng),以便在施工期提供數(shù)據(jù)和水庫運行期監(jiān)測大壩的工作狀態(tài):在壩址區(qū)建立三角網(wǎng)和水準網(wǎng),在壩體建立外部水平位移和垂直位移觀測點,在壩體內(nèi)部埋設水管式沉降計和水平位移計;周邊縫的變形利用二向、三向測縫計進行觀測,垂直縫的變形利用單向測縫計進行觀測;在河床周邊縫下面板與墊層、墊層與過渡層、堆石與河床砂礫石之間埋設有滲壓計;在面板混凝土內(nèi)埋設有兩向和三向混凝土應變計。大壩于2005年9月19日下閘蓄水,10月7日水庫水位達到532m,水深達100m,大壩總沉降量為0.591m,壓縮率為0.47%,與國內(nèi)同類大壩相比,其壓縮率處于中等偏上水平,施工質量較好。第一作者簡介吳大軍,男,高級工程師(收稿日期:2006-09-13湖北清江水布埡大壩建成為世界同類大壩最高湖北巴東縣境內(nèi)的清江水布埡大壩,今天全線填筑到達233m的設計高程。該大壩為面板堆石水電大壩,比墨西哥阿瓜米爾帕大壩高出46m,是目前世界上同類壩型中唯一壩高超過200m的大壩,創(chuàng)造了世界水電筑壩技術的新紀錄。清江水布埡樞紐工程是中國西部大開發(fā)重點項目,概算總投資106億元人民幣,于2002年2月正式批準開工建設。水布埡大壩最大壩高為233m,總庫容45.8億m3,具有多年調節(jié)性能。工程總裝機容量184萬kW,年發(fā)電量為39.2億kWh,是清江流域水電開發(fā)中最大的一座電站。2007年7月首臺機組將投產(chǎn)發(fā)電,2009年工程全部竣工。水布埡大壩主要建筑物有混凝土面板堆石壩、溢洪道、地下廠房、放空洞等。不同于三峽大壩和葛洲壩的混凝土重力壩技術,該大壩采用的面板堆石壩技術,比較適應交通不便、地質復雜的西部山區(qū)。但其技術難關在于,如何防止壩體過分下沉,避免大壩表面出現(xiàn)變形和裂縫。施工單位葛洲壩集團通過四年的科技攻關,采用GPS衛(wèi)星監(jiān)控等技術,在大壩碾壓施工質量控制上拿出了解決方案。清江開發(fā)總公司總經(jīng)理梁福林表示,隨著水布埡電站建成之后,清江下游隔河巖和高壩洲可以增加發(fā)電量,作為華中網(wǎng)局最重要的調峰調頻的流域,清江流域這一塊的電站將發(fā)揮更大作用。配合長江三峽工程,也可為長江中下游發(fā)揮蓄水防洪作用。(摘自湖北水力發(fā)電2006年第4期withhighqualitysealingcollars,sosafeandconvenientop-eratingperformanceofthesystemisachieved.Keywords:ThreeGorgesProject(TGP,trashway,oi-lpressurehoist,designDesign&ConstructionofSteelPenstockofDalongtanHydropowerStationLUOWen(DesignInstituteofChangjiangWaterResourcesCommission,Wuhan,Hubei,430010SHIZeYANGQinglangP33-36Abstract:Thedescriptionaboutthedesign,manufac-turingandinstallatingofthetrunkpipeandthebifurcatedpipesofthesteelpenstockofDalongtanHydropowerStationisgiven.Keywords:penstock,cresen-tribreinforcedbifurcatedpipe,designandconstructionPlanofEpingConcreteFaceRock-SandgravelFillDamWUDajun(HubeiInvestigation&DesignInstituteofWaterConservancy&Hydropower,Wuhan,Hubei,430070WUHongguangP37-40Abstract:TherockandsandgravelareusedforthemainfillmaterialsofEpingconcretefacedam,thedesignschemeandthezoningoffillmaterialsofthedamarede-scribed.Keywords:concretefacerock-sandgravelfilldam,plan,particularitiesAnt-icrackingMeasuresforConcreteDamofTGPs-PhaseWorkZHOUHougui(ChinaGezhoubaGroupCorp.,Yichang,Hubei,443002P41-43Abstract:ThebriefconditionofTGPs-phaseworkisdescribed;themajorcontentisabouttheant-icrackingmeasaresforconcretedaminwholeconstructionprocess;theinspectionshowsthatthereisnoonecrackonthe-phasedamafterithasbeencompleted.Keywords:ThreeGorgesDam,-phasework,ant-icrackingmeasuresApplicationofErectionBasketinConstructionofGeheyanVerticalShipliftYANGLong(QingjiangCon-structionBureau,GezhoubaGroupCorp.,Yichang,Hubei,443002P44-46Abstract:IntheconstructionofGeheyanVerticalshiplift,theerectionbasketisusedforerectingtwelve120mhighverticalguiderailandforplacingtheconcreterun-waywithsameheight,theconstructionprogressisquick-ened.Keywords:highriseoperation,erectionbasket,vert-icalshiplift,applicationConstructionMethodforConstantCrossSectionIn-clinedFootingFoundationofSteelTransmissionTowerLIUXdong(ElectricalPowerCo.,Ltd,GezhoubaGroupCorp.,Yichang,Hubei,443002P47-49Abstract:Thesettingout,ex