龍灘碾壓混凝土重力壩的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1、要 龍灘碾壓混凝土重力壩工程量巨大，最大壩高初期建設(shè)時(shí)為98500km375m 建設(shè)，相應(yīng)總庫(kù)容前、后期分別為111.5億 m3與要 龍灘碾壓混凝土重力壩工程量巨大，最大壩高初期建設(shè)時(shí)為98500km375m 建設(shè)，相應(yīng)總庫(kù)容前、后期分別為111.5億 m3與 205.3 億 m3，具有年調(diào)節(jié)與多年調(diào)節(jié)能力，大大提高電站裝機(jī)容量1230MW （后期 1680MW）。龍灘水電站預(yù)留防洪庫(kù)40 余年， 1989 年通過(guò)初步設(shè)計(jì)審查，對(duì)地下廠房進(jìn)水口布置有重大影響的傾倒蠕變巖體9 臺(tái)機(jī)全部布置在左岸地下的方案，為發(fā)揮碾壓混凝土快速施192m，最終為2，占紅水河流域面積的162.1 億 m34200M

2、W( 后期 5400MW) ，年電量為 156.71993 年開(kāi)始施工前期準(zhǔn)備工作。(A 區(qū))，經(jīng)進(jìn)一步勘測(cè)和71%。工摘216.5m，技術(shù)難度大。設(shè)計(jì)中針對(duì)碾壓混凝土特點(diǎn)，從樞紐布置、壩體結(jié)構(gòu)、混凝土配合比、溫控、施工方案等方面進(jìn)行了深入的研究，形成了有特色的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞 龍灘；碾壓混凝土；設(shè)計(jì)1. 簡(jiǎn)述龍灘水電站位于廣西天峨縣境內(nèi)，壩址以上流域面積程按正常蓄水位 400m 設(shè)計(jì)，初期按正常蓄水位和 272.7 億 m3，有效庫(kù)容分別為了下游各個(gè)梯級(jí)電站的保證出力和年發(fā)電量。億 kWh（后期 187.1 億 kWh），保證出力為容 50 億 m3（后期 70 億 m3），電站建成以后，可

3、使下游沿江兩岸、北江三角洲的防洪標(biāo)準(zhǔn)大大提高。此外，大大改善航運(yùn)條件，使紅水河成為溝通黔、桂、粵三省通江達(dá)海的航道。龍灘水電站具有巨大的綜合利用與規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極其重要的意義。龍灘工程的設(shè)計(jì)研究歷經(jīng)為了縮短工期，節(jié)省投資，對(duì)樞紐布置進(jìn)行了大量的優(yōu)化研究，采用了最適合碾壓混凝土重力壩施工的全地下廠房方案，經(jīng)濟(jì)效益顯著，目前工程進(jìn)展順利，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。本文根據(jù)設(shè)計(jì)研究的成果，論述龍灘碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)的幾個(gè)主要特點(diǎn)。2. 樞紐布置優(yōu)化根據(jù)發(fā)電、防洪、航運(yùn)等綜合利用要求，龍灘水電站樞紐主要由大壩、泄洪建筑物、發(fā)電廠房和通航建筑物等組成。初步設(shè)計(jì)審查通過(guò)的樞紐

4、布置方案為常態(tài)混凝土重力壩，為避開(kāi)左岸上游的蠕變巖體的影響，廠房布置采用“ 5 臺(tái)壩后+4 臺(tái)地下”的方案，在可研補(bǔ)充階段，對(duì)樞紐布置方案進(jìn)行了深入的研究，重點(diǎn)研究?jī)蓚€(gè)方面的問(wèn)題：第一是適應(yīng)碾壓混凝土壩施工的樞紐布置，第二是左壩頭蠕變巖體的處理方法。樞紐布置要充分發(fā)揮碾壓混凝土快速施工的優(yōu)勢(shì)，必須將碾壓混凝土壩與發(fā)電廠房的進(jìn)水口和引水道分開(kāi)布置，壩體可碾壓混凝土的部位應(yīng)相對(duì)集中，減少壩內(nèi)孔洞，簡(jiǎn)化壩體結(jié)構(gòu)，減少施工干擾，盡量擴(kuò)大壩體采用碾壓混凝土的范圍，只有這樣才能達(dá)到節(jié)省水泥用量、簡(jiǎn)化施工工藝、加快施工進(jìn)度、減少工程投資的目的。專(zhuān)題研究 ,特別是通過(guò)國(guó)家“八五”重點(diǎn)攻關(guān)研究，認(rèn)為總體上是穩(wěn)定

5、的，對(duì)于部分失穩(wěn)巖體，采用全挖除方案，施工中只要堅(jiān)持分層開(kāi)挖、適時(shí)加固、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)及時(shí)反饋設(shè)計(jì)等正常施工程序，進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定及變形可以滿足設(shè)計(jì)要求。從實(shí)施結(jié)果看，與設(shè)計(jì)研究結(jié)果完全一致。根據(jù)研究成果，樞紐布置最終采用1 1。便于運(yùn)行管理與維護(hù)；后期提高正常蓄水位時(shí)，壩體加高對(duì)電站的正常工的優(yōu)勢(shì)創(chuàng)造了條件，這一布置優(yōu)化方案通過(guò)了總院的審查，也得到了世界銀行特別咨詢團(tuán)和美國(guó)1。便于運(yùn)行管理與維護(hù)；后期提高正常蓄水位時(shí)，壩體加高對(duì)電站的正常HARZA 公司等國(guó)外專(zhuān)家的肯定。最終采用的樞紐布置見(jiàn)圖圖 1 樞紐布置圖采用本樞紐布置方案的主要優(yōu)點(diǎn)為：(1) 大壩施工是直線工期上的關(guān)鍵項(xiàng)目， 河床壩段尤其控制

6、發(fā)電工期， 因此簡(jiǎn)化壩體結(jié)構(gòu)， 減少施工干擾，加快大壩上升速度是工程提前發(fā)揮效益的主要途徑。本方案因壩后無(wú)廠房，壩上無(wú)進(jìn)水口，壩內(nèi)無(wú)鋼管，減少了廠壩施工干擾，增大了壩體碾壓混凝土采用范圍，有利于碾壓混凝土的快速施工，使整個(gè)工程工期提前 1年，經(jīng)濟(jì)效益巨大。(2) 紅水河汛期長(zhǎng)、流量大，施工度汛和泄洪消能問(wèn)題存在一定風(fēng)險(xiǎn)，采用全地下廠房方案，不僅可以簡(jiǎn)化導(dǎo)流措施，而且可使永久泄水建筑物的布置更靈活，消能設(shè)施調(diào)整優(yōu)化的余地更大。(3) 采用本方案，無(wú)壩后廠房，壩內(nèi)無(wú)引水鋼管，增強(qiáng)了上部壩體剛度，有助于改善壩體應(yīng)力，增強(qiáng)壩體抗震能力。(4) 本方案只有一個(gè)廠房，運(yùn)行影響較小。3. 碾壓混凝土壩體結(jié)構(gòu)

7、研究壩體布置研究首先服從樞紐布置的格局，對(duì)各建筑物位置的優(yōu)化調(diào)整只是局部的；其次在確定各建筑物位置和結(jié)構(gòu)型式時(shí)，既要考慮到滿足各建筑物規(guī)模和功能上的要求，又要考慮到盡量減少工程量，節(jié)省投資；第三，盡量擴(kuò)大壩體采用碾壓混凝土的范圍，簡(jiǎn)化壩體結(jié)構(gòu)，減少壩內(nèi)孔洞，減少施工干擾，方便施工和縮短工期的要求。龍灘大壩壩高前期為 192 m，碾壓混凝土量達(dá)到 390萬(wàn) m3。后期壩高達(dá)到 216.5m，均大大高于國(guó)內(nèi)國(guó)際已有的筑壩水平。目前龍灘碾壓混凝土大壩的筑壩技術(shù)水平居世界之最，其高碾壓混凝土壩一2 、“九五”期間，被列為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，進(jìn)行了充分的研究。PVC 膜防滲；現(xiàn)澆鋼筋混凝土面板和二級(jí)配碾

8、壓混凝土組合防滲；瀝青混合2 、“九五”期間，被列為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，進(jìn)行了充分的研究。PVC 膜防滲；現(xiàn)澆鋼筋混凝土面板和二級(jí)配碾壓混凝土組合防滲；瀝青混合2 在工程開(kāi)工建設(shè)后，又列為國(guó)家電力公司的重大科研攻關(guān)項(xiàng)目，結(jié)合招標(biāo)設(shè)計(jì)和施工條件進(jìn)行深化研究，直接解決工程設(shè)計(jì)建設(shè)中的問(wèn)題。泄洪建筑物布置在主河槽的中央，泄洪全部由表孔承擔(dān)，挑流消能。底孔不擔(dān)負(fù)泄洪任務(wù)，主要用于后期導(dǎo)流、水庫(kù)放空和沖排砂任務(wù)。為了適應(yīng)碾壓混凝土施工，底孔采用有壓流形式，孔身水平布置，下游采用挑流消能。為適應(yīng)碾壓混凝土施工，大壩不分縱縫。根據(jù)龍灘碾壓混凝土重力壩體型設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，壩體上游面防滲結(jié)構(gòu)型式重點(diǎn)研究過(guò)：常態(tài)混凝

9、土防滲；預(yù)制混凝土板內(nèi)貼料防滲；變態(tài)混凝土和二級(jí)配碾壓混凝土組合防滲等方案。龍灘壩體防滲結(jié)構(gòu)型式的研究作為重大技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展了大量的設(shè)計(jì)研究和試驗(yàn)工作，隨著科研工作的深入、國(guó)內(nèi)外碾壓混凝土筑壩實(shí)踐的發(fā)展和筑壩技術(shù)水平的提高，對(duì)碾壓混凝土各種性能的認(rèn)識(shí)也在逐漸的加深和完善，在總結(jié)已有研究工作成果和國(guó)內(nèi)外碾壓混凝土筑壩實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)上述防滲結(jié)構(gòu)方案的防滲效果及可靠性、耐久性、施工進(jìn)度和造價(jià)等因素的綜合比較分析，龍灘壩體防滲結(jié)構(gòu)采用變態(tài)混凝土與二級(jí)配碾壓混凝土組合防滲方案。壩體排水系統(tǒng)是壩體滲流控制的關(guān)鍵，碾壓混凝土壩必須設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，只要排水布置得當(dāng)且留有余地，防滲結(jié)構(gòu)的局部缺陷將不

10、會(huì)導(dǎo)致壩體和層面揚(yáng)壓力的急劇上升。龍灘壩體排水系統(tǒng)緊接上游防滲體，排水系統(tǒng)包括排水廊道、豎向排水管等。為達(dá)到層面強(qiáng)迫降壓效果，確保層面揚(yáng)壓力不超過(guò)設(shè)計(jì)采用值，在壩體下部設(shè)置了 34排豎向排水管將碾壓混凝土層面與底部排水廊道連通。壩體剖面見(jiàn)圖圖 2 典型壩段剖面圖4. 大壩碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)龍灘大壩體型按照常規(guī)混凝土重力壩設(shè)計(jì)并優(yōu)化確定，壩體斷面先進(jìn)，對(duì)碾壓混凝土層面抗剪斷參數(shù)要求高， 碾壓混凝土的配合比設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。 大壩碾壓混凝土設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求見(jiàn)表 1。在多年的設(shè)計(jì)研究中，進(jìn)行了大量的室內(nèi)試驗(yàn)，同時(shí)在國(guó)家“八五”科技攻關(guān)期間，通過(guò)在外部環(huán)境相當(dāng)?shù)膸r灘工地進(jìn)行的三場(chǎng)大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)以及在

11、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)塊上進(jìn)行的原位抗剪斷試驗(yàn)和芯樣抗剪斷試驗(yàn)，論證了可用富膠凝材料實(shí)現(xiàn) 200m 級(jí)全高度全斷面碾壓混凝土筑壩。龍灘工程開(kāi)工后，根據(jù)工程建設(shè)需要， 自2004 年以來(lái)先后進(jìn)行了三場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)， 在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)塊上進(jìn)行了原位抗剪試驗(yàn)和芯樣3 體計(jì)(碾壓混凝土 )25 W6 F100 0.810-45-7 0.5 fC200m級(jí)高壩全斷面采用碾壓混凝土的可行性。3場(chǎng)（1場(chǎng)常溫環(huán)境、 2場(chǎng)高溫環(huán)境）碾壓混凝土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)配2）表明，膠材用量(kg/m) Cvc=0.35 f190200 部指(碾壓混凝土 )20 W6 F100 0.7510-45-7 0.5 1.01.1 1.91.7 200m

12、高的大壩在多3c3 位標(biāo)(碾壓混凝土 )15 W4 F50 0.710-45-7 0.55 1.01.1 1.41.2 級(jí)配常溫：層間間歇時(shí)間不超過(guò)10h、不處理下部 R體計(jì)(碾壓混凝土 )25 W6 F100 0.810-45-7 0.5 fC200m級(jí)高壩全斷面采用碾壓混凝土的可行性。3場(chǎng)（1場(chǎng)常溫環(huán)境、 2場(chǎng)高溫環(huán)境）碾壓混凝土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)配2）表明，膠材用量(kg/m) Cvc=0.35 f190200 部指(碾壓混凝土 )20 W6 F100 0.7510-45-7 0.5 1.01.1 1.91.7 200m 高的大壩在多3c3 位標(biāo)(碾壓混凝土 )15 W4 F50 0.710-

13、45-7 0.55 1.01.1 1.41.2 級(jí)配常溫：層間間歇時(shí)間不超過(guò)10h、不處理下部 R態(tài)混凝土Cb25 W12 F150 0.810-45-7 0.45 0.91.0 1.0 工況180 中部 R25 W12 F150 0.8510-4 (28d) 坍落度 1-2 0.45 1.0 2.0 齡期(d) 1.19 上部 R1.0 2.0 抗剪斷參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值Cvf=0.20 1.67 上游面 R上游面變據(jù)。表 1 碾壓混凝土技術(shù)指標(biāo)表壩設(shè)(碾壓混凝土 )90d強(qiáng)度指標(biāo) (MPa) (90d、保證率 80%) 抗?jié)B等級(jí) (90d) 抗凍等級(jí) (90d) 極限拉伸值 (p)(90d) Vc值

14、(s)/坍落度(cm) 最大水膠比層面原位抗剪斷強(qiáng)度(180d、保證率 80%) (MPa) 通過(guò)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，論證了大高度范圍內(nèi)可采用碾壓混凝土，主要取決于大壩體型、層面抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)、層面揚(yáng)壓力及沿層面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)等因素。計(jì)算分析結(jié)果表明，隨著壩高的增加，設(shè)計(jì)要求的層面抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)值也增加。影響碾壓混凝土層面抗剪強(qiáng)度參數(shù)主要有：膠凝材料用量、層面間歇時(shí)間、外界氣溫條件、層面處理工藝等。龍灘工程開(kāi)工后進(jìn)行了合比、施工工藝等進(jìn)行試驗(yàn)論證。不同氣溫條件、不同混凝土配合比、不同層面處理工藝等多種工況共 91 組（90d齡期 38組、180d齡期 53組）原位抗剪 (斷)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

15、成果（見(jiàn)表碾壓混凝土層面抗剪斷強(qiáng)度可滿足設(shè)計(jì)要求。由此可見(jiàn)，只要碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)得當(dāng)，施工中建立有效的質(zhì)量檢測(cè)與控制系統(tǒng)，保證碾壓混凝土的施工質(zhì)量，龍灘大壩除基礎(chǔ)墊層混凝土外，從基礎(chǔ)墊層頂面以上，均可采用碾壓混凝土。大量的室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明龍灘大壩設(shè)計(jì)推薦配合比是合適的，可使壩體碾壓混凝土具有良好的物理力學(xué)性能和工作性能，實(shí)際施工采用的配合比僅在設(shè)計(jì)推薦的配合比基礎(chǔ)上進(jìn)行了微調(diào)。表 2 龍灘 RCC 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)層面抗剪斷值混凝土分區(qū)CF 高溫：層間間歇時(shí)間不超過(guò)4h、不處理R1 冷縫：沖毛、鋪砂漿4 170180 160 160m 以上，不作溫度控制，難以滿足抗裂要求，更難利用夏季施工，(預(yù)

16、冷骨料、加冷水1）采用綜合措施控制最高溫度不能超過(guò)溫控標(biāo)準(zhǔn)；4）預(yù)埋水管冷卻560萬(wàn) m3，歷時(shí) 33個(gè)月，月平均澆筑強(qiáng)度達(dá)在水電工程中首次采用長(zhǎng)隧洞膠帶運(yùn)輸方案3 座 26 m3的強(qiáng)制式攪拌3170180 160 160m 以上，不作溫度控制，難以滿足抗裂要求，更難利用夏季施工，(預(yù)冷骨料、加冷水1）采用綜合措施控制最高溫度不能超過(guò)溫控標(biāo)準(zhǔn)；4）預(yù)埋水管冷卻560萬(wàn) m3，歷時(shí) 33個(gè)月，月平均澆筑強(qiáng)度達(dá)在水電工程中首次采用長(zhǎng)隧洞膠帶運(yùn)輸方案3 座 26 m3的強(qiáng)制式攪拌3 條混凝土供料線和11萬(wàn) m3/月。大壩碾壓混凝土實(shí)際澆筑強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)；1.68 萬(wàn) m3；2005 年68月澆筑碾

17、壓混凝土31.6萬(wàn) m3，年澆筑碾壓混凝土 240萬(wàn) m3，充分3 3 2）合理安排施工程序17 萬(wàn) m3，高峰期月平均澆（長(zhǎng)2臺(tái)塔帶機(jī)進(jìn)行混凝土水平和垂直運(yùn)輸。單日48萬(wàn) m3，實(shí)現(xiàn)了高溫多常溫：層間間歇時(shí)間不超過(guò)10h、不處理常溫：層間間歇時(shí)間不超過(guò)10h、不處理180 180 1.15 1.15 1.66 1.22 R2 冷縫：沖毛、鋪砂漿高溫：層間間歇時(shí)間不超過(guò)4h、不處理R3 冷縫：沖毛、鋪砂漿5. 溫控與防裂過(guò)去曾經(jīng)認(rèn)為，碾壓混凝土發(fā)熱量低，可不進(jìn)行溫度控制，但實(shí)踐證明，只有在冬季施工，碾壓混凝土才可以簡(jiǎn)化溫控或不作溫控，否則難以防止壩體裂縫。象龍灘這樣的世界最高的碾壓混凝土重力壩

18、，混凝土方量巨大，底寬達(dá)達(dá)到充分發(fā)揮碾壓混凝土快速施工的目的。龍灘大壩混凝土溫控研究中對(duì)大體積混凝土的四大溫控措施即：降低入倉(cāng)溫度或冰拌和等 )、倉(cāng)面噴霧、水管冷卻及表面保溫等均進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)研究。根據(jù)各壩段施工期及運(yùn)行期三維溫度場(chǎng)、溫度綜復(fù)應(yīng)力的仿真分析成果，結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，制定溫控標(biāo)準(zhǔn)。主要溫控措施要求為：和進(jìn)度； 3）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)和表面保護(hù)，特別是低溫及氣溫驟降時(shí)，必須覆蓋保溫材料；降溫。從實(shí)施結(jié)果看，只要采取相應(yīng)的溫控措施，在夏季澆筑碾壓混凝土是可行的。6. 施工方案設(shè)計(jì)龍灘大壩混凝土方量達(dá)筑強(qiáng)度達(dá) 31.6萬(wàn) m3，如此大的工程量與強(qiáng)度，施工方案的選擇特別重要。在前期研究設(shè)計(jì)中，列入國(guó)家“八五”“九五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行了研究，在開(kāi)工后又列入國(guó)家電力公司的攻關(guān)項(xiàng)目，結(jié)合招標(biāo)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，取得了大量的成果。首先是料場(chǎng)的布置中，選擇母巖質(zhì)量較好的灰?guī)r料場(chǎng)，儲(chǔ)量豐富，開(kāi)采條件好；系統(tǒng)采用破碎和棒磨聯(lián)合制砂，砂石骨料運(yùn)輸方案選擇中充分利用地形條件，達(dá)4.5km），有利于骨料的高效低成本運(yùn)輸和溫度控制。大