温泉水电站面板堆石坝坝体分区及坝料

张 伟

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

温泉水电站位于新疆某河中游，工程主要任务为发电，水库总库容2.07亿m3，电站总装机容量180MW,工程等别为二等，规模为大（Ⅱ）型。工程由混凝土面板堆石坝、深孔泄洪洞、表孔溢洪洞、引水发电系统及地面厂房组成。面板堆石坝为Ⅰ级建筑物，最大坝高102m，坝顶长306m,坝顶宽10m，上游坝坡1∶1.5，下游坝坡1 ∶1.3～1 ∶1.5，并设置四级上坝公路，填筑方量264万m3。

本工程位于强震区，坝址区基本烈度8°，抗震按8°设防。

大坝于2008年5月开工，2009年4月初开始填筑坝体，当年12月底填筑到957m高程（防浪墙底部）。2010年8月通过水库蓄水安全鉴定，当年9月10日下闸蓄水。

2 坝料特性

2.1 爆破堆石料

石料场位于坝址下游5#冲沟右侧，距坝轴线2km，该料场为斜坡地形，自然坡度25°～35°，大部分基岩裸露，局部有坡积块碎石土覆盖。料场出露的岩性以中厚层～块状凝灰角砾岩为主，局部夹凝灰岩，凝灰角砾岩饱和抗压强度213MPa，软化系数0.36；凝灰岩饱和抗压强度142MPa，软化系数0.57，属坚硬岩。石料场的有用层储量800万m3。其质量和储量均满足要求。

2.2 砂砾石料

砂砾石料场位于麻扎沟右岸阶地平台上，与坝址距离8km，其性质为第四系中更新统（Q2al）冲积物，局部含少量漂石的砂砾石层。料场粒径≥5mm含量76.92%～80.75%，含泥量4.3%～5.83%，内摩擦角φ>37°～42°，渗透系数1.36×10-2～6.07×10-3cm/s，紧密密度2.16～2.19g/cm3，干松密度1.78～2.01g/cm3。不均匀系数Cu=51.42，曲率系数Cc=2.17，有效储量266.8万m3。卵砾石母岩成份主要是安山岩、凝灰岩，其次夹杂少量花岗岩、砂岩等，针片状较少见，多呈次圆状，强度较高。其质量和储量均满足要求。

3 坝体分区及坝料

3.1 坝体分区

混凝土面板堆石坝应充分利用当地已有材料，根据材料强度、压缩性、渗透性、施工方便及经济合理性等要求进行分区。

温泉水电站坝址附近有丰富的石料，岩性为凝灰岩及凝灰角砾岩，岩相稳定，裸露地表，风化层轻薄，质量良好。同时在工程区附近，距坝址8km处，蕴藏着条件优良的砂砾石料场，因而坝体分区设计根据坝料性质、料场储量、坝体变形特性、渗流特性及坝体抗震稳定等要求按以下原则确定：

3.1.1 变形特性

（1）依据混凝土面板坝变形受力特点，坝料分区充分利用了爆破堆石料力学性能好、抗剪强度高、休止角大的特点，布置在堆石区上下游,以提高坝坡稳定性，保持较陡的坝坡。

（2）充分利用天然砂砾石料高压缩模量的特性，有利于坝体变形控制，选取在坝体中部布置砂砾石区，坝体沉降变形较小，可减少坝体沉降量，从而控制趾板、面板各接缝的变形，改善各种接缝特别是周边缝的应力状态，有利于强震区高面板坝的安全运行。

工程于2010年9月10日下闸蓄水，大坝沉降量观测显示：截至2011年6月11日，最大沉降量48.53cm,发生在0+255m 断面的930m高程处，0+205m断面的905m高程处最大沉降量44.07cm。从实际观测的数据分析，最大沉降量不到0.5%，可见砂砾石区布置在坝体中部对改善坝体沉降量效果明显。

3.1.2 渗流特性

砂砾石料作为坝体填筑料，其透水性相对爆破堆石料较弱，使用时选取合适部位尤为重要。坝体分区须满足渗透稳定的要求，由上游至下游各分区填筑材料之间注意水力过渡，即级配料应由细到粗，渗透系数由小到大，以便尽快降低坝体内的浸润线，保证渗漏水能通畅地排向下游，同时使坝轴线下游一定范围形成干燥区，为充分利用渗透系数较小的材料创造条件。

在坝体分区设计时，坝体堆石区中部采用部分砂粒料填筑，范围为EL895～940m。砂砾石分区周围有透水的堆石体环绕，通过计算砂砾石料和堆石料之间满足滤土和排水要求，坝体排水通畅，不会产生渗透稳定问题。

3.1.3 抗震特性

本工程位于强震区，由于爆破堆石料抗剪强度高于砂砾料，渗透系数相对较大，排水通畅，因而其抗震性能优于砂砾料。爆破堆石料具有较高的抗剪强度和良好的抗震性能，设计布置在坝体底部及顶部、下游坝坡部位，把抗震性能较弱的砂砾料包裹在爆破堆石料中，可得到较陡的下游坝坡，节省了坝体填筑方量，以达到物尽其用的原则，同时获得较高的抗震稳定性能。

3.1.4 施工条件和工程造价

（1）爆破堆石料场位于山腰，施工场地相对狭小，道路较难布置，但运距较近。

（2）由于爆破堆石料场开采需要用火工材料，而火工材料供应受社会因素影响较大，料场生产能力会受制约。

（3）砂砾石料场位于台地上，地势平坦开阔，施工道路布置容易，开采及运输方便，并可扩大开采，填筑过程中受料场生产能力的制约因素小，但运距远。

经以上分析，爆破堆石料和砂砾石料综合经济指标相当。

综上，根据本工程料源分布特点及其性质，坝体分区：①混凝土面板上游依次为上游任意料盖重区、上游粘土防渗补强铺盖区；②混凝土面板下游依次为垫层区、过渡料区、主堆石料区、砂砾料区。

3.2 坝料

根据工程天然建筑材料分布情况和坝料设计原则，混凝土面板堆石坝坝料从上游至下游分为7个填筑分区。

3.2.1 上游盖重区

布置在上游铺盖区上游，顶宽10m，顶高程EL895m，上游坡度不陡于1∶2，起到保护和稳定上游铺盖区土料的作用。料源来自建筑物开挖过程中的弃碴料，利用运输和推平机械自然压实。

3.2.2 上游铺盖区

布置在混凝土面板上游，上游坡度不陡于1∶1.7，顶宽5m，顶高程EL895m，作为补充的防渗体和一旦发生渗漏时的封堵材料。采用T2料场土料，利用运输和推平机械自然压实。其功能是与特殊垫层区联合，起到淤堵开裂的周边缝及面板底部裂缝，实现自愈的作用。

3.2.3 垫层区

布置在面板下部垫层料，水平宽度4m，采用C1砂砾料场筛分料，要求最大粒径dmax≤80mm，小于5mm含量30%～50%，渗透系数k≤1×10-3cm/s，碾压层厚0.4m，相对紧密度Dr≥0.85。

3.2.4 特殊垫层料区

为垫层特别级配小区，布置在周边缝下部，其作用是对周边缝渗漏水流中的上游铺盖区土料起反滤作用，阻塞渗漏通道。该区最大粒径dmax≤20mm，碾压层厚0.2m，以小机械人工碾压，相对紧密度Dr≥0.85。

3.2.5 过渡区

布置在垫层下游，水平宽度5m，采用C1砂砾料场全料，碾压层厚0.4m，要求相对紧密度Dr≥0.85。

3.2.6 爆破堆石区

布置在过渡料区下游，形成下游上坝道路和下游坝坡，是坝体的主要支撑结构，采用P1料场爆破料及建筑物爆破开挖料，碾压层厚0.8m，孔隙率n≤21%。

3.2.7 砂砾石区

布置在坝体中部，采用C1砂砾料场全料，碾压层厚0.8m，相对紧密度Dr≥0.85。

4 大坝填筑施工

大坝填筑施工的碾压参数由碾压试验确定，如表1所示。

表1 坝体填筑碾压控制参数 单位：万m3

大坝填筑于2009年4月2日，初期填筑主要为开挖利用料，由于基坑处理需要较长时间，填筑从基坑下游面开始，基坑的填筑在处理完成后进行。

对河床砂砾层按照设计要求清理并取样试验后开始河床段坝体填筑，填筑起始高程868.38m，至6月7日基坑（垫层料）开始填筑。2009年12月26日大坝填筑至957m高程。从2009年4月至12月，填筑强度情况如表2所示。

表2 大坝2009年4～12月填筑强度 单位：万m3

统计结果表明，各种坝料抽检频率均大于DL/T 5128—2001《混凝土面板堆石坝施工规范》要求，检测成果均满足设计要求：爆破料孔隙率达19.21%（设计21%），垫层、过渡及砂砾料相对密度达0.9以上（设计0.85）。填筑质量良好。各种坝料填筑质量基本遵循正态分布。

5 结语

温泉水电站大坝分区及坝料设计符合就地取材、因材设计的原则。坝体分区在坝体中心部位设置砂砾石分区，可以充分利用砂砾石高压缩模量的特性，有利于坝体变形控制。砂砾石分区周围有透水的堆石体环绕，坝体排水通畅，不会产生渗透稳定问题。

自2010年9月水库蓄水以来，大坝已经过2年的蓄水运行。目前，大坝各项工程项目均已完建，大坝整体形象面貌良好。运行期坝体监测结果表明，坝体总体变形量较小，面板挠度、面板应力、面板接缝变形均在可控范围之内，趾板和帷幕下游渗压不大，大坝防渗系统工作正常。

［1］DL/T 5016—1999,混凝土面板堆石坝设计规范［S］.

［2］蒋国澄，傅志安，风家骥.混凝土面板坝工程［M］.武汉：湖北科学技术出版社，1997.

［3］郦能惠.高混凝土面板堆石坝新技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2007.

［4］何勤，李劲飞，范金勇.JLT水电站混凝土面板砂砾-堆石坝坝体分区及坝料设计［J］.水利规划与设计，2008（6）.

［5］张伟.温泉水电站混凝土面板堆石坝设计［J］.中国水利，2012（8）.