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西州水电站碾压混凝土大坝设计 - 图文

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  • 2025/6/2 4:50:00

(1)泄洪建筑物与电站厂房分开布置方式 (2)坝后式电站厂房顶溢流

(3)隧洞泄洪及坝内大孔口泄流,坝后厂房或地下式厂房 (4)岸边溢洪道及坝内大孔口泄流,坝后厂房或地下厂房 (5)河床泄洪岸边引水式厂房

2. 西周水利枢纽建筑物组成与总体布置 该方案枢纽主要建筑物包括溢流、非溢流坝段和坝后式厂房,具体布置详见图“西周水电站工程枢纽布置图”。

挡水建筑物采用碾压混凝土重力坝。坝体基本剖面为三角形,三角形顶点位于高程 335m,上游不折坡,下游坝坡为1:0.69。大坝坝顶高程337.3m,最低建基面高程274m,最大坝高63.3m。坝顶宽度6m。坝顶长度257.6m,共设4个坝段,其中右岸非溢流坝段长65.38m,溢流坝段长74.0m,厂房坝段长70.4m,左岸非溢流坝段长47.8m。

泄水建筑物为5孔单孔净宽13 m的溢流表孔,采用非真空实用堰,堰顶高程318m。闸墩采用宽尾墩型式,闸墩上游部分厚2m,下游部分也做成2m 。溢流前沿总长73m。溢流表孔内设事故闸门,工作闸门闸门布置于事故闸门之后,采用弧形闸门,由动水中启闭;校核洪水位337.26m时,溢流坝总泄量11100,相

3应堰顶单宽流量为170.77m/(s?m)。消能防冲建筑物采用底流消能。

电站厂房布置于左岸 。主厂房纵轴线距坝轴线距离为32.6m,机组间距 19.5m。主厂房尺寸为70.1m×21m×18.35m (长×宽×高),厂内安装2台单机容量为60MW的混流式水轮机组,机组安装高程为285.80m。副厂房布置在主厂房旁。开关站布置于左岸山体较平缓处,尺寸为51.8m×44.9m(长×宽),地面高程370.00m。

3.3.2 面板堆石坝方案

钢筋混凝土面板碾压堆石坝是20世纪60年代以后发展起来的,世界上最高的钢筋混凝土面板堆石坝是巴西1980年建成的高160m的福斯-杜阿雷亚坝。中国湖北省的西北口钢筋混凝土面板堆石坝,最大坝高85m。

面板堆石坝的防渗体位于堆石体上游,材料有土料、钢筋混凝土、沥青混凝土、木材等。防渗土体可以放在堆石体上游,也可在土斜墙上设置较厚的堆石层。瑞士1967年建成的马特马克坝,高120m,防渗斜墙用砾质土填筑,上游坡较陡为1:1.7~1:2.1。钢筋混凝土斜墙(或面板)堆石坝,坝的上下游坡都接近堆石的自然坡。早期的钢筋混凝土斜墙坝,在斜墙下部干砌一层片石做垫层,以防止面板出现裂缝漏水。60年代以后发展的碾压钢筋混凝土面板堆石坝(图5),在面板下一般设置一层垫层料和一层过渡层,靠近面板的垫层料要求渗透系数为10-2~10-4cm/s,当面板出现裂缝或止水破坏时,可防止大量漏水。钢筋混凝土面板可以做成只设竖向缝或分设竖向缝和水平缝。沥青混凝土可采用单层或双层。1936年阿尔及利亚建成埃尔格里卜沥青混凝土面板堆石坝,坝高72m。木材做防渗体,现在已经很少采用。 根据有关布置原则,西周水利枢纽混凝土面板堆石坝的组成与总体布置拟采用如下布置方案:

① 挡水建筑物:采用混凝土面板堆石坝,坝轴线按直线布置,坝址在上坝线。 ② 泄水建筑物:泄洪采用泄洪隧洞方案,为缩短长度、减小工程量,泄洪隧洞布置在山体内。

③ 水电站建筑物:包括引水隧洞、调压井、压力钢管、电站厂房、开关站等。

水电站厂房采用引水式厂房,厂房坝段位于河床坡岸。河床坡岸地势比较平缓,便于修建厂房。开关站布置在厂房旁边的河岸上。 3.3.3 方案比较

1.采用碾压混凝土重力坝的技术分析 (1)优点:

①泄洪可由泄洪坝段泄流,加上电站发电引水管道辅助泄洪,结构比较容易布置。 ②厂房为坝后式厂房,大坝下游河床比较宽阔,坡度比较平缓,便于布置厂房和开关站,也方便施工。

③坝址处附近材料来源比较充足,不用远距离运输,原材料的开采、加工、施工均比较方便,有利于减少工程投资和缩短工期。 (2)缺点:

①坝体防渗问题处理难度大。

②布置水电站引水系统的压力管道布置不方便。 ③工程浇注强度大,对机械化要求比较高。 2. 采用混凝土面板堆石坝的技术分析 (1)优点:

①对地质要求不高,地形条件也比较有利。 ②施工简单、方便,技术要求不是很高。 ③工程坝体防渗问题容易解决。 (2)缺点:

①由于河谷两岸地形对称且地势均比较平缓,布置泄洪隧洞和引水隧洞比较困难,且工程量比较大。

②厂房布置不方便。若采用引水式电站,只能布置在河道拐弯处下游,但开挖量大,坝址下游拐弯处狭窄,不利于施工和机械、设备及材料运输。

③在施工期间,坝体一般不允许过水,施工导流全靠导流隧洞和后期泄洪隧洞泄流,如遇突发性大洪水,对工程危害极大;且隧洞开挖量大,不利于节约成本和缩短工期。

④其工程填筑量十分巨大,坝址处附近材料来源供应不足,远距离运输不方便且不利于控制成本。

经过各方面综合考虑和分析论证,最后选定工程大坝采用碾压混凝土重力坝。具体见“西周水电站工程枢纽布置图”

第四章 大坝设计

4.1国内外碾压混凝土重力坝的研究现状 4.1.1 碾压混凝土坝的研究现状

碾压混凝土重力坝在日本的应用中翻译为Roller Compacted Dam concrete(RCD),在美国应用中翻译为Roller Compacted concrete(RCC)。 碾压混凝土重力坝起源于60年代,把混凝土重力坝用土石坝施工方法进行修筑,采用干硬性混凝土,强力振动碾压实,是柱状浇筑法的一项改革,具有节约水泥、降低水化热、施工方法简单、速度快,从而大大降低造价的优点。

我国于1979年开始研究碾压混凝土施工方法,并在一些工地进行试验。1986年建成高56.8m的福建坑口重力坝和高27.5m的铜街子副坝。1986年6月,大田坑口水库碾压混凝土重力坝建成投入使用。该大坝是国内第一座碾压混凝土重力坝。该工程应用高掺量粉煤炭,低水泥用量混凝土,整体通仓薄层浇筑技术,创出连续上升口最大13米,平均8.1米的速度;坝体温控与强度均达到要求。该项技术的应用节约水泥44%、木材25%、劳力25%,降低工程造价16%,为我国筑坝技术发展闯出一条新路。1988年,该项技术被评为国家科技进步一等奖。

3到1999年底,已建碾压混凝土坝34座,碾压混凝土629万m;在建的有12座,碾压混凝土约314万m;正在设计的有20座。此外,利用碾压混凝土做临时性工程(围堰)效益更加明显,岩滩、隔河岩、万安、山仔、水口、水东、五强溪、

3m三峡、大朝山、洪山等工程都才采用碾压混凝土围堰,总方量280万,施工进度快,汛期围堰还可以过水。已建成的三峡工程纵向围堰高94m,长1217m,

3碾压混凝土量为141.6万m;2002年施工的三峡三期横向围堰高124m,长572m,

3碾压混凝土量达168 万m,必须在四个月内完成,强度极大。 在国外,1974年巴基斯坦的 塔贝拉坝修复工程,首次使用碾压并获得成功。1980年在日本建成岛地川坝(坝高89m)成为世界上第一座碾压混凝土重力坝。据不完全统计,迄今全世界完建和在建的坝高超过15m的碾压混凝土坝已超过210座,它们分布在5大洲的28个国家中,其中亚洲数量最多占总数的40%,其他地区分布比较平均。目前世界上已建成和在建的碾压混凝土重力坝约80余座。建成的碾压混凝土坝中高达100m的有日本的玉川坝和墨西哥的特里戈米尔坝,正在新建的日本宫濑坝,坝高155m。

碾压混凝土坝大体分为两类:一类以日本“金包银”模式为代表的RCD,采用中心部分 为碾压混凝土填筑,外部用常态混凝土(一般为2至3米厚)防渗和保护。另一类为全碾压混凝土坝,称为RCC,其结构简单,施工机械化强度高。 我国碾压混凝土的技术特点,主要表现在以下几个方面:

(1)坝高超过100m的碾压混凝土重力坝已建成5 座(岩滩、水口、江垭、大朝山、棉花滩,在建的其中最高的是龙滩重力坝一期工程,将是目前世界上最高的碾压混凝土重力坝,初期坝高192米,最终坝高216.5米。

(2)开展碾压混凝土拱坝的设计、施工和科研工作,已建3座,最高的是贵州普定拱坝,高75m;北方寒冷地区修建的温泉堡薄拱坝,高49m;福建溪柄溪薄拱坝,高63m,厚高比仅为0.19。目前在建的四川沙牌薄拱坝,高129m,1999年开始碾压混凝土施工。这些工程在倒悬面施工、分缝、并缝、温控及防渗方面都积累了不少经验。

(3)我国幅员辽阔,气候条件差别很大,无论在亚热带、北方寒冷地区都有碾压混凝土工程。采用的材料、结构和施工方法各有特色。试验证明,碾压混凝土若掺用引气剂,其抗冻性有较大的提高。适应高温施工的碾压混凝土外加剂的研

3究应用也取得了初步成果。

(4)高掺粉煤灰可节约水泥,同时降低水化热,简化温控措施,便利施工。对用于碾压混土的水泥、砂石骨料以及也做了不少探索,积累了相当丰富的经验。 (5)在施工中,拌和、运输、摊铺、压实用的设备和养护也都积累了许多经验,逐步形成了一套成熟的方法。

(6)在导流工程中采用碾压混凝土围堰优越性显著,施工速度快,经济合理。如三峡、水口工程的纵向围堰。岩滩、隔河岩、五强溪、大朝山工程横向围堰,汛期均允许过水。

(7)探索多种上游面防渗技术,包括常态混凝土、沥青砂浆、钢筋混凝土面板、预制混凝土模板勾缝、PVC塑料薄膜和二级配碾压混凝土防渗层。其中以二级配碾压混凝土防渗层全断面碾压最为经济可靠。 4.1.2 碾压混凝土坝设计的发展趋势

碾压混凝土坝的设计思想,原创于在允许的条件下,采用土石坝的施工方法进行干硬性混凝土的运输、摊铺、碾压,以达到快速施工的目的。随着实践经验的积累,碾压混凝土坝的设计原理不断获得新的发展。 1.碾压混凝土配合比

碾压混凝土的配合比是借助于经验并根据施工条件通过现场实验来决定的。 早期的碾压混凝土坝大多采用胶凝材料用量较低的贫浆碾压混凝土水泥+活性掺和料在100kg/m3以下,现在大多采用胶凝材料用量较高的富浆碾压混凝土水泥+活性掺和料在150kg/m3以上。富浆碾压混凝土坝是当今世界上比较流行的趋势。

综合世界上已建成的碾压混凝土坝的平均水平,胶凝材料用量在150kg/m3以上的碾压混凝土坝占45%左右,胶凝材料低于100kg/m3的碾压混凝土坝不足13%。中国碾压混凝土坝的平均胶凝材料用量是173kg/m3,其中水泥79kg/m3、活性掺和料94kg/m3。

近年来胶凝材料的概念也出现了新的变化。过去人们认为胶凝材料是指水泥加活性掺和料,最早使用的活性掺和料多为粉煤灰。随后人们发现了更多有价值的掺和料,并认识到了适当的石粉掺量7.5%左右对提高碾压混凝土强度的作用。最近出现了由多种活性掺和料混合而成的胶凝材料,其中可以完全没有水泥成分,而且世界上已有7座碾压混凝土坝使用了这项新技术。 2.上游面的防渗控制

碾压混凝土浇筑层间的水平缝是大坝渗水的主要通道,必须采取相应的措施,增加上游面的不透水性和耐久性。

世界上大多数碾压混凝土坝约占57%采用与碾压混凝土同步上升的常规混凝土做护面防渗;约有10%的坝直接使用碾压混凝土防渗,具体做法是在碾压混凝土中掺入较高含量的无黏性细粉来提高碾压混凝土的可靠性,这种防渗形式在西班牙比较普遍;还有少数约5%采用常规混凝土预制面板加PVC膜防渗;近年来采用变态混凝土防渗坝面的做法也有所增加,具体做法是在碾压混凝土摊铺前或摊铺后,向碾压混凝土中注入水泥砂浆,使用插入式振捣棒振实。常规混凝土护面和变态混凝土护面是目前最为流行的两大技术趋势。

碾压混凝土坝的防渗设计不应只依赖上游护面系统来解决,应使整个坝体形成一个挡水体。坝体渗漏完全可以通过合理的设计和施工加以控制,如采用恰当的配合比、控制摊铺碾压质量、层面处理以及排水、集水措施等。 对于碾压混凝土层间的水平缝防渗处理,常见以下几种:

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(1)泄洪建筑物与电站厂房分开布置方式 (2)坝后式电站厂房顶溢流 (3)隧洞泄洪及坝内大孔口泄流,坝后厂房或地下式厂房 (4)岸边溢洪道及坝内大孔口泄流,坝后厂房或地下厂房 (5)河床泄洪岸边引水式厂房 2. 西周水利枢纽建筑物组成与总体布置 该方案枢纽主要建筑物包括溢流、非溢流坝段和坝后式厂房,具体布置详见图“西周水电站工程枢纽布置图”。 挡水建筑物采用碾压混凝土重力坝。坝体基本剖面为三角形,三角形顶点位于高程 335m,上游不折坡,下游坝坡为1:0.69。大坝坝顶高程337.3m,最低建基面高程274m,最大坝高63.3m。坝顶宽度6m。坝顶长度257.6m,共设4个坝段,其中右岸非溢流坝段长65.38m,溢流坝段长74.0m,厂房坝段长70.4m,左岸非溢流坝段长47.8m。 泄水建筑物为5孔单孔净宽13

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