特高拱坝水垫塘反拱型底板开挖施工技术
反拱水垫塘在拉西瓦特高拱坝工程中的应用及研究成果综述
ｎ ｓ ，ｓａ ｉ ｔ ｃ ａ ｉｍ ， ａｌ ｒ ｃ ａ ｉｍ ，ｂ ａｉ ｇｃ ｐ ｃｔ ，ａ ｃ ｏｍｉ ｇｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｕｌ ｅｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｆｒ ａ ｉｎ ｈ ｓａ ｐ ｉ ｉｍ ｔ ｌ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｆ ｉ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｂ ｉ ｙ ｕ ｅ ｒ ａ ａ ｉ ｎ ｙ ｒ ｈ ｆｒ ｎ ｏ ｄ ｔ ｎ ，ｏ ｔ ｎ ｔ ｔ ｒ ｎ ｍ ｔ ．Ｔ ｕ ｐ ｌ ｉ ｉ ｕ ｏ ｏ －
是 没有 同类工 程 应用 先 例 ； 是 对 这种 消能 水 垫塘 二
应用 中诸 如适应 条件 、 拱 条 件 、来 ， 别是 近几 年来 ， 着 中国西 部地 区 特 随 特高拱 坝 的兴建 ， 科 研 单位 和 高等 院校 对 反拱 水 众 垫塘 开展 了大量 的试 验分 析 研 究 工 作 ， 得 了较 丰 取 富 的成 果 ， 反拱 水 垫 塘 在 实 际工 程 中的 应 用仅 有 但
西 北 水 电 ・ ０１ ２ ０年 ・第 １期
文 章 编 号 ：０ ６ ６０ ２ １ ） １ ０２ ＿ ０ １０ １２ １ （０ ０ ０ — ｏ ３ ． ５
２ ３
反 拱 水 垫 塘 在 拉 西 瓦 特 高 拱 坝 枢 纽 中
的 应 用 及 研 究 成 果 综 述
姚 栓喜， 亚 杜生宗， 友科 王 娥， 张
ｖ ｒ ｐ ｕ ｇ ｏ ｌ ａ ｅ ｎ ｏ ｅ ａｉ ｇ ｎ ｒ ｌ ｈ ｏ ｇ ｏ ｔ ａｆ ｅ ｒｃ ｎ ｉ ｕ ｕ ｐ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｓ ｔ ｆ ｄ ｔｅ ｄ ｓｇ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ． ｅ ｌ ｎ ｅ ｐ ｏ ｓ ｂ ｅ ｐ ｒ ｔ ｏ ｍａ ｌ ｔ ｒ ｕ ｈ ｕ ｌ ａ ｏ ｔ ｏ ｓ ｏ ｅ ａｉ ｎ ａ ｉ ｉ ｈ ｅ ｉｎ ｒ ｑ ｉｅ ｎｓ ｔ ｈ ｎ ｙ ｈ ｙ ｎ ｏ ｓｅ
谈水坝水垫塘底板块稳定性的设计与施工
作 还是 有所欠 性设 计 和施 工原 理就具 有 一定 的实 际意义 。
举力 ，而 不停 地扩展 和 分离 ，在 水射 流 的冲击 和 上举 力 的双重作 用下 最终 会导 致 板块 和基 岩分 割 开来 ，造成 难 以想象 的后 果 ；第三 ，由于地 理环 境 的不 同 ，水 坝与基 岩脱 离 的板块 ，在 水 流脉动
【 收稿 日期】２ ０ ｏ — ７ ０９一 ４ ２
此外 ，板 块 的起动 过程 特 征与板 块所 受 的脉 动 上举力 特征 息息 相关 ，同时 板块相 对 于塘 内淹
没冲击射流冲击点 的位置具有重要联 系。通常， 板块的起动过程主要 由高频小振幅的振动和低频
大振 幅 的 振 动 组 成 。例 如 ，崔 广 涛 、毛 野 、崔 莉 、高季章 等学 者对 水 垫塘底 板 块起 动过程 的相 关 实验 结果 表 明 ，水 垫塘 的底 板块 起动 失稳 过程 主要包 括 了三 个 相 互 关 联 的 阶 段 ，即 为 轻 微 振
定施 工等方面的研 究工作还是有所欠缺。那 么 究控 制水垫塘底板 块的稳定性设计 和施工原理就具 有一定 的理论 意义和 研
实 际 意义 。
（ 关键词 】 底板块 ；水坝水垫塘 ；稳定性 ；泄 洪 ［ 中图分类号 】 ． ６ ３ Ⅳ ５ ［ 文献标识码 】 ８
水 坝水垫 塘底板 块 的稳 定性 能够 保证 高拱 坝 下 的稳定 ，对 泄洪消 能方 面 的选 择 和布置 提供 了
方便 。 回顾 水 坝水垫塘 底板 块稳 定性 设计 的主要
的脉 动压 力稳定 ，直 接促 使板 块 底面 缝 隙层 中所
引起 的板块 脉 动力有 达标 的上 举 力 。水 坝水 垫 塘
底 板块 的稳 定性 维持 需要 注 意 以下几个 方 面 ：
水垫塘底板稳定分析
成 若干个 反 拱 圈 ； 直 于水 流方 向 ， 圈用 径 向 垂 反拱
两岸 山体 、 超载能力强等优点 ， 是高拱坝坝身泄洪 消能的合理选择。但关键问题是这种新型消能结 构在 动水 荷 载作 用下 的稳定 性 。反拱 水 垫塘 底板
块 上举 力 荷 载 与 其稳 定 性 密 切 相 关 。 因此 ， 一 这 研究对 于反拱 水垫 塘 的设计 和应 用具 有 理论 和 实
试验 结果可知 ： 在相 同条件下 ， 反拱水垫塘 的稳 定性优 于平底水 垫塘 ， 但反 拱水 垫塘底板 的稳定性 最终 归结为拱座 的稳
定性 ， 一旦拱座 失稳 ， 将会导致整 个拱 圈失事。 【 关键词 】 水垫塘 底板 稳 定分析
随着 对 超 高 坝 泄 洪 消 能 关 键 技 术 的 深 入 研 究， 逐渐 揭示 出反 拱 水垫 塘具 有开挖 量 小 、 易稳 定
际意义 。
伸缩缝（ 工缝） 施 分为若 干块 ， 固在基岩上 ， 锚 拱 端支撑在两岸 山体上 ， 支撑端称为拱座。反拱水
垫塘 底板 的工 作 原 理 ， 以通 过 反 拱 圈底 板 块 在 可
力荷载作用下 的变位趋势加以分析。作用在反拱 圈上 的力 荷 载有 ： 底板 与河 床基 岩 的锚 固力 ， 底板
２ ０ ． ． ０ ７ Ｎｏ ６
透压力 一起 形成缝 隙 动水压 。如果 水垫 塘下游 抽排 、 上游 帷幕灌 浆发挥 作用 ， 隙 动水 压 力主要 缝 由底 板表 面贯人 的动水 压 力 形成 ， 数 量 级 和底 其 板表 面 动水 压 力 相 当。 当两 者 瞬时 相 位相 反 时 ， 缝 隙中 的动水压 力会 大 于 底 板表 面的 动水 压 力 ，
１
原填筑 区后 滑出 １ １０ ． ２ 坝下滑 出
长潭岗水电站反拱形水垫塘研究及应用
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正向荷载作用下， 各荷载工况、 基岩条件下， 拱端推力、 底板 表#
模型编号 模型特征 底板单独承载 底板 /(,0 ’ 基岩 底板 / 基岩 基 岩
有限元模型及计算工况
荷载工况 & $% ・ ’)(
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反向荷载作用下， 反拱形底板已不能发挥拱效应， 设计工况 时底板位移、 应力如表 " 所列 ! 在反向荷载 )(*# $% & ’( 作用下，跨中 位 移 为 #,#5* ’’ ， 拱 考虑与基岩共同作用， 拱 端位移为 #,#52 ’’! 底板两端自由时， 端最大压应力 #,00 .34 ， 跨中最大压应力 #,(1 .34 ， 均小于混凝 土的抗压强度 !
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包括水垫塘流速和底板上动水荷载 !
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水垫塘流速 岸边流速均小于 "#$% & ’ ( ，对岸边的冲刷影响不大 ! 水舌
冲击区的 底 流 速 随 着 下 泄 量 的 增 大 而 增 大 ， 位置随水舌落点位 置的不同而变化， 实 测 水 垫 塘 中 最 大 底 流 速 为 )"#*+ & ’ (! 桩 号
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王继敏等 ! 长潭岗水电站反拱形水垫塘研究及应用
图!
反拱形水垫塘平面布置 （+ ’ 宽 ） 值， 变位、 应力如表 ( 所 列 ! 表 中 拱 端 推 力 为 单 位 宽 度 拉应力为正， 压应力为负； 位移指垂直分量 ! 考虑底板下 (,0 ’ 基岩的共同作 用 ， 跨 中 最 大 位 移 为 0,#*( 设计工况时跨中最大 ’’! 若止水失效 或 底 板 与 基 岩 裂 缝 贯 通 ， 位移为 1,22* ’’! 考 虑 底 板 下 (,0 ’ 基 岩 的 共 同 作 用 ， 拱 端 推 力 值 为 ( -(+ 设计工况时推力值 $% & ’! 若 止 水 失 效 或 底 板 与 基 岩 裂 缝 贯 通 ， 为 - 1"" $% & ’! 考 虑 底 板 下 (,0 ’ 基 岩 的 共 同 作 用 ， 拱 端 最 大 压 应 力 跨 中 最 大 压 应 力 (,+51 .34 ， 均远小于混凝土的抗 *,0"1 .34 ， 压 强 度 ； 拱 端 最 大 拉 应 力 #,+5( .34 ， 跨 中 最 大 拉 应 力 #,##2 设计工况时拱端最 .34! 若 止 水 失 效 或 底 板 与 基 岩 裂 缝 贯 通 ， 大 压 应 力 ++,(0 .34 ， 跨 中 最 大 压 应 力 0,(25 .34 ， 均小于混凝 小于混凝土的抗 土的抗压强度； 拱 端 最 大 拉 应 力 #,"5# .34 ， 拉 强 度! 反向荷载
高拱坝水垫塘反拱底板衬砌结构的非线性静力分析.
高拱坝水垫塘反拱底板衬砌结构的非线性静力分析(1)摘要：本文利用Ansys程序对高拱坝水垫塘衬砌结构进行了全过程计算。
在止水结构未破坏以前，衬砌块结构可以看作是作用在弹性地基上的板，利用点线接触单元模拟水垫塘衬砌块结构之间的接缝以及衬砌与基岩的接触，并对衬砌块与拱端支座的连接形式进行了研究；在止水结构破坏后，衬砌块结构下部受到方向向上的脉动压力和时均压力，拱的作用表现出来，并且衬砌块与基岩之间的锚固钢筋开始作用，这时的结构可看作是一种“反吊拱”。
本文利用弹簧单元模拟衬砌块与基岩之间的钢筋进行计算，得到一些用于指导水垫塘设计的结果。
关键词：水垫塘衬砌接触元弹簧元弹性地基梁(板)峡谷地段修建的高拱坝，其泄洪消能布置往往要设置水垫塘，水垫塘衬砌的底板有平底板和反拱底板两种，平底板的稳定问题，现在已研究得比较清楚，反拱底板在近几年得到广泛应用，主要是因为底板拱结构抵抗破坏的能力强，稳定性要优于平底板。
但是由于反拱底板面积比较大，在施工过程中要设置温度缝和施工缝，因此反拱底板被分成一系列相互独立又相互联系的板块，其受力过程表现为一种高度的非线性，特别是在止水破坏后，各板块相互撞击、滑动表现为典型的接触行为，计算相当复杂。
崔广涛等从理论分析和模型实验两方面论证了反拱型底板的受力条件好，其稳定性优于平底板；刘沛清等也对反拱型底板的稳定性进行了研究，并提出了相应的稳定计算模式。
但是他们只是把衬砌块作为刚体，把块间连接看作“铰”(其实是一种机构)，或者把整个水垫塘结构看作一个三铰拱或无铰拱，和实际的块间结构有很大的区别，本文利用接触单元来模拟相邻板块间的接触，接触单元可以模拟块间的接触、咬合、摩擦、分离、撞击等不同状况，特别是在止水结构破坏后，衬砌块结构下部受到方向向上的脉动压力和时均压力，拱的作用表现出来，并且衬砌块与基岩之间的锚固钢筋开始作用，这时的反拱底板整体可以看作是一个“反吊拱”。
利用弹簧单元来模拟锚固到基岩中的钢筋，进行有限元计算，得到比较理想的结果。
技术文件-水垫塘边坡混凝土施工详解
技术文件1. 概述1.1 工程概况黄登水电站坝后水垫塘通过扩挖河床形成，采用“护坡不护底”的结构形式，转弯前中心线长约220m，下游直接与原河床相接。
水垫塘采用梯形开挖、开挖后底板高程EL.1435m。
EL.1465m高程以下岸坡衬砌混凝土厚度2m，EL.1465m～EL1500m高程衬砌厚度1.0m，EL.1500m高程以上衬砌厚度0.5m。
1.2 工程范围黄登水电站水垫塘边坡混凝土施工。
1.3 协作队伍主要工作内容主要工作内容：模板安拆、混凝土浇筑、钢筋安装、铜止水及BW-Ⅱ型膨胀止水条安装、φ110PVC排水管安装等。
2. 模板工程施工2.1 模板规划根据本工程水垫塘结构特点并结合现场考察，拟采用组合小钢模板现立，局部采用木模板拼缝。
2.2 模板制作模板的加工制作在专设的模板加工厂进行。
用于现场施工模板的加工制作以及组装必须满足以下各项要求：1）模板的面板及支撑系统保证有足够的强度和刚度，以满足承受荷载、保持稳定、不变形走样等要求，并有足够的密封性，以保证不漏浆。
钢模板面板厚度不小于3mm，钢模板面应尽量光滑，无凹坑、皱褶或其他表面缺陷。
当采用木材时，材质不低于Ⅲ等材，腐朽、严重扭曲或脆性的木材不用作木模材料;2）钢桁架式背架的焊接制作在专用模具上进行，其用于连接组装的插口及调节螺杆需保证其加工精度；3）模板与混凝土的接触面涂隔离剂。
对油质类等影响结构或妨碍装饰工程施工的隔离剂不宜采用。
2.3 模板安装（1）模板安装时按混凝土结构物的施工详图测量放样，必要时加密设置控制点，以利于模板的检查和校正。
模板在安装过程中要有临时固定设施，以防倾覆。
（2）局部大模板不能安装的部位，采用普通钢模板，用拉条固定。
模板的钢拉条不弯曲，直径16mm，拉条与锚环的连接牢固可靠。
预埋在下层混凝土中的锚固件（螺栓、钢筋环等），在承受荷载时，要有足够的锚固强度。
（3）模板之间的接缝平整严密，分层施工时，逐层校正下层偏差，使模板下端不产生错台。
水电站大坝及水垫塘混凝土及接缝灌浆施工总体方案
水电站大坝及水垫塘混凝土及接缝灌浆施工总体方案1.1 工程特性1.1.1 结构特性某水电站大坝采用混凝土双曲拱坝，河谷基本呈“V”型，两岸山体雄厚，岸坡陡峻。
坝顶高程1245m，河床建基面高程953m，最大坝高292m。
拱冠梁顶宽12.0m，底宽72.912m，坝顶长901.771m，宽高比0.250。
左岸大坝标共分22个坝段，中间23~26#坝段为河床溢流坝段，其他坝段为非溢流坝段。
本标段坝身泄水设施由2个泄洪表孔、3个泄洪中孔、1个放空底孔及2个导流中孔和1个导流底孔组成。
表孔堰顶高程1225.00m，孔口尺寸11m×15m（宽×高），4#、5#表孔采用跌流消能，3#表孔采用挑流消能；4#、5#、6#泄洪中孔孔底板高程分别为1140.00m、1152.50m和1165.00m，出口尺寸6m×1.5m（宽×高），出口采用挑流消能；放空底孔孔底高程1080.00m，出口尺寸5m×7m；导流中孔、底孔孔底高程分别为1060.00m和1020.00m，出口尺寸均为6m×7m。
本标段水垫塘为水0+088.60m桩号以前23#坝段及其以左（不含溢流中心线所在底板块）部分，底板高程为965.00m，底板厚3m。
1.1.2 主要工程量本合同段混凝土主要包括左岸大坝和水垫塘混凝土。
大坝混凝土427.46万m3，水垫塘混凝土2.33万m3，合计429.79万m3。
其详细工程量见表6-1。
表6-1 左岸大坝及水垫塘混凝土工程量表1.1.3 施工特点某水电站大坝为混凝土双曲拱坝，坝高292m，是目前世界上最高的拱坝。
工程规模大、投资多、工期长而紧、技术含量高，地形、地质条件复杂，施工场地狭窄，混凝土浇筑规模大、强度高，对质量、温控和外观要求很高。
因此，大坝必须采用合理的方法、高效的施工设备、严密的施工计划、有效的使用劳动力、材料、设备和资金，才能保证大坝施工进度和施工质量，提高大坝工程建设的经济效益和社会效益。
高海拔地区特大断面地下洞室顶拱层对称半洞开挖技术
技术应用技术与市场2021年第24卷第3期高海拔地区特大断面地下洞室顶拱层对称半洞开挖技术辛璐（中国能建葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都610061）摘要：在水利水电行业,特大断面地下洞室顶拱层开挖一般采用中导洞先行两侧扩挖或先开挖两侧导洞后拆除中间的施工方法，很少采用对称半洞的开挖方法。
玛尔挡水电站主变室跨度10.3m,顶拱层采用对称半洞的开挖方法，通过科学的安全技术措施保证其安全实施，降低了施工成本，缩短了工期，效益显著。
关键词：地下洞室；特大断面；对称半洞；开挖del：/.3969/j.issn./06-8554.2021.03.0461概述在水利水电行业，乃至整个建筑施工行业,特大断面地下洞室顶拱层开挖施工方法有2种，即中导洞先行，两侧扩挖跟进和两侧导洞先行,中部拆除隔墙2种施工方法，采用对称半洞开挖施工方法的工程几乎很少见到。
特大断面对称半洞施工方法在保证安全的前提下实施，可以显著提高施工效率，降低施工成本，缩短工期，其成果在玛尔挡水电站主变洞室的顶拱层开挖施工中得到进一步验证。
玛尔挡水电站地处高寒、高海拔地区，其引水发电系统布置在右岸山体内，主变室宽度5.3m,高度20.4m,拱顶高程3100./m,底部高程3081.5m,长度53.95m。
施工规划分3层开挖，其中顶拱层为357.9~3096.2m高程，高&7m,根据《水工建筑物地下工程开挖施工技术规范》规定，属于特大断面。
施工初期现场采用中导先行、两侧扩挖的施工方法，由于各工作面间开挖与支护工序相互干扰，施工效率较低,且在施工过程中供风、供水、供电及通风系统反复安拆，重复、低效、工作量大，导致工程进展缓慢。
在中导洞开挖39m后，及时调整为对称半洞开挖法。
对称半洞开挖法,采用左右对称分块，以中线为界，开挖断面跨度6.05m,半洞之间前后错开45~66m,支护滞后掌子面最大距离20m。
施工主要依托特制的钻爆台车，人工钻孔、装药、爆破;采用多臂钻进行支护造孔、插杆、注浆，移动升降台车配合;施工风、水、电主管路随落后开挖面前进,领先工作面采用移动风包供风,橡胶软管供水，移动式照明以及射流风机辅助。
反拱形水垫塘底板上举力特性的试验研究
水垫塘 是 高拱 坝 下 游 新 型 的消 能 防 冲结 构 形式 ， 其 底板承受 巨大 的水流 冲击 荷 载 。在水 舌射 入水 垫 塘 的水体通过 水 流 的强 烈 紊 动进 行 消 能 的 同时 ， 水 垫 使
塘 的底部及 侧 墙产 生 比较 剧烈 的紊 流 动 水 压强 脉动 ，
荷载综 合作 用 。存 在 的 问题 有 ： 是 脉 动 压力 点 —— 一 面转换 系数 多大 ， 需专 门研 究 ； 二是 上举 力 试验 模 型如
何布 置 ， 还应讨 论 。本 文 阐述 了板 块上 举 力 的成 因 ， 采
用 自制的传感 器直 接测量 了上 举力 并 分 析 了其 频 谱特 性， 给出 了上举 力与水 力条件 的经验 关系 。
１ 板 块 上 举 力 的成 因
图 １给 出了水 垫塘 射流 水 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ及 其 冲击 荷载 在 底板 上下表 面产生 的时均 压力 分 布 。在 冲 击点 的上 下 游均
有一个 区域底 板下 表 面 的压 力 大 于上 表 面 ， 因而 Ａ 区 和 Ｃ区是失 稳 区 ， Ｂ区是 稳 定 区 。这 是所 有 研 究 者 得 出 的一致 结 论 。不论 是 平 底 板还 是反 拱 形 底 板 ， 价 评 单个板 块 的稳 定 性 ， 可 用 抗 浮 安 全 指 标 来 计 算 。 都
组成测力机构 ， 图 ２ 见 。在静水 中将二次仪表置零 ， 模
型 中所 测值 即为板块所 受 的上举力 。
称 。本 图实 际上给 出了射 流 冲击 荷载 产 生上 举力 的范 围， 不在 此范 围 的板块 所 受 上 举 力 可 以忽 略 。本 图 大 致 给 出了水垫塘 底板 的防护 区域 。
特高拱坝导流底孔施工工法(2)
特高拱坝导流底孔施工工法特高拱坝导流底孔施工工法一、前言特高拱坝是一种高度、规模和技术要求都较高的水利工程，其导流底孔施工工法的选择和实施对工程的安全和成功起着至关重要的作用。
本文将对特高拱坝导流底孔施工工法进行详细介绍，包括工法特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例等内容。
二、工法特点特高拱坝导流底孔施工工法的特点主要包括施工简便、效率高、经济性好、施工质量可控等。
采用该工法可以缩短施工周期，降低施工成本，确保施工质量达到设计要求。
三、适应范围该工法适用于特高拱坝导流底孔的施工，可以解决导流底孔施工中的难题，提高施工效率和质量。
在特高拱坝工程中，该工法具有广泛的应用前景。
四、工艺原理特高拱坝导流底孔施工工法的实际应用与施工工法的理论依据和技术措施有直接联系。
施工工艺的选择和实施是基于特高拱坝的地质条件、水文条件和工程要求。
工艺原理的详细分析和解释可以帮助读者了解该工法的实际应用价值。
五、施工工艺特高拱坝导流底孔施工工艺分为开挖、加固、固结和封闭等多个阶段。
在每个阶段中，施工人员需要采取相应的措施，如选择合适的施工设备、进行施工测量和监测等。
本文将详细描述每个施工阶段中的细节，以便读者了解施工过程中的每一个环节。
六、劳动组织特高拱坝导流底孔施工需要合理的劳动组织，包括施工人员的编组、分工和配合等。
在施工过程中，劳动组织的合理安排可以提高施工效率和质量。
七、机具设备特高拱坝导流底孔施工所需的机具设备种类繁多，包括挖掘机、钻机、喷射机等。
本文将对这些机具设备的特点、性能和使用方法进行详细介绍，以便读者了解其在施工过程中的作用和操作要点。
八、质量控制特高拱坝导流底孔施工质量的控制是确保工程安全和成功的重要环节。
本文将对施工质量控制的方法和措施进行详细介绍，包括施工监测、施工检验和施工记录等。
九、安全措施特高拱坝导流底孔施工中存在一定的安全隐患，施工人员需要严格遵守相关的安全要求，采取适当的安全措施。
水垫塘反拱型底板浇筑施工工法(2)
水垫塘反拱型底板浇筑施工工法水垫塘反拱型底板浇筑施工工法一、前言水垫塘反拱型底板浇筑施工工法是一种针对水垫塘工程中底板施工的技术方案。
本文将介绍这种工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例。
二、工法特点水垫塘反拱型底板浇筑施工工法具有以下特点：1. 底板采用反拱型结构，能够有效分散载荷，提高底板的承载能力和稳定性。
2. 采用水垫技术，通过在混凝土底板下方注入水进行支撑，可以减小施工过程中的沉降和变形。
3. 工法操作简单，施工效率高，适用于大面积底板的浇筑。
三、适应范围水垫塘反拱型底板浇筑施工工法适用于对底板要求高承载能力和稳定性的水垫塘工程，包括储罐基础、地坪、仓库等。
四、工艺原理该工法的工艺原理基于以下几个方面：1.反拱型底板结构可以将荷载合理分散，降低对底板的集中应力，提高承载能力。
2. 水垫技术可以通过提供垫层支撑，并在浇筑过程中减小地基沉降和变形。
3. 采取的技术措施包括底板结构设计优化、水垫预压力控制、防漏处理等，通过这些措施可以保证施工的可行性和稳定性。
五、施工工艺施工工艺包括底板结构设计、水垫预压力设置、施工准备、浇筑混凝土等步骤。
具体施工过程如下：1.底板结构设计：根据工程要求和地质条件，确定反拱型底板的具体尺寸和形状。
2. 垫层施工：在基坑底部铺设防水膜，并进行垫层的填筑和夯实。
3. 水垫设置：在垫层上方设置水垫充水要求的管道，并进行预充水到设定压力。
4. 混凝土浇筑：在水垫的支撑下，进行混凝土地板的浇筑和抹平，同时注意施工环境的控制和养护要求。
5. 管道处理：在混凝土初步凝固后，进行管道的处理和固化，确保施工质量和工程需求的满足。
六、劳动组织施工过程中需要合理安排劳动力资源，包括水泥砂浆配比员、水泥搅拌工、混凝土泵操作工、水垫充水工、混凝土抹灰工、养护工等。
七、机具设备施工过程中需要使用的机具设备包括搅拌机、抹灰机、混凝土泵、水压泵、扬水机等。
反拱水垫塘底板块破坏机理的试验研究
Ｅｘ ｒ ｍｅ ｔ ｌＲｅ ｅ ｒ ｈ ｎ ｔ ｅ Ｄｅ ｔ ｏ ｐｅ ｉ ｎ ａ ｓ ａ ｃ ｏ ｈ ｓｒ ｙ Ｔｈｅ ｒ ｆＳ ｎ ｌ ｌ ｂ ｏ ｙ ｏ ｉ ｇｅ Ｓ ａ
ｉ ｔ ｎｖ ｒ ｃ ｕ ｅ Ｐｏ ｌ ｎ ｈｅ Ｉ ｅ ｔＡｒ ｈ Ｐｌ ｎｇ ｏ
西安理工大学学报 Ｊｕｎｌ ｆ ｉａ ｎ ｅｓｙｏ ｅｈ ｏ ｇ （０ ８ ｏ．４Ｎ ． ｏｒａ ｏ ’ｎＵ ｉ ｒ ｔ ｆ ｃｎｌ ｙ ２ ０ ）Ｖ １２ ｏ４ Ｘ ｖ ｉ Ｔ ｏ 文章编号 ： ０６４ １ （０ ８ ０ － ５ －４ １０ － ０ ２０ ）４０ １０ ７ ４
４ ５１
Ａｂ ｔ ａ ｔ：Ａｎ ｅ ｐｅ ｍｅ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ｉ ｄ ｎ ｔ ｓｒ ｙｔ ｅ ｒ ｆａ ｓｎｇｅ ｓａ ｎ ｔ ｅ ｉ ｖ ｒ ｒ ｈ ｃ ｈ ｓｒ ｃ ｘ ｒ ｎ ａ ｒ ｓ ａ ｃ Ｓｍａ ｅ ｏ ｈｅｄｅ ｔｏ ｈ ｏ ｙ ｏ ｉ ｌ ｌ ｂ ｉ ｈ ｎ ｅ ｔａ ｃ ｕｓ — ｉ ｌ ｉｎ ｐ ｏ ｎ ｅ ｈｅ ｅ ｔｅ ｏ ｉ ｏ ｓ ｏ ｏ ｌ ｔｌ ａ ｇ ｄ ｗａ ｅｔｇ ｔｓ ａ ｎ ｎ ａ ｉａ ｅ ｎ ｈ ｒ ｒ ｄ ｏ ｏ ｌｕ ｄ ｒ ｔ ｘｒ ｍｅ ｃ ｎｄ ｔ ｎ ｆ ｃ ｍｐ ｅ ｅｙ ｄ ｍａ ｅ ｔｒｉ ｈ ｅ ａ ｄ ｉ ｖ ｄ ｔｄ ａ ｃ ｏ ｏ ｉ ｌ ｌ ａ ｎｄ ｒｔ ｅ ｉ ａ ｔｏ ａ ｇ ｓ ｈ ｒ ｅ ｆｏ ｈｇ ｔ ｒ ｈ ａ ｎ ｔ ｉ ｒｉｌ ． Ｔｈ ａ ｉｔｏ ｕ ｅ Ｓ ｏ ． ｎｄ ｕ ｅ ｈ ｍｐ ｃ ｆｌｒ ｅ ｄｉｃ ａ ｇ ｒ ｍ ｉｈ ｗａｅ ｅ ｄ ｉ ｈ ｓ ａ ｔｃｅ ｅ ｖ ｒａｉｎ ｒ ｌｓ ｉ ｂ
反拱 水 垫 塘底 板 块 破 坏 机 理 的试 验研 究
高拱坝水垫塘反拱型底板的体型
高拱坝水垫塘反拱型底板的体型马斌;练继建;杨敏;李毅佳【摘要】反拱型底板的稳定性是实现消能防冲的关键所在,为了研究反拱型底板块各体型参数对其稳定性的影响,结合某高拱坝水垫塘反拱型底板稳定性的实验研究,采用有限元数学模型及局部稳定性力学模型,从反拱水垫塘底板的圆心角、板块厚度、板块尺度和锚固水平等几个方面分析了底板稳定性与其体型的关系.结果表明,拱圈的圆心角及板块尺度不宜过大,板块厚度在满足稳定性要求的基础上可做适当调整,而锚固钢筋应尽量做到均匀布置.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2007(040)011【总页数】7页(P1284-1290)【关键词】水垫塘;反拱型底板;体型;稳定性【作者】马斌;练继建;杨敏;李毅佳【作者单位】天津大学建筑工程学院,天津,300072;天津大学建筑工程学院,天津,300072;天津大学建筑工程学院,天津,300072;天津理工大学经济管理学院,天津,300191【正文语种】中文【中图分类】TV653我国目前在建的高坝大部分位于深山峡谷中，一般具有窄峡谷、高水头和大流量等特点，如二滩、小湾、溪洛渡和拉西瓦等，它们普遍采用表、中联合泄洪，水垫塘消能的布置形式．水垫塘作为下游河床的防护结构，其自身在高速水流冲击下的稳定性是实现消能防冲的关键所在．反拱型水垫塘是利用河床基岩的天然形状将底板做成反拱形，利用拱形结构的力学特性，将射流冲击荷载传递到两岸山体或拱座，充分发挥混凝土材料的抗压特性和拱结构的超载能力，提高底板的整体和局部稳定性．根据已有的研究成果，反拱型水垫塘底板结构抵抗破坏的能力强，其稳定性大大优于平底板，在相同运行工况下，反拱型底板的安全系数可达平底板的2～3倍[1—4]．国外较早地采用了反拱水垫塘[5]，如西班牙 Susqueda双曲拱坝、南非P.R.Le.Roux双曲拱坝和格鲁吉亚Inguri拱坝等．20世纪80年代初，我国学者郭怀志等结合一中型砌石坝工程，对反拱形水垫塘进行了研究[6]．随后，在构皮滩、小湾和溪洛渡等工程的试验中，均对反拱形水垫塘进行了研究．湖南长潭岗水电站首先建成了反拱形水垫塘[7]，拉西瓦水电站也拟采用反拱型水垫塘．目前，人们对反拱型水垫塘进行了大量研究，但主要集中在水垫塘内的水流流态特征、底板表面的时均及脉动压强、脉动压力沿缝隙的传播规律、水垫塘底板稳定计算模式及控制指标等，虽然也有学者对反拱型底板的体型进行了研究[8]，但仅考虑了部分参数，反拱型底板体型对稳定性的影响还有待进一步研究．笔者以拉西瓦工程为背景，利用有限元数学模型和局部稳定性力学模型，主要从反拱水垫塘的圆心角、板块厚度、板块尺度和锚固水平等几个方面分析反拱水垫塘结构型式对稳定性的影响，为工程设计提供参考．由于射流水舌冲击压力的随机性，造成了反拱形水垫塘底板沿拱圈方向在任一时刻的荷载分布是不均匀的．同时，底板板块间缝隙的存在又使拱圈不成为一个整体弹性结构．因此，反拱形水垫塘底板在一些特定条件下有不能形成拱作用的可能性．即在某一时刻，作用于某单个板块的上举力出现大的数值，形成一种“随机拱”．此时，这个板块有失稳(出穴) 的趋势，两侧的板块可视为其拱座．如果此时该板块的上举力大于阻止其失稳的抗力，反拱底板就产生局部破坏．与此同时，作用在一个拱圈各板块上的荷载又通过拱结构传至拱端．如果拱座提供的稳固力大于拱结构传来的推力，则这个拱圈整体是稳定的．因此，反拱形水垫塘底板存在局部失稳和整体失稳两种稳定模式[9]．与整体失稳对应的是拱座的抗力，即拱座在保证安全的前提下所能承受的由板块传到拱端的最大推力．与局部失稳对应的是与平底板类似的单个板块的抗力．1.1 整体稳定性研究方法整体失稳是当反拱底板在水动力荷载或扬压力作用下形成整体上抬时，上举力或扬压力形成的拱端推力超过“拱座”的抗力产生的失稳．反拱底板的整体稳定依赖于拱座的稳定，即反拱水垫塘的稳定取决于拱圈稳定，拱圈稳定取决于拱座稳定．由于反拱底板结构的受力条件比较复杂，且各底板板块间存在缝隙，又使其不成为一个整体弹性结构，因此笔者利用ANSYS有限元通用软件，建立反拱水垫塘有限元模型[10]，对其整体稳定性进行分析．该模型采用三维非线性弹簧单元模拟锚固钢筋与基岩的位移协调、接触元模拟衬砌块接缝以及底板、拱座、基岩和边坡间的碰撞、滑移行为，采用附加质量考虑水体与底板之间的相互作用，能较为全面地反映水垫塘的受力特点和失稳机制．1.2 局部稳定性研究方法局部稳定性是建立在“随机拱”模型基础之上的稳定分析方法[11]．1.2.1 边缘衬砌块的稳定性分析边缘衬砌块临界破坏状态的受力情况如图1所示．图中：下标“i”表示边缘第i 块衬砌板；Ld为块体极限平衡时所需上举力；A为锚固力；N为拱的轴向推力；F 为板块间的摩擦力；τ为板块基岩间的摩擦力；f为混凝土块间的摩擦系数；fd为混凝土与基岩之间摩擦系数；α为板块中心线至水垫塘中心线的夹角；β为板块半中心角．边缘衬砌块没有承受其他块体传来的拱推力时，即拱的作用未形成时，板块受力分析是最危险的．由于水流荷载完全是随机的，运行过程中完全可能存在不形成拱作用的状态．由受力平衡可得：径向力平衡切向力平衡得边缘衬砌块（径向）稳定安全系数为式中Lmax为作用在板块上的水流最大上举力．1.2.2 中间衬砌块的稳定性分析当拱的作用形成后，即块体存在拱的轴向推动力．假定拱端提供的轴向推力为0N，切向锚固力为T，由边缘板块切向受力平衡可得由此可逆推出任意板块在临界平衡状态的轴向推力为当拱的作用形成后，根据中间板块径向受力平衡可得中间板块的安全系数为由以上分析模型可求出任一衬砌块的安全系数．拉西瓦双曲拱坝最大坝高 250 m，电站装机容量6×700 MW，为Ⅰ等大(1)型工程．坝址区为高山峡谷地貌，两岸坡陡峻，高差近700 m．坝后主要消能建筑物为水垫塘和二道坝．坝址的地形和地质条件决定了水垫塘更适宜采用反拱底板衬砌形式．反拱水垫塘长度约 218.30,m，横剖面按圆弧设计，底板最低点高程2,215.0,m，衬砌厚度 3,m，反拱中心角73.74°．每个拱圈内将底板均匀分成5块．水垫塘底板全断面布设锚筋并设有抽、排水设施，锚固水平底板，拱座为7.6 t/m2，边坡为5.0 t/m2．反拱水垫塘横断面见图2．3.1 反拱水垫塘圆心角对稳定性的影响对于弦长相同的反拱结构，其圆心角(或曲率)越大，则拱端推力的垂向分量也越大．较小的圆心角可充分利用拱座(山体)提供稳固力的水平分量，对于反拱结构的整体稳定性有利．然而，对于单个板块的局部稳定性来说，情况正好相反．因此，研究反拱结构的曲率对整体稳定性和局部稳定性的影响是有实际意义且必要的．建立拉西瓦水垫塘不同圆心角的有限元模型，计算工况为扬压力150 kPa，各圆心角下拱端推力及板块位移结果如图3和图4所示．图中板块相对位置均以α /θ 表示，α为各板块中心至水垫塘中心线夹角，θ 为水垫塘半圆心角，板块位移为底板沿径向的位移，以指向圆心方向为正．由计算结果可以看出，随着圆心角的增大，拱端推力逐渐增大，当圆心角为设计值(73.74°)时，拱端推力达到99.9×9.8 kN/m，然后开始有所减小．当圆心角小于45°时，拱端推力的水平分量逐渐增大，圆心角在45°～75°时，变化不大，圆心角大于75°后，水平分量开始减小．而拱端推力的垂直分量则随圆心角的增大，一直增大，使得拱座的竖向位移也呈现出相同的变化趋势，但是拱座的整体位移、应力值都不大．水垫塘底板块的最大位移逐渐减小，当圆心角较小时，中间板块位移较大，边缘板块位移较小，位移分布呈“Π”型，随着圆心角的增大，中间板块和第2、4块板块的位移逐渐减小，中间板块的位移减小更为显著，边缘板块的位移则逐渐增大，当圆心角达到105°时，边缘板块的位移已经超过其他板块，位移分布呈“V”型．图5为不同圆心角的反拱结构单个板块的极限平衡抗力，其中L为极限抗力，G 为各板块自重．从图5（a）中可明显看出，单个板块局部稳定极限抗力随反拱结构圆心角的增大而增大．当圆心角达到30°时，拱的作用就已经非常明显．拱形底板块的抗力比平底板增加了1倍多，第2、4板块也增加了0.7倍，而90°圆心角则分别增加了2.14倍和1.25倍．推力水平分量取得较大值，同时又使板块的极限抗力不致过低，即充分发挥拱在这两方面的作用．由图5（b）可分析各板块极限抗力的变化趋势，当圆心角大于30°时，曲线斜率降低，即抗力增量减小；但同时考虑拱端推力水平分量在45°～75°之间趋于平稳，当圆心角大于75°时，拱端推力水平分量急剧下降．综合两方面的因素，反拱结构圆心角在45°～75°之间较为适宜，应视工程具体情况而定．3.2 板块厚度对稳定性的影响当底板厚度变薄时，拱座位移和应力、板块位移、锚筋应力都呈增大趋势．扬压力主要靠板块自重、锚固钢筋力和拱座提供的推力来承担，以保持结构的稳定．由于底板厚度变薄，自重减轻，拱端推力和锚固钢筋应力势必增大，极限抗力减小，对于反拱底板的整体稳定性及局部稳定性均不利．因此，必须在拱座能维持稳定的情况下，板块的厚度才可适当减小．3.3 板块尺度对稳定性的影响在扬压力的作用下，反拱水垫塘底板分块数量对拱端推力及拱座、板块位移的影响不大．这是因为在扬压力(均布荷载)的作用下，不同数量板块构成的拱圈具有相同的拱作用．水垫塘在施工中的纵缝和横缝将底板分割成一定尺度的块体．反拱型底板块尺度对局部稳定性的影响主要体现在以下两方面：一是水流荷载(上举力)因板块尺度的不同而异；二是拱结构本身效应使其极限抗力有所不同．3.3.1 板块尺度对抗力的影响利用“随机拱”模型对板块尺度对抗力的影响进行分析，结果如图 6所示．由图可知，板块极限抗力随尺度的增大而减小，说明反拱形底板单个板块主要靠其他板块对其约束．因此，从反拱结构角度看，板块尺度越小越对局部稳定有利．但是，板块尺度小，作用其上的上举力就可能大，特别是脉动上举力会增大．3.3.2 板块尺度对上举力的影响上举力为作用在板块上下表面的动水压力之差．抗力增量系数为以单个板块(单个板块的圆心角2β与整个反拱圆心角θ的比值为0.111)的抗力为1，当板块面积增大(沿拱圈方向)后的抗力与单个板块抗力的比值．荷载增量系数与抗力增量系数类似．由文献[12]的点面脉动上举力转换系数计算出沿拱圈方向不同尺度的水流荷载，同时计算出相应的抗力，当板块尺度变化时，板块抗力增量与荷载增量的关系如图7所示．由图 7可知，当板块的尺度增大到2β/θ=0.20时，抗力增量速率降低，而荷载增量速率不变．因此，反拱形底板垂直水流方向的尺度不宜过大，否则，将不能充分利用其他板块对其产生的约束力．根据随机拱的力学模型，这种约束力主要来自其他板块的切向摩擦力和锚固力．3.4 锚固水平对稳定性的影响在扬压力的作用下，钢筋的不同锚固水平产生的拱端推力可能不同．在保证结构安全运行的前提下，应尽量减少锚固钢筋量，或是总体锚固量一定(同一拱圈)时，应通过合理布置钢筋来增强结构稳定．因此，有必要对扬压力作用下不同钢筋锚固水平下的整体稳定性进行研究．这里将钢筋的锚固水平分为两种情况考虑：①保持同一拱圈上锚固钢筋总量不变，在这里锚固总量为各个板块均匀锚固7.6 t/m2时的钢筋量，保持第2、4块的锚固水平不变，改变A1或 A5（A1=A5）与中间板块A3之间锚固水平的相对关系；② 同一拱圈均匀锚固，改变总体锚固水平．两种情况下的拱端推力计算结果如图8所示．由计算结果可知：①在扬压力(均布荷载)的作用下，当同一拱圈上的钢筋锚固量总体不变时，钢筋愈趋向于均匀布置时产生的拱端推力愈小，板块、拱座的位移和应力变化趋势与拱端推力一致，同一拱圈内的不均匀锚固可能使个别板块位移加大，从而加大拱端推力，同时也使局部区域的锚固钢筋达到屈服，所以在扬压力的作用下，应尽量均匀布置钢筋，使拱端推力较小，有利于反拱水垫塘底板的整体稳定；②同一拱圈上均匀锚固时，随锚固水平的增加，拱端推力降低趋势变缓，大约锚固5,t/m2后，再增加锚固量，拱端推力和拱座位移的变化效果不显著．拱端力系数N0/G =0.57时，两种锚固水平情况下的极限抗力计算结果如图9所示．本文在建立有限元数学模型和反拱形水垫塘底板失稳模式基础上，以拉西瓦水垫塘为例，分析了反拱水垫塘底板衬砌结构型式对稳定性的影响，进一步印证了反拱型底板的稳定性优于平底板的观点，并得到以下结论：(1) 综合圆心角对整体稳定性和局部稳定性的影响，反拱结构圆心角在45°～75°之间较为适宜．曲率过大，拱端推力的水平分量就小，不能充分利用拱座(拱端两侧山体)提供的较大水平力，或者说不能充分利用山体的横向约束；曲率过小，抗力不大，而且拱端推力水平分量也不大．(2) 对于局部稳定性来说，单个板块圆心角与整个反拱结构圆心角的比值不宜超过0.2．板块横向尺度过大，荷载增量大于抗力增量，不利于板块的稳定．(3) 底板厚度变薄将会导致拱端推力和锚固钢筋应力的增大，在保证拱座能维持稳定的情况下，板块的厚度可适当减小．(4) 钢筋锚固应尽量沿拱圈均匀分布，同一拱圈的不均匀锚固会导致个别板块位移加大，从而加大拱端推力，同时也使局部区域的锚固钢筋达到屈服，当同一拱圈上均匀锚固时，随锚固水平的增加，拱端推力降低趋势变缓，大约锚固5,t/m2后，再增加锚固量，拱端推力和拱座位移的变化效果不显著．【相关文献】［1］崔广涛，彭新民，杨敏．反拱型水垫塘——窄河谷大流量高坝泄洪消能工的合理选择［J］．水利水电技术，2001，32（12）：1-3．Cui Guangtao, Peng Xinmin, YangMin.Reasonable selection of high arch dam energy dissipator in narrow valley under large discharge— counter-arch slab plunge pool［J］.Water Resources and Hydropower Engineering, 2001, 32（12）：1-3（in Chinese）.［2］杨敏，练继建，王继敏, 等．水垫塘反拱形底板局部稳定性［J］．天津大学学报，2004, 37（7）：605-609．Yang Min，Lian Jijian，Wang Jimin，et al．Study on local stability of counter-arched slab in plunge 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Water Resources and Hydropower Engineering，2002，33（3）：40-42（in Chinese）．［10］马斌．高拱坝及反拱水垫塘结构泄洪安全分析与模拟［D］. 天津：天津大学建筑工程学院，2006．Ma Bin. Safety Analysis and Simulation of Flood Discharge of High Arch Dam and Counter-Arch Plunge Pool［D］. Tianjin：School of Civil Engineering, Tianjin University，2006（in Chinese）．［11］练继建，杨敏，安刚．反拱型水垫塘底板结构的稳定性研究［J］. 水利水电技术，2001，32（12）：24-26． Lian Jijian，Yang Min，An Gang．Study on stability of counter-arch slab in plunge pool［J］. Water Resources and Hydropower Engineering，2001，32（12）：24-26（in Chinese）．［12］林继镛，练继建．二元射流作用下点面脉动壁压幅值计算［J］. 水利学报，1988，19（12）：34-40．Lin Jiyong，Lian Jijian．Calculation of the point and area wall fluctuatingpressure amplitude for twodimensional jet［J］. Journal of Hydraulic Engineering, 1988，19（12）：34-40（in Chinese）．。
关于高拱坝施工难点及施工技术的分析
关于高拱坝施工难点及施工技术的分析Analysis on The Difficulties and Construction Technology of High Arch Dam Construction ■ 厉旭龙1胡二伟2■ Li Xulong Hu Erwei[摘 要] 笔者从高拱坝施工的独特性入手阐析了相关施工技术中存在的难题，针对这些难题总结出温控防裂的处理方案。
[关键词]技术难点高拱坝温控防裂[Abstract] From the uniqueness of high arch damconstruction, the author analyzes the problems thatexist in the related construction technology, and then puts forward some tempera- ture control and crack prevention measures for these challen- ges.[Keywords]technical difficulties, high arch dam, temperat ure control and crack prevention建设高拱坝时需要满足一定的条件，尤其在坝址的选择上应当注意选那些地形地质状况良好的、河谷狭窄且对称的，在坝肩坝基强度足够且完好的坝址可以建筑高拱坝。
高拱坝有许多突出的有点，如超强抗震能力、负载容量大、坝身泄量大能较好的配合其他施工工程、基本无干扰、节省坝体混凝土等。
高拱坝竞争日益激烈，特别是这几年高拱坝领域的突破性技术使之成为水利枢纽的代表。
一、 高拱坝施工特点及难点(1) 高拱坝附近的山坡陡度过大，难以施工且在开挖土石方面存在很大困难；通常高拱坝位于高地应力地区，被挖除出来的基岩会出现明显的变形；高拱坝选址标准高，在地质状态繁杂地段处置困难。
高拱坝水垫塘底板稳定分析研究
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高拱坝下游水垫塘底板块稳定性设计
高拱坝下游水垫塘底板块稳定性设计刘沛清(北京航空航天大学五系流体所)摘 要 本文分别对高拱坝下游平底水垫塘和反拱水垫塘底板块的稳定性问题进行了分析，并通过对板块的受力分析建立了相应的稳定性条件。
结果可供设计部门应用。
关键词 水垫塘，底板块，稳定性条件。
本文于1998年11月4日收到.本 文得到国家自然科学基金项目的资助(批号：59679004)1 高拱坝下游水垫塘的消能机理、体型设计与板块的防护问题挑跌水流落入下游水垫塘后，具有相当大的机械能(动能)和对河床底部的冲击力。
为了避免下泄的高速射流对河底的冲刷破坏，要求坝下游水垫塘有足够的深度和体积，以消刹下泄集中射流的能量，并通过射流在水垫塘内的充分扩散，减轻其对河床底部的冲击能力(包括压强和流速)。
射流在水垫塘内的流动结构和特征虽然较为复杂，但宏观上可看作为淹没冲击射流和淹没水跃的混合流态，水垫的消能机理实质上类似于淹没射流和水跃的消能机理。
从流态结构看，进入水垫塘中的射流为淹没冲击射流[1]，即沿主流方向存在三个不 同性质的子区域，自由射流区(Ⅰ)、冲击区(Ⅱ)和壁射流区(Ⅲ)。
其中，Ⅰ区内主流近似按 直线规律扩散，但扩散角一般比空气中的射流大，并由于卷吸的作用，在主流区两侧各形成一旋滚区；在Ⅱ区内射流受到底板的折冲，主流转向，流速迅速减小，压强急剧增大，由该区产生的强大冲击压力是造成底板块失稳破坏的主要根源；而在Ⅲ区内，高速主流贴底射出，其沿程的扩散规律类似于壁射流，但随水垫深度的增大，主流顶部的表面旋滚区逐渐被淹没于水下，形成淹没混合流。
从消能观点看，水垫塘的消能机理实质上是主流在沿程变化的过程中所发生的能量传递、再分配和耗散的过程，主流的时均动能通过强紊动剪切和扩散作用不断地传递给紊流脉动(用以紊动生成和紊动耗散)和塘内的大尺度旋涡区(以维持这些大尺度旋滚区的转动)，同时在这种能量的传递、再分配过程中伴随因时均剪切作用引起的粘性耗散.一般而言，对于挑跌流式水垫塘消能型式，单位体积消能率η＜20kW/m 3，我国二滩等工程坝下水垫塘最大单位体积消能率η=10～15kW/m 3。
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特高拱坝水垫塘反拱型底板开挖施工技术
白鹤滩水电站水垫塘全长约360.00m，采用圆弧反拱底板接复式梯形断面。
水垫塘反拱底板圆弧半径111.02m，圆弧底板弧底开挖高程556.00m，拱端开挖高程559.00m，反拱底板预留保护层，保护层厚度为2～5m。
水垫塘基础为柱状节理玄武岩、角砾熔岩及隐晶质玄武岩，根据水垫塘施工条件及开挖体型特点，水垫塘高程603.00～559.00m之间边坡采用自上而下分层梯段预裂爆破开挖，高程559.00m以下水垫塘反拱底板基础采用水平预裂爆破和复合消能爆破相结合的方式开挖，既保证了建基面开挖质量，也极大的缩短了反拱底板开挖的施工工期，为实现了水垫塘混凝土如期开浇提供了保障。
标签：圆弧反拱底板；预留保护层；柱状节理玄武岩；水平预裂爆破；复合消能爆破
1工程概况
1.1枢纽介绍
白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县境内，是金沙江下游干流河段梯级开发的第二个梯级电站。
电站的开发任务以发电为主，兼顾防洪，并有拦沙、发展库区航运和改善下游通航条件等综合效益，是西电东送骨干电源点之一。
水库总库容206.27亿m3，正常蓄水位825.00m，电站装机容量16000MW，多年平均发电量625.21亿kW？h。
本工程为Ⅰ等大（1）型工程，枢纽工程由拦河坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等主要建筑物组成。
拦河坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程834.00m，最大坝高289.00m，坝下设水垫塘和二道坝。
地下厂房对称布置在左、右两岸，厂房内各安装8台单机容量为1000MW水轮发电机组。
电站建成后，将仅次于三峡水电站成为世界第二大水电站。
1.2 水垫塘体型及地质条件
白鹤滩水电站大坝下游水垫塘采用圆弧反拱底板接复式梯形断面。
水垫塘反拱底板圆弧半径111.02m，圆心角26.73°，弦长51.27m，圆弧底板弧底开挖高程556.00m，拱端开挖高程559.00m，矢高3m，反拱底板预留保护层，保护层顶面高程561.00m，保护层厚度为2～5m。
水垫塘边坡主要分布P2β31～P2β32层隐晶质玄武岩、第二类柱状节理玄武岩、角砾熔岩等，
基础主要由P2β32层柱状节理玄武岩、角砾熔岩部位和P2β31层隐晶质玄武岩构成。
P2β32層柱状节理玄武岩岩体内层内错动带发育，岩体呈弱风化下段，弱卸荷，开挖爆破制标准较高（要求10m高处振速不大于10cm/s，1m处声波衰减率不大于10%）。
2水垫塘反拱底板开挖总体方案
水垫塘左岸边坡高程603m以下开挖厚度大，约35～60m，按照设计要求，应采取前缘分块爆破，基础面预留保护层厚约3～6m；高程559m以下为圆弧反拱底板断面，弧底板弧底开挖高程556.00m，拱端开挖高程559.00m，矢高3m，反拱底板预留保护层，保护层顶面高程561.00m，保护层厚度为2～5m。
根据水垫塘的地形条件、体型特点及工期要求，水垫塘高程603.00～559.00m 之间边坡在前沿块爆破完成后，同步进行自上而下分层梯段的预裂爆破开挖；高程559.00m以下水垫塘反拱底板基础采用水平预裂爆破和复合消能爆破相结合的方式开挖。
水垫塘反拱段位于水垫塘边坡的底部，为保证水垫塘反拱底板开挖时坝基及水垫塘施工道路的畅通，以水垫塘中心线为界，对水垫塘反拱分左右岸两部分进行开挖。
当一侧施工时，可在另一侧布置施工道路，施工道路采用左右岸交替布置的方式以保证整个大坝基坑施工材料、设备及渣料的正常运输。
3水垫塘反拱底板开挖施工程序
水垫塘边坡高程603.00～559.00m，在前沿块爆破完成后，预留保护层主要采用预裂爆破施工，建基面边坡预裂主要根据保护层顶面开挖岩石出露情况及振动监测结果进行布孔及装药，在岩层出露相同部位，根据上一炮的监测结果，对爆破参数进行优化调整。
水垫塘反拱底板高程559.00m以下（保护层顶面高程561.00m）基柱状节理玄武岩开挖质量要求高、工序复杂、施工工期紧张（整个水垫塘预裂面积23.8万m2，开挖工程量达143万m3，施工工期仅为9个月，开挖预裂速度将达2.6万m2/月（881m2/天）），为实现节点工期目标，研究出了上下两侧或中部抽槽，顺水流向多点面推进，确保了反弧基础面成型及大面积预裂和复合消能爆破相结合同步进行施工。
4水垫塘反拱开挖爆破技术
根据水垫塘节点工期目标及不影响大坝固结灌浆（水垫塘开挖和坝基固结灌浆之间的安全距离按照规范要求不小于30m），为加快水垫塘的开挖速度，水垫塘反弧基础面开挖采用预裂能爆破和复合消能爆破相结合方式进行施工。
预裂能爆破和复合消能爆破均采用精细化开挖爆破方案，在试验区及非试验区爆破实行一炮一总结，建基面每开挖一块，由参建各方召开梯段总结会，对梯段上钻至爆破结束全过程进行客观、全面的总结分析，确定爆破规模，优化爆破参数，确保保留岩体损伤深度及基础超欠挖控制在标准以内保证反拱基础面开挖质量。
4.1边坡预裂爆破技术
水垫塘边坡高程603.00～559.00m，为减小开挖爆破对建基面保留岩体的振
动影响，保护层顶面和保护层均采用YQ-100B潜孔钻造孔、预裂爆破技术开挖成型，按照“建基面预裂孔+外部平行缓冲孔台阶爆破法”开挖施工，预裂面外侧缓冲层厚度按照不小于1.2～1.5m控制，预裂爆破每循环推进进尺10～12m以内。
为确保建基面开挖成型质量，在保护层顶面进行预裂爆破试验，优化调整爆破参数，具体见表4-1。
施工过程中，对钻孔、装药及联网爆破等工序进行精细化控制，每次爆破后进行总结，根据监测数据和爆破效果对下一层开挖爆破参数进行调整。
4.2反拱底板预裂爆破技术
水垫塘边坡高程559.00m以下根据岩石地质状况及施工施工工期安排采用了预裂和复合消能爆破。
在岩石地质条件较好部位采用水平预裂进行施工，水平预裂孔采用YQ-100B潜孔钻进行造孔，按照10m左右进尺从掏槽两侧或上游、下游临空面逐块循环推进。
预裂孔基本平行于设计建基面，为减少主爆孔爆破对建基面保留岩体的振动影响，主爆孔至预裂孔（建基面）预留1.2m的缓冲层。
4.3反拱底板复合消能爆破技术
为加快水垫塘保护层开挖进度，根据前期在河床坝段保护层顶面及水垫塘斜坡部位进行的复合消能爆破技术试验成果，在水垫塘高程559.00m以下反拱底板基础为柱状节理玄武岩、角砾熔岩区域采用复合消能爆破。
复合消能爆破是在垂直开挖面的爆破孔底部安装一种特殊的消能结构和以松砂等柔性材料为主的缓冲层，通过特定型式的消能结构反射爆炸冲击波，诱导爆炸冲击波能量沿基础开挖面方向聚集，实现相邻孔间岩体的充分破碎，同时消能座的破碎和松砂的压实可以消耗爆炸能量从而减轻爆破对炮孔底部岩体的损伤。
此方法通过在孔底基础开挖面方向上加强岩体破碎，在垂直开挖面方向上削弱岩体的爆破损伤可有效减小爆后的起伏差，保证基础开挖面的一次成型，从而达到提高坝基开挖质量和施工效率的目的。
复合消能装置反射爆破能量沿球面的各切面方向，为保证保证爆破面相临炮孔爆破面平整及圆弧底板体型，要求每个炮孔均垂直于圆弧建基面，顶部指向反拱圆心。
施工工程中，测量人员根据爆破设计进行逐孔放样，造孔完成后，再根据实际孔深计算回填深度，确保复合消能装置中心和设计建基面齐平。
4.4 爆破监测成果
通过对水垫塘反拱底板预裂爆破及复合消能爆破的质点振动速度监测，均满足设计技术要求的爆前、爆后声波测试，岩体厚度 1.0m 声波衰减不大于10%的（建基面高程以下 1.0m）及距离此梯段10m 处，质点振动速度小于5cm/s 的指标，两种爆破方式均能获得较好的建基面成型效果。
5 结束语
白鹤滩水电站水垫塘反拱底板通过采用预留保护层开挖和复合消能爆破等精细化施工技术开挖，不仅保证了建基面开挖质量，也极大的缩短了反拱底板开挖的施工工期，为实现了水垫塘混凝土如期开浇提供了保障。
在国家加大基础建设力度、推行“一带一路”战略的大背景下，复合消能的岩石基础开挖控制爆破技术在南水北调、西气东送等水电、能源、交通及矿山建设方面均具有广阔的工程应用推广前景，该类型爆破技术的推广应用将在其它水电建设项目中产生巨大的直接和间接经济效益，并能为我国岩体开挖轮廓爆破技术与爆破损伤的控制技术发展提供新思路。