龍灘碾壓混凝土重力壩的設(shè)計特點

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)時為98500km375m 建設(shè)，相應(yīng)總庫容前、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)時為98500km375m 建設(shè)，相應(yīng)總庫容前、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，大大提高電站裝機容量1230MW （后期 1680MW）。龍灘水電站預(yù)留防洪庫40 余年， 1989 年通過初步設(shè)計審查，對地下廠房進水口布置有重大影響的傾倒蠕變巖體9 臺機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 年開始施工前期準備工作。(A 區(qū))，經(jīng)進一步勘測和71%。工摘216.5m，技術(shù)難度大。設(shè)計中針對碾壓混凝土特點，從樞紐布置、壩體結(jié)構(gòu)、混凝土配合比、溫控、施工方案等方面進行了深入的研究，形成了有特色的設(shè)計方案。關(guān)鍵詞 龍灘；碾壓混凝土；設(shè)計1. 簡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，初期按正常蓄水位和 272.7 億 m3，有效庫容分別為了下游各個梯級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準大大提高。此外，大大改善航運條件，使紅水河成為溝通黔、桂、粵三省通江達海的航道。龍灘水電站具有巨大的綜合利用與規(guī)模經(jīng)濟效益，技術(shù)經(jīng)濟指標優(yōu)越，對地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有極其重要的意義。龍灘工程的設(shè)計研究歷經(jīng)為了縮短工期，節(jié)省投資，對樞紐布置進行了大量的優(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)濟效益顯著，目前工程進展順利，達到了預(yù)期的目標。本文根據(jù)設(shè)計研究的成果，論述龍灘碾壓混凝土重力壩設(shè)計的幾個主要特點。2. 樞紐布置優(yōu)化根據(jù)發(fā)電、防洪、航運等綜合利用要求，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)計審查通過的樞紐

4、布置方案為常態(tài)混凝土重力壩，為避開左岸上游的蠕變巖體的影響，廠房布置采用“ 5 臺壩后+4 臺地下”的方案，在可研補充階段，對樞紐布置方案進行了深入的研究，重點研究兩個方面的問題：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，必須將碾壓混凝土壩與發(fā)電廠房的進水口和引水道分開布置，壩體可碾壓混凝土的部位應(yīng)相對集中，減少壩內(nèi)孔洞，簡化壩體結(jié)構(gòu)，減少施工干擾，盡量擴大壩體采用碾壓混凝土的范圍，只有這樣才能達到節(jié)省水泥用量、簡化施工工藝、加快施工進度、減少工程投資的目的。專題研究 ,特別是通過國家“八五”重點攻關(guān)研究，認為總體上是穩(wěn)定

5、的，對于部分失穩(wěn)巖體，采用全挖除方案，施工中只要堅持分層開挖、適時加固、加強監(jiān)測及時反饋設(shè)計等正常施工程序，進水口邊坡穩(wěn)定及變形可以滿足設(shè)計要求。從實施結(jié)果看，與設(shè)計研究結(jié)果完全一致。根據(jù)研究成果，樞紐布置最終采用1 1。便于運行管理與維護；后期提高正常蓄水位時，壩體加高對電站的正常工的優(yōu)勢創(chuàng)造了條件，這一布置優(yōu)化方案通過了總院的審查，也得到了世界銀行特別咨詢團和美國1。便于運行管理與維護；后期提高正常蓄水位時，壩體加高對電站的正常HARZA 公司等國外專家的肯定。最終采用的樞紐布置見圖圖 1 樞紐布置圖采用本樞紐布置方案的主要優(yōu)點為：(1) 大壩施工是直線工期上的關(guān)鍵項目， 河床壩段尤其控制

6、發(fā)電工期， 因此簡化壩體結(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。本方案因壩后無廠房，壩上無進水口，壩內(nèi)無鋼管，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，使整個工程工期提前 1年，經(jīng)濟效益巨大。(2) 紅水河汛期長、流量大，施工度汛和泄洪消能問題存在一定風(fēng)險，采用全地下廠房方案，不僅可以簡化導(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，無壩后廠房，壩內(nèi)無引水鋼管，增強了上部壩體剛度，有助于改善壩體應(yīng)力，增強壩體抗震能力。(4) 本方案只有一個廠房，運行影響較小。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，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，盡量擴大壩體采用碾壓混凝土的范圍，簡化壩體結(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，碾壓混凝土量達到 390萬 m3。后期壩高達到 216.5m，均大大高于國內(nèi)國際已有的筑壩水平。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，被列為國家級重點攻關(guān)項目，進行了充分的研究。PVC 膜防滲；現(xiàn)澆鋼筋混凝土面板和二級配碾

8、壓混凝土組合防滲；瀝青混合2 、“九五”期間，被列為國家級重點攻關(guān)項目，進行了充分的研究。PVC 膜防滲；現(xiàn)澆鋼筋混凝土面板和二級配碾壓混凝土組合防滲；瀝青混合2 在工程開工建設(shè)后，又列為國家電力公司的重大科研攻關(guān)項目，結(jié)合招標設(shè)計和施工條件進行深化研究，直接解決工程設(shè)計建設(shè)中的問題。泄洪建筑物布置在主河槽的中央，泄洪全部由表孔承擔，挑流消能。底孔不擔負泄洪任務(wù)，主要用于后期導(dǎo)流、水庫放空和沖排砂任務(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)計的特點，壩體上游面防滲結(jié)構(gòu)型式重點研究過：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)問題開展了大量的設(shè)計研究和試驗工作，隨著科研工作的深入、國內(nèi)外碾壓混凝土筑壩實踐的發(fā)展和筑壩技術(shù)水平的提高，對碾壓混凝土各種性能的認識也在逐漸的加深和完善，在總結(jié)已有研究工作成果和國內(nèi)外碾壓混凝土筑壩實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過對上述防滲結(jié)構(gòu)方案的防滲效果及可靠性、耐久性、施工進度和造價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)，只要排水布置得當且留有余地，防滲結(jié)構(gòu)的局部缺陷將不

10、會導(dǎo)致壩體和層面揚壓力的急劇上升。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。為達到層面強迫降壓效果，確保層面揚壓力不超過設(shè)計采用值，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。壩體剖面見圖圖 2 典型壩段剖面圖4. 大壩碾壓混凝土配合比設(shè)計龍灘大壩體型按照常規(guī)混凝土重力壩設(shè)計并優(yōu)化確定，壩體斷面先進，對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)計十分關(guān)鍵。 大壩碾壓混凝土設(shè)計技術(shù)指標要求見表 1。在多年的設(shè)計研究中，進行了大量的室內(nèi)試驗，同時在國家“八五”科技攻關(guān)期間，通過在外部環(huán)境相當?shù)膸r灘工地進行的三場大規(guī)?，F(xiàn)場碾壓試驗以及在

11、現(xiàn)場試驗塊上進行的原位抗剪斷試驗和芯樣抗剪斷試驗，論證了可用富膠凝材料實現(xiàn) 200m 級全高度全斷面碾壓混凝土筑壩。龍灘工程開工后，根據(jù)工程建設(shè)需要， 自2004 年以來先后進行了三場現(xiàn)場碾壓試驗， 在現(xiàn)場試驗塊上進行了原位抗剪試驗和芯樣3 體計(碾壓混凝土 )25 W6 F100 0.810-45-7 0.5 fC200m級高壩全斷面采用碾壓混凝土的可行性。3場（1場常溫環(huán)境、 2場高溫環(huán)境）碾壓混凝土現(xiàn)場試驗，對配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(碾壓混凝土 )15 W4 F50 0.710-45-7 0.55 1.01.1 1.41.2 級配常溫：層間間歇時間不超過10h、不處理下部 R體計(碾壓混凝土 )25 W6 F100 0.810-45-7 0.5 fC200m級高壩全斷面采用碾壓混凝土的可行性。3場（1場常溫環(huán)境、 2場高溫環(huán)境）碾壓混凝土現(xiàn)場試驗，對配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(碾壓混凝土 )15 W4 F50 0.710-

13、45-7 0.55 1.01.1 1.41.2 級配常溫：層間間歇時間不超過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)標準值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)指標表壩設(shè)(碾壓混凝土 )90d強度指標 (MPa) (90d、保證率 80%) 抗?jié)B等級 (90d) 抗凍等級 (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度(180d、保證率 80%) (MPa) 通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗，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、層面抗剪斷強度指標、層面揚壓力及沿層面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)等因素。計算分析結(jié)果表明，隨著壩高的增加，設(shè)計要求的層面抗剪斷強度參數(shù)值也增加。影響碾壓混凝土層面抗剪強度參數(shù)主要有：膠凝材料用量、層面間歇時間、外界氣溫條件、層面處理工藝等。龍灘工程開工后進行了合比、施工工藝等進行試驗論證。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)試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

15、成果（見表碾壓混凝土層面抗剪斷強度可滿足設(shè)計要求。由此可見，只要碾壓混凝土配合比設(shè)計得當，施工中建立有效的質(zhì)量檢測與控制系統(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)場試驗表明龍灘大壩設(shè)計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，實際施工采用的配合比僅在設(shè)計推薦的配合比基礎(chǔ)上進行了微調(diào)。表 2 龍灘 RCC 現(xiàn)場試驗層面抗剪斷值混凝土分區(qū)CF 高溫：層間間歇時間不超過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溫控標準；4）預(yù)埋水管冷卻560萬 m3，歷時 33個月，月平均澆筑強度達在水電工程中首次采用長隧洞膠帶運輸方案3 座 26 m3的強制式攪拌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溫控標準；4）預(yù)埋水管冷卻560萬 m3，歷時 33個月，月平均澆筑強度達在水電工程中首次采用長隧洞膠帶運輸方案3 座 26 m3的強制式攪拌3 條混凝土供料線和11萬 m3/月。大壩碾壓混凝土實際澆筑強度達到設(shè)計指標；1.68 萬 m3；2005 年68月澆筑碾

17、壓混凝土31.6萬 m3，年澆筑碾壓混凝土 240萬 m3，充分3 3 2）合理安排施工程序17 萬 m3，高峰期月平均澆（長2臺塔帶機進行混凝土水平和垂直運輸。單日48萬 m3，實現(xiàn)了高溫多常溫：層間間歇時間不超過10h、不處理常溫：層間間歇時間不超過10h、不處理180 180 1.15 1.15 1.66 1.22 R2 冷縫：沖毛、鋪砂漿高溫：層間間歇時間不超過4h、不處理R3 冷縫：沖毛、鋪砂漿5. 溫控與防裂過去曾經(jīng)認為，碾壓混凝土發(fā)熱量低，可不進行溫度控制，但實踐證明，只有在冬季施工，碾壓混凝土才可以簡化溫控或不作溫控，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，底寬達達到充分發(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大體積混凝土的四大溫控措施即：降低入倉溫度或冰拌和等 )、倉面噴霧、水管冷卻及表面保溫等均進行了專門研究。根據(jù)各壩段施工期及運行期三維溫度場、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，制定溫控標準。主要溫控措施要求為：和進度； 3）加強養(yǎng)護和表面保護，特別是低溫及氣溫驟降時，必須覆蓋保溫材料；降溫。從實施結(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)計龍灘大壩混凝土方量達筑強度達 31.6萬 m3，如此大的工程量與強度，施工方案的選擇特別重要。在前期研究設(shè)計中，列入國家“八五”“九五”重點攻關(guān)項目進行了研究，在開工后又列入國家電力公司的攻關(guān)項目，結(jié)合招標設(shè)計進行研究，取得了大量的成果。首先是料場的布置中，選擇母巖質(zhì)量較好的灰?guī)r料場，儲量豐富，開采條件好；系統(tǒng)采用破碎和棒磨聯(lián)合制砂，砂石骨料運輸方案選擇中充分利用地形條件，達4.5km），有利于骨料的高效低成本運輸和溫度控制。大