秘鲁塞罗德尔阿吉拉RCC重力坝的设计与施工

[瑞士]

S. M. 萨耶 等

李曙光　　张　垚 　　付湘宁　译



秘鲁塞罗德尔阿吉拉RCC重力坝的设计与施工

[瑞士]

S. M. 萨耶 等

摘要：秘鲁塞罗德尔阿吉拉项目是曼塔罗河大型水电计划梯级开发的最后一级。该水电站目前正在建设中，装机容量为520 MW，电站大坝为RCC重力坝，高88 m、长270 m。溢洪道总泄洪能力约为7 000 m3/s。概述了该坝的主要设计特征，并对优化后配合比设计、施工过程和混凝土浇筑情况进行了重点介绍。

关键词：RCC重力坝；RCC配合比设计；曼塔罗河；秘鲁

1项目背景

秘鲁塞罗德尔阿吉拉(Cerro delAguila)水电站项目是曼塔罗(Mantaro)河大型水电计划梯级开发的第3级。它坐落于SAM/雷斯蒂图乔恩( Restitucion)水电站的下游。最初，规划了另一个项目，准备开发第2弯道，向下几乎到达其与阿普里马克(Apurimac)河的汇流处。该项目原计划包括1座较长的低压隧洞和1座高250 m的大坝，坐落于科尔卡班巴(Colcabamba)河汇流处下游，从而汇集额外集水区的泄洪量，并在SAM HPP尾水位和曼塔罗河之间形成额外水头。

考虑到1974年马永马卡(Mayunmarca)地区发生的超大规模滑坡，以及山谷一侧出现的稳定性问题，放弃了建高坝的打算，拟开发的部分项目如下：

(1) 雷斯蒂图乔恩项目，开发SAM HPP尾水位与曼塔罗河之间的剩余水头；

(2) 吉塔拉(Guitarra)项目，位于吉塔拉弯道下游不远处。吉塔拉项目(1983年)现已更名为塞罗德尔阿吉拉项目。

该项目采用设计-采购-施工总承包(EPC)方案。 2012年初，进场道路开始开挖。2014年中期，坝基准备工作结束，大坝施工准备就绪。

2地质状况

大坝位于高山区，峡谷坡陡(平均30°，局部超过60°)，距离亚马逊地区上游约50 km，主要基岩岩性为花岗岩/花岗闪长岩(Villa Azul基岩)。曼塔罗河侵蚀了现有河床，直至基岩。左手侧和右手侧斜坡显示有不同的第四纪沉积物：左手侧更陡峭，基岩裸露，上覆盖一层薄薄的崩积物，局部可见落石/泥石流堆积物。由于曼塔罗河的侵蚀环境，现在的河床周围仅有少量冲积物。

3大坝设计

3.1特点

新坝的主要特点如下(详见图1)。

3.1.1水文和地貌

(1) 集水面积：28 096 km2；入水口处排水量：9.04 L/s/km2。

(2) 防洪工程(坝址)：Q1 000= 6 125 m3/s。

(3) 新水库的假定泥沙量：100～400万m3/a。

3.1.2水库和大坝

(1) 坝型：RCC重力坝(拱形)。

(2) 坝高：坝基以上88 m(坝顶坝基高程分别为1 560.00 m和1 472.00 m)。

(3) 坝顶长度：270 m。

(4) 非常运行水位： 1 560.00 m高程。

(5) 正常运行水位： 1 556.00 m高程。

(6) 总蓄水量：约3 700万m3。

(7) 泄水底孔：6×2扇滑动闸门，4.60 m×6.00 m；孔底高程 1 495.00 m。

(8) 溢洪道：4扇弧形闸门，12.40 m×16.00 m(宽×高); 2扇舌瓣闸门，12.00 m×5.20 m(宽×高)。

(9) 溢洪道顶槛坝高程： 1 544.50 m(弧形闸门)， 1551.50 m(舌瓣闸门)。

(10) 导流：长340 m的有压隧洞，泄流能力715 m3/s。

3.2大坝布局和典型断面

图2示出了新坝的典型断面。坝型为RCC重力坝，有18个独立坝段，每个坝段约16 m长。坝长270 m，平面轴线稍微曲(R=400 m)。坝基以上最大坝高为88 m。大坝典型横断面设计成倾斜面，以确保发生地震时具备所需的稳定性(最大可信地震=0.4g; 最大设计地震0.25g)。上游坝面倾斜度为1∶ 0.1(V∶ H)，下游面倾斜度为1∶ 0.75 (V∶H)。坝基最大宽度约为70 m。拱冠的典型宽度为6.2 m。坝顶宽6.5 m，上游面处设有胸墙。坝体混凝土总方量约为45万m3。

大坝溢洪道设有4扇弧形闸门和2扇舌瓣闸门， 6个泄水底孔，配备有滑动闸门，以确保极端洪水出现时泄水。溢洪道总泄洪能力为7 000 m3/s，泄水底孔的总泄洪能力为5 000 m3/s，其总泄洪能力达12 000 m3/s。

大坝还设有45 m长的滑雪式泄槽和滑雪式溢洪道，以便泄水至下游。滑雪式溢洪道末端预制有一系列宽3 m、高3 m的导流片，以便形成水流掺气的脉动作用，也有助于大量消能后再泄放至消力池。

3.3用于排沙的大型泄水底孔

大坝的长期运行状况很大程度上取决于泥沙的管理是否得当。河流泥沙来自曼塔罗河含沙水流，至少部分泥沙在汛期沉积于水库底部。据估算，该水库的年均泥沙淤积量高达200～400万m3。因此，每年都需要进行排沙清淤。为了优化排沙过程，缩短排沙时间，避免对发电造成重大损失，拟采用6个泄水底孔(图2)泄水冲沙。

每个泄水底孔都有两个滑动闸门，能够部分开启，进行部分排沙工作。当这些闸门完全开启时，可能会使水库排空，对所有淤积的泥沙进行彻底清理。基于物理和数字建模，估计排沙周期仅需几天。所有泄水底孔都用钢衬，且完全通气，在放空水库时底孔泄水为无压流(图3)。

3.4大坝RCC-CVC分区

典型中心坝段的三维应力分析如图4所示。该分析针对典型地震事件而实施(在本情况下为最大设计地震事件)，其结果表明，该坝上游面显示有约2.5～3 MPa的正向拉伸应力，然而，在该上游面底部，该拉伸应力可能高达6～7 MPa。为处理较高的拉伸应力，决定采用强抗振传统混凝土，抗压强度达25 MPa。该坝的其余部分使用了RCC。根据坝体内部的应力分布，采用了两种不同的RCC强度。在坝体中心， 抗压强度为12 MPa，在下游坝趾和滑动闸门下，抗压强度为15 MPa。通过分区方式，有可能避免对主体混凝土(RCC 12 MPa)进行冷却处理。此外，这种优化能够大大降低混凝土的水泥用量。

4大坝施工

4.1配合比设计和全尺寸测试坝段

2014年初，着手对传统捣实混凝土和RCC的配合比设计进行综合研究。RCC的全尺寸测试坝段，宽约4 m，长10 m。室内试验主要包括压缩和拉伸强度(主坝混凝土和层缝面)、渗透性、密度、Vebe数、导热性、水化热试验等。表1给出了塞罗德尔阿吉拉坝施工过程采用的不同配合比设计的主要特征。

4.2混凝土运输、浇筑和压实

混凝土浇筑设备主要为索道起重机，运输能力约为9 m3。考虑到大坝廊道的几何形状相当复杂，该坝中心坝段施工期间记录的平均浇筑方量介于100～120 m3/h。混凝土浇筑和摊铺后，采用12 t的振动滚筒来压实RCC，平均碾压7次。为了加快运输和浇筑速度，还在右坝肩安装了一个钢制溜槽，作为索道起重机的补充装置。通过这种方法，在多种环境下浇筑

速度可达约210 m3/h。一般认为，RCC层厚为30 cm，而传统振实混凝土层厚仅需60 cm。如图2所示，在该坝所有廊道周围采用了1 m宽的周边捣实混凝土层(传统捣实混凝土15 MPa)，RCC随后被浇筑在该层上。这样可以防止RCC与空气直接接触，为廊道墙壁和地基提供更高的光洁度。为了避免廊道顶部使用模板，根据各个廊道的宽度使用了几种预制钢筋梁(最大顶梁为9 m长，布置在泄水底孔处)。通过这种方式，有可能避免施工时间的拖延。

4.3层间缝处理方法

设计人员特别注意到了相邻两层面间的处理。由于大坝设计复杂，而且有时几何形态复杂的廊道会相对集中，所以许多情况下暂停混凝土浇筑达24 h以上是不可避免的。由于层间缝对RCC坝的拉伸和黏结强度十分重要，所以在浇筑下一层之前，应使用高压水/空气仔细清理老层面，之后再铺一层专门设计的垫层砂浆。大坝几个位置的钻芯试验表明该处理方法是成功的。

4.4固结灌浆和接触灌浆

通过各坝段上下游方向预置的特殊廊道来对坝基进行固结和接触灌浆。这些廊道的断面为3 m×3 m。通过这种方式，可以使灌浆工作独立于坝体施工和混凝土浇筑，而不致耽误坝体的施工。

5结语

目前，该坝距竣工还有约30%的施工进度。坝基固结和接触灌浆近乎完工，灌浆帷幕工作仍在进行中。计划于2015年底水库首次蓄水。

李曙光张垚 付湘宁译

(编辑：朱晓红)

收稿日期：2016-01-18

文章编号：1006-0081(2016)05-0024-03

中图法分类号：TV642.2

文献标志码：A