云南土卡河水電站碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)

1、云南土卡河水電站碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)摘要云南土卡河水電站是一個(gè)中型水電工程，攔河壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩 高59.2m。溢流壩段采用了與碾壓混凝土施工相適應(yīng)的臺(tái)階式溢流壩面。因工程區(qū)地處 偏遠(yuǎn)，粉煤灰運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、單價(jià)高，設(shè)計(jì)參考工程經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造性地采用鐵礦渣粉與石灰 巖粉混摻(FeL)替代粉煤灰，實(shí)踐表明碾壓混凝土的性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并取得了良 好的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞碾壓混凝土重力壩 鐵礦渣混摻料(FeL)臺(tái)階式溢流壩面工程概況土卡河水電站位于云南省思茅地區(qū)江城縣和紅河州綠春縣之間的界河李仙江上，壩址在江城縣 土卡河村上游約8km處。距思茅市直線距離約138km，距個(gè)舊市123km，距昆明市直線

2、距離約270km。 電站裝機(jī)165Mw，是一座以發(fā)電為主的水利水電工程。樞紐由右岸非溢流壩段、右岸河床式廠房、 中導(dǎo)墻壩段、左岸表孔壩段、左岸非溢流壩段組成。攔河壩采用碾壓混凝土重力壩。土卡河電站為三等工程，主要建筑物包括攔河壩、電站、壩肩邊坡為3級(jí)建筑物。主要建筑物 設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，洪峰流量8640m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，洪峰流量13000m3/s； 泄洪消能防沖建筑物按30年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。地質(zhì)概況壩址區(qū)主要由二迭系下統(tǒng)棲霞組的砂質(zhì)頁巖、石英砂巖、石英粉細(xì)砂巖及第四系(。)地層組成。 表孔壩基巖層主要為砂質(zhì)頁巖，約占?jí)位娣e的59%，炭質(zhì)頁巖約占28%，石英砂巖占

3、13%左右。 其中砂質(zhì)頁巖縱波速度可達(dá)3000m/s，巖體質(zhì)量為CIV類。炭質(zhì)頁巖巖質(zhì)較軟，易開裂，遇水易軟化， 工程地質(zhì)特性較差，縱波速度15002000s/m，巖體質(zhì)量為CV類。石英砂巖巖體較完整，強(qiáng)度較高， 縱波速度可達(dá)4000s/m，工程地質(zhì)特性較好，屬Aiii類巖體。壩址區(qū)左岸坡腳有背斜褶皺通過，致使兩岸巖層產(chǎn)狀反傾，左岸總體產(chǎn)狀為NW270290NE 匕3550，右岸總體產(chǎn)狀為NE285300SWZ3555。土卡河水電站壩址地質(zhì)情況復(fù)雜，巖性軟弱，層理發(fā)育，給水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)處理帶來很大 難度，需謹(jǐn)慎對(duì)待。氣象條件電站工程區(qū)屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣溫較高，降水充沛，旱雨季分明。每

4、年5月11月為雨 季，降水頻繁且量多，相對(duì)濕度大，蒸發(fā)量相對(duì)較小。5月9月的降雨量占到全年的78%。多年平 均降水量為2251mm，平均降水日數(shù)達(dá)到210天。根據(jù)江城氣象站43年氣溫資料統(tǒng)計(jì)：多年平均氣 溫18.3C，極端最高氣溫為34.5，極端最低氣溫為-0.7C。土卡河壩址海拔比江城縣低700m，實(shí) 際溫度應(yīng)更高。因降雨影響，雨季氣溫略低于旱季。樞紐布置與大壩設(shè)計(jì) 4.1.樞紐布置在進(jìn)行樞紐總體布置時(shí)，主要考慮以下原則：由于李仙江的洪水特點(diǎn)，峰高量大，歷時(shí)短， 樞紐必須有足夠的泄洪能力，并應(yīng)具備一定的超泄能力，以確保工程安全。在樞紐布置和建筑物 選型時(shí)，應(yīng)考慮電站能提早發(fā)電。施工布置上應(yīng)考

5、慮廠房全年施工，采取分期導(dǎo)流。根據(jù)上述原則，并考慮壩址區(qū)的地質(zhì)條件、水文條件及施工導(dǎo)流，采取在右岸布置河床式電站， 左岸布置泄洪表孔壩段，中設(shè)中導(dǎo)墻的樞紐布置方案。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形和開挖，樞紐共布置16個(gè)壩段，12#為右非壩段，34#為安裝間壩段，57# 為廠房機(jī)組壩段，8#為中導(dǎo)墻壩段，913#為表孔壩段，1416#為左非壩段。壩頂高程為372m， 最大壩高59.2m，壩頂長(zhǎng)為300m。4.2表孔壩段和消力池設(shè)計(jì)對(duì)于中高碾壓混凝土重力壩，溢流壩段一般多采用光滑堰面，內(nèi)部采用碾壓混凝土，外部設(shè)置 2m厚的強(qiáng)度等級(jí)高的常態(tài)混凝土，下游消能采用消力戽。隨著碾壓混凝土施工技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外 一些工程采用

6、和碾壓混凝土施工相適應(yīng)的臺(tái)階溢流面，如大朝山水電站，水東電站、魚劍口電站。 土卡河水電站在可研和招標(biāo)圖設(shè)計(jì)階段對(duì)表孔壩段和消力池采用常規(guī)設(shè)計(jì)。在進(jìn)入施工圖設(shè)計(jì)階段 后，考慮到碾壓混凝土的施工特性和施工進(jìn)度，對(duì)表孔壩段體形和消力池設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，將光滑溢 流面改為臺(tái)階式溢流壩面，取消了大部分的堰面常態(tài)混凝土，改為C20碾壓混凝土。消力池取消了 抽排系統(tǒng)，改為了明排水，簡(jiǎn)化底板分縫，底板混凝土由常態(tài)改為碾壓混凝土。表孔壩段設(shè)計(jì)表孔壩段布置于0+000至左0+086，寬86m，共5個(gè)壩段，孔口尺寸14x17m(寬x高)，采用弧 形工作門。表孔的中墩和邊墩迎水墩頭采用橢圓曲線，閘墩厚度為4.0m。表孔堰

7、面曲線為：x1.83=20.252y表孔堰頂高程351.0m。堰面上游為復(fù)式圓弧，上游壩面采取3： 1斜面。堰面體形采用能提高 施工速度并和混凝土碾壓相適應(yīng)的臺(tái)階式溢流壩面。在堰頂以下3m開始布置臺(tái)階，起始高程為 348m，直至329m高程。臺(tái)階高度參考國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)并考慮與碾壓混凝土分層厚度相適應(yīng)取為0.9m， 共計(jì)19級(jí)臺(tái)階。在小流量泄流時(shí)，為減小上部幾級(jí)臺(tái)階出現(xiàn)的負(fù)壓，分別在最上部的3級(jí)臺(tái)階兩側(cè)設(shè)置通氣管， 管徑由20cm。消力池設(shè)計(jì)消力池寬度為86m，長(zhǎng)度為49.74m，底板厚度為3m。消力池底板不設(shè)縱縫，只設(shè)橫縫，橫縫 間距為18m,共5塊。消力池底板設(shè)明排水孔，底板設(shè)置9排，間距2m的

8、12t預(yù)應(yīng)力樹脂錨桿。消 力池基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，孔排距為3m。消力池末端設(shè)差動(dòng)齒坎，高坎頂部高程為335,低坎為 332m。大壩碾壓混凝土土卡河水電站混凝土澆筑總方量為57萬m3，碾壓混凝土為25.5萬m3，占了 45%。降低碾壓混 凝土單價(jià)，對(duì)降低工程造價(jià)是很有意義的。碾壓混凝土目前多采用粉煤灰做為摻和料。土卡河水電站地處云南邊遠(yuǎn)山區(qū)，當(dāng)?shù)厝狈Ψ勖夯遥?需長(zhǎng)途運(yùn)輸，致使成本很高，混凝土單價(jià)較高，不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)?shù)罔F礦渣資源豐富，做為煉鐵的廢棄物 具有成本低廉，運(yùn)輸距離短的優(yōu)點(diǎn)，可顯著降低工程造價(jià)。5.1 FeL摻和料采用鐵礦渣粉和石灰?guī)r粉作為混凝土中的摻合料，生產(chǎn)摻合料時(shí)要求對(duì)鐵礦渣和石灰?guī)r分

9、別研 磨，然后再進(jìn)行混摻，并嚴(yán)格控制鐵礦渣材料來源的穩(wěn)定，保證鐵礦渣粉的質(zhì)量合格穩(wěn)定。摻合料中的鐵礦渣的級(jí)別應(yīng)能滿足用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉(GB/T 18046-2000)的要求，其細(xì)度要求用比表面積控制，并不小于350m2/kg，級(jí)別不低于S75。石粉的細(xì)度用0.045mm的篩余量控制，并應(yīng)小于20%。混摻后的摻合料要求如表1所示：表1FeL摻合料的物理力學(xué)性能表FeL摻合料摻合 比例密 度(kg/m3)細(xì)度(45 m篩余)需水量比 (%)28天強(qiáng)度比(%)含水率(%)鐵礦渣粉+ 石灰石粉1:1280020%98N7015.2混凝土原材料水泥采用云南省思茅地區(qū)建峰廠的野象牌P.O

10、 42.5水泥，骨料采用砂石料系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂和 人工碎石，外加劑中減水劑為緩凝高效減水劑(FDN-04)，外加劑中引氣劑為松香熱聚物引氣劑(PS-1)。5.3碾壓混凝土配合比根據(jù)室內(nèi)配合比試驗(yàn)確定的大壩碾壓混凝土配合比見表2。表2碾壓混凝土配合比編號(hào)水泥摻和料水砂大石中石小石FDN-04PS-1kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3%1/萬C7.5（三）65110967094325764320.635C10（二）93113103739/6866860.6355.4碾壓混凝土施工根據(jù)施工導(dǎo)流布置，一期基坑圍堰由上游混凝土圍堰、中導(dǎo)墻壩段、中導(dǎo)墻上下游混凝土延伸

11、段等組成，為滿足渡汛要求，圍堰和中導(dǎo)墻采用施工速度快的碾壓混凝土澆筑，總計(jì)碾壓混凝土方 量為16.2萬m3。混凝土的施工從2005年元月底開始，到6月底混凝土澆筑到堰頂353m高程，平均 每月澆筑混凝土 3.24萬m3，最高日澆筑強(qiáng)度達(dá)到2200m2。碾壓混凝土采用20t自卸汽車直接入倉，推土機(jī)平倉，振動(dòng)碾碾壓，鋪料厚度為35cm，碾壓后 厚度為30cm，3m 一層。模板和管道附近采用變態(tài)混凝土澆筑。圍堰施工期間正直旱季，白天在陽光直射下，倉面溫度高達(dá)30多度，現(xiàn)場(chǎng)通過控制混凝土出機(jī) 口溫度（19。0、加快混凝土覆蓋、表面流水養(yǎng)護(hù)及覆蓋麻袋等措施，控制混凝土溫度上升，避免混 凝土因溫度應(yīng)力出現(xiàn)裂縫。圍堰和中導(dǎo)墻澆筑完成后，在7月20日，李仙江出現(xiàn)05年第一場(chǎng)洪水，最高洪水位344.8m， 洪水歷時(shí)約36小時(shí)，從汛后檢查看，混凝土層間結(jié)合牢固，未出現(xiàn)滲漏，圍堰和中導(dǎo)墻的變位均在 正常范圍內(nèi)，表明圍堰和中導(dǎo)墻的澆筑質(zhì)量是良好的。結(jié)論土卡河水電站工程與其它工程相比，具有施工工期短，施工強(qiáng)度高的特點(diǎn)，如何提高施工速度， 保證按期發(fā)電，是整個(gè)工程成敗