龙滩碾压混凝土重力坝的设计特点

1、要 龙滩碾压混凝土重力坝工程量巨大，最大坝高初期建设时为98500km375m 建设，相应总库容前、后期分别为111.5亿 m3与要 龙滩碾压混凝土重力坝工程量巨大，最大坝高初期建设时为98500km375m 建设，相应总库容前、后期分别为111.5亿 m3与 205.3 亿 m3，具有年调节与多年调节能力，大大提高电站装机容量1230MW （后期 1680MW）。龙滩水电站预留防洪库40 余年， 1989 年通过初步设计审查，对地下厂房进水口布置有重大影响的倾倒蠕变岩体9 台机全部布置在左岸地下的方案，为发挥碾压混凝土快速施192m，最终为2，占红水河流域面积的162.1 亿 m34200M

2、W( 后期 5400MW) ，年电量为 156.71993 年开始施工前期准备工作。(A 区)，经进一步勘测和71%。工摘216.5m，技术难度大。设计中针对碾压混凝土特点，从枢纽布置、坝体结构、混凝土配合比、温控、施工方案等方面进行了深入的研究，形成了有特色的设计方案。关键词 龙滩；碾压混凝土；设计1. 简述龙滩水电站位于广西天峨县境内，坝址以上流域面积程按正常蓄水位 400m 设计，初期按正常蓄水位和 272.7 亿 m3，有效库容分别为了下游各个梯级电站的保证出力和年发电量。亿 kWh（后期 187.1 亿 kWh），保证出力为容 50 亿 m3（后期 70 亿 m3），电站建成以后，可

3、使下游沿江两岸、北江三角洲的防洪标准大大提高。此外，大大改善航运条件，使红水河成为沟通黔、桂、粤三省通江达海的航道。龙滩水电站具有巨大的综合利用与规模经济效益，技术经济指标优越，对地区经济发展具有极其重要的意义。龙滩工程的设计研究历经为了缩短工期，节省投资，对枢纽布置进行了大量的优化研究，采用了最适合碾压混凝土重力坝施工的全地下厂房方案，经济效益显著，目前工程进展顺利，达到了预期的目标。本文根据设计研究的成果，论述龙滩碾压混凝土重力坝设计的几个主要特点。2. 枢纽布置优化根据发电、防洪、航运等综合利用要求，龙滩水电站枢纽主要由大坝、泄洪建筑物、发电厂房和通航建筑物等组成。初步设计审查通过的枢纽

4、布置方案为常态混凝土重力坝，为避开左岸上游的蠕变岩体的影响，厂房布置采用“ 5 台坝后+4 台地下”的方案，在可研补充阶段，对枢纽布置方案进行了深入的研究，重点研究两个方面的问题：第一是适应碾压混凝土坝施工的枢纽布置，第二是左坝头蠕变岩体的处理方法。枢纽布置要充分发挥碾压混凝土快速施工的优势，必须将碾压混凝土坝与发电厂房的进水口和引水道分开布置，坝体可碾压混凝土的部位应相对集中，减少坝内孔洞，简化坝体结构，减少施工干扰，尽量扩大坝体采用碾压混凝土的范围，只有这样才能达到节省水泥用量、简化施工工艺、加快施工进度、减少工程投资的目的。专题研究 ,特别是通过国家“八五”重点攻关研究，认为总体上是稳定

5、的，对于部分失稳岩体，采用全挖除方案，施工中只要坚持分层开挖、适时加固、加强监测及时反馈设计等正常施工程序，进水口边坡稳定及变形可以满足设计要求。从实施结果看，与设计研究结果完全一致。根据研究成果，枢纽布置最终采用1 1。便于运行管理与维护；后期提高正常蓄水位时，坝体加高对电站的正常工的优势创造了条件，这一布置优化方案通过了总院的审查，也得到了世界银行特别咨询团和美国1。便于运行管理与维护；后期提高正常蓄水位时，坝体加高对电站的正常HARZA 公司等国外专家的肯定。最终采用的枢纽布置见图图 1 枢纽布置图采用本枢纽布置方案的主要优点为：(1) 大坝施工是直线工期上的关键项目， 河床坝段尤其控制

6、发电工期， 因此简化坝体结构， 减少施工干扰，加快大坝上升速度是工程提前发挥效益的主要途径。本方案因坝后无厂房，坝上无进水口，坝内无钢管，减少了厂坝施工干扰，增大了坝体碾压混凝土采用范围，有利于碾压混凝土的快速施工，使整个工程工期提前 1年，经济效益巨大。(2) 红水河汛期长、流量大，施工度汛和泄洪消能问题存在一定风险，采用全地下厂房方案，不仅可以简化导流措施，而且可使永久泄水建筑物的布置更灵活，消能设施调整优化的余地更大。(3) 采用本方案，无坝后厂房，坝内无引水钢管，增强了上部坝体刚度，有助于改善坝体应力，增强坝体抗震能力。(4) 本方案只有一个厂房，运行影响较小。3. 碾压混凝土坝体结构

7、研究坝体布置研究首先服从枢纽布置的格局，对各建筑物位置的优化调整只是局部的；其次在确定各建筑物位置和结构型式时，既要考虑到满足各建筑物规模和功能上的要求，又要考虑到尽量减少工程量，节省投资；第三，尽量扩大坝体采用碾压混凝土的范围，简化坝体结构，减少坝内孔洞，减少施工干扰，方便施工和缩短工期的要求。龙滩大坝坝高前期为 192 m，碾压混凝土量达到 390万 m3。后期坝高达到 216.5m，均大大高于国内国际已有的筑坝水平。目前龙滩碾压混凝土大坝的筑坝技术水平居世界之最，其高碾压混凝土坝一2 、“九五”期间，被列为国家级重点攻关项目，进行了充分的研究。PVC 膜防渗；现浇钢筋混凝土面板和二级配碾

8、压混凝土组合防渗；沥青混合2 、“九五”期间，被列为国家级重点攻关项目，进行了充分的研究。PVC 膜防渗；现浇钢筋混凝土面板和二级配碾压混凝土组合防渗；沥青混合2 在工程开工建设后，又列为国家电力公司的重大科研攻关项目，结合招标设计和施工条件进行深化研究，直接解决工程设计建设中的问题。泄洪建筑物布置在主河槽的中央，泄洪全部由表孔承担，挑流消能。底孔不担负泄洪任务，主要用于后期导流、水库放空和冲排砂任务。为了适应碾压混凝土施工，底孔采用有压流形式，孔身水平布置，下游采用挑流消能。为适应碾压混凝土施工，大坝不分纵缝。根据龙滩碾压混凝土重力坝体型设计的特点，坝体上游面防渗结构型式重点研究过：常态混凝

9、土防渗；预制混凝土板内贴料防渗；变态混凝土和二级配碾压混凝土组合防渗等方案。龙滩坝体防渗结构型式的研究作为重大技术问题开展了大量的设计研究和试验工作，随着科研工作的深入、国内外碾压混凝土筑坝实践的发展和筑坝技术水平的提高，对碾压混凝土各种性能的认识也在逐渐的加深和完善，在总结已有研究工作成果和国内外碾压混凝土筑坝实践经验的基础上，通过对上述防渗结构方案的防渗效果及可靠性、耐久性、施工进度和造价等因素的综合比较分析，龙滩坝体防渗结构采用变态混凝土与二级配碾压混凝土组合防渗方案。坝体排水系统是坝体渗流控制的关键，碾压混凝土坝必须设置完善的排水系统，只要排水布置得当且留有余地，防渗结构的局部缺陷将不

10、会导致坝体和层面扬压力的急剧上升。龙滩坝体排水系统紧接上游防渗体，排水系统包括排水廊道、竖向排水管等。为达到层面强迫降压效果，确保层面扬压力不超过设计采用值，在坝体下部设置了 34排竖向排水管将碾压混凝土层面与底部排水廊道连通。坝体剖面见图图 2 典型坝段剖面图4. 大坝碾压混凝土配合比设计龙滩大坝体型按照常规混凝土重力坝设计并优化确定，坝体断面先进，对碾压混凝土层面抗剪断参数要求高， 碾压混凝土的配合比设计十分关键。 大坝碾压混凝土设计技术指标要求见表 1。在多年的设计研究中，进行了大量的室内试验，同时在国家“八五”科技攻关期间，通过在外部环境相当的岩滩工地进行的三场大规模现场碾压试验以及在

11、现场试验块上进行的原位抗剪断试验和芯样抗剪断试验，论证了可用富胶凝材料实现 200m 级全高度全断面碾压混凝土筑坝。龙滩工程开工后，根据工程建设需要， 自2004 年以来先后进行了三场现场碾压试验， 在现场试验块上进行了原位抗剪试验和芯样3 体计(碾压混凝土 )25 W6 F100 0.810-45-7 0.5 fC200m级高坝全断面采用碾压混凝土的可行性。3场（1场常温环境、 2场高温环境）碾压混凝土现场试验，对配2）表明，胶材用量(kg/m) Cvc=0.35 f190200 部指(碾压混凝土 )20 W6 F100 0.7510-45-7 0.5 1.01.1 1.91.7 200m

12、高的大坝在多3c3 位标(碾压混凝土 )15 W4 F50 0.710-45-7 0.55 1.01.1 1.41.2 级配常温：层间间歇时间不超过10h、不处理下部 R体计(碾压混凝土 )25 W6 F100 0.810-45-7 0.5 fC200m级高坝全断面采用碾压混凝土的可行性。3场（1场常温环境、 2场高温环境）碾压混凝土现场试验，对配2）表明，胶材用量(kg/m) Cvc=0.35 f190200 部指(碾压混凝土 )20 W6 F100 0.7510-45-7 0.5 1.01.1 1.91.7 200m 高的大坝在多3c3 位标(碾压混凝土 )15 W4 F50 0.710-

13、45-7 0.55 1.01.1 1.41.2 级配常温：层间间歇时间不超过10h、不处理下部 R态混凝土Cb25 W12 F150 0.810-45-7 0.45 0.91.0 1.0 工况180 中部 R25 W12 F150 0.8510-4 (28d) 坍落度 1-2 0.45 1.0 2.0 龄期(d) 1.19 上部 R1.0 2.0 抗剪断参数标准值Cvf=0.20 1.67 上游面 R上游面变据。表 1 碾压混凝土技术指标表坝设(碾压混凝土 )90d强度指标 (MPa) (90d、保证率 80%) 抗渗等级 (90d) 抗冻等级 (90d) 极限拉伸值 (p)(90d) Vc值

14、(s)/坍落度(cm) 最大水胶比层面原位抗剪断强度(180d、保证率 80%) (MPa) 通过室内和现场试验，论证了大高度范围内可采用碾压混凝土，主要取决于大坝体型、层面抗剪断强度指标、层面扬压力及沿层面的抗滑稳定安全系数等因素。计算分析结果表明，随着坝高的增加，设计要求的层面抗剪断强度参数值也增加。影响碾压混凝土层面抗剪强度参数主要有：胶凝材料用量、层面间歇时间、外界气温条件、层面处理工艺等。龙滩工程开工后进行了合比、施工工艺等进行试验论证。不同气温条件、不同混凝土配合比、不同层面处理工艺等多种工况共 91 组（90d龄期 38组、180d龄期 53组）原位抗剪 (断)试验数据的统计分析

15、成果（见表碾压混凝土层面抗剪断强度可满足设计要求。由此可见，只要碾压混凝土配合比设计得当，施工中建立有效的质量检测与控制系统，保证碾压混凝土的施工质量，龙滩大坝除基础垫层混凝土外，从基础垫层顶面以上，均可采用碾压混凝土。大量的室内和现场试验表明龙滩大坝设计推荐配合比是合适的，可使坝体碾压混凝土具有良好的物理力学性能和工作性能，实际施工采用的配合比仅在设计推荐的配合比基础上进行了微调。表 2 龙滩 RCC 现场试验层面抗剪断值混凝土分区CF 高温：层间间歇时间不超过4h、不处理R1 冷缝：冲毛、铺砂浆4 170180 160 160m 以上，不作温度控制，难以满足抗裂要求，更难利用夏季施工，(预

16、冷骨料、加冷水1）采用综合措施控制最高温度不能超过温控标准；4）预埋水管冷却560万 m3，历时 33个月，月平均浇筑强度达在水电工程中首次采用长隧洞胶带运输方案3 座 26 m3的强制式搅拌3170180 160 160m 以上，不作温度控制，难以满足抗裂要求，更难利用夏季施工，(预冷骨料、加冷水1）采用综合措施控制最高温度不能超过温控标准；4）预埋水管冷却560万 m3，历时 33个月，月平均浇筑强度达在水电工程中首次采用长隧洞胶带运输方案3 座 26 m3的强制式搅拌3 条混凝土供料线和11万 m3/月。大坝碾压混凝土实际浇筑强度达到设计指标；1.68 万 m3；2005 年68月浇筑碾

17、压混凝土31.6万 m3，年浇筑碾压混凝土 240万 m3，充分3 3 2）合理安排施工程序17 万 m3，高峰期月平均浇（长2台塔带机进行混凝土水平和垂直运输。单日48万 m3，实现了高温多常温：层间间歇时间不超过10h、不处理常温：层间间歇时间不超过10h、不处理180 180 1.15 1.15 1.66 1.22 R2 冷缝：冲毛、铺砂浆高温：层间间歇时间不超过4h、不处理R3 冷缝：冲毛、铺砂浆5. 温控与防裂过去曾经认为，碾压混凝土发热量低，可不进行温度控制，但实践证明，只有在冬季施工，碾压混凝土才可以简化温控或不作温控，否则难以防止坝体裂缝。象龙滩这样的世界最高的碾压混凝土重力坝

18、，混凝土方量巨大，底宽达达到充分发挥碾压混凝土快速施工的目的。龙滩大坝混凝土温控研究中对大体积混凝土的四大温控措施即：降低入仓温度或冰拌和等 )、仓面喷雾、水管冷却及表面保温等均进行了专门研究。根据各坝段施工期及运行期三维温度场、温度综复应力的仿真分析成果，结合相关工程经验，制定温控标准。主要温控措施要求为：和进度； 3）加强养护和表面保护，特别是低温及气温骤降时，必须覆盖保温材料；降温。从实施结果看，只要采取相应的温控措施，在夏季浇筑碾压混凝土是可行的。6. 施工方案设计龙滩大坝混凝土方量达筑强度达 31.6万 m3，如此大的工程量与强度，施工方案的选择特别重要。在前期研究设计中，列入国家“八五”“九五”重点攻关项目进行了研究，在开工后又列入国家电力公司的攻关项目，结合招标设计进行研究，取得了大量的成果。首先是料场的布置中，选择母岩质量较好的灰岩料场，储量丰富，开采条件好；系统采用破碎和棒磨联合制砂，砂石骨料运输方案选择中充分利用地形条件，达4.5km），有利于骨料的高效低成本运输和温度控制。大