紫坪铺水利枢纽工程关键技术问题与对策

文 章 编 号 ：1000-1123 （2010 ）20-0059-06
一、工程概况
紫坪铺水利枢纽工程位于岷江 上 游 都 江 堰 市 麻 溪 乡 ， 其 下 游 6 km 是闻名于世的都江堰渠首工程，距成 都市 65 km。 工程以灌溉和供水为主， 兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综 合效益。 枢纽主要建筑物包括混凝土 面板堆石坝、溢洪道、引水发电系统、 冲沙放空洞、#1 及 #2 泄洪 洞 。 水 库 校 核 洪 水 位 883.10 m， 正 常 蓄 水 位 877.00 m，死 水 位 817.00 m，水 库 总 库 容 11.12 亿 m3，正 常 水 位 库 容 9.98 亿 m3，电站装机4×190MW。 该 工 程 为 Ⅰ 等 工 程 ， 大 坝 按 100 年 超 越 概 率 0.02 进 行 抗 震 设 计 （相 应 基 岩 水 平 动 峰 值 加 速 度 0.26 g），其余建筑物为
50 年超越概率 0.05 进行抗震设计（相 应基岩水平动峰值加速度 0.155 g）。
工 程 于 2001 年 3 月 29 日 开 工 建设，于 2005 年 9 月 30 日下闸蓄水， 2006 年 6 月工程全部建成。 2008 年 5 月 12 日 四 川 汶 川 发 生 里 氏 8 级 地 震，紫坪铺大坝距离震中约 17 km，地 震时库水位 828.74 m， 坝顶监测到最 大地震加速度达 2.064 g，坝基地震动 输入可能大于 0.5 g（基岩监测点已破 坏）， 整个工程经受了远远超设计标 准大地震的严峻考验。 震后 7 分钟恢 复向成都供水，5 月 17 日恢复发电。
泄洪洞创新地采用了簸箕状挑坎和缓坡段环形掺气挑坎，成功解决了 46m/s 的超高水流速问题。
关键词：紫坪铺；坝体变形和沉降；压实度；簸箕状挑坎；环形掺气挑坎
Key technological problems and countermeasures of Zipingpu water control project//Yang Zhihong, Chen
坝体分区设计以控制坝体变形、 沉降为主导，避免面板结构性开裂及 接缝止水破坏，坝体各分区用料要求 有良好的级配过渡，满足透水要求。
2.坝料设计
（1）坝 料 设 计 原 则 筑坝料绝大部分取料于坝址上 游 4.5～5 km 处 的 尖 尖 山 石 炭 系 （C） 灰岩料场， 岩石饱和抗压强度弱风 化 为 63.48 MPa， 新 鲜 为 76.42 MPa； 软 化 系 数 为 0.92～0.87， 岩 石 干 密 度 2.70 g/cm3，岩石比重为 2.72～2.76。 坝 料开采主要采用深孔梯段爆破。 另外 施 工 中 还 利 用 了 位 于 坝 址 上 游 4.5～ 6.5 km 的查关村、龙溪口、猴子坡等砂 卵石料及查关村、龙溪口灰岩爆破料。
ⅢC 次堆石
河床 砂卵石
1 000
＜5 2.30 18.1 0.919
尖尖山 可利用 灰岩 1 000 5~15
＜5 2.15 21.0
ⅢD 下游 堆石 尖尖山 灰岩 爆破料 1 000 5~15 ＜5 2.15 21.0
2.1
水 60
技术创新与应用
2010.20 中国水利
分区
平面碾压
垫层料
斜坡碾压
技术创新与应用
2010.20 中国水利
紫坪铺水利枢纽工程 关键技术问题与对策
杨志宏， 陈惠君 （四 川 省 水 利 水 电 勘 测 设 计 研 究 院 ，610072，成 都 ）
摘 要： 紫坪铺工程面板坝坝体变形和沉降控制与 #1、#2 泄洪洞高速水流控制设计是本工程突出的两个关键技
术问题， 面板堆石坝设计中成功采用表面振动器法测试最大干密度 ， 以压实度确定坝料填筑标准的方法 ；#1、#2
收 稿 日 期 ：2010-09-24 作 者 简 介 ： 杨 志 宏 （1969 — ） ， 男 ，高 级 工 程 师 。
59 水
技术创新与应用
CHINA WATER RESOURCES 2010.20
图 1 标准剖面图
1∶1.4。 坝轴线上游 100 m 至趾板及下 游坝壳堆石ⅢD 区坝基覆盖层砂卵石 全部挖出，其余部分保留。 见图 1。
method is used to measure maximum dry density and also the compaction degree is used to determine dam ma-
terial filling standard in the design of concrete-faced rockfill dam. Dust-pan shaped bucket and annular bucket
2.36
0.98~0.99
78
2.15
2.21
0.98~0.99
93
2.30
2.37
0.98~0.99
3.大坝质量检测
（1）坝 体 填 筑 施 工 参 数 坝体填筑主要碾压机具为： YZ26C 自 行 式 振 动 碾 、BW75S—2 振 动碾及 YZT—10 拖式振动碾。 坝料碾 压试验确定的施工参数见表 2。 从表中看，施工参数均属于常规 范围，这说明要满足本工程较高的坝
坝料 分区
编号 名称
来源
Key words： Zipingpu; dam body deformation and settlement; degree of compaction; dust-pan shaped bucket; an-
nular bucket aerator
中 图 分 类 号 ：TV65
文 献 标 识 码 ：B
aerator at gentle-slope section are adopted for #1and #2 discharge tunnels as innovative approaches, which suc-
cessfully solve 46m/s hyper velocity flow problem.
设计通过采用具有创新意义的 设计方案，成功解决了面板坝坝体沉 降和变形，以及两条泄洪洞超高水流 速控制的关键技术问题。 工程运行情
况 及 其 在 “5·12” 大 地 震 中 所 表 现 出 来的极好的抗震性能，充分验证了设 计的合理性及工程质量的优良。
二、面板坝坝体的沉降和 变形控制
1.坝体结构设计
面板堆石坝剖面设计考虑了工 程的重要性、 坝料特性及抗震要求。 坝 顶 高 程 884.00 m， 趾 板 地 基 高 程 728.00 m，最大坝高 156.00 m。 坝顶长 634.77 m，宽 12.00 m，坝 顶 设 “L”形 防 浪 墙 ， 墙 顶 高 程 885.40 m， 墙 高 6 m。 坝体上游坡坡度 1∶1.4，下游坡分别在 高程 840.00 m 及 796.00 m 设置宽 5 m 的 马 道 ，840.00 m 高 程 以 上 坝 坡 坡 度 1∶1.5，840.00 m 高 程 以 下 的 坝 坡 坡 度
坝 料 设 计 遵 循 以 下 原 则 ：①各 分 区坝料透水性从上游到下游增大并 满足水力过渡要求； ②满足垫层、过 渡层、 主堆石料压缩模量的刚性过 渡 ，以 协 调 坝 体 变 形 ；③ 次 堆 石 区 坝 料 的压缩模量与主堆石区料量级相同。
压缩模量与主堆石区料量级相 同的部分河床覆盖层砂卵石及尖尖 山强风化可利用料用于次堆区，考虑 到砂卵石料其压缩变形量小、变形稳 定快、模量大、有围压条件下强度高 的特点，在坝体的中下部利用了部分 砂卵石料进行坝体填筑。
现行规范规定的孔隙率及相对 密度范围至少对于本工程而言显得 过于宽泛，因此设计控制孔隙率在规 范要求的下限值，相对密度采用较高 值（不低于 0.85~0.9）。
（3）坝 料 设 计 参 数 根据以上设计原则及填筑标准， 通过大量室内试验及有限元分析结 合现场爆破试验成果，综合确定坝体 各主要分区坝料级配及填筑控制参 数（表 1）。 对河床部位保留覆盖层（砂卵石 层 ） 的 要 求 是 ： ① 天 然 干 密 度 ρd > 2.30 g/cm3。 ②相对密度 Dr > 0.8。 ③压 缩模量 Es（0.1～3.2）≥100 MPa。
下游堆石区
表 3 坝体高程 850.00 m 以下填筑干密度检测成果统计表
取样组数（组） 设计值（g/cm3） 检测平均值（g/cm3）
压实度
401
2.30
2.36
0.98~0.99
9
2.30
2.359
0.98~0.99
166
2.25
2.29
0.98~0.99
491
2.16
2.25
0.99~1
44
2.32
设计 参数
最大粒径 dmax（mm） <5 mm 含量(%)
<0.075 mm 含量（%） 干密度 ρd（t/m3） 孔隙率 n（%） 相对密度 Dr
渗透系数 k（cm/s）
Ⅱ
垫层料
尖尖山 灰岩 爆破料
100 30~45
＜8 2.30 15.4 0.90 2.5×10-3
表 1 主要坝料设计参数表
ⅡA 特殊 垫层料 尖尖山 灰岩 爆破料
代号 Ⅱ
特殊垫层料
ⅡA
过渡层料
ⅢA
灰岩料
主堆石料
ⅢB
砂卵石
灰岩料
次堆石料
ⅢC
砂卵石
下游堆石料
ⅢD
注：碾压设备单向开行一趟为一遍。
表 2 坝体填筑施工参数表
碾压设备
行车速度（km/h） 碾压遍数（遍）
YZ26C 自行式振动碾
2.4
6
YZT—10 拖式碾
静碾 2 遍，上振 2.4
下不振 6 遍
BW75S—2
0.8
8
YZ26C 自行式振动碾
2.4
6
YZ26C 自行式振动碾
2.4
8
YZ26C 自行式振动碾
2.4
8
YZ26C 自行式振动碾
2.4
8
YZ26C 自行式振动碾
2.4
6
YZ26C 自行式振动碾
2.4
8
加 水 量 （% ） 10
2
5 10 15 10 15 10 15
铺 料 层 厚 （cm ） 45
法向预留 8cm 沉降
（2）坝 料 填 筑 标 准 的 确 定 方 法 为保证大坝在各种工况下的安 全，避免堆石体产生较大的变形而导 致垫层与面板脱空及面板结构性破 裂，设计选择了较高且可实施的坝料 填筑标准。
依据各分区用料及级配，在室内 试验中用等重量替代法（或先相似后 替代）处理超径，采用表面振动器法 测求最大干密度（第一次将表面振动 器法用于坝高超过 150 m 的面板坝）， 采 用 压 实 度 ≥0.97 确 定 填 筑 干 密 度 标准，再利用孔隙率及相对密度衡量 填筑干密度标准的合理性。
30 45 90 90 90 90 90
料设计填筑标准， 不增加施工难度， 工程费用也不明显增加。
（2）主 要 填 筑 指 标 检 测 大坝填筑施工中对坝体填筑干 密度、颗粒级配及渗透系数进行了现 场检测，成果见表 3～表 5。
由表 3 统计成果可知，各分区坝 料检测平均干密度均大于设计指标， 压实度均超过设计 0.97 的标准，达到 0.98 以上。 标准差均远小于0.1 g/cm3， 表明大坝填筑密度均匀。
由表 4 可知，各分区用料满足设
计要求，检测平均值均基本控制在设 计范围值的中值。
由表 5 可知，坝体各分区填筑料 渗透系数满足设计要求，符合坝料渗 透系数随小于 5 mm 颗粒含量增加而 减小的规律，满足坝料分区水力过渡
分区
垫层料区
特殊垫层料区
过渡பைடு நூலகம்区
主堆石料
灰岩料 砂卵石料
次堆石料
灰岩料 砂卵石料
40 49.0~66.7 6.7~10.3
2.30 15.4 0.91
ⅢA
过渡料
尖尖山 灰岩 爆破料
300 10~20
＜5 2.25 17.3 0.93 5.3×10-1
ⅢB 主堆石
尖尖山 灰岩 爆破料
800 5~15
＜5 2.16 20.6 0.92 2.1
河床 砂卵石
800
＜5 2.32 17.4 0.925
Huijun
Abstract： Both dam body deformation and settlement control with design of high velocity flow control for #1 and
#2 discharge tunnels are the two prominent technical issues for Zipingpu project. The surface -type vibrator