碾压混凝土拱坝特点

某某河碾压砼拱坝设计特点

摘要：本文系统地从枢纽布置、拱坝布置、砼设计和筑坝材料、结构设计、温度控制措施和基础处理等方面介绍了某某河碾压砼拱坝的设计和特点。

关键词：某某河水电站碾压砼拱坝设计

1 工程概况

某某河水电站位于某某省某某土家族自治县付家堰乡境内，是清江一级支流泗洋河梯级开发的一个骨干工程，坝址以上承雨面积392.9 km2，水库正常蓄水位290.0m，死水位270.0m，总库容0.246亿m3。电站总装机容量30 MW，多年平均年发电量0.731亿k W·h，是一座以水电开发为主，兼有水库短途运输、人蓄饮水等综合效益的中型水库。

工程为Ⅲ等工程，主要建筑物为3级建筑物，洪水标准按50年一遇设计，500年一遇校核，地震基本烈度为6度，枢纽工程主要由99m高的碾压砼拱坝、坝顶泄洪表孔、左岸发电引水隧洞、右岸放空洞、发电厂房及尾水隧洞等建筑物组成。

2 枢纽布置

该电站坝址位于梅湖次级陡立背斜南翼，岩层大部分较陡，且倾向上游，建基面主要为二叠系栖霞组和茅口组灰岩，其中左岸、右岸285m高程以下和河床出露栖霞组第十一段至第十四段，岩性为灰岩夹少量炭质和泥质灰岩，右岸335~400m高程分布有龙潭组页岩。坝轴线处河床高程217.6m，河床宽46m，属“V”字型峡谷。左岸岸坡平顺完整，右岸岸坡较陡，上游有梅子溪冲沟分布。

综上所述，该坝址两岸山体雄厚，岸坡稳定，建

基面岩体强度高，质量好，满足修建拱坝的条件。经

技术经济比较确定采用抛物线双曲拱坝方案：将泄洪

表孔和交通桥布置在拱坝坝顶，放空洞布置于右岸，

发电引水系统布置在拱坝左岸，引水至坝下左岸200m

的河边阶地上建半地下厂房发电。主体工程施工期采

用断流围堰挡水、隧洞导流、坝体枯水期施工，汛期

预留缺口度汛的导流方案。具体枢纽布置见图1。

3 碾压砼拱坝设计

为充分发挥碾压砼筑坝技术“快速、经济、高效”的特点，确保施工质量，采用抛物线双曲拱坝，中心剖面见右图，拱坝体型参数特征值见表1。

本阶段设计采用浙江大学的“拱坝分析与优化程序系统ADAO（ADCAS ＆ADOPT）”进行应力分析和体型优化。按照《砼拱坝设计规范》SL282-2003规定，分别考虑下列4种计算荷载组合工况，分别为：

①水库设计洪水位+设计正常温降+自重+泥沙压力+浪压力；

②水库校核洪水位+设计正常温升+自重+泥沙压力+浪压力；

③水库死水位+设计正常温升+自重+泥沙压力+浪压力；

④水库死水位+设计正常温降+自重+泥沙压力+浪压力。

各工况的应力计算结果见表2。

4 拱坝砼设计强度及筑坝材料

某某河拱坝砼设计强度采用90天龄期的20MPa碾压砼。

工程所用水泥采用华新水泥厂生产的425号中热水泥；粉煤灰采用石门风选粉煤灰，粉煤灰品质达到国家Ⅱ级灰标准；骨料采用茅口组的灰岩人工骨料。通过多方案的试验研究比

较，按高铁、低铝的原则调整水泥配方，研制开发出低脆性延迟微膨胀专用水泥；采用灰岩作为人工骨料，优化配制了具有低弹性模量、高极限拉伸值及大徐变度等高抗裂性能的碾压砼。

5 坝体结构设计

5.1 砼分区

碾压砼分区主要按照全碾压砼模式设计，并围绕碾压砼施工、防渗、坝内孔洞结构的特点进行分区。

⑴坝体主要采用三级配的C20碾压砼。

⑵坝基垫层采用二级配的C20变态砼浇筑。

⑶坝内廊道顶拱采用预制砼成型。

⑷在上下游坝面、坝与基岩接触部位等碾压机器不能碾到的0.5m处、坝内孔洞配筋部位，均采用变态砼浇筑。

⑸溢流堰体、堰面及鼻坎等均采用C25常态砼浇筑。

5.2 坝体分缝

拱坝结构分缝方案设计采用2号、3号和4号诱导缝和1号和5号横缝的组合方案，在设计采用了预制砼诱导模板（以下简称诱导板）成缝新技术，该技术具有加快坝体施工进度、确保工程质量、施工方便、定位准确等优点。并采用对诱导缝和横缝重复接缝灌浆。

5.3 坝体防渗

碾压砼的层面结合部位是碾压砼坝防渗的薄弱环节，防渗的关键在于层间结合的质量。本设计主要采取下列防渗措施：

⑴碾压砼的胶凝材料用量不低于150kg／m3。

⑵拱坝迎水面坝体部位防渗设计采用二级配碾压砼自身防渗，抗渗标号均为W8。

⑶在上游坝面高程290m以下，采用LJP型合成高分子防水涂料作为坝体辅助防渗措施。

⑷砼施工必须连续碾压，要求二级配碾压砼自身防渗部位在初凝前、初凝后至终凝前层面须铺洒水泥粉煤灰浆，终凝后的层面按施工缝处理。

5.4 坝体排水

坝体排水系统由竖向排水孔、岸坡连通管及廊道排水沟组成。其中坝体竖向排水孔采用拔管法成孔，孔距为6m，孔径为φ200mm；岸坡连通管采用预制无砂砼管φ300，顺坝肩坡向布置；排水沟布置在坝内水平廊道两侧，高程为228m。

5.5 坝内廊道

坝内水平廊道设置在二级配碾压砼防渗层后，断面设计为2.5m×3.5m的城门洞形，并在两岸设有横向廊道通至下游坝外，廊道出口处均采用坝后桥连接，然后通过坝后爬梯实现廊道垂直交通；

6 拱坝温度控制措施

某某河碾压砼拱坝采用全断面薄层通仓碾压、连续上升的施工方法，并在施工中采用下列温度控制措施：

⑴浇筑温度以自然入仓温度为主，在高温季节对骨料采取喷雾、冷风、凉棚等简易措施，降低浇筑温度；在寒冷季节采用热水拌和等措施，保证浇筑温度不低于5℃。

⑵在高温季节施工，采用仓面喷雾、铺设冷却水管等措施以保证砼温度控制满足要求。

⑶在寒冷季节施工，当气温低于2℃时，已碾压完成的表面立即用保温材料覆盖，以保证砼表面温度不低于5℃。

7 拱坝基础处理

在基础处理上，针对坝址的地质缺陷及薄弱环节，考虑尽可能减少对碾压砼的施工干扰，提出了适合大坝碾压砼快速施工的基础处理措施。

7.1 防渗帷幕

主要在两岸的水平灌浆平洞进行施工，少部分在坝体水平廊道内进行。防渗帷幕孔深度原则上伸入相对隔水层不少于3m，防渗帷幕及其下部的岩体透水率不小于3~5Lu。

防渗帷幕采用悬挂式，在两岸的水平灌浆平洞帷幕进行，设计灌浆压力在1.0～5.0MPa 之间，帷幕控制标准为ω≤3Lu。304m高程处帷幕采用单排孔，孔距为2.0m；高程265m和228m 以下的帷幕采用双排孔，排距1.1m，孔距为2.0m，交错布置。

7.2 排水设计

大坝基础排水系统由一道排水幕、坝内廊道排水沟组成。其中抗力体排水系统采用重力自流式排水，坝基排水孔φ110mm孔距为3.0m, 孔深为0.5倍主帷幕深度。

7.3 固结灌浆

固结灌浆采用无盖重灌浆加浅层引管灌浆的方式，在全坝基范围进行。

7.4 接触灌浆

本大坝工程采用结合固结灌浆和帷幕灌浆的方式进行接触灌浆。并采用预埋高密度聚乙烯冷却水管降温技术来实现碾压砼达到稳定温度实现大坝蓄水的。

7.5 地质缺陷处理