龙滩碾压混凝土重力坝的设计特点

#龙滩碾压混凝土重力坝的设计特点［摘要］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192m,最终为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；设计简述龙滩水电站位于广西天峨县境内，坝址以上流域面积98500km2,占红水河流域面积的71%。工程按正常蓄水位400m设计，初期按正常蓄水位375m建设，相应总库容前、后期分别为162.1亿m3和272.7亿m3,有效库容分别为111.5亿m3与205.3亿m3,具有年调节与多年调节能力，大大提高了下游各个梯级电站的保证出力和年发电量。电站装机容量4200MW（后期5400MW），年电量为156.7亿kW-h（后期187.1亿kW・h）,保证出力为1230MW（后期1680MW）。龙滩水电站预留防洪库容50亿m3（后期70亿m3）,电站建成以后，可使下游沿江两岸、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40余年,1989年通过初步设计审查,1993年开始施工前期准备工作。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。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。对地下厂房进水口布置有重大影响的倾倒蠕变岩体区，经进一步勘测和专题研究,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

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HARZA公司等国外专家的肯定。最终采用的枢纽布置见图1。图1枢纽布置图采用本枢纽布置方案的主要优点为：大坝施工是直线工期上的关键项目，河床坝段尤其控制发电工期，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。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。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。本方案只有一个厂房，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运行影响较小。碾压混凝土坝体结构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，碾压混凝土量达到万。后期坝高达到.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

直是科技攻关的重点，在“八五”、“九五”期间，被列为国家级重点攻关项目，进行了充分的研究。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：常态混凝土防渗；预制混凝土板内贴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3~4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2殍可溢流坝段剖面挡水坝段剖面殍可溢流坝段剖面挡水坝段剖面图2典型坝段剖面图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，