双溪水电站碾压混凝土重力坝设计

1 工程概况 双溪水电站位于广东省大埔县境内的韩江二级支流梅潭河
中游，坝址距县城约 27 km。 工程规模为三等工程。枢纽主要建筑物由拦河坝、引水隧洞
（部分引水隧洞结合导流隧洞作为前期施工导流建筑物）、河岸厂 房组成。拦河坝坝型为碾压混凝土重力坝，最大坝高 54 . 7 m。 引水隧洞位于河床右岸山体中，全长 734 . 2 m，内径 6 . 2 m。电站 总装机容量 3 > 12 MW。水库总库容 9 460 万 m3，可进行季调节。 梅潭河流域属亚热带季风气候。流域多年平均气温 21C。 多年平均降雨量 1 730 mm，其中 5 ~ 6 月占全年雨量的 31% 。多 年平均相对湿度 79% 。坝址多年平均流量 32 . 4 m3 / S，设计洪水 流量（50 年一遇）4 130 m3 / S。 坝址两岸地形比较对称，左岸坡率平均 30 ，右岸坡率平均 45 ，自然边坡尚属稳定。坝址河床以厚层状石英砂岩为主，中间 夹四层薄层状泥质粉砂岩，层面倾向上游，倾角 25 ~ 30 ，岩体比 较完整，不存在坝基深层滑动问题。建坝条件较好。坝区地震设 防烈度 6 。 工程于 1995 年 1 月 1 日开工，1996 年 1 月 15 日开始浇筑碾 压混凝土。第一、二台机组于 1997 年 10 月 1 日投产，1997 年 12 月 30 日竣工。 2 碾压混凝土坝结构设计 根据碾压混凝土材料性能和碾压混凝土筑坝技术的特点， 结合工程具体情况，坝体采用全断面碾压混凝土。坝体结构设计 具有如下特点： 2.1 全断面碾压 根据我国碾压混凝土坝建设的实践，用常态混凝土作上游坝 面防渗层的缺点是：上游防渗层横缝多，与碾压混凝土坝体的施工 干扰大；两种坝体混凝土交界面因其力学特性的差异，常态混凝土 防渗层中容易产生裂缝导致渗漏等。据此，技施设计时将坝体断 面由初设时的“金包银”式改为“全断面碾压”式。因此，仅在基础 垫层、溢流面层、后期导流底孔、闸墩等部位采用了常态混凝土；同 时，为加快施工进度、减少模板架立，在挡水坝下游坝面，坝内廊道 等部位采用了预制混凝土构件，作为坝体的一部分。双溪拦河坝 碾压混凝土量共 12.77 万 m3，占坝体混凝土总量的 88.15%。
根据推荐基准 配 合 比，由 室 内 试 验 确 定 的 碾 压 混 凝 土 的 物 理力学指标见表 2。
级设 计 标
配号
表 1 推荐基准配合比
混 凝 土 材 料 用 量 / kg·m - 3
水
砂 粉煤灰
胶
率 掺 量 水 水 泥 粉煤灰 河 砂
石 子G
木钙
Vc 值
比
/%
/%
W
C
F
S
5 ~ 20 20 ~ 40 40 ~ 80 M
何承伟：双溪水电站碾压混凝土重力坝设计
AUG 2001 NO. 4
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载使坝体横断面过于肥大，极不经济。因此，技施设计时采用了 ~ 5 mm 的比例为 35=30=35；二级配人工碎石 40 ~ 20 mm、20 ~ 5 mm
2.2 坝体内部混凝土的标号分区 坝体内部碾压 混 凝 土 的 标 号 分 区 为：坝 体 上 游 为 二 级 配 碾
压混凝土，设计强度及抗渗标号 R180200、S6。坝身为三级配碾压 混凝土，设计强度及标号 R180100、S2。两种碾压混凝土的龄期均 取 180 天。充分利用其后期强度，达到节约水泥、减少水化热的 目的。基础垫层采用常态混凝土，厚度 1 . 5 m，设计强度标号 R90 150。帷幕灌浆廊道周边采用常态混凝土，设计强度及抗渗标号 R90150、S6。溢流堰面、闸墩、边墩采用常态混凝土，设计强度标号 R90250，溢流堰面层常态混凝土厚度 1 . 5 m。 2.3 富胶凝材料碾压混凝土防渗
S
mm
mm
mm
3 R180 100 # 0 . 64
37
2 R180 200 # 0 . 47
40
70
96
45
105
793
473
405
473 0 . 30 10 ~ 15
65
108
80
150810Βιβλιοθήκη 608608—
0 . 48 10 ~ 15
表 2 碾压混凝土物理力学性能
实测
抗 压 强 度 / Mpa
抗 拉 强 度 / Mpa
0 . 34 0 . 92 1 . 33 0 . 84 1 . 43 1 . 95
极限 拉伸值 > 10 - 4
0 . 76
0 . 88
抗压弹模 > 10 - 4 Mpa
抗渗 标号
抗剪断强度 f C / Mpa
1 . 51
S3 0 . 81 1 . 84
2 . 42
S7 1 . 41 2 . 72
为了保证碾压混凝土的可碾性，减少骨料分离，二级配与三 级配碾压混凝土均采用优质高掺粉煤灰及大砂率。二级配碾压 混凝土有较高的抗渗要求，考虑到现场碾压效果的波动性，其室 内抗渗标号宜比设计要求略高些，故选用水泥 80 kg / m3，粉煤灰 150 kg / m3。
级 设计
容重
配 标 号 / kN·m - 3 3d 7d 14d 28d 90d 180d
28d 90d 180d
3 R180 100 # 2 R180 200 #
23 . 5 2 . 2 3 . 8 4 . 8 7 . 0 10 . 5 14 . 3 23 . 5 4 . 7 7 . 1 9 . 6 14 . 0 22 . 8 27 . 3
碾压混凝土材料配合比中水泥用量少，粉某灰掺量高，水化 热温升低，温度应力相对较小；碾压混凝土采用机械化作业，要求 大仓面薄层摊铺碾压、连续上升的施工方法；拦河坝除岸坡坝头 外，坝基主要是较坚硬完整的厚层状石英砂岩，岸坡也比较平缓， 坝基不均匀沉降变形相对较小。基于上述理由，拦河坝的全断面 碾压混凝土坝体 结 构 设 计 除 了 不 设 置 施 工 纵 缝 外，还 采 用 了 较 宽的横缝间距。
双溪碾压混凝土原材料如下：水泥为广东省梅州市文福水泥 厂生产的“塔牌”425 # R 普通水泥，其各项指标达到国家标准，适合 大体积碾压混凝土使用。粗骨料是梅潭河!6 料场的人工碎石，为 弱 ~ 中风化石英砂岩。三级配人工碎石 80 ~ 40 mm、40 ~ 20 mm、20
R180100、S2；二级配富胶凝材料碾压混凝土设计强度及抗渗标号 为 R180200、S6。室内试验推荐的碾压混凝土配合比见表 1。
但是，由于掺用石粉，用水量增大较多（124 kg / m3），而河砂 二级配碾压混凝土配合比中仅 108 kg / m3。故采用人工砂时，水 泥用量比用河砂时大 10% 。
表 3 人工砂二级配碾压混凝土配合比
级
配 合 比 / kg·m - 3
W
S/a
配 W C F 石粉 S G小 G中 M C + F / %
渗水。坝内廊道使用预制拼装构件，以利廊道周边碾压混凝土的 施工以及加快施工进度。
电厂干煤灰，其品质符合国家#级灰标准，适合大体积碾压混凝土 使用。外加剂使用广州化工厂生产的木钙。
3 碾压混凝土原材料及配合比
3.2 配合比
3.1 原材料
根据设计要求，三 级 配 碾 压 混 凝 土 设 计 强 度 及 抗 渗 标 号 为
双溪水电站拦河坝坝顶全长 220 . 6 m。依据坝体不同功能、 体型差异较大而分成三个坝段。0 + 000 m ~ 0 + 098 m 为左岸挡 水坝段，0 + 098 m ~ 0 + 162 m 为河床 5 孔 > 10 m 溢流坝段，0 + 162 m ~ 0 + 220 . 6 m 为右岸挡水坝段。0 + 098 m、0 + 162 m 处设 置两条永久横缝，坝段长度分别为 98 m、64 m、58 . 6 m。坝体常态 混凝土部分，如基 础 混 凝 土 垫 层、溢 流 坝 面 等，其 横 缝 间 距 仍 为 15 ~ 20 m，在非贯穿缝的碾压混凝土一侧配置两排并缝钢筋，以 限制碾压混凝土中裂缝的发生和扩展。 2.5 坝基抽排降压措施
碾压混凝土弹 模 基 本 上 与 常 态 混 凝 土 弹 模 相 近；碾 压 混 凝 土的抗拉强度与抗压强度的比率为 0 . 6 ~ 0 . 9，与常态混凝土基 本一致；碾压混凝土的极限拉伸值在龄期 180 天时相对较高，对 混凝土自身抗裂有利。
值得注意的是，由 于 室 内 试 验 中 所 选 用 的 粗 骨 料 面 干 视 比 重较小，吸水率、空隙率较大，级配不够理想，小石中 10 ~ 20 mm 含量较高，中石中 20 ~ 30 mm 含量较高，粗骨料振实容重偏低，故 碾压混凝土容重也偏低，应引起有关单位重视。施工过程中应加 强粗骨料选料的 质 量 检 查 与 控 制，宜 选 用 视 比 重 较 大 和 级 配 良 好的粗骨料，确保碾压混凝土质量达到设计要求。
坝基抽排降压措施。在坝基面设置两条横向（顺水流）廊道、三条 纵向廊道，构成网状抽排系统。河床部位设一集水井，容积 100 m（3 基建面一昼夜渗流量约 80 m3），井内设两台自动排水泵抽排
的比例为 50=50。细骨料是枫朗河"2 料场中的砂料。砂料分河砂 和人工砂，河砂为中砂接近粗砂，细度模数 3. 08，人工砂细度模数 2.4，粒径小于 0.16 mm 的石粉含量 18.3%。粉煤灰使用广州西村
2 124 88 112 75 670 662 662 0 . 5 0 . 62
36
Vc 值 S
12
4 碾压混凝土的温度控制措施 碾压混凝土坝在施工及运行过程中与普通混凝土坝一样，
存在着由于温度 等 变 化 而 产 生 的 体 积 变 形，在 外 部 约 束 下 产 生 温度应力，当温度应力超过碾压混凝土的抗裂能力时，即会出现 裂缝。为了减少裂缝的产生，要求坝体碾压混凝土浇筑应采用如 下主要温度控制措施。 4.1 高掺粉煤灰