张溪河抽水蓄能电站上水库沥青砼面板堆石坝设计

张溪河抽水蓄能电站上水库沥青砼面板堆石坝设计

1电站枢纽工程张湾引水蓄能站位于河北省石家庄经昌县测鱼市附近的甘陶河支流中。距石家庄市区直线距离为53km,公路里程77km,距井陉县城公路里程45km。电站总装机容量1000MW,装机4台,单机容量250MW。电站建成后接入冀南电网,在系统中担负调峰填谷、调频调相和紧急事故备用等任务。电站枢纽主要由上水库、水道系统、地下厂房系统及地面出线场、下水库拦河坝和拦排沙工程等组成,工程等级为一等。上水库位于下水库左岸的老爷庙山顶,采用开挖筑坝围库而成。上水库工程主要包括堆石坝、库盆沥青混凝土防渗面板、排水系统、库岸基础处理。上水库坝顶高程812m,库顶轴线长2846.088m,坝顶宽8.0～10.0m,上游坝坡1∶1.75,下游坝坡1∶1.5,最大坝高(坝轴线处)57m。上水库正常蓄水位为810m,死水位为779m,工作水深31m,总库容789.0万m3,调节库容717.5万m3。上水库采用沥青混凝土面板全库盆防渗,总面积34.5万m2。2垫层料超径颗粒的设计斜坡填筑的碎石垫层料来源于青垴山料场爆破开采的新鲜灰岩料经人工破碎而成。设计要求垫层料最大粒径80mm,粒径小于5mm的含量为20%～35%,粒径小于0.1mm的含量应小于5%,曲率系数为1～3,不均匀系数宜大于15,垫层料的超径颗粒不应大于3%。填料级配见图1。3填筑层的均匀性由于水库坝坡为1∶1.75,坡度较大,需要在填筑、碾压过程中重点保证垫层料颗粒均匀性,同时确保填筑层的密实度和变形模量,避免不均匀沉降导致沥青面板开裂。4山坡上的垫层材料4.1全岩岩石边坡的超欠挖根据合同文件技术条款要求,库盆岩石边坡不允许欠挖,最大超挖应小于30cm,因此在铺料前进行了岩石边坡的超欠挖处理。对超挖深度超过30cm的,采用C15素混凝土进行补坡,并使其与周围岩体平顺相接。当超挖深度在20cm左右时,应对之先摊铺一层垫层料并碾压合格。4.2测量取样在整个需要碾压的坡面布设10m×10m的高程方格网为人工整坡提供依据。4.3调湿并集中堆扫铺筑所需的碎石垫层料主要采用汽车从料堆运输至填筑部位,由于在装料运输装料过程中,出现部分粗细骨料分离现象,因此当来料运输至填筑部位时,均采用装载机进行拌和均匀并集中堆放,同时检测来料颗粒级配,确保级配满足设计要求,如来料级配不能满足设计要求需及时更换。4.4反扩大反扩大拉反基承载力式的铺筑高度施工过程中摊铺进料主要采用反铲及铺料小车进行铺筑。具体的施工方法是:对于上、下部位在反铲能够铺筑的高度利用反铲进行铺筑,并根据测量控制线采用反铲及人工找平,确保填筑层厚及坡面;对于反铲难于铺筑的部位利用卷扬机拉动铺料小车进行铺料,铺料小车出料口部位设计成八字口,卸料时能够均匀扩散,并在小车底盘中部加工一个较低的挡板,以使其能够及时整平所布的垫层料,同时防止粗细出现分离。4.5法线方向定位问题根据前期斜坡现场碾压试验沉降量成果,坡面法线方向碾压沉降量为6～8cm,依据测量成果,控制法线方向预留沉降量8cm挂线人工整坡。整坡时将坡面集中的砾石清除干净。4.62次取样和复测对人工整过的坡面进行复测检查,对预留量、平整度达不到要求的部位重新修整,直至满足平整度±3cm,预留量6～8cm为准。5岩屑垫层材料的压力5.1功能振动压路机碾压机具采用中铁第二十工程局工程机械厂生产的YZT10D型多功能振动压路机。有效碾重98kN,振动频率为24～29Hz,激振力为280kN,总压实力为378kN。斜坡碾压采用卷扬设备通过钢丝绳进行牵引,其工作速度为1～2km/h。5.2填筑方员的保湿在每次碾压前应采用人工拉动橡胶管均匀向坡面垫层料洒水,洒水量为填筑方量的6.0%(体积比),洒水湿润后及时碾压。对不能及时碾压的,在碾压前二次重新洒水,以保持碾压时坡面垫层料充分湿润。5.3高速卷扬机控制组的作用碾压时在坝顶用一台30t的CAT769自卸汽车配重10t共40t作为移动式地锚(其上固定2个定滑轮),牵引设备采用JG3E6731单筒高速卷扬机配2个动滑轮组成的滑轮组,4道滑子牵引振动碾在坡面上、下行走进行碾压(碾压速度控制在1～1.2km/h)。为避免振碾时坡面局部产生鼓包与高低不平现象,碾压时采用在整个坡面上静碾1～2遍固坡后,再采用上振下不振法进行碾压8～10遍,碾压方式采用错位方法,当碾压遍数达到规定的遍数后,调整碾压机具的位置,使碾迹重叠10～15cm。6斜垫材料的质量分析6.1料堆及垫层料的分级充填试验检测由于斜坡垫层料铺筑施工过程中,粗、细骨料易于分离,从而影响碾压后的密度、变形模量及渗透性能,为了印证现场施工摊铺工艺的有效性,确保斜坡垫层料的施工质量,因此在斜坡垫层料施工过程中应对垫层料颗粒级配进行全方位的控制。摊铺前试验检测:由于摊铺前垫层料经过加工、堆放、装载及转运等施工工艺,为了确保填筑材料在施工转运过程中级配能够满足设计要求,因此在摊铺前应对垫层料取样进行级配检测,从而确保施工铺筑前颗粒级配的合理性,现场试验取样分别在料堆的不同部位取样3组,试验检测成果见表1,颗粒级配曲线见图2。摊铺后试验检测:由于斜坡垫层料在摊铺过程中粗、细料易产生分离现象,为了确保摊铺后的颗粒级配的均匀及合理性。因此在铺筑、整平工作完成后分别对摊铺后斜坡垫层料的上、中、下取样进行级配检测,从而检测摊铺后的级配及摊铺施工工艺,试验检测成果见表2。碾压后试验检测:碾压后颗粒级配试验检测其目的是检测在上振下不振的碾压方式下颗粒级配的排列方式及碾压后颗粒的破碎情况,从而为后续颗粒级配的调整提供依据,碾压后的颗粒级配检测也是沿斜坡分上、中、下3种不同部位取样进行,颗粒级配试验检测成果见表3。从摊铺前后及碾压后的颗粒级配试验成果来看:1)铺料前后及碾压后级配基本吻合,而且基本均在设计包络线范围内(介于设计级配曲线的平均线与上包线之间),垫层料的摊铺较为均匀,没有出现严重的分离现象。2)摊铺前的含泥量略大于摊铺后的含泥量,其主要原因是由于摊铺后对斜坡垫层料进行洒水,在洒水过程中使得部分小于0.075mm含量的颗粒流失,从而使得摊铺后小于0.075mm含量少于摊铺前,因此该试验成果也表明,通过岩坡洒水可以部分改善垫层料中小于0.075mm含量。3)从摊铺后及碾压后颗粒级配试验成果对比情况来看,碾压前后颗粒级配变化差异不大,颗粒破碎情况不是很明显,仅小于0.075mm含量因部分颗粒在碾压过程中细化,从而有所增大。4)摊铺后及碾压后颗粒级配无明显的差异,试验成果表明,该斜坡垫层料摊铺施工工艺是可以满足设计颗粒级配要求的。6.2垫层料的灌砂法检测密度试验主要检测岩坡垫层料碾压后的密实情况及碾压后的效果,斜坡垫层料密度试验采用灌砂法进行,在斜坡面上水平挖除检测部位上部的垫层料,对检测部位进行整平处理后开始采用灌砂法检测。施工前期我们对斜坡垫层料碾压后干密度共取样20组,检测样品合格率为95%,检测结果统计见表4.从试验检测成果来看,斜坡碾压采用在整个坡面上静碾1～2遍固坡后,再采用上振下不振法进行碾压8～10遍,碾压方式采用错位方法,当碾压遍数达到规定的遍数后,其压实后的密度满足设计要求。6.3原位变形模量试验现场原位变形模量试验是在保持碎石垫层料碾压后的天然状态下模拟建筑物的荷载条件进行,并通过一定面积的承压板向基础施加垂直荷载,从而观察研究碎石垫层料变形和强度规律的一种试验方法。现场原位变形模量试验采用浅层平板载荷试验方法,刚性承压板直径不小于40cm,每级荷载增量不大于100kPa,试验层面与承压板面为水平接触,试验最大压力值为1.0MPa,变形模量设计要求不小于60MPa。现场原位变形模量试验加荷按等量分级施加,每级荷载增量取设计压力的1/10。即每级荷载增量为0.1MPa,自加荷开始,按10min、10min、10min、15min、15min,以后每隔30～60min观测一次,直至1h的沉降量不大于0.1mm为止,然后再施加下一级荷载。试验结束后,对原始记录进行整理,将千斤顶、传力柱、承载板等的重量均进行相应的沉降修正,考虑到张河湾上水库的实际水头不超过50m,对荷载板下的应力在0.5MPa和1.0MPa时的变形模量进行了计算,垫层料的泊松比按0.25取值。试验检测成果如表5所示。从试验现场原位变形模量试验成果来看,如压实密度满足设计控制指标2.20g/cm3,其变形模量值也可满足设计要求。变形模量值的大小随压实密度的增大而增大。7类似工程施工工艺的检验及展望通过以张河湾工程为例,全面解析抽水蓄能电站斜坡碾压施工工艺及质量控制,通过对抽水蓄能电站斜坡碾压施工及质