溫泉水電站面板堆石壩壩體分區(qū)及壩料

張 偉

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

1 工程概況

溫泉水電站位于新疆某河中游，工程主要任務(wù)為發(fā)電，水庫(kù)總庫(kù)容2.07億m3，電站總裝機(jī)容量180MW,工程等別為二等，規(guī)模為大（Ⅱ）型。工程由混凝土面板堆石壩、深孔泄洪洞、表孔溢洪洞、引水發(fā)電系統(tǒng)及地面廠房組成。面板堆石壩為Ⅰ級(jí)建筑物，最大壩高102m，壩頂長(zhǎng)306m,壩頂寬10m，上游壩坡1∶1.5，下游壩坡1 ∶1.3～1 ∶1.5，并設(shè)置四級(jí)上壩公路，填筑方量264萬(wàn)m3。

本工程位于強(qiáng)震區(qū)，壩址區(qū)基本烈度8°，抗震按8°設(shè)防。

大壩于2008年5月開(kāi)工，2009年4月初開(kāi)始填筑壩體，當(dāng)年12月底填筑到957m高程（防浪墻底部）。2010年8月通過(guò)水庫(kù)蓄水安全鑒定，當(dāng)年9月10日下閘蓄水。

2 壩料特性

2.1 爆破堆石料

石料場(chǎng)位于壩址下游5#沖溝右側(cè)，距壩軸線2km，該料場(chǎng)為斜坡地形，自然坡度25°～35°，大部分基巖裸露，局部有坡積塊碎石土覆蓋。料場(chǎng)出露的巖性以中厚層～塊狀凝灰角礫巖為主，局部夾凝灰?guī)r，凝灰角礫巖飽和抗壓強(qiáng)度213MPa，軟化系數(shù)0.36；凝灰?guī)r飽和抗壓強(qiáng)度142MPa，軟化系數(shù)0.57，屬堅(jiān)硬巖。石料場(chǎng)的有用層儲(chǔ)量800萬(wàn)m3。其質(zhì)量和儲(chǔ)量均滿足要求。

2.2 砂礫石料

砂礫石料場(chǎng)位于麻扎溝右岸階地平臺(tái)上，與壩址距離8km，其性質(zhì)為第四系中更新統(tǒng)（Q2al）沖積物，局部含少量漂石的砂礫石層。料場(chǎng)粒徑≥5mm含量76.92%～80.75%，含泥量4.3%～5.83%，內(nèi)摩擦角φ>37°～42°，滲透系數(shù)1.36×10-2～6.07×10-3cm/s，緊密密度2.16～2.19g/cm3，干松密度1.78～2.01g/cm3。不均勻系數(shù)Cu=51.42，曲率系數(shù)Cc=2.17，有效儲(chǔ)量266.8萬(wàn)m3。卵礫石母巖成份主要是安山巖、凝灰?guī)r，其次夾雜少量花崗巖、砂巖等，針片狀較少見(jiàn)，多呈次圓狀，強(qiáng)度較高。其質(zhì)量和儲(chǔ)量均滿足要求。

3 壩體分區(qū)及壩料

3.1 壩體分區(qū)

混凝土面板堆石壩應(yīng)充分利用當(dāng)?shù)匾延胁牧希鶕?jù)材料強(qiáng)度、壓縮性、滲透性、施工方便及經(jīng)濟(jì)合理性等要求進(jìn)行分區(qū)。

溫泉水電站壩址附近有豐富的石料，巖性為凝灰?guī)r及凝灰角礫巖，巖相穩(wěn)定，裸露地表，風(fēng)化層輕薄，質(zhì)量良好。同時(shí)在工程區(qū)附近，距壩址8km處，蘊(yùn)藏著條件優(yōu)良的砂礫石料場(chǎng)，因而壩體分區(qū)設(shè)計(jì)根據(jù)壩料性質(zhì)、料場(chǎng)儲(chǔ)量、壩體變形特性、滲流特性及壩體抗震穩(wěn)定等要求按以下原則確定：

3.1.1 變形特性

（1）依據(jù)混凝土面板壩變形受力特點(diǎn)，壩料分區(qū)充分利用了爆破堆石料力學(xué)性能好、抗剪強(qiáng)度高、休止角大的特點(diǎn)，布置在堆石區(qū)上下游,以提高壩坡穩(wěn)定性，保持較陡的壩坡。

（2）充分利用天然砂礫石料高壓縮模量的特性，有利于壩體變形控制，選取在壩體中部布置砂礫石區(qū)，壩體沉降變形較小，可減少壩體沉降量，從而控制趾板、面板各接縫的變形，改善各種接縫特別是周邊縫的應(yīng)力狀態(tài)，有利于強(qiáng)震區(qū)高面板壩的安全運(yùn)行。

工程于2010年9月10日下閘蓄水，大壩沉降量觀測(cè)顯示：截至2011年6月11日，最大沉降量48.53cm,發(fā)生在0+255m 斷面的930m高程處，0+205m斷面的905m高程處最大沉降量44.07cm。從實(shí)際觀測(cè)的數(shù)據(jù)分析，最大沉降量不到0.5%，可見(jiàn)砂礫石區(qū)布置在壩體中部對(duì)改善壩體沉降量效果明顯。

3.1.2 滲流特性

砂礫石料作為壩體填筑料，其透水性相對(duì)爆破堆石料較弱，使用時(shí)選取合適部位尤為重要。壩體分區(qū)須滿足滲透穩(wěn)定的要求，由上游至下游各分區(qū)填筑材料之間注意水力過(guò)渡，即級(jí)配料應(yīng)由細(xì)到粗，滲透系數(shù)由小到大，以便盡快降低壩體內(nèi)的浸潤(rùn)線，保證滲漏水能通暢地排向下游，同時(shí)使壩軸線下游一定范圍形成干燥區(qū)，為充分利用滲透系數(shù)較小的材料創(chuàng)造條件。

在壩體分區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，壩體堆石區(qū)中部采用部分砂粒料填筑，范圍為EL895～940m。砂礫石分區(qū)周圍有透水的堆石體環(huán)繞，通過(guò)計(jì)算砂礫石料和堆石料之間滿足濾土和排水要求，壩體排水通暢，不會(huì)產(chǎn)生滲透穩(wěn)定問(wèn)題。

3.1.3 抗震特性

本工程位于強(qiáng)震區(qū)，由于爆破堆石料抗剪強(qiáng)度高于砂礫料，滲透系數(shù)相對(duì)較大，排水通暢，因而其抗震性能優(yōu)于砂礫料。爆破堆石料具有較高的抗剪強(qiáng)度和良好的抗震性能，設(shè)計(jì)布置在壩體底部及頂部、下游壩坡部位，把抗震性能較弱的砂礫料包裹在爆破堆石料中，可得到較陡的下游壩坡，節(jié)省了壩體填筑方量，以達(dá)到物盡其用的原則，同時(shí)獲得較高的抗震穩(wěn)定性能。

3.1.4 施工條件和工程造價(jià)

（1）爆破堆石料場(chǎng)位于山腰，施工場(chǎng)地相對(duì)狹小，道路較難布置，但運(yùn)距較近。

（2）由于爆破堆石料場(chǎng)開(kāi)采需要用火工材料，而火工材料供應(yīng)受社會(huì)因素影響較大，料場(chǎng)生產(chǎn)能力會(huì)受制約。

（3）砂礫石料場(chǎng)位于臺(tái)地上，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，施工道路布置容易，開(kāi)采及運(yùn)輸方便，并可擴(kuò)大開(kāi)采，填筑過(guò)程中受料場(chǎng)生產(chǎn)能力的制約因素小，但運(yùn)距遠(yuǎn)。

經(jīng)以上分析，爆破堆石料和砂礫石料綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相當(dāng)。

綜上，根據(jù)本工程料源分布特點(diǎn)及其性質(zhì)，壩體分區(qū)：①混凝土面板上游依次為上游任意料蓋重區(qū)、上游粘土防滲補(bǔ)強(qiáng)鋪蓋區(qū)；②混凝土面板下游依次為墊層區(qū)、過(guò)渡料區(qū)、主堆石料區(qū)、砂礫料區(qū)。

3.2 壩料

根據(jù)工程天然建筑材料分布情況和壩料設(shè)計(jì)原則，混凝土面板堆石壩壩料從上游至下游分為7個(gè)填筑分區(qū)。

3.2.1 上游蓋重區(qū)

布置在上游鋪蓋區(qū)上游，頂寬10m，頂高程EL895m，上游坡度不陡于1∶2，起到保護(hù)和穩(wěn)定上游鋪蓋區(qū)土料的作用。料源來(lái)自建筑物開(kāi)挖過(guò)程中的棄碴料，利用運(yùn)輸和推平機(jī)械自然壓實(shí)。

3.2.2 上游鋪蓋區(qū)

布置在混凝土面板上游，上游坡度不陡于1∶1.7，頂寬5m，頂高程EL895m，作為補(bǔ)充的防滲體和一旦發(fā)生滲漏時(shí)的封堵材料。采用T2料場(chǎng)土料，利用運(yùn)輸和推平機(jī)械自然壓實(shí)。其功能是與特殊墊層區(qū)聯(lián)合，起到淤堵開(kāi)裂的周邊縫及面板底部裂縫，實(shí)現(xiàn)自愈的作用。

3.2.3 墊層區(qū)

布置在面板下部墊層料，水平寬度4m，采用C1砂礫料場(chǎng)篩分料，要求最大粒徑dmax≤80mm，小于5mm含量30%～50%，滲透系數(shù)k≤1×10-3cm/s，碾壓層厚0.4m，相對(duì)緊密度Dr≥0.85。

3.2.4 特殊墊層料區(qū)

為墊層特別級(jí)配小區(qū)，布置在周邊縫下部，其作用是對(duì)周邊縫滲漏水流中的上游鋪蓋區(qū)土料起反濾作用，阻塞滲漏通道。該區(qū)最大粒徑dmax≤20mm，碾壓層厚0.2m，以小機(jī)械人工碾壓，相對(duì)緊密度Dr≥0.85。

3.2.5 過(guò)渡區(qū)

布置在墊層下游，水平寬度5m，采用C1砂礫料場(chǎng)全料，碾壓層厚0.4m，要求相對(duì)緊密度Dr≥0.85。

3.2.6 爆破堆石區(qū)

布置在過(guò)渡料區(qū)下游，形成下游上壩道路和下游壩坡，是壩體的主要支撐結(jié)構(gòu)，采用P1料場(chǎng)爆破料及建筑物爆破開(kāi)挖料，碾壓層厚0.8m，孔隙率n≤21%。

3.2.7 砂礫石區(qū)

布置在壩體中部，采用C1砂礫料場(chǎng)全料，碾壓層厚0.8m，相對(duì)緊密度Dr≥0.85。

4 大壩填筑施工

大壩填筑施工的碾壓參數(shù)由碾壓試驗(yàn)確定，如表1所示。

表1 壩體填筑碾壓控制參數(shù) 單位：萬(wàn)m3

大壩填筑于2009年4月2日，初期填筑主要為開(kāi)挖利用料，由于基坑處理需要較長(zhǎng)時(shí)間，填筑從基坑下游面開(kāi)始，基坑的填筑在處理完成后進(jìn)行。

對(duì)河床砂礫層按照設(shè)計(jì)要求清理并取樣試驗(yàn)后開(kāi)始河床段壩體填筑，填筑起始高程868.38m，至6月7日基坑（墊層料）開(kāi)始填筑。2009年12月26日大壩填筑至957m高程。從2009年4月至12月，填筑強(qiáng)度情況如表2所示。

表2 大壩2009年4～12月填筑強(qiáng)度 單位：萬(wàn)m3

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，各種壩料抽檢頻率均大于DL/T 5128—2001《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》要求，檢測(cè)成果均滿足設(shè)計(jì)要求：爆破料孔隙率達(dá)19.21%（設(shè)計(jì)21%），墊層、過(guò)渡及砂礫料相對(duì)密度達(dá)0.9以上（設(shè)計(jì)0.85）。填筑質(zhì)量良好。各種壩料填筑質(zhì)量基本遵循正態(tài)分布。

5 結(jié)語(yǔ)

溫泉水電站大壩分區(qū)及壩料設(shè)計(jì)符合就地取材、因材設(shè)計(jì)的原則。壩體分區(qū)在壩體中心部位設(shè)置砂礫石分區(qū)，可以充分利用砂礫石高壓縮模量的特性，有利于壩體變形控制。砂礫石分區(qū)周圍有透水的堆石體環(huán)繞，壩體排水通暢，不會(huì)產(chǎn)生滲透穩(wěn)定問(wèn)題。

自2010年9月水庫(kù)蓄水以來(lái)，大壩已經(jīng)過(guò)2年的蓄水運(yùn)行。目前，大壩各項(xiàng)工程項(xiàng)目均已完建，大壩整體形象面貌良好。運(yùn)行期壩體監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，壩體總體變形量較小，面板撓度、面板應(yīng)力、面板接縫變形均在可控范圍之內(nèi)，趾板和帷幕下游滲壓不大，大壩防滲系統(tǒng)工作正常。

［1］DL/T 5016—1999,混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］蔣國(guó)澄，傅志安，風(fēng)家驥.混凝土面板壩工程［M］.武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，1997.

［3］酈能惠.高混凝土面板堆石壩新技術(shù)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2007.

［4］何勤，李勁飛，范金勇.JLT水電站混凝土面板砂礫-堆石壩壩體分區(qū)及壩料設(shè)計(jì)［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2008（6）.

［5］張偉.溫泉水電站混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)水利，2012（8）.