积石峡水电站混凝土面板堆石坝设计.pdf
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1、第 3 7卷第 1 1 期 2 0 1 1 年1 1 月 水 力 发 电 积 眉 峡 水 电 玷 混 凝 土 面 板 堆 眉 坝 设 计 蔡新合 ,王康 柱 ,王君利 ( 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院,陕西西安 7 1 0 0 6 5 ) 摘 要 :积石峡水电站拦河坝为混凝 土1 酊 板堆石坝 ,最大坝高 1 0 3 m。坝址位于高山峡谷地区 ,河谷狭窄且不对称 , 岸坡陡峻。在设计中,围绕减少岸坡开挖和填筑工程量、减小坝体不均匀沉降、确保止水效果等关键技术问题 ,就 堆石坝 的布置 、坝体分 区 、趾板 布置 、同边缝结构 、坝顶结构等进行 了优 化设计 ,为在 不对 称狭窄河 谷上建
2、造 高面 板坝积累 了成功经验。 关键词 :不对称狭窄河谷 ;面板堆石坝 设计 ;积石峡水电站工程 De s i g n o f Co n c r e t e Fa c e Ro c k fil l Da m f o r J i s h i x i a Hy d r o p o we r S t a t i o n C a i Xi n h e , Wa n g K a n g z h u , Wa n g J u n l i ( H y d r o C h i n a X i b e i E n g i n e e ri n g C o r p o r a t i o n , X i a n
3、 7 1 0 0 6 5 , S h a a n x i , C h i n a ) Ab s t r a c t :T h e d a m o f J i s h i x i a Hy d r o p o w e r S t a t i o n i S a C FRD wi t h a ma x i mu m h e i g h t o f 1 0 3 mT h e d a m l o c a t e s i n t h e d i s t ric t wi t h a s y mme t ric a n d n a r r o w v a l l e y a n d s t e e p s
4、 l o p e Du rin g t h e e n g i n e e rin g d e s i g n ,t h e d a m l a y o u t ,d a m z o n i n g , t o e s l a b l a y o u t , j o i n t s t r u c t u r e a n d d a m c r e s t s t r u c t u r e a r e o p t i mi z e d f o r r e d u c i n g s l o p e e x c a v a t i o n a n d fi l l i n g , mi n i
5、 m i z i n g d a m d i f f e r e n t i a l s e t t l e me n t a n d e n s u rin g t h e e ff e c t i v e n e s s o f w a t e r s t o p s T h e p r a c t i c e e n ri c h e s the e x p e ri e n c e s t o b u i l d a h i g h C F RD o n a s y mme t ri c , n a r r o w a n d s t e e p v a l l e y Ke y Wo
6、 r d s : a s y m me t ri c n a r r o w v a l l e y ; C F R D ; d e s i g n ; J i s h i x i a H y d r o p o w e r S t a t i o n p r o j e c t 中图分类号 : T V 6 4 1 4 3 ( 2 4 4 ) 文献标识码 : A 文章编号 : 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 1 ) 1 1 - 0 0 2 9 0 4 1 工程概况 积 石峡水 电站工 程规 模 为二等 大( 2 )型 ,大 坝 为 1级 建 筑 物 校 核 洪 水 位 1 8
7、6 0 4 0 1 1 3 ,5 0 0年 一 遇设 计 洪水 位 1 8 5 4 0 0 1 11 ,正 常蓄 水位 1 8 5 6 i n,死 水位 1 8 5 2 in,最 大 坝高 1 0 3 1T I ,总库 容 2 9 4亿 in 。 水 电站 装 机 容 量 为 1 0 2 0 Mw ,多 年 平 均 年 发 电量 3 3 6 3亿 k W h保 证 出力 3 3 2 3 MW。 积 石 峡 面 板 坝 地 处 高 山 峡 谷 地 区 ,河 谷 断 面 呈“ u” 形 ,极 不 对 称 两 岸 地 形 陡 峻 ,右 岸 下 部 近 直 立 ,1 8 2 0 in 高 程 以上 岸
8、 坡呈 6 0 。 7 0 。 ;左 岸 较 缓 ,岸 坡 呈 4 0 。 6 0 。 ,且 残 留有 、 级 阶 地 之 侵 蚀 基 座 台 面 ,其 高 程 为 1 8 0 0 1 8 2 0 in,宽约 1 0 0 ru。因此 ,在 峡 谷 地 区修建高 1 0 3 I n的面板堆石 坝 ,减少 岸坡开挖 、 降低人工边坡高度和填筑工程量 、减小不均匀沉降 、 确保止水效果是工程设计 的关键。针对极不对称河 谷 ,在 设 计 中着重 研 究 了左岸 阶地 以及软 化 系 数 低 的开挖料 上 坝对 坝体 不均 匀沉 降变 形及 应力 的影 响 、 面 板应 力 变 形 规律 以及 相 应
9、 的工 程 处 理措施 、右 岸 趾 板 人 工 开 挖 边 坡 高 度 优 化 等 ,在 吸 收 和 借 鉴 国 内外 已建 面 板 堆 石 坝 的 成 功 设 计 和 施 工 经 验 的 基 础 上 ,对 不 对 称 高 山峡 谷 面 板 堆 石 坝 的 特 性 有 了 一 定 的 认 识 其 设 计 对 类 似 工 程 设 计 有 一 定 的 借 鉴 作 用 。 2 面板堆石坝设计 2 1 坝体布置 组成 坝 基 的地 层 岩性 为 K 紫红 色 中细 砂 岩 夹 砾 岩 ,K 砖 红 色 泥 质 粉 砂 岩 夹 中 细砂 岩 、砾 岩 ; K 紫 红色 砾 岩 夹 中细 砂 岩 、泥质
10、 粉 砂 岩 ,K。 紫 红 色 中细 砂 岩 夹粉 砂 岩 、砾 岩 。岩层 产 状 NE1 0 。 S E 1 O 。 ,岩性 软硬 不均 一 ,岩 相变 化较 大 。砖红 色 泥 质 粉砂 岩软化 系数 低 。 根 据坝址 区地 形地 质条 件 ,具体 的大 坝 布置 为 : 收稿 日期 :2 0 1 1 - 0 8 - 1 7 作者简介 :蔡新合 ( 1 9 7 1 一) ,男 ,陕 西渭 南 人 ,教授 级 高 工 积石 峡水 电站设计副总工程师 ,从事水利水电工程设计与咨询工作 W r P o e r V o 1 3 7 M I 1 1 囫 坝轴 线方 位 NE 6 9 。 0 5
11、 4 3 ” ,坝顶 长 3 21 9 m。坝顶 宽 9 8 m,最大 坝高 1 0 3 I T I ,上游 坝坡 l : 1 5,下 游坝 坡 1 : 1 3 1 : 1 4,坝顶 设 有 高 度 为 5 2 m 的“ L ”形 防浪 墙 与面板 相 接 ,坝顶 高程 1 8 6 1 0 m。左 岸上 游进 水 口、溢洪 道 右边 墙 与 面板 连 接 。 面板 为不 等 厚 ,厚 度 0 3 0 6 m,面板 间设 垂直 缝 ,面板 与趾 板 、电站 进 水 口 、溢 洪道 边墙 问设 周边 缝 ,坝顶 防浪 墙 与 面 板 间设 水 平缝 ,与左 岸 溢 洪道 边 墙 问设 伸 缩 缝
12、。坝 体 填筑 总量 约 3 0 0万 l I 1 。 2 。 2坝体 分 区及材 料 根 据 本 工程 面 板 堆石 坝 的受 力 特 点 、渗 透 稳定 性 及 耐久 性 等要 求 ,确定 堆 石坝 坝 体 分 区 的主 要原 则为 : 坝体坝料之间应满足水力过渡要求 。坝 轴 线 上游 侧 坝料 应具 有 较 大 的变 形 模量 且 从 上 游到 下 游 坝料 变 形模 量 递减 ,以保 证 蓄 水 后坝 体 各 料 区 问 变彤 协 捌 连 续 , 尽 可 能 减 小 坝 体 变 形 对 面板 的影 响 。 充 分 合理 利 用 枢纽 的开挖 料 ,以达 到 经 济 的 目的 。 对
13、于 软化 系 数低 、易 破碎 、渗 透 系数 小 的 开挖料 ,应 设置通 畅的排水 通道 。 根 据 上 述分 区原 则 ,坝 体从 上 游 至下 游 依 次分 为 :面板 上 游 面下部 粉 质壤 土 斜铺 盖( 1 A)及 其盖 重 ( 1 B) 、混凝 土 面板 、垫层 区( 2 A) 、特殊 垫层 区( 2 B) 、过 渡 区( 3 A) 、反 滤 排 水 区( 3 F) 、 主 堆 石 ( 3 B I、3 B 1 I) 、下 游 次 堆石 区( 3 C)及 下 游 护 坡( 3 D) 。 断 面 分 区 见 图 1 垫层 料 及 过渡 料 采 用天 然 砂 砾石 筛 分而 成 ,
14、水 平 宽 均 为 3 m。垫 层 料 在 坝基 及 岸 坡 部 位 向 下 游延 伸 0 3 H ( 为坝 高 ) ,将 垫层 料 包 住 。主 堆 石 料及 次 堆石 料 为 开挖 石 渣 :以 中细砂 岩为 主 的弱 风 化 下 部 微 风 化 岩 石 开挖 料作 为 主 堆 石 3 B I区 上 坝 料 ; 弱风化 下 部 微 风化 岩 石 开挖 料( 砾岩 : 中细砂 岩 : 泥 质 粉 砂 岩= 5 : 3 : 2 )作 为 主 堆 石 3 B区上 坝 料 :弱 风 化 中 、上 部 岩 石 作 为 次堆 石 3 C区 上 坝料 ,废 料 利 用 率 6 0。 因开挖料 软 化 系
15、数低 、易破碎 、渗透 系 数 小 ,尤 其 是 垂 直 向渗 透 系数 为 1 0 c m s数 量 级 , 达 不 到 自由排 水 的 要 求 ,为 保 证 堆 石 区排 水 顺 畅 , 坝 内设 置垂 直 向及 水 平 向排 水 体 ,排水 体 也是 过 渡 料 、主次堆 石料 的反滤 体 。 2 3 筑 坝材料 料源 及压 实控 制标 准 根 据 技 术 可 行 、安 全 、经 济 的原 则 ,垫 层 料 、 过 渡料 、排水 料采 用坝 址下 游 9 k m 甘河 滩料 场 的大 然砂 砾石 筛 分( 掺配 )而成 ;主 次堆 石 区坝料 来 源 于 开 挖 料 。 为 了减 小堆
16、石体 在施工 期 以及运 行期 的沉 降量 , 需采 用 合 适 的设 计 干 密 度( 孔 隙 率 )和 压 实 指 标 , 并 经 过 现场 碾 压试 验 验 证 。本 工 程采 用 的 筑 坝材 料 特性 以及压 实指标 见表 1 。 2 4防渗 结构 积 石 峡 面板 坝 坝 体 防渗 系统 由面 板 、趾 板 和接 缝 止 水 组 成 。 2 4 1 钢 筋 混凝土 面板 钢筋 混凝 土 面板 总 面 积 3 5万 m2 ,厚 0 3 0 0 5 9 图 1 面板堆石坝断面分 区 表 1 坝料特性及压实标 准汇 总 彖 I C , if: 1 7 1 二 u I 巳 如 , 比 赝
17、E 上I l mq O t , E E : 3J 3 4吸L m,最 大 水 力梯 度 1 6 9 ( 2 0 0 ) 。在 两 岸边 张性 缝 范 围以及 引水 发 电钢管 与河床 相 接部 位 的张性缝 范 围 垂 直缝 间距 均为 6 0 m。河谷部 位 压性缝 范 围 以及 引 水 发 电钢 管 顶 部 压性 缝 范 围 ,垂 直缝 间距 均 为 1 2 0 m。面板混 凝土 为二 级配 C 2 5混凝 土 。 2 4 2趾板 趾 板选 用 平 趾 板 布置 形 式 ,趾 板 宽度 由地 基 允 许 渗 流 比降确 定 ,按不 同 的作 用水 头 ,趾板 宽 度 分 别 为 4 0、6
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- 积石峡 水电站 混凝土 面板 堆石坝 设计
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