1.3 贵阳院碾压混凝土坝的设计与建设成就
中国电建集团贵阳勘测设计研究院(以下简称“贵阳院”)碾压混凝土筑坝技术从天生桥二级(坝索)初步尝试,到承担“八五”国家重点科技攻关项目“普定碾压混凝土拱坝筑坝新技术研究”课题,建成了当时世界上最高的贵州普定水电站碾压混凝土重力拱坝,坝高75m,开创了我国碾压混凝土拱坝筑坝技术的先河,获得国家科技进步一等奖。2001年设计建成了西北高寒地区首座碾压混凝土龙首拱坝(坝高80m)和监理了石门子拱坝(110m),其中龙首电站2004年获全国优秀工程设计铜奖、获贵州省优秀工程设计一等奖,依托两拱坝完成的“高寒地区碾压混凝土拱坝筑坝技术研究”2004年获中国电力科学技术奖二等奖。2007年设计建成了当时国内最高的碾压混凝土大花水拱坝,获得中国电力优质工程奖、贵州省第十六次优秀工程设计二等奖。2010年设计建成了当时世界最高的碾压混凝土重力坝光照大坝,坝高200.5m,获2011年全国优秀水利水电工程勘测设计金质奖,2012年度全国工程建设项目优秀工程设计一等奖,2012年获得国际大坝协会RCC工程里程碑奖,“光照200m级高碾压混凝土重力坝筑坝技术研究”获贵州省科学技术进步奖二等奖。
至2013年,贵阳院设计、监理碾压混凝土坝达24座,其中设计21座,监理3座,成立了“贵州省碾压混凝土坝工程技术研究中心”,得到水电建设行业高度认可和赞赏。贵阳院完成的碾压混凝土筑坝设计的代表性工程简述如下。
1.天生桥二级重力坝
天生桥二级(坝索)水电站位于贵州省安龙县与广西壮族自治区隆林县交界的南盘江上。坝顶全长469.96m,最大坝高60.7m,沿坝轴线分成26个坝段。在溢流坝和左岸重力坝采用碾压混凝土筑坝,这两个坝段的混凝土量为26万m3,其中碾压混凝土量13万m3,碾压混凝土量占此两坝段混凝土总量的50%左右。建成后的天生桥二级碾压混凝土坝如图1.3.1所示。
图1.3.1 天生桥二级碾压混凝土重力坝(坝高60.7m)
天生桥二级碾压混凝土重力坝主要有以下技术特点:
(1)天生桥二级(坝索)碾压混凝土坝坝体采用“金包银”(外部常态混凝土,内部碾压混凝土)型式,外部常态混凝土上游面厚2.5m,下游面厚1.0m;坝体碾压混凝土使用R90200W4 或R90150W4,基础垫层采用R90200W6常态混凝土。
(2)按15m间距分设永久横缝,溢流坝和左岸重力坝分为15个坝段。坝体碾压混凝土横缝,采用切缝机或模板、钻孔成缝,在切缝机形成的缝内插入厚3mm的镀锌铁板,在3~6 号、8~9 号和16~17号坝段的表层常态混凝土中分设了横缝,采取了并缝措施,设并缝钢筋、应力释放孔,用来改善横缝里端部的应力集中状态,阻止常态混凝土中的横缝继续向坝体碾压混凝土内发展贯通。
(3)为加强碾压混凝土的层间结合,在碾压混凝土层面的上游1~2m范围内,铺水泥砂浆或厚度约5cm 的细骨料常态混凝土,以此增强碾压混凝土层面胶结能力。
(4)碾压混凝土中掺用DH4 缓凝减水型外加剂。
天生桥二级是贵阳院筑坝设计中首次采用碾压混凝土,从碾压混凝土坝防渗设计、材料分区设计、分缝结构设计、原材料及配合比的优选等方面进行了大量研究、探索和创新,目前大坝(含碾压混凝土坝段)渗漏较小,结构安全,运行良好。通过天生桥二级水电站碾压混凝土重力坝成功建设,对碾压混凝土材料有了深刻的认识,积累了碾压混凝土筑坝技术的第一手宝贵的资料,为贵阳院碾压混凝土筑坝技术的发展和推广应用奠定了良好的基础。
2.普定拱坝
普定水电站位于贵州省普定县三岔河,装机容量75MW。普定碾压混凝土拱坝为定圆心、变半径、变中心角的等厚、双曲非对称拱坝。最大坝高75m,弧长165.671m,右岸设30m的重力墩,坝顶总长195.671m。坝顶宽6.3m,坝底宽28.2m,坝体厚高比0.376。坝身布置泄洪建筑物,由4表孔(12.5m×11m)和1中孔(3m×4m)组成,最大下泄流量5260m3/s。建成后的普定碾压混凝土坝如图1.3.2所示。
图1.3.2 普定碾压混凝土拱坝(坝高75m)
普定碾压混凝土拱坝主要有以下技术特点:
(1)首次采用高掺粉煤灰和低水泥用量的碾压混凝土筑坝材料。对降低工程造价、减少温度控制措施极为有利,并对节能减排、环境保护作出贡献。“碾压混凝土材料优选研究”经评定达到当时国内领先水平。
(2)首次利用二级配碾压混凝土做防渗体取消“金包银”,成功地实现了碾压混凝土拱坝整体薄层通仓全断面碾压浇筑。“碾压混凝土坝防渗材料的研究”达到当时国内领先水平。
(3)首次采用诱导缝作为温度应力释放缝。在筑坝中首次提出采用坝体碾压混凝土施工过程中埋设诱导板形成诱导缝释放温度应力。“碾压混凝土拱坝诱导缝研究”达到当时国内领先水平。
(4)通过碾压混凝土变形及损伤特性试验研究,建立了碾压混凝土层面的本构关系和破坏准则,使我国碾压混凝土坝的设计理论跃上了一个新台阶。“普定碾压混凝土拱坝层面抗剪特性研究”达到当时国际先进水平。
(5)优选出了具有高效减水及强缓凝性的复合外加剂,以提高混凝土的可碾性、密实性和抗渗性。
(6)通过粉煤灰质量、气泡特性、水灰比、粉煤灰掺量、龄期等对碾压混凝土抗冻耐久性影响的系统研究发现:“采用优质粉煤灰、将含气量控制在5%左右、降低水灰比、适当控制粉煤灰的掺量和延长碾压混凝土的养护时间,可大大提高和改善碾压混凝土的抗冻耐久性。可以证明碾压混凝土这项新的筑坝技术,不但适宜于气候温和的南方地区,也可推广运用到较寒冷的北方地区。”“碾压混凝土抗冻耐久性的研究”达到当时国际领先水平。
“普定碾压混凝土拱坝设计”于1996年获全国第七届优秀工程设计金奖,“普定碾压混凝土拱坝筑坝新技术研究”获得1998年获国家科学技术进步一等奖,在国内外有较高的知名度。
3.龙首拱坝
龙首水电站位于甘肃省张掖市黑河,装机容量52MW。结合枢纽各建筑物的布置特点,龙首拦河大坝平面上布置为混合坝型,由左岸重力坝、河床拱坝和右岸推力墩组成。最大坝高80m,左岸重力坝最高54.5m,右岸推力墩最大坝高31.5m,左岸重力坝最大长度47.16m,河床拱坝最大坝顶弧长140.84m,右岸推力墩最大长度29.32m,整个大坝坝顶全长217.32m。坝顶厚度5.0m,坝底厚度13.5m,厚高比0.17。坝体混凝土量为19.73万m3。
河床拱坝布置3个中孔(5m×5.5m)和2个表孔(10m×7m),左岸重力坝布置1个冲沙孔(3m×4m),最大下泄流量3090m3/s。建成后的龙首碾压混凝土坝如图1.3.3所示。
根据国内外碾压混凝土筑坝技术的新发展,结合西北地区的地理、气候、材料等具体条件,大胆创新,勇于突破,在龙首水电站从结构设计,技术标准,引进新材料、新工艺等诸方面,做了大胆的突破和尝试,使龙首拱坝在设计技术上,成为当时世界领先水平的碾压混凝土拱坝。龙首碾压混凝土大坝主要技术特点:
(1)充分利用坝址地形地质特点,采用新型坝型及枢纽布置。根据坝址地形地质条件,结合工程的挡水、泄洪冲沙、引水发电、灌溉等功能要求,充分利用的基岩线呈倒品字地形,布置上采用了拱坝、重力坝、推力墩结合的“三接头坝”。
(2)高寒高震地区碾压混凝土拱坝的新结构。龙首高薄拱坝实现了首次在碾压混凝土薄拱坝开设多个泄水、廊道等孔口和周边缝+诱导缝的复杂结构设计。坝身最大泄洪流量达3090m3/s,布设3中孔、2表孔;灌浆、监测及交通廊道2层。为在碾压混凝土拱坝中布设孔口的结构设计、应力分析、施工组织等方面积累了大量经验。
(3)西北高寒地区碾压混凝土筑坝材料性能选择研究。通过大量试验,采取在混凝土中添加抗冻剂、原材料加温、仓面搭暖棚等技术,确保了混凝土拌和物不结冰冻坏;采取掺高强缓凝高效减水剂以延长碾压混凝土的凝结时间,仓面喷雾、覆盖湿麻袋等综合措施,确保保证拌和物可碾性好,层面结合良好。研究了碾压混凝土绝热温升热传导、弹模和徐变变化、极限拉伸、多轴强度等性能,从而了解及解决了寒冷气候条件下物理力学性能发展情况、抗冻耐久性能。
图1.3.3 龙首碾压混凝土拱坝(坝高80m)
(4)高寒峡谷地区碾压混凝土施工的特殊措施研究。西北高寒地区冬季寒冷,夏季干旱高热,年温差、月温差、日温差大对碾压混凝土施工极为不利;峡谷地区对碾压混凝土汽车入仓道路布设不利,很难发挥快速施工的优势。通过大量研究采取了掺外加剂、营造仓面“小气候”,平移错撤法及往返错撤法摊铺拌和物,严格混凝土覆盖时间、碾压时间等综合措施解决了低温、高温高蒸发等极端气象条件问题。结合坝址区地形地质特点及枢纽布置情况,大坝混凝土采用自卸汽车、固定式缆机、真空溜管等联合入仓浇筑方式,实现大坝混凝土快速施工,工程提前完工发电。
(5)高寒地区碾压混凝土拱坝现场质量控制研究。实现了高寒地区修建碾压混凝土拱坝具有质量控制更严、施工工艺更细致、原位观测及信息反馈更及时等特殊要求。
依托龙首、石门子拱坝完成的“高寒地区碾压混凝土拱坝筑坝技术研究”,2004年度获中国电力科学技术奖二等奖;龙首水电站设计获得全国第十一次优秀工程设计铜奖、获贵州省优秀工程设计一等奖。
目前大坝廊道、下游坝面渗漏小,坝体结构安全,运行良好,为碾压混凝土在高寒高震地区应用奠定了坚实的基础。
4.大花水拱坝
大花水水电站位于清水河干流的中游,电站装机200MW,总库容2.765亿m3。拦河大坝为碾压混凝土抛物线双曲拱坝+左岸重力坝。坝顶高程873.00m,坝底高程740.00m,最大坝高134.5m。坝顶宽7.00m,坝底拱冠厚23.00m,拱端厚25.0m,厚高比0.171,坝顶中心弧长198.43m。重力坝最大坝高73.0m,上游面铅直,下游坡比1∶0.8,顶部宽20.0m,底宽78.40m。
泄洪建筑物主要由拱坝坝身3个溢流表孔+2个泄洪中孔组成,中孔孔口尺寸6m×7m(宽×高),表孔孔口尺寸13.5m×8m(宽×高),最大下泄流量5964m3/s。建成后的大花水碾压混凝土坝如图1.3.4所示。
图1.3.4 大花水碾压混凝土拱坝(坝高134.5m)
大花水碾压混凝土拱坝主要有以下技术特点:
(1)解决了修建在狭窄河谷复杂地形、地质下,高、薄碾压混凝土拱坝的体型设计等关键技术问题,采用在主河床上的碾压混凝土拱坝和左岸古河槽上的重力坝,开展组合结构设计及受力状况研究。
(2)解决了狭窄河谷高碾压混凝土拱坝坝身泄洪建筑物布置及结构设计问题,使其结构布置简单、受力明确,在满足安全和泄洪消能的条件下,达到实现碾压混凝土快速施工的目的。
5.索风营重力坝
索风营水电站位于贵州省中部修文、黔西两县,乌江中游六广河河段,电站装机容量600MW。索风营碾压混凝土重力坝为全断面碾压型式,大坝由左右非溢流坝和溢流坝段组成,共分9个坝段。最大坝高115.8m,坝顶宽8m,最大底宽97.0m,坝顶全长164.58m。坝体碾压混凝土总方量52.48万m3。
泄水建筑物由5孔开敞式坝身溢流表孔组成,采用X形宽尾墩+台阶坝面形式。表孔尺寸13m×19m(宽×高),总下泄洪量为15956m3/s,单宽流量为245m3/(s·m)。索风营碾压混凝土坝如图1.3.5所示。
索风营碾压混凝土重力坝主要有以下技术特点:
(1)首次研究提出X型宽尾墩,并在碾压混凝土坝身采用X型宽尾墩+台阶坝面新型消能工,使消力池长度缩短1/3左右,泄洪消能率达90%以上,有效地解决了大流量洪水对下游的冲刷问题。
图1.3.5 索风营碾压混凝土重力坝(坝高115.8m)
(2)采用氧化镁微膨胀剂碾压混凝土施工,突破夏季高温季节不能大规模施工的“禁区”,提高了碾压混凝土的抗裂性能,解决了大坝强约束区常见的混凝土贯穿性裂缝问题。
(3)非溢流坝上部用三级配碾压混凝土直接防渗。
《X型宽尾墩消能技术研究与应用》2008年获陕西省科学技术一等奖;索风营工程2008年获贵州省优秀工程设计一等奖,2011年获中国土木工程詹天佑奖。
6.光照重力坝
光照水电站位于贵州省关岭县和晴隆县交界的北盘江中游,总库容32.45亿m3,总装机容量1040M W。大坝为全断面碾压混凝土重力坝,坝顶高程750.50m,最大坝高200.5m,坝体上、下游坝坡分别为1∶0.25和1∶0.75,坝顶宽度12m,坝体最大底宽159.05m。坝顶全长410m,左、右岸非溢流坝段分别长163m和156m,河床溢流坝和底孔坝段长91m,共分20个坝段。坝体碾压混凝土总方量242万m3。
泄水建筑物由坝身3个表孔和1个底孔组成,表孔孔口尺寸16m×20m(宽×高),底孔孔口尺寸4m×6m(宽×高),总下泄洪量为9857m3/s。光照碾压混凝土坝如图1.3.6所示。
光照碾压混凝土重力坝主要有以下技术特点:
(1)在碾压混凝土坝身采用窄缝挑流消能工形式,水舌在空中纵向拉开,消能效果好,降低了泄槽抗冲磨的设计难度。
(2)200m级高碾压混凝土坝防渗设计。根据坝前作用水头的大小分别采用了不同的防渗组合形式:坝体710m高程至坝顶采用三级配碾压混凝土及其上游面0.50m厚变态混凝土直接防渗;710~615m高程坝体采用二级配碾压混凝土及其上游面0.80m厚变态混凝土组合防渗;615m高程以下坝体采用二级配碾压混凝土及其上游面1.00m厚变态混凝土组合防渗。
图1.3.6 光照碾压混凝土重力坝(坝高200.5m)
(3)大坝碾压混凝土最大开仓面积达21300m2,实现上坝强度最高达到22.25万m3/月,采用了全仓面、不间断、立体循环大规模斜层碾压技术。混凝土输送皮带机布置在左岸山体隧洞中,有效降低了外界气温和热辐射对混凝土温度回升的影响。通过较简单、实用、经济的施工方法和手段,解决了大仓面通仓碾压及高强度的入仓问题,较国内同等规模的工程在碾压混凝土入仓和碾压工艺方面有较好的参考价值。
(4)光照工程成功将Ⅱ级粉煤灰用于200m级高碾压混凝土坝,不仅节约了大量的材料和运输成本,保证了施工过程中粉煤灰料源的供应及连续性,效益显著,同时也为我国高碾压混凝土坝的材料应用和设计提供了有益的尝试。
(5)砂石系统生产出来的人工砂中粉含量偏低(仅14%~15%),经研究采取以2%~3%粉煤灰替代石粉,改善混凝土和易性及可碾性,效果良好。
光照大坝最大坝高200.5m,碾压混凝土总量约为280万m3,浇筑仅用两年,充分体现了碾压混凝土筑坝技术的先进性及合理性。大坝混凝土取芯缝面折断率1.30%,下闸蓄水后运行表明,光照大坝运行良好,碾压混凝土应用于200m级高大坝得到有效可靠的实践。
依托光照世界级高碾压混凝土坝的设计与建设,光照水电站工程2011年获全国优秀水利水电工程勘测设计金质奖,2012年度获全国工程建设项目优秀工程设计一等奖,2012年获得国际大坝协会RCC工程里程碑奖和国家优质工程奖,2015年获国家优秀工程设计金奖。
7.思林重力坝
乌江思林水电站位于贵州省思南县境内的乌江中游河段,为乌江干流规划梯级电站的第八级,电站装机容量1000MW,总库容15.93亿m3。拦河大坝为全断面碾压混凝土重力坝。由河床溢流坝段和两岸挡水坝段组成,坝顶全长310m,坝顶高程452.00m,最大坝高124m,坝顶宽14.0m,上游面垂直,下游坝坡1∶0.70。思林碾压混凝土坝如图1.3.7所示。
图1.3.7 思林碾压混凝土重力坝(坝高124m)
泄洪建筑物由7孔开敞式坝身溢流表孔组成,采用X型宽尾墩+台阶坝面+消力池的联合消能型式,表孔孔口尺寸13m×21.5m(宽×高),最大下泄流量32584m3/s。
思林碾压混凝土坝主要有以下技术特点:
(1)枢纽布置紧凑、建筑物设计各具特色,大坝采用碾压混凝土重力坝、坝身泄洪消能系统,发电厂房布置于右岸地下,通航建筑物靠近坝体左岸布置,两条导流隧洞左右分岸布置,克服了坝址岩溶地质复杂、河谷地形狭窄泄洪量大等不利因素,各建筑物相对独立又互为联系,减少了施工和运行干扰。
(2)较好地解决了狭窄河谷大泄量泄洪消能,且满足通航水力学条件。工程坝址河谷地形狭窄,泄水建筑物采用7表孔+X型宽尾墩+台阶坝面+戽式消力池的综合泄洪消能系统,最大泄流能力达到32584m3/s,最大单宽流量达到358m3/s,属国内大单宽流量。通航建筑物过坝傍岸布置,在最高通航流量4420m3/s以下时,枢纽下游河道流态满足引航道口门区的水力学条件。
8.沙沱重力坝
乌江沙沱水电站位于贵州省沿河县城上游约7km处,总库容9.21亿m3,电站装机1120MW。坝顶高程371.00m,河床最低建基面高程270m,最大坝高101m,基础最宽处83.39m,坝顶宽10m。从左到右依次为,左岸挡水坝段、厂房取水坝段、电梯井坝段、溢流坝段、右岸升船机坝段和右岸挡水坝段。坝顶全长631.00m,其中左岸挡水坝段长162.05m,取水坝段长130.10m,电梯井坝段长13.85m,溢流坝段长143.00m,升船机坝段长48.50mm,右岸挡水坝段长133.50m。
坝体基本断面为:坝体上游面从坝顶至310m 高程为垂直,310m 高程至坝基为1∶0.15斜坡,下游坝坡为1∶0.75,起坡点高程为356.167m。最低坝底高程270.00m,最大坝高101.00m,相应坝底宽83.39m。沙沱碾压混凝土坝如图1.3.8所示。
图1.3.8 沙沱碾压混凝土重力坝(坝高101m)
沙沱碾压混凝土重力坝主要有以下技术特点:
(1)四级配碾压混凝土的应用。在国内外首次采用四级配碾压混凝土筑坝技术,经过近3年的科研攻关,重点解决了四级配碾压混凝土配合比参数、摊铺与碾压、防骨料分离措施、层间缝面处理、温控防裂等四级配筑坝关键技术,是碾压混凝土筑坝技术的一项突破。四级配碾压混凝土具有碾压层厚大(层厚50cm,最大骨料粒径达12cm)、胶凝材料用量少、施工快速和降低温控措施费用的特点。四级配碾压混凝土在沙沱水电站大坝的首次成功应用,使我国碾压混凝土筑坝技术跃上一个新的台阶,并为国内同类工程提供借鉴经验。从现场检测和安全监测成果来看,施工质量可控,大坝受力状态良好。
(2)双超碾压混凝土在围堰上的应用。根据工程实际情况在下游围堰堰体首次进行了双超(超径超贫)碾压混凝土。采用上下游变态混凝土防渗+内部双超碾压混凝土;混凝土粒径最大达65cm,胶凝材料最少为50kg/m3(水泥25kg/m3);堰体内部不设冷却水管,横缝间宽度为40m。从现场检测和取芯试验成果来看,双超碾压混凝土本体的抗剪断参数、容重、抗压强度、抗拉强度、抗渗性能、极限拉伸值和VC值等参数基本可以满足设计要求;芯样采集率相对较低,双超碾压混凝土层间结合不良,但考虑上游变态混凝土起防渗作用,双超碾压混凝土仅作为坝体支撑材料,且由于其断面较一般混凝土重力坝大很多,可以满足坝体层间稳定要求。运行期监测资料表明,双超碾压混凝土围堰受力状态良好,运行正常,完建两年来未发现堰体出现裂缝。
9.马马崖一级重力坝
马马崖一级水电站位于贵州省关岭县与兴仁县交界,是北盘江干流 (茅口以下)水电梯级开发的第二级,电站装机容量558MW (含生态机组18MW),总库容1.695亿m3。拦河大坝为全断面碾压混凝土重力坝,坝顶全长250.20 m,坝顶高程592.00m,坝底高程483m,最大坝高109m。坝顶宽12.00m,上游坝坡为1∶0.25,下游坝坡为1∶0.75。马马崖一级碾压混凝土坝如图1.3.9所示。
图1.3.9 马马崖一级碾压混凝土重力坝(坝高109m)
泄洪建筑物主要由3个坝身溢流表孔及1个放空底孔组成,采用X型宽尾墩+台阶坝面+戽式消力池的联合消能型式,表孔孔口尺寸14.5m×19m(宽×高),设计最大下泄流量为10866m3/s。
马马崖一级碾压混凝土坝主要有以下技术特点:
(1)枢纽布置紧凑,工程成功克服了坝址河谷地形狭窄,岩溶地质复杂、坝基地质缺陷、泄洪量大等不利因素,坝体结构设计简洁、方便运行,有利坝体混凝土填筑的快速施工。
(2)首个全断面采用三级配和超高掺粉煤灰的百米级高坝。大坝最大坝高109m,全断面采用三级配碾压混凝土作为主防渗体,碾压混凝土采用超高掺粉煤灰技术(掺量达70%),不仅节约水泥用量,降低成本,还节能环保,经济效益和社会效益显著。
10.赛珠拱坝
赛珠水电站位于云南省禄劝县,是洗马河干流规划中的第二个梯级电站,总库容为167万m3,电站总装机容量102MW。赛珠拱坝坝顶高程1826.00m,坝底最低高程1758.00m,最大坝高68.0m。坝顶宽7.00m,坝底厚14.05m,厚高比0.206。拱坝碾压混凝土量约为9万m3。
泄洪建筑物主要由拱坝坝身4个溢流表孔+1个泄洪底孔组成,底孔孔口尺寸3m×4m(宽×高),表孔孔口宽7m,最大下泄流量502m3/s。建成后的赛珠碾压混凝土坝如图1.3.10所示。
图1.3.10 赛珠碾压混凝土拱坝(坝高68m)
赛珠碾压混凝土拱坝主要有以下技术特点:碾压混凝土大坝全断面采用2.5级配碾压混凝土自身防渗,大坝河床建基面基础不设常态混凝土垫层,采用常态混凝土找平后即铺筑碾压混凝土。通过简化坝体断面设计,充分发挥了碾压混凝土快速施工的特点。
11.善泥坡拱坝
善泥坡水电站位于北盘江干流中游河段,电站装机185.5MW,总库容0.85亿m3。拦河大坝为碾压混凝土抛物线双曲拱坝。坝顶高程888.00m,最大坝高110.0m。坝顶宽6.00m,坝底厚23.50m,厚高比0.214,坝顶中心弧长204.29m。善泥坡碾压混凝土坝如图1.3.11所示。
泄洪建筑物主要由坝身3个溢流表孔+2个泄洪中孔组成,表孔尺寸14m×10m(宽×高),中孔尺寸6m×7.5m(宽×高),最大下泄流量6294m3/s。
善泥坡碾压混凝土坝主要有以下技术特点:
(1)善泥坡坝址地处北盘江干流中游狭谷河段,两岸边坡高达400m,坝肩开挖设计和施工布置难度大。结合实际情况,两坝肩采取全断面贴壁窑洞式开挖技术,窑洞最大跨度23.5m,最大高度117.4m,属国内规模最大的坝肩窑洞式开挖。通过这项技术,拱坝与两岸山体浑然一体,极大减小了开挖规模,减少了工程建设对自然的破坏,实现了工程效益与环境保护的和谐与双赢。
(2)泄水建筑物采用3表孔+2中孔坝身立体泄洪布置方式,通过控制各孔水舌型状和水流落点,实现了水流空中碰撞和落点分散,解决了狭窄河谷高坝大量泄洪消能问题,最大泄量约6300m3/s,为同类坝型之最。
12.立洲拱坝
立洲水电站为四川木里河水电规划“一库六级”的第六个梯级,电站采用混合式开发,装机容量355MW(包含10MW生态机组),多年平均发电量为15.46亿kW·h,水库总库容1.897亿m3,具有季调节性能,开发任务以发电为主,兼顾下游生态用水。
大坝坝顶高程为2092.0m,最大坝高132.0m。坝顶宽7.0m,坝底厚26.0m,厚高比0.196,坝顶中心弧长201.82m,坝体基本呈对称布置。立洲碾压混凝土坝如图1.3.12所示。
图1.3.11 善泥坡碾压混凝土拱坝(坝高110m)
图1.3.12 立洲碾压混凝土拱坝(坝高132m)
泄水建筑物由2个溢流表孔和1个中孔组成,各孔口以河床中心线径向对称布置,表孔布置在中孔两侧。表孔堰顶高程2080.00m,孔口尺寸8m×8m(宽×高),最大下泄流量1100m3/s。中孔进口高程2030.0m,布置在两个表孔中间,孔口设置检修闸门,孔口尺寸5m×8m(宽×高),出口设置弧形工作闸门,孔口尺寸5m×6m(宽×高),最大下泄流量865m3/s。
立洲碾压混凝土坝主要有以下技术特点:
(1)立洲大坝坝址河谷极为狭窄,两岸均为高陡岩壁,碾压混凝土拱坝施工布置困难,工程较好地利用了导流洞施工支洞、帷幕灌浆洞、上坝交通、河床基坑等作为入仓道路,实现碾压混凝土快速施工,节省了工程投资。
(2)坝址昼夜温差大,蒸发量大,左、右岸日照差异大,对于碾压混凝土施工质量、温度控制及防裂提出了较高的要求,通过采取优选原材料、严格控制温度、加强过程质量控制等措施,有效保证了工程质量。
(3)在碾压混凝土高拱坝中,表孔首次采用跌流+宽尾墩消能工结构,下泄水舌横向收缩、垂向及纵向扩散,效果显著,呈现典型的收缩射流流态,合理利用下游河道的纵向空间。使表孔水舌位于水垫塘中前部,既可减少与中孔水舌(位于水垫塘中后部)重叠,水流横向缩窄减小了对下游岸坡的冲刷和消力塘宽度要求,从而减少了两岸坡的开挖。
13.象鼻岭拱坝
象鼻岭水电站位于贵州省威宁县与云南省会泽县交界的牛栏江上,系牛栏江河流规划梯级中的第三级水电站。象鼻岭水电站为二等大(2)型工程,水库正常蓄水位1405m,总库容2.63亿m3,电站装机容量240MW,多年平均发电量9.30亿kW·h。
象鼻岭拱坝为双曲抛物线不等厚碾压混凝土拱坝,坝顶高程1409.50m,最大坝高141.5m,坝顶长434.46m,坝顶宽8.00m,坝底厚35~38m,厚高比0.247。象鼻岭碾压混凝土坝见图1.3.13所示。
图1.3.13 象鼻岭碾压混凝土拱坝效果图(坝高141.5m)
泄水建筑物由3个溢流表孔和2中孔组成,主要承担宣泄水库各种频率的洪水及冲沙的任务。表孔堰顶高程1397.00m,孔口尺寸12m×8m(宽×高),采用挑流消能;中孔进口底板高程为1335.00m,出口断面尺寸4m×6m(宽×高),最大总泄流量 3841m3/s。
象鼻岭碾压混凝土坝主要有以下技术特点:
(1)象鼻岭碾压混凝土拱坝坝址为典型宽缓河谷,两岸坡度约40°~58°,坝顶弧长434.46m,弧高比达到了3以上,比已建成几座碾压混凝土拱坝弧高比大40%~60%以上,拱向荷载分配比例较低。
(2)象鼻岭拱坝混凝土骨料为玄武岩(其特点是线膨胀系数高),属国内较早采用玄武岩作为碾压混凝土骨料的拱坝。同时坝体设置诱导缝及横缝多(6条)、混凝土方量大(约64万m3)、昼夜温差大(约15℃)等特点,温控防裂难度大。
(3)象鼻岭拱坝由于坝顶长度相对较长,碾压混凝土施工仓面大(整体最大约5800m2),因此对混凝土拌和系统、运输和入仓能力要求高。
象鼻岭电站目前正在建设之中,计划2016年年底完成大坝浇筑,2017年年初蓄水。