窄河谷高混凝土面板堆石壩工程設(shè)計(jì)及對策措施研究

嚴(yán)永璞,孫保平,黨林才

(水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院,北京100120)

窄河谷高混凝土面板堆石壩工程設(shè)計(jì)及對策措施研究

嚴(yán)永璞,孫保平,黨林才

(水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院,北京100120)

以已建及在建的窄河谷高面板堆石壩為基礎(chǔ),概括總結(jié)了近年來我國水電行業(yè)和水利行業(yè)在窄河谷高面板堆石壩工程中遇到的問題及解決的措施,并從設(shè)計(jì)、施工等方面提出了相應(yīng)的建議。

窄河谷；高混凝土面板堆石壩；設(shè)計(jì)；施工；工程措施

0 概 述

土石壩工程是最普及、最常見的壩型,施工簡便、就地取材、料源豐富、地質(zhì)條件要求低、造價(jià)便宜。自20世紀(jì)80年代,我國就開始建設(shè)混凝土面板堆石壩,已取得了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。由于面板堆石壩不受當(dāng)?shù)胤罎B土料和筑壩材料限制,可利用建筑物開挖料直接上壩碾壓,而重型碾壓施工機(jī)械成套設(shè)備的迅猛發(fā)展,使得面板堆石壩的建設(shè)幾乎不受任何條件的制約,加上施工工期的縮短,壩型比較中面板堆石壩往往比其他壩型更有競爭優(yōu)勢,已建面板壩高度也已經(jīng)突破200 m,清江水布埡面板堆石壩最大壩高達(dá)到233 m。

工程建設(shè)中,常需要在窄河谷上修建面板堆石壩,由于窄河谷對面板堆石壩會(huì)引起諸多的不利影響,需要采取恰當(dāng)措施予以解決或規(guī)避。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),壩高超過100 m、長高比小于3.1的窄河谷上已建面板堆石壩有28座,其中壩高最高的4座面板堆石壩分別為水布埡(壩高233 m,長高比2.9)、三板溪(壩高185.5 m,長高比2.3)、洪家渡(壩高179.5 m,長高比2.4)、卡基娃面板堆石壩(壩高171 m,長高比2.08),而已建面板堆石壩中長高比較小,壩高相對較高的是甘肅黑河龍首二級(jí)面板堆石壩(壩高146.5 m,長高比1.3)和甘肅洮河九甸峽面板堆石壩(壩高133 m,長高比1.7,覆蓋層深度56 m)。龍首二級(jí)和九甸峽均位于8度地震烈度區(qū)。上述大壩建成之后,運(yùn)行總體正常。在建窄河谷面板堆石壩壩高最高的為猴子巖水電站面板堆石壩(壩高223.5 m,長高比1.26,位于8度地震烈度區(qū)),其次為江坪河面板堆石壩(壩高219 m,長高比1.9,位于7度地震烈度區(qū))。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),擬建壩高在200 m以上面板堆石壩7座,長高比均在1.6～2.6之間,地震烈度多數(shù)在8度區(qū),一座為9度地震區(qū)。因此,總結(jié)和研究窄河谷修建面板堆石壩有關(guān)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)是十分必要的。

1 窄河谷判別標(biāo)準(zhǔn)

判斷河谷形狀常用兩個(gè)參數(shù),即寬高比以及谷形系數(shù)(A/H2,其中,A為面板面積,H為壩高)。一般認(rèn)為,當(dāng)河谷寬高比小于3.1或谷形系數(shù)小于2.6的為窄河谷,需要在壩體設(shè)計(jì)和施工中專門研究窄河谷對面板堆石壩的不利影響。在實(shí)際工程建設(shè)中,多以大壩的長高比作為是否窄河谷的判別指標(biāo)。

2 窄河谷面板堆石壩的不利影響

窄河谷對面板堆石壩的不利影響主要在于窄河谷修建的壩體存在拱效應(yīng),堆石體的應(yīng)力應(yīng)變特性、面板的變形特征與常規(guī)壩體有明顯差異。在壩體填筑初期,堆石體變形速率受到抑制,表現(xiàn)為堆石體的初始變形模量較常規(guī)大,但后期徐變較大；隨著壩體升高或蓄水后水壓力加大等因素,拱效應(yīng)會(huì)突然消失(或部分消失),表現(xiàn)為堆石體后期或蓄水期的變形模量較常規(guī)小。窄河谷面板堆石壩三維有限元應(yīng)力、變形計(jì)算成果較二維成果明顯偏小,沉降極值位置偏高。蓄水后,窄河谷兩岸基巖還會(huì)阻止面板的移動(dòng),對面板產(chǎn)生“拖曳”作用,面板被“卡”在河谷中間,致使靠近岸邊的面板極易產(chǎn)生順岸坡方向的裂縫。堆石體以及面板的窄河谷效應(yīng),往往使得面板堆石壩在蓄水初期就很快發(fā)生變形破壞現(xiàn)象,因此,窄河谷上建造高面板堆石壩,需要專門對堆石體以及面板的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)進(jìn)行研究,采取有針對性的措施以有效減小窄河谷的不利影響。有的高面板堆石壩還存在扭曲的沖溝、陡坎及漏斗狀河谷地形,有的建在深厚覆蓋層上,或建在強(qiáng)地震區(qū),需要考慮的問題就更加復(fù)雜、多樣。

3 窄河谷面板堆石壩的典型工程實(shí)例

在窄河谷上修建面板堆石壩,為有效地避免可能產(chǎn)生的由于窄河谷引起的不利影響,都會(huì)不同程度地采取適合相應(yīng)的壩址條件、料場資源和其他工程措施等。本文收集了不同時(shí)期修建的九甸峽、洪家渡、卡基娃等3座面板堆石壩,以及在建的猴子巖面板堆石壩在應(yīng)對窄河谷所采取的的主要設(shè)計(jì)和施工措施。

3.1 九甸峽面板堆石壩

九甸峽面板堆石壩[3]是建在深厚覆蓋層上的高面板堆石壩,最大壩高133 m,大壩長高比1.7,屬于較為典型的窄河谷、深厚覆蓋層上修建的面板堆石壩,地震設(shè)防烈度Ⅷ度,地震設(shè)計(jì)動(dòng)峰值加速度0.283g。覆蓋層充填密實(shí)-中密實(shí)崩積或沖積物,深40～50 m,最大厚度54～56 m,寬30～50 m。

壩體填筑料分區(qū)自上游向下游依次為：面板上游面下部土質(zhì)斜鋪蓋及其蓋重保護(hù)區(qū)、混凝土面板、墊層區(qū)、周邊縫處特殊墊層區(qū)、過渡層區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)以及下游面干砌塊石區(qū)。墊層區(qū)水平寬度3 m,過渡層水平寬度5 m,均為等寬布置。

一般情況下,混凝土面板的損壞及破損程度、大壩滲漏量都與壩體變形存在直接的聯(lián)系,而九甸峽面板堆石壩基礎(chǔ)為深厚覆蓋層,且建設(shè)在窄河谷上,其應(yīng)力變形呈現(xiàn)出特殊的復(fù)雜性,覆蓋層變形和河谷條件都會(huì)對大壩的應(yīng)力變形性狀產(chǎn)生顯著影響。通常認(rèn)為,一方面,窄河谷岸坡對壩體沉降變形的拱效應(yīng)可能抑制堆石體變形,減小堆石體沉降；另一方面,覆蓋層的變形可能較大,導(dǎo)致面板整體向下位移、底部趾板沉降增大和接縫異常張開。鑒于此,九甸峽大壩在填筑前,在大壩平趾板下游約100 m范圍建基面采用先振動(dòng)碾壓、后用強(qiáng)夯措施進(jìn)行了壩基處理,處理以后,建基面的整體沉降約30～40 cm。

大壩筑壩材料主要為灰?guī)r,單軸抗壓強(qiáng)度為80 MPa。為有效減小壩體沉降,設(shè)計(jì)墊層料孔隙率16.2%,過渡料孔隙率17.3%,主堆石料孔隙率17.3%,次堆石料孔隙率19.1%。即主堆石料的壓實(shí)度與過渡料壓實(shí)度相同。

工程施工時(shí),混凝土面板分兩期澆筑,一期面板混凝土在堆石體填筑到相應(yīng)高程2個(gè)月后開始澆筑,二期面板混凝土在堆石體完成填筑后即開始澆筑。大壩填筑完成后,覆蓋層與大壩底部之間在上下游方向大致等距埋設(shè)的8支土壓力計(jì)測值表明,土壓力測值總體與其壩體高度無明顯相關(guān)關(guān)系,量值小于上覆土重,最大壩高處所對應(yīng)土壓力計(jì)測值最小,較鄰近土壓力計(jì)測值小約50%。水庫蓄水后,土壓力計(jì)測值均有增加,但只有壩軸線上游側(cè)土壓力計(jì)有顯著增加,壩頂對應(yīng)的土壓力計(jì)測值仍然最小。覆蓋層沉降變形方面,蓄水前,在壩踵和壩趾附近覆蓋層沉降變形相對較大；蓄水后,在壩軸線下游,覆蓋層表面沉降變形均小于蓄水前,呈“上抬”變形趨勢。

覆蓋層最大沉降為20 cm。大壩蓄水至第7年,堆石體累計(jì)沉降160 cm,為最大壩高的1.2%。混凝土面板下沒有發(fā)現(xiàn)明顯的脫空現(xiàn)象。蓄水后,實(shí)測面板最大撓度變形為14.5 cm,撓度變形分布符合面板堆石壩一般規(guī)律。

周邊縫變形方面,經(jīng)蓄水一段時(shí)期后,中部及下部面板相對趾板為下沉,變形穩(wěn)定期相對較短,中上部面板以上相對趾板為上抬,變形穩(wěn)定期相對較長。周邊縫最大張開51 mm,上部部分位置由張開變?yōu)閴嚎s；最大沉降變形64 mm,最大上抬55 mm；周邊縫最大下錯(cuò)變形57 mm,最大上錯(cuò)變形21 mm。

從覆蓋層應(yīng)力及變形,以及混凝土面板變形監(jiān)測成果分析,該面板堆石壩窄河谷效應(yīng)比較明顯。通過對覆蓋層進(jìn)行處理,采用主堆石體與過渡料同樣的壓實(shí)度,同時(shí)提高次堆石體壓實(shí)度,有效限制了混凝土面板的沉降和變形,較好解決了窄河谷建造面板堆石壩的變形控制問題。

3.2 洪家渡面板堆石壩

洪家渡水電站工程于2000年開工,2004年下閘蓄水,2005年完工,是當(dāng)時(shí)建設(shè)的200 m級(jí)土石壩類最高壩。洪家渡面板堆石壩[1-2]最大壩高179.5 m,大壩長高比2.38,屬窄河谷面板堆石壩,地震設(shè)防烈度為Ⅶ度,由于該大壩工程河谷束窄效應(yīng)顯著、幾何不對稱,岸高坡陡,無成熟經(jīng)驗(yàn)可供借鑒,給大壩設(shè)計(jì)施工帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為配合窄河谷壩體變形控制需要,橫斷面增設(shè)排水堆石區(qū),縱斷面增設(shè)特別碾壓區(qū),以盡可能提高堆石填筑的密實(shí)度。大壩的基礎(chǔ)覆蓋層全部清除。大壩自上游至下游依次為防滲補(bǔ)強(qiáng)區(qū)(壓重區(qū)和粘土鋪蓋區(qū))、上游防滲區(qū)(混凝土面板)、墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、排水堆石區(qū)。其中,排水堆石區(qū)位于次堆石區(qū)下部,在周邊縫底部設(shè)有特殊墊層區(qū),在左岸陡邊坡大部、右岸陡邊坡局部設(shè)特別碾壓區(qū)。墊層料區(qū)水平厚4 m,過渡料區(qū)自上而下水平厚度由4 m漸變至11 m。

壩體堆石密度、堆石區(qū)材料特性、壩體填筑施工順序和面板澆筑時(shí)機(jī)等都對面板應(yīng)力變形特性有一定影響。控制壩體變形是避免面板結(jié)構(gòu)性裂縫多、脫空大、沿垂直縫擠壓破壞和周邊縫位移大的根本措施,而控制壩體變形必須從筑壩材料、壩體結(jié)構(gòu)及填筑施工等綜合措施入手。大壩填筑材料以灰?guī)r為主,平均飽和單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到80 MPa以上。墊層料、過渡料、主堆石區(qū)、主堆石區(qū)特別碾壓料、次堆石區(qū)、排水堆石區(qū)設(shè)計(jì)孔隙率分別為19.14%、19.69%、20.02%、19.69%、20.02%、22.26%。

由于壩區(qū)河谷狹窄,邊坡較陡峻,為改善壩體與陡岸坡的連接,在岸坡趾板嵌深確定后,向下游開挖20～30 m,平順開挖邊坡與堆石體基礎(chǔ)連接,墊層料在兩岸和河床向下游延伸20～30 m,過渡料也相應(yīng)下延。左岸陡坡及右岸小陡壁處設(shè)置特別碾壓區(qū),以提高接觸帶的壓實(shí)密度和變形模量,減少堆石滑移,即使壩料沿岸坡滑移后也不易出現(xiàn)空隙,以此減小左、右岸不均勻變形量。

壩體填筑施工基本均勻上升,且在三期面板施工之前面板下部壩體都留出預(yù)沉降時(shí)間,預(yù)沉降時(shí)間采用“雙控”,即至少預(yù)沉降3～7個(gè)月,且預(yù)沉降變形量不小于2～5 mm,由此確定三期面板施工前的預(yù)沉降時(shí)間分別為7～8、3.7、3.7個(gè)月。

大壩建設(shè)完工時(shí)壩體最大沉降量約為132.1 cm,為大壩總高度的0.74%。壩軸線處各高程壓縮模量在124.7～172.4 MPa之間。水庫初期達(dá)到正常蓄水位附近,總滲水量約135 L/s。洪家渡面板堆石壩從筑壩材料、壩體結(jié)構(gòu)及填筑施工等綜合措施入手,即采用中等以上硬度巖石；采用較高堆石壓實(shí)度,孔隙率控制在20%以下；提高次堆石區(qū)壓實(shí)度；陡邊坡用混凝土整形并增設(shè)增模碾壓帶；面板澆筑時(shí)機(jī)合理采用預(yù)沉降技術(shù)；壩體填筑總體平衡上升等壩體變形控制措施,輔以控制壩體變形等綜合措施應(yīng)對窄河谷問題,其效果是明顯的。

3.3 卡基娃面板堆石壩

卡基娃面板堆石壩[3]最大壩高171 m,大壩長高比2.08,屬于窄河谷面板堆石壩,地震設(shè)防烈度Ⅶ度,地震水平動(dòng)峰值加速度0.15g。大壩壩基為漂卵礫石層松散結(jié)構(gòu),厚度一般在4.7～22.3 m,為減小沉降變形影響,將主堆石區(qū)范圍內(nèi)的河床覆蓋層(約占2/3壩基寬度)全部清除,剩余河床覆蓋層表面約1～2 m的松散層清除后,采用振動(dòng)碾碾壓處理。大壩自上游至下游依次為棄渣壓重區(qū)、粘土鋪蓋區(qū)、混凝土面板、墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)、排水堆石區(qū)、大塊石護(hù)坡、下游壓重區(qū)。墊層料區(qū)水平厚度4 m,過渡料區(qū)自上而下水平厚度由6 m漸變至10 m。

大壩填筑材料以砂巖為主。為滿足壩體變形協(xié)調(diào),使壩體在水荷載作用下變形最小,在設(shè)計(jì)中擴(kuò)大主堆石區(qū)范圍,提高次堆石區(qū)壓實(shí)度,使壩體上下游堆石體成為均一密實(shí)體,確保壩體上下游均勻變形,壩體下部設(shè)置特別碾壓區(qū),以盡量減少壩體的拱效應(yīng)。特殊墊層料設(shè)計(jì)孔隙率不大于15%,墊層料設(shè)計(jì)孔隙率不大于18%；過渡料設(shè)計(jì)孔隙率小于19%；主堆石區(qū)在下部約1/3高度范圍內(nèi)設(shè)計(jì)孔隙率小于19%,其他范圍設(shè)計(jì)孔隙率小于20%；下游堆石區(qū)下部約1/2高度范圍內(nèi)設(shè)計(jì)孔隙率小于20%,上部下游堆石區(qū)采用板巖與砂巖混合料填筑,其中板巖比例不大于30%,設(shè)計(jì)孔隙率小于19%。

混凝土面板分三期實(shí)施,不設(shè)水平縫,只設(shè)垂直縫,根據(jù)三維應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算成果和參考已建工程經(jīng)驗(yàn),左、右岸面板垂直縫間距取8 m,河床段面板垂直縫間距取16 m?；炷撩姘逯苓吙p沉降、張開、剪切方向的位移設(shè)計(jì)值分別為50、70、50 mm；垂直縫沉降、張開、剪切方向的位移設(shè)計(jì)值均為45 mm。

卡基娃水電站工程于2007年5月30日動(dòng)工籌建,2011年8月18日正式開始大壩填筑,2014年12月大壩填筑至2 852 m高程,最后一塊混凝土面板于2015年5月14日全部澆筑完成。大壩壩頂高程2 856 m,河床段趾板建基面高程2 692.00 m。正常蓄水位2 850 m,死水位2 800 m。施工結(jié)束時(shí),觀測到的大壩最大沉降值為 1.13 m,在設(shè)計(jì)預(yù)測范圍內(nèi)。

卡基娃水電站窄河谷面板堆石壩設(shè)計(jì)采取了逐步縮小下游堆石區(qū)與主堆石區(qū)的孔隙率差距或采取基本一致的孔隙率,并且縮小兩岸附近面板垂直縫間距,以適應(yīng)堆石體的變形。

工程2015年1月8日導(dǎo)流洞下閘蓄水,2015年2月18日水庫水位達(dá)到2 805 m；2015年6月22日開始第二期蓄水,2015年12月5日庫水位抬升至正常蓄水位2 850 m。庫水位抬升過程中,在庫水位升至2 779 m時(shí),壩后量水堰開始出現(xiàn)小量滲水,后隨著水位抬高滲水量迅速增加,且滲漏量與庫水位密切相關(guān)。經(jīng)降低水位檢查,發(fā)現(xiàn)面板、趾板發(fā)生擠壓破壞、面板出現(xiàn)脫空等,目前已指定處理方案,原因尚需進(jìn)一步查明。

3.4 猴子巖面板堆石壩

猴子巖水電站工程于2011年開工建設(shè),大壩位于十分典型的窄河谷上。猴子巖面板堆石壩[4]最大壩高223.5 m,壩頂總長281.50 m,大壩長高比1.26,屬特別狹窄河谷面板堆石壩,抗震設(shè)計(jì)采用基巖地震水平峰值加速度為0.297g。由于該大壩工程河谷束窄效應(yīng)特別顯著,岸高坡陡,給大壩設(shè)計(jì)施工帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。大壩壩頂高程1 848.5 m,上游壩坡1∶1.4,下游壩頂附近55 m高度壩坡為1∶1.6,其他為1∶1.5；大壩上游壩坡在1 765.00 m 高程以下設(shè)上游壓重,1 763.00 m高程以下設(shè)一定厚度的礫石土鋪蓋和粉煤灰鋪蓋。

為控制壩體變形,根據(jù)料源和實(shí)際來料條件、施工條件,在實(shí)施階段調(diào)整和優(yōu)化了壩體材料分區(qū),根據(jù)仿真分析計(jì)算,大壩在1 690 m高程以下有較明顯的拱效應(yīng),因此,在河床開挖深基坑下部增設(shè)了覆蓋層開挖砂礫石利用料填筑區(qū),充分利用其所具有的低壓縮性、高壓縮模量的特性,該區(qū)頂部高程為1 690 m。壩體從上游至下游依次為上游壓重區(qū)、礫石土鋪蓋區(qū)、粉煤灰鋪蓋區(qū)、混凝土防滲面板、墊層區(qū)、過渡區(qū)、堆石區(qū)(包括河床覆蓋層開挖利用料填筑區(qū))、下游護(hù)坡及壩腳壓重區(qū)。墊層料區(qū)水平厚度采用4 m等寬布置；過渡區(qū)上部水平厚度為4 m,底面坡度為1∶1.36。

為減小壩體順壩軸向的變形梯度,在主堆石區(qū)兩岸設(shè)置了特別碾壓區(qū)作為岸坡與堆石體的變形過渡。在壩頂部1/4壩高設(shè)置了主堆石特別碾壓區(qū),除了提高該部位抗震能力外,也使得堆石體與面板在壩軸線方向變形協(xié)調(diào),避免面板產(chǎn)生拉裂縫和發(fā)生擠壓破壞。

墊層料采用灰?guī)r,孔隙率按17%控制,特殊墊層料孔隙率不大于16.5%。過渡料采用與墊層料相同的巖石和孔隙率控制。主堆石體下部1 690 m高程以下的覆蓋層開挖砂礫石料填筑區(qū),按照相對密度不小于0.9控制；其他上游主堆石體采用灰?guī)r,設(shè)計(jì)孔隙率不大于19%。下游堆石體及壩體上部采用流紋巖,設(shè)計(jì)孔隙率與上游灰?guī)r堆石區(qū)一致。

混凝土面板擬分3期施工。面板澆筑前需要滿足預(yù)沉降控制參數(shù)：預(yù)沉降時(shí)間為3～7個(gè)月,月沉降變形值不大于2～5 mm,要求壩體填筑總體平衡上升,適當(dāng)提高分期面板頂部堆石填筑超高。

對于建在狹窄河谷的猴子巖面板堆石壩,主要采取了較為嚴(yán)格的變形控制措施,提高堆石體壓縮模量,以減小面板的變形和接縫位移,設(shè)計(jì)預(yù)測周邊縫的張拉位移極值約30 mm。

4 窄河谷面板堆石壩主要工程措施建議

窄河谷對建造面板堆石壩的影響程度與工程的實(shí)際地形地質(zhì)條件關(guān)系密切,有的高壩,雖然高寬比不小,但下部較大范圍河谷十分狹窄,或大壩兩岸一側(cè)岸坡很陡、嚴(yán)重不對稱等,都會(huì)產(chǎn)生較為明顯的窄河谷問題,需要采取合理的工程措施。從設(shè)計(jì)、施工等方面對近年來已建和在建窄河谷修建面板堆石壩的有關(guān)工程措施進(jìn)行了概括。

4.1 設(shè)計(jì)措施

(1)提高堆石體(包括次堆石區(qū))壓實(shí)度,特別是提高大壩下部的壓實(shí)度,減小或取消次堆石區(qū)范圍。有的采用V字形增模區(qū),即在沖溝及兩岸接坡部位采用過渡料或墊層料填筑,且越接近壩體底部增模區(qū)范圍越大、填筑要求越高。堆石體分區(qū)之間的壓實(shí)度需要滿足變形協(xié)調(diào)，這是減小窄河谷面板堆石壩后期沉降、變形,使壩體變形均一的最基本的方法,一般情況下要求主堆石體的設(shè)計(jì)孔隙率達(dá)到或小于20%。水布埡在1/3水頭范圍與基巖接觸部位鋪設(shè)2 m厚的墊層料,主堆石區(qū)與基礎(chǔ)、岸坡接觸部位全部鋪設(shè)2 m厚過渡料；洪家渡在左岸陡坡及右岸小陡壁處設(shè)置寬度50～40 m的特別碾壓區(qū),增加碾壓遍數(shù)；三板溪主、次堆石區(qū)與岸坡全部采用2 m寬的過渡料為接坡料,主堆石區(qū)與高趾墻間設(shè)置碾壓層厚40 cm過渡料的低壓縮區(qū)；猴子巖主、次堆石區(qū)采用同一壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)；江坪河采取綜合措施,取消次堆石區(qū),并將堆石體壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)較規(guī)范要求提高8%,在沖溝及兩岸接坡部位設(shè)置低壓縮區(qū),采用過渡料填筑,主堆石區(qū)設(shè)計(jì)孔隙率采用18.8%；卡基娃縮小了次堆石區(qū)范圍,采用與主堆石區(qū)同樣的壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn),壩體下部設(shè)置特別碾壓區(qū)；龍首二級(jí)主堆石區(qū)設(shè)計(jì)孔隙率19.7%；九甸峽主堆石區(qū)設(shè)計(jì)孔隙率同過渡料,達(dá)到17.3%。另外,在高地震烈度區(qū),修建高面板堆石壩,還需在壩頂附近設(shè)置增模碾壓區(qū),以減小壩體變形,同時(shí)可以增強(qiáng)壩頂附近抗震能力。

(2)修整兩岸陡坎,使趾板下游邊坡形成較為平順的連續(xù)面,盡量避免出現(xiàn)較大的陡坡突變。一般采用混凝土或堆石混凝土整形。

(3)減小兩岸岸坡附近面板分縫間距,以有效吸收面板可能出現(xiàn)的較大的拉伸變位。一般在受拉區(qū)將面板垂直分縫取為常規(guī)分縫間距的1/2。如水布埡、卡基娃、猴子巖在岸坡附近面板采用較小的分縫間距。

(4)設(shè)置高趾墻,解決河槽部位的趾板平順受力問題,使壩體應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律合理。三板溪采用高趾墻；龍首二級(jí)采用39.8 m高趾墻。

(5)周邊縫采用止水與自愈相結(jié)合的止水結(jié)構(gòu)型式。選擇耐水性能好的止水材料,墊層料內(nèi)設(shè)特別級(jí)配區(qū),以滿足防滲自愈的功能。

(6)面板間設(shè)置擠壓緩沖縫,以防地震引起面板擠壓破壞。如龍首二級(jí)面板間隔設(shè)置擠壓緩沖縫,縫寬1 cm。

(7)覆蓋層保留區(qū)采用強(qiáng)夯處理。九甸峽面板堆石壩建在深覆蓋層上,為有效降低覆蓋層變形對大壩以及面板產(chǎn)生的不利影響,大壩填筑前,對覆蓋層采用振動(dòng)碾壓和強(qiáng)夯措施進(jìn)行了壩基處理。

4.2 施工措施

(1)選擇合適的碾壓機(jī)具及碾壓工藝。減小碾壓層厚度,并灑水,采用大噸位振動(dòng)碾及沖碾壓實(shí)技術(shù)。洪家渡采用沖碾壓實(shí)技術(shù),有效提高了主、次堆石區(qū)的壓實(shí)密度,使次堆石區(qū)干密度從2.12 g/cm3提高到與主堆石區(qū)相同的2.181 g/cm3,加快了施工進(jìn)度,減小了壓實(shí)施工費(fèi)用；江坪河面板堆石壩選用32 t振動(dòng)碾,碾壓層厚減至60 cm,灑水率15%。

(2)大壩填筑上、下游均衡上升。保證壩體均衡沉降,減小壩體不均勻沉降對周邊縫和面板應(yīng)力、變形等不利影響。

(3)適當(dāng)延長堆石體預(yù)沉降期。專門安排或利用嚴(yán)寒地區(qū)施工間歇來延長堆石體的預(yù)沉降期。一般情況下,壩體預(yù)沉降時(shí)間不應(yīng)少于3個(gè)月,以6～8個(gè)月為宜。洪家渡面板堆石壩最大壩高179.5 m,壩體長高比為2.49,施工中采用預(yù)沉降時(shí)間和預(yù)沉降收斂兩項(xiàng)量化指標(biāo)控制,其中預(yù)沉降收斂指標(biāo)為,每期面板澆筑前,面板下堆石體的沉降變形率已趨于收斂,而且月沉降變形值不大于2～5 mm。根據(jù)施工統(tǒng)計(jì),其面板澆筑分為三期,一期壩體預(yù)沉降時(shí)間7個(gè)月,二期和三期壩體預(yù)沉降時(shí)間均為3個(gè)月。

4.3 其他措施

除設(shè)計(jì)和施工所需要采取的措施外,必要的放空及檢修功能設(shè)置可以解決緊急情況時(shí)對災(zāi)損進(jìn)行修復(fù)。如紫坪鋪面板堆石壩放空設(shè)施底坎低于輔助防滲體10 m,底坎至趾板40 m；九甸峽面板堆石壩放空設(shè)施底坎低于輔助防滲體5 m,底坎距趾板50 m；黔中平寨面板堆石壩,壩高157.5 m,長寬比2.2,放空洞底坎距趾板30 m；洪家渡面板堆石壩由于地質(zhì)條件限制,其放空設(shè)施底坎高程無法降低,將混凝土面板上游輔助防滲體高程抬高23 m,使之與放空設(shè)施底坎高程平齊；卡基娃面板堆石壩放空設(shè)施底板高程較輔助防滲體頂高程低8 m。

由于水利水電工程的地形地質(zhì)和環(huán)境條件復(fù)雜,為有效避免窄河谷效應(yīng),都應(yīng)結(jié)合本工程實(shí)際,在認(rèn)真開展有關(guān)試驗(yàn)研究工作的基礎(chǔ)上,充分論證各項(xiàng)工程措施的有效性,合理選擇工程措施,使工程能適應(yīng)窄河谷帶來的影響。

[1]王柏樂. 中國當(dāng)代土石壩工程[M]. 北京： 中國水利水電出版社, 2004．

[2]關(guān)志誠. 土石壩工程——面板與瀝青混凝土防滲技術(shù)[M]. 北京： 中國水利水電出版社, 2015．

[3]中國電建貴陽勘測設(shè)計(jì)院有限公司. 洪家渡水電站工程設(shè)計(jì)創(chuàng)新技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京： 中國水利水電出版社, 2008．

[4]姜媛媛. 猴子巖水電站面板堆石壩變形控制研究[C]∥土石壩技術(shù)——2015年論文集. 北京： 中國電力出版社, 2015．

(責(zé)任編輯 焦雪梅)

Study on Engineering Design and Countermeasure of High Concrete Face Rockfill Dam in Narrow Valley

YAN Yongpu, SUN Baoping, DANG Lincai

(China Renewable Energy Engineering Institute, Beijing 100120, China)

Based on the experiences of high concrete face rockfill dams built and under construction in narrow valley, the problems encountered in the construction of high concrete face rockfill dams in narrow valley in recent years and the countermeasures are summarized, and corresponding recommendations are also presented from the aspects of design, construction and others．

narrow valley; high concrete face rockfill dam; design; construction; engineering measures

2016-08-19

嚴(yán)永璞(1964—)，女，河南南陽人，教授級(jí)高工，長期從事水電工程設(shè)計(jì)、審查、咨詢及安全鑒定工作．

TV641.43

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0559-9342(2017)02-0035-05