委俄水电站混凝土重力坝的设计研究

2015-03-27邹书江

黑龙江水利科技 2015年3期

邹书江

(贵州华水建设项目管理有限公司，贵阳550001)

委俄水电站位于秧坝河与弼佑河交汇处下游0.97 km处筑坝，为引水式开发，坝址以上集水面积535 km2。水库正常蓄水位468.0 m，最大坝高23.63m，总库容为35.3 万m3，左岸渠道+隧洞引水，渠道长490.36 m，隧洞长2.2214 km。于委俄寨子下游2.8 km处设厂房发电，电站尾水位高程400 m(接龙滩电站正常蓄水位)，利用河道天然落差68 m，天然河道比降9.5‰。现有公路从厂区附近通过，坝、库区未有公路通过。

1 工程概况

委俄水电站混凝土重力坝由非溢流坝和溢流坝两部分组成，坝轴线长130.85 m，坝顶宽3 m，坝顶高程473.63 m，坝底高程450.0 m，最大坝高23.63 m，溢流堰顶高程为568.00 m，溢流坝高18.0 m，溢流坝段长65m，非溢流坝段长65.85 m。大坝下游坝坡比为1∶0.75，导流墙厚2.0 m。

坝址区褶皱构造发育，岩体产状复杂多变，从地表调查综合判断，河床中部有一尖棱背斜褶皱顺河通过，受其影响，部分褶皱轴部岩层挤压错动变位，两翼岩层分别倾向山内，左岸倾角60°，右岸倾角58°。河床和河漫滩为单层结构，厚约8.5 ～8.6 m，钻孔未揭露地段深度会有些变化，该层上部多为松散至稍密，下部为稍密到中密;阶地为双层结构，上部为厚约1.5 ～4.0 m的砂质性土，下部为厚约1.70～5.50 m砂卵砾石层。坝址岩体节理裂隙发育。河床基岩面起伏较小，下游无深切冲刷坑［1］。

2 混凝土重力坝的设计内容

根据坝区工程地质、地形条件、河流来砂量及水文计算成果综合分析，本工程大坝为C10混凝土毛石重力坝，主河床布置溢流坝段，溢流坝段不超过主河床宽度，原河床宽度为70 m，大坝溢流长度布置为65 m，能满足上游荣丁电站厂房50 a一遇的防洪问题。取水口、冲砂孔均布置在左岸，采用闸门控制流量，取水口进口底板高程为465.5 m，孔口尺寸为3.9×2.5 m。冲砂底孔进口底板高程为464.5 m，孔口尺寸为2.5×2.5 m。

2.1 混凝土的施工设计

该坝C10细石混凝土砌石重力坝，最大坝高23.63 m，坝顶高程473.63 m，坝顶长130.85 m。混凝土施工程序为:基础开挖到建基面高程，通过验收合格并签证后，即可进行混凝土浇筑［2］。

首先进行测量放样。测量放样采用全站仪、水准仪，做整个工程的四等控制测量。再根据设计资料计算大坝相应测点的方位角、高程、坐标进行测设。

然后进行基础处理及施工缝处理。在进行混凝土浇筑之前，必须将建基面的松动岩块、岩石尖角及其他污物清理干净，同时排干积水，使建基面符合设计及施工规范要求后，才能在其上浇筑混凝土。混凝土施工缝处理，在混凝土浇筑8 h后或混凝土初凝后用凿毛机凿毛。

混凝土拌制。混凝土拌制在2×0.75 m3的拌和机拌制，按照设计并结合现场情况控制配合比通过严格的电子称量系统称量。混凝土在拌制过程中，严格控制原材料的质量和拌制时间，保证混凝土有良好的和易性。

2.2 重力坝模板设计

根据委俄水电站设计资料，模板采用普通定型组合钢模板，利用内拉外撑方式立模。外支撑件用120×120×3 500 mm 方木，内撑件用100×100×2 000 mm预制混凝土构件支撑。局部异型模板采用木模，廊道顶拱用特制弧形钢模。选用的混凝土预制块需要在预制场统一预制，再由人工装车运至大坝，在用人工砌筑，砌筑好厚两天过后才能浇筑坝体混凝土。

在这个设计过程中，根据设计资料，该坝体材料为细石混凝土砌石坝，大坝高度不高，大坝底部较薄，又是在低温季节施工。因此将大坝不设置横向施工缝，采用通仓浇筑，浇筑层高为1 ～2.0 m，两层间覆盖时间间隔为6 ～7 d。

2.3 重力坝非溢流坝段与溢流坝段的细部结构设计

大坝坝体为C10混凝土砌毛石填心，大坝基础采用C15混凝土垫层，厚0.5 m。大坝外壳采用C15混凝土预制块，厚30 cm。防渗墙底部厚1.0 m，顶部厚0.3 m。大坝顶面为C15混凝土，厚10 cm。为安全起见，在大坝顶上下游设φ50 镀锌钢管栏杆，栏杆高1.2 m。坝基采用帷幕灌浆防渗［3］。

大坝溢流面采用C20钢筋混凝土浇筑，厚0.5 m。溢流导流边墙采用C20钢筋混凝土浇筑，边墙厚度为2 m。消力戽采用C20钢筋混凝土浇筑，最薄处戽底厚度为1 m，戽底高程为456 m，鼻坎高高程为458.93 m。为防止大坝溢洪消能时冲刷坝脚，在坝脚设置10 m 长C10混凝土砌毛石护坦，护坦厚度为1 m。

2.4 取水口和冲沙底孔结构设计与养护

取水口和冲砂孔布置在大坝非溢流坝段左侧。取水口底板高程为465.50 m，孔口尺寸为4.6 m×2.8 m，布设平板闸门一道，闸门井采用C20钢筋混凝土浇筑。冲沙孔底板高程为464.50m，孔口尺寸为2.5 m×2.5 m，布设闸门2 道，闸门井采用C20钢筋混凝土浇筑。

混凝土可以采取水平及垂直运输。混凝土水平运输用10 t自卸气车运输;混凝土垂直运输在左、右510 m高程分别布置塔机，再由塔机吊运入仓。相关人员要在浇筑前，先检测模板及建基面是否满足设计及规范要求，在合格的基础面上铺一层2 ～3 cm厚同等标号的稠砂浆，铺筑层厚500 mm，台阶长度为2～3 m，用φ100 型高频振捣器振捣密实。铺筑层间歇时间应≤2 h。混凝土平仓用人工结合振捣棒平仓。

混凝土保温及养护也是混凝土重力坝设计中一项非常重要的工作，确保水电站能够顺利运行。混凝土在浇筑后12 ～18 h进行洒水养护，连续养护时间为28 d左右。在低温(0 ～2 ℃)环境下，采用草垫、乙烯泡沫垫、麻袋布垫等保温材料覆盖，同时停止混凝土浇筑，对刚浇筑的场面用潮湿的麻袋覆盖养护。

2.5 下方生态流量的放水管设计

该工程除了发电没有其它功能，下游无生活、生产用水要求，也没有珍稀动植物存在和保护风景区以及景观的存在，但从生态角度考虑，仍然考虑下放0.5 m3/s的水量。为便于管理，设计在大坝非溢流坝段左侧布置放水管道进行下放生态水。

放水管按简单管道自由出流进行计算:

式中:Q 为管道设计流量，0.5m3/s;μc为管道流量系数。λ 为沿程水头损失系数;为重力加速度，9.8m/s2;C 为谢才系数;R 为管道过水断面的水力半径0.25D0;∑ζ 为管道计算段中各局部水头损失系数之和，查阅《水力计算手册表》，;出口闸阀1 个，，则∑ξj=0.6;A 为管道断面面积，m2;Hb为作用水头，3.5m;经计算，放水管管径为0.374 m，设计采用Φ402 铸铁管，管长30 m，管壁壁厚为6.0 mm，理论重量为

式中:d 为管道内径，m;l 不管道计算段长度，30m;58.6 kg/m。并在放水管出口设置闸门井一座，布置放水闸门一个。