布西碾压混凝土拱坝设计

2013-06-26杨均芳贵州省水利投资有限责任公司黔中水利枢纽工程公司水源建管部

河南水利与南水北调 2013年2期

□杨均芳(贵州省水利投资有限责任公司黔中水利枢纽工程公司水源建管部)

1.概况

1.1 工程概况

布西水电站工程位于四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县境内，是雅砻江右岸一级小支流—鸭嘴河的“龙头”电站。电站为ⅠⅠ等大（2）型工程，拦河大坝坝高161m，为1级建筑物，水库总库容为2.18亿m3，电站装机容量2.0万kW，水库正常蓄水位为3300.0 m，设计洪水位为3300.47 m，校核洪水位3301.13 m。设计洪水标准为100年一遇，非常运用的校核洪水标准为1000年一遇，地震基本烈度7°，大坝设防烈度8°。枢纽主要由碾压混凝土拱坝及右岸引水发电洞和厂房等建筑物组成。

1.2 坝址地形地质条件

布西水电站坝址河谷呈基本对称的“U”型峡谷，鸭嘴河在该坝址段基本呈东西向，河道较顺直，比降约10‰，谷底宽度25～35 m，高程3161～3170 m，两岸山体雄厚，地形陡峭，山顶与河床相对高差达300～350m。左岸边坡上缓下陡，局部近直立；右岸上陡下缓，局部为倒坡。坝址处河床基底宽约50～55 m，上游较宽阔，下游狭窄，河床基岩面高程3155～3160m。

坝址处河床上部覆盖层为砂卵石层和崩塌的块石层，覆盖层厚度为6～16m，岩性成分较杂，为强透水层。基岩为大理岩和变粉细砂岩。大理岩呈坚硬岩，整体～块状结构，完整性较好，无断层通过；变粉细砂岩为层状结构，断层不发育，裂隙较发育。大理岩和变粉细砂岩岩石强度均较高，为坚硬岩石。

2.枢纽布置

布西坝址处河谷深切，两岸基岩裸露，河谷形状呈“U”型，基本对称，河谷宽高比1:4，适合修建拱坝。依据工程规模和坝址处的地形地质条件，并结合考虑工程施工条件及建筑材料等具体情况，布西坝址枢纽由碾压混凝土拱坝和引水发电系统组成。枢纽布置见图1。

碾压混凝土拱坝采用三圆心双曲中厚拱坝，坝顶高程3302.00 m，坝高161m。坝顶中间部位设泄流表孔，径向布置，基本顺应河道主流方向。表孔溢流采用单孔，孔宽8m，堰顶高程3295.00 m设计洪水下泄流量193 m3/s，校核洪水下泄流量228m3/s。为保证坝的安全，在遇到坝体出现险情的情况下，以便放空水库，对大坝进行加固处理，在坝体下部设置放空底。放空底孔紧靠泄流表孔的左侧径向布置，进、出口高程3190.00m，孔底水平，进口尺寸2.5m×3.0m。正常蓄水位时最大泄流量245 m3/s，可在2周内放空水库。

图1 布西坝址枢纽布置图

3.坝体设计

3.1 体型设计

布西碾压混凝土拱坝采用三圆心双曲中厚拱坝。坝顶高程3302.0m，坝基最低点高程为3141.00 m，最大坝高161.00m，坝顶宽6 m，坝底宽33 m，坝体厚高比0.228，坝顶长度262 m，弧高比1.63。坝体3157.00m高程以下至大坝基础3141.0m为16 m厚的混凝土垫座，垫座顺河向长度48m。

3.2 筑坝材料

布西坝址天然混凝土骨料区有鸭嘴河料场和布西桥料场，天然混凝土骨料质量较差。人工骨料选于布西坝址下游两岸坝顶高程以上的大理岩，人工骨料各项指标满足规范要求，可作为碾压混凝土拱坝筑坝材料。

碾压混凝土拱坝粉煤灰和水泥用量大，工程所在地距离水泥供应地—西昌市较远，运送难度相对不大；距离粉煤灰供应地—西昌市（或攀钢）较远，运送难度相对较大。但整体来讲，修建碾压混凝土拱坝是可行的，是经济的。

根据国内工程成功经验，拱坝碾压混凝土坝体材料采用R90C20三级配碾压混凝土；坝体上游防渗层采用R90C20二级配富胶凝碾压混凝土，在靠近上游坝面0.5m宽度范围内采用变态混凝土；坝体基础垫座和大坝与两岸坡岩体连接处垫座采用C20常态混凝土；泄流表孔、放空底孔、坝顶防浪墙及上部结构采用C25常态混凝土。

3.3 温度控制

碾压混凝土拱坝控制混凝土浇筑温度不高于18℃。布西坝址区月平均气温最低月为1月（-2.2℃），月平均气温最高月为7月（13.6℃），因此碾压混凝土可全年浇筑。当日平均气温高于25℃时，可采取地垅取料，仓面喷雾，混凝土运输车加盖防晒棚等综合措施来保证其浇筑温度不超过浇筑温度；当日平均气温低于3℃时，应采取延长拆模时间，表面铺盖保温材料等措施。

4.基础处理

4.1 坝基处理

大坝基础坐落在弱风化～微风化上部的基岩上，即挖除全部的河床覆盖层、强风化岩石和大部分弱风化岩体。考虑到开挖可能使坝基岩石松动，为了保证大坝基础的整体完整性和承载能力，对坝基岩体进行固结灌浆处理，灌浆孔深8.0 m，孔距3.0 m，梅花形布置。

为改善拱坝坝体应力，合理利用地形条件，减轻河床深槽下部开挖和施工难度，在河床底部中间设置常态混凝土垫座，垫座厚度16m，底高程3141.0m。为保证拱坝坝肩与两岸岩体连接的可靠性，并考虑到坝肩固结灌浆的需要，在坝肩与两岸岩体之间设置1.0m厚的常态混凝土垫座。

对于拱坝两坝肩范围内的不利结构面，尤其是软弱结构面做混凝土换填处理，并进行接触灌浆。为提高坝基接触面强度，防止沿基础接触面渗漏，并增强表层固结灌浆效果，须进行接触灌浆。由于拱坝两岸坝坡较陡，接触灌浆在混凝土和岩体接触面及基岩中开挖置换混凝土的接触面上进行。

4.2 坝肩处理

拱坝两拱肩岩体三组裂隙将岩体切割为楔形体，形成不利的结构面组合，对拱肩稳定不利。经计算分析，需对两岸坡进行锚固处理，两岸坡各设100 t级预应力锚索50根，9 m长φ32锚杆100根。

另外，由于布西坝址处两岸坡陡峻，为了减小拱坝两坝肩的开挖，避免形成高边坡，在拱坝坝顶与两岸坡相接处不进行削坡处理，设计初步考虑在坝肩开挖9 m×7 m马蹄形隧洞，对隧洞进行喷锚。右岸隧洞可与坝肩灌浆隧洞和上坝交通道路相连接。

5.防渗及排水

5.1 防渗

坝体防渗体采用二级防渗配碾压混凝土，该种防渗方式施工方便，干扰少，施工质量较易保证，是国家“八五”科技攻关项目最重要的研究成果之一。

坝体防渗体顶部高程为3302.0 m采用厚度2.0 m，向下逐步加宽，防渗体上游面铅直为坝体上游面，下游面逐步加宽，在3157.00 m高程宽度为12 m。为了高坝的安全性，在死水位3235.00 m以下还采用LJP型合成高分子防水涂料作为坝体辅助防渗措施。

为坝基渗透稳定，在拱坝基础进行帷幕灌浆。在拱坝基础3240.0m高程以下高程防渗采用双排孔灌浆帷幕，在河床中间段帷幕最大深度30 m，左岸岸坡段帷幕最大深度80 m，右岸岸坡段帷幕最大深度60m。帷幕灌浆孔排距1.5m，孔距2.0m。在拱坝基础3240.0 m高程以上高程防渗采用单排孔灌浆帷幕，左、右岸岸坡段帷幕最大深度60m，灌浆孔孔距2.0 m。帷幕灌浆可通过布置在3150.0m，3195.0m，3240.0m和3280.0m高程4层的灌浆平洞和两坝肩的灌浆平洞内进行。