水利水电施工组织设计专项方案模块27混凝土面板堆石坝工程.docx
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水利水电施工组织设计专项方案模块27混凝土面板堆石坝工程
混凝土面板堆石坝施工
第一节概述
混凝土面板堆石坝是以堆石料(含砂砾石)分层碾压成坝体,并以混凝土面板作为防渗体的堆石坝,简称面板坝。
这种坝型因断面小、安全性好、施工方便、适应性强、造价低等优点,受坝工界的普遍重视。
近年发展很快,尤其在我国已得到广泛应用,并积累了丰富的经验,不论在建坝的数量上、规模上、高度上都居国际前列。
1.混凝土面板堆石坝的发展过程及现状
自面板坝问世以来,随着科学技术的进步,经验的积累,新型机械设备的不断投入运行,堆石坝的设计和施工技术以及坝的结构形式都得到不断的发展,特别是近二十多年更有飞速的进展。
其发展过程大致可分为三个阶段:
即十九世纪末期到二十世纪早期为抛填堆石阶段;自1940年开始至1965年前后从抛填堆石向碾压堆石的过渡阶段;1965年以后推广分层碾压堆石的现代阶段。
由于采用薄层碾压工艺,使堆石密实度有了很大的提高,坝的沉降量大幅降低,混凝土面板的工作状况大为改善,面板不会有大量渗漏。
由于面板坝的设计和施工技术日益成熟,已成为最具竞争力的坝型之一。
据不完全统计,国外坝高100m以上的混凝土面板堆石坝情况见表7.1.1。
我国以现代技术建设混凝土面板堆石坝,始于1985年。
第一座开工建设的是湖北西北口水库大坝,高95m。
而第一座完建的是辽宁关门山水库大坝,高58.5m。
与国外相比较,起步虽晚,但起点高、发展快。
截至2001年已建成和在建的近百座,已建成最高的是天生桥一级,坝高178m。
已开始建设的湖北水布垭,坝高达233m。
我国已建、在建、待建坝高100m以上面板坝的特性指标见表7.1.2。
2.混凝土面板堆石坝的分类
混凝土面板堆石坝按组成坝体材料的不同特性可分为:
硬岩堆石坝、软岩堆石坝、砂砾石坝和堆石、砂砾石组合坝等。
一般以岩石饱和无侧限抗压强度大于(含等于)或小于30MP作为硬岩和软岩的分界。
不同料的坝的设计和施工的技术要求有所不同。
3.混凝土面板堆石坝的主要特征
混凝土面板堆石坝的主要特征可概括为:
薄层碾压堆石、级配垫层料及堆石体分区、薄型混凝土面板及趾板、滑模浇筑面板混凝土及多层止水结构。
4.混凝土面板堆石坝的施工特点
混凝土面板堆石坝与土石坝相比较,在以下几个方面有其自身的特点:
(1)导流与度汛:
混凝土面板堆石坝在施工中,可利用碾压堆石抗冲刷和抗渗透破坏能力较强的特点,改变传统观念,容许施工中的堆石体在适当防护的条件下挡水或过水度汛,在不降低导流标准的同时,简化了导流度汛的程序和导流建筑物的规模。
(2)坝料平衡:
面板坝的主体是堆石体。
堆石体材料通常有爆破开采的石料、砂砾石等。
由于填筑材料用量多、费用大,直接关系到工程的进度和投资,因此必须重视和规划好坝料的空间平衡和时间平衡。
特别要充分利用枢纽开挖料,切实实施就近取料的原则。
(3)坝体填筑:
填筑是面板堆石坝施工中的关键,直接影响坝体施工质量及施工速度。
其施工特点是填筑量大,填筑强度高;采用大型设备,机械化程度高;除垫层、过渡层、部分主堆石要求平起上升外,坝体可根据施工需要在平面和立面上合理分期填筑,这就为填筑施工提供了灵活性,为施工度汛,均衡施工提供了有利条件;堆石体填筑受气候的影响较少,冬雨季一般可照常施工。
(4)面板混凝土浇筑及裂缝控制:
面板是带状薄板混凝土结构易产生裂缝。
№混凝土浇筑一般均采用无轨滑模,连续浇筑成形,为防止和控制裂缝的发生和发展,必须十分注重并采取综合措施以提高混凝土面板的抗裂、抗渗和耐久性。
表7.1.1国外100m以上混凝土面板堆石坝(部份统计资料)
序号
坝名
国家
坝高
(m)
坝顶长(m)
坝体积
106(m3)
坝坡
坝料岩性
面板面积
(m2)
库容
(106m3)
泄洪流量
(m3/s)
装机容量
(MW)
完成
年份
备注
上游
下游
1
阿瓜密尔巴
墨西哥
185.5
13.0
1.5
1.4
砂砾石/堆石
130000
14900
960
1994
2
雅肯布
委内瑞拉
160.5
150
3.0
1.5
1.7
砂砾石
6000
436
3
阿里亚
巴西
160
828
14.0
1.4
1.4
玄武岩
139000
5800
11000
2511
1980
4
新国库
美国
150
427
4.1
1.4
1.4
变质安山岩
1260
80
1966
老坝在建
5
米苏可拉
希腊
150
1.4
1.4
1.4
灰岩
50000
6
萨尔瓦兴那
哥伦比亚
148
362
3.9
1.5
1.4
砂砾石/硬砂岩
50000
906
3300
270
1985
7
塞格雷多
巴西
145
705
7.3
1.3
1.3
玄武岩
87000
3000
15800
1260
1992
8
安奇卡亚
哥伦比亚
140
280
2.5
1.4
1.4
角闪岩
223000
45
4600
340
1974
9
辛戈
巴西
140
850
12.7
1.4
1.4
花岗片麻岩
120000
3800
33000
5000
1994
10
柯曼
阿尔巴尼亚
133
1986
11
考兰
泰国
130
1000
8.0
1.4
1.4
灰岩
140000
9500
3200
300
1984
12
谢罗罗
尼日利亚
130
560
3.9
1.3
1.3
花岗石
50000
70000
600
1984
13
格里拉斯
哥伦比亚
127
110
1.3
1.6
1.6
砂砾石
14300
252
300
1982
14
希拉塔
印度尼西亚
125
453
3.8
1.5
1.5
角砾石/安山岩
2160
2600
1000
1987
15
伊塔
巴西
125
880
9.3
1.3
1.3
玄武岩
110000
5100
1450
2000
16
利斯
澳大利亚
122
360
2.7
1.3
1.3~1.5
辉绿岩
37800
641
4742
1986
17
杜利奎
委内瑞拉
115
1.4
1.5
灰岩
53000
1984
18
帕尔台拉
葡萄牙
112
540
2.7
1.3
1.3
花岗岩
55000
1955
19
塞沙那
澳大利亚
110
213
1.4
1.8
1.3
石英岩
27300
2000
1971
20
尤柳艾
马来西亚
110
1.3
1.4
砂岩
48000
1989
21
拉巴
南斯拉夫
110
1.3
1.3
1967
22
圣塔扬娜
智利
106
390
2.7
1.5
1.6
砂砾石
27000
160
1075
23
福蒂纳
巴拿马
105
1.2
1.4
安山岩石
1987
老坝在建
24
皮星奈可
罗马尼亚
105
2.4
1.7
1.7
云母片麻岩
30000
1986
25
托拉塔
秘鲁
100
1.3
1.3
2002
26
康伯斯诺伏斯
巴西
196
12.0
1.3
1.4
玄武岩
106000
1480
27
依太普利
巴西
125
620
4.0
1.25
1.3
片麻岩、白云岩
45000
1650
1500
2003
28
南岗三级
老挝
220
1.4
1.4
砂岩
50000
2005
29
巴昆
马来西亚
205
17.0
1.4
1.4
硬砂岩
127000
438000
30
摩哈里
莱索托
146
2.4
1.4
1.4
玄武岩
87000
438
2002
31
安塔米那
秘鲁
240
表7.1.2我国已建、在建、拟建100m以上的混凝土面板堆石坝
序号
坝名
地点
河流
坝高
(m)
坝长
(m)
体积
(106m3)
坝坡
坝料岩性
面板
趾板宽度
(m)
库容
(106m3)
施工起止
时间
上游
下游
面积
(m2)
厚度
(m)
含钢率
(%)
1
天生桥一级
广西、贵州
南盘江
178
1137
17.69
1.4
1.25
灰岩
180000
0.3-0.9
V0.4,H0.3,0.4
6~10
10260
1994~2000
2
珊溪
浙江文成
飞云江
132.5
448
5.76
1.4
1.57
流纹岩/砂岩/砂砾石
61000
0.3+0.003H
0.4
6~10
1922
1997~2001
3
乌鲁瓦提
新疆和田
喀拉喀什河
131.8
365
6.80
1.6
1.5
砂砾石/石英片岩
72200
0.3+0.003H
V0.5,H0.5,0.4
6,8,10
340
1995~2000
4
白溪
浙江宁海
白溪
124.4
398
3.80
1.4
1.52
熔凝灰岩
36200
0.3+0.003H
0.4
5~8
164
1996~2001
5
黑泉
青海大通
宝库河
123.5
433
5.50
1.55
1.4
砂砾石/花岗片麻岩
79000
0.3+0.0035H
V0.4,H0.3
4~7
182
1996~2000
6
芹山
福建周宁
穆阳溪
122
286
2.50
1.4
1.4
凝灰岩
42000
0.3+0.003H
0.5
5,6,8
265
1997~2001
7
古洞口
湖北兴山
古夫河
121
186.5
1.90
1.5
1.4
砂砾石/灰岩
28116
0.3+0.003H
V0.5,H0.4
4.5~9.5
138
1993~1999
8
白云
湖南城步
巫水
120
200
1.70
1.4
1.4
灰岩砂岩
22120
0.3+0.002h
V0.4,H0.35
最大10m
360
1992~1997
9
高塘
广东怀集
白水河
110.7
288
1.95
花岗石
26400
0.3+0.003H
0.4~0.5
8
96
~2000
10
茄子山
云南龙陵
苏帕河
104
258
1.40
1.4
1.4
二云母花岗岩
22000
0.3+0.003H
V0.3~0.4,H0.3
5,7
121
~2000
11
柴石滩
云南宜良
南盘河
103
316
2.17
1.4
1.4
白云岩
38200
0.3~0.6
0.4
6,7
437
1996~2001
12
鱼跳
重庆南川
大溪河
106
220
1.63
1.4
1.4
砂岩
22000
0.3+0.003H
95
~2001
13
双沟
吉林抚松
松江河
109.7
312
2.58
1.4
1.4
安山岩
37300
0.3-0.65
V0.5,H0.4
5.5~7.5
395
~2000
14
盘石头
洒南鹤壁
洪河
100.8
588
5.29
1.4
1.3
砂岩页岩
45000
616
~2000
15
水布垭
湖北巴东
清江
233
584
15.56
1.4
1.4
灰岩
120000
0.3+0.0035H
0.4
6~12
4700
2002~
16
洪家渡
贵州黔西
六冲河
179.5
427.8
9.02
1.4
1.4
灰岩
76400
0.3-0.5
4.5
4590
2001~
17
吉林台
新疆尼勒克
喀什河
157
445
9.20
1.7
1.5
砂砾石
75250
0.3+0.0033H
8~10
2530
2001~
续表7.1.2我国已建、在建、拟建100m以上的混凝土面板堆石坝
序号
坝名
地点
河流
坝高
(m)
坝长
(m)
体积
(106m3)
坝坡
坝料岩性
面板
趾板宽度
(m)
库容
(106m3)
施工起止时间
上游
下游
面积(m2)
厚度(m)
含钢率(%)
18
紫坪铺
四川
岷江
156
664
11.67
1.4
1.5
灰岩
132000
0.3+0.003H
6~12
1112
2002~
19
公伯峡
青海循化
黄河
139
429
4.82
1.4
1.4
片麻岩/砂砾石
61200
0.3-0.7
4~8
550
2001~
20
引子渡
贵州
三岔河
129.5
276
3.04
1.4
1.59
灰岩
12000
0.3-0.74
4.5~6
531
2001~
21
白水坑
浙江江山
江山港
101.3
228
1.5
1.4
1.4
凝灰岩,砂砾石
18000
0.3-0.55
6.0
248
2001~
22
三板溪
贵州锦屏
清水江
185.5
424
9.94
1.4
1.4
变余凝灰岩
94100
4090
23
姚家坪
湖北恩施
清江
180
24
滩坑
浙江
小溪
161
506
10.00
1.4
1.4
砂砾石
79000
0.3+0.0035H
0.3,0.4
4~7
3530
25
大柳树
宁夏
黄河
156
770
14.50
1.6
1.4~1.7
砂岩
0.3~0.8
0.35,0.35
6~10
14500
26
响水涧
安徽
153
516
2.57
1.4
1.4
17
27
察汗乌苏
新疆
开都河
151.6
4.34
1.5
砂砾石
28
龙首二级
甘肃张掖
黑河
146.5
191
2.53
1.5
1.5-1.4
辉绿岩
26400
86
2002~
29
碛口
山西
黄河
140
1150
23.95
1.4
1.4
30
瓦屋山
四川洪雅
周公河
140
31
街面
福建
尤溪
126
478
3.42
砂岩
58000
1058
32
潘口
湖北竹山
堵河
123
322
3.46
1.4
1.5
灰岩
46000
0.3+0.0038H
0.5,0.5
4~7.5
2460
33
芭蕉河
湖北鹤峰
芭蕉河
115
280
1.92
1.35
1.3
砂岩
36000
99
2002~
34
涔天河加高
湖南
涔天河
110
261
2.50
35
思安江
广西桂林
思安江
103.4
386
2.10
1.4
1.46
灰岩
41200
94
2001~
36
洮水
湖南茶陵
沔河
102.5
313
1.72
1.4
1.55
29000
52
37
积石峡
青海循化
黄河
100
348
2.88
1.4
1.3
沙砾石、石渣
0.3+0.003H
0.4,0.5
4~7.4
264
第二节坝基与岸坡处理
1.处理内容、施工特点和程序
1.1处理内容
1.1.1趾板区基础开挖和处理
①趾板基础开挖;②趾板区地基处理(钻探孔处理、探硐封堵、断层破碎带等处理);③趾板基础固结和防渗处理;④深覆盖层上趾板基础处理。
1.1.2堆石体地基开挖和处理
①趾板下游约1/6坝底宽度范围内堆石体地基开挖处理;②上游坝基约1/6宽至坝轴线范围堆石体地基开挖处理;③坝轴线下游部分的坝基开挖处理。
1.2施工特点
(1)坝基和岸坡开挖是坝体施工总进度的主要控制环节,工期一般要求紧迫。
(2)施工程序受导流方式和坝区地形的制约,河床部位的趾板基础开挖及坝基清理需在围堰保护下进行。
(3)趾板部位的坝基和岸坡处理技术要求高,需要严格控制施工质量。
(4)施工场地一般较狭窄,工程量集中,工序多,上下游交叉施工相互干扰大,施工受渗水和地表水的影响大。
因此要合理安排开挖程序,规划布置好施工道路和排水系统。
(5)工期安排和施工机械设备的配备要留有足够的余地,以免地质情况变化,工程量增加,或因停电等其它意外事故发生时,拖延处理工期,影响坝体安全度汛。
1.3确定开挖程序的原则
(1)截流前宜完成水上部分两岸边坡、趾板地基开挖以及岸边溢洪道等项目中干扰坝体填筑部位的开挖,并宜自上而下一次完成。
在特殊地形条件下,需要分段、分层或自下而上开挖时,应提出详细可行的施工方案。
(2)坝体填筑前宜完成河床段坝基开挖及清理工作。
有时为争取截流后第一个枯水期完成更多的工程量,河床部位从趾板下游边线起,向下游20~30m范围内的基础开挖可与坝体中后部位填筑同时施工,趾板建成后再补填紧靠趾板的坝体。
(3)要考虑水文气象条件对开挖施工的影响。
为了争取工期,应尽量安排在雨季以前进行,并应充分利用枯水季节开挖河床部位。
(4)坝基开挖凡符合坝体填筑要求的石渣,应安排好填筑部位,尽量做到开挖与填筑同时进行。
不能直接上坝填筑时,应明确设置临时周转堆放场地。
凡不能用于坝体填筑的弃料,也应尽量作为围堰或其它临建工程的填方。
2.处理方法
2.1趾板基础开挖和处理
2.1.1施工程序
(1)趾板基础开挖可分两步进行。
首先按设计线剥离覆盖层,对覆盖层及表面全强风化岩层,可以用推土机、挖土机、风镐等直接开挖。
(2)覆盖层开挖完成后,根据岩体出露情况,由设计、监理进行二次定线确定趾板开挖的最终建基面。
(3)根据二次定线确定的建基面进行岩石边坡开口线的放样。
(4)趾板开挖应尽量安排从上而下一次完成。
2.1.2开挖方法
(1)趾板基础岩石开挖常用的爆破方法有以下几种:
浅孔松动爆破、深孔预裂爆破、光面爆破、保护层一次爆破。
(2)趾板基础开挖,以不破坏基岩完整性为原则。
对于河床段趾板基础开挖,在接近设计基础面预留保护层1.5~3.0m,按保护层开挖技术要求开挖,则只允许放小炮,采用浅孔密布方式,待开挖至距设计基础面0.3~0.5m时,只能采用风镐撬挖,表面修整,使岩面平顺完整。
(3)对于岸坡段趾板地基,宜采用预裂爆破或光面爆破一次成型,避免二次削坡。
对于易风化岩面,必要时应预留保护层,或对开挖面立即进行喷薄层混凝土或砂浆保护。
2.1.3出渣方式
出渣和运输方法,一般有以下几种:
(1)人工清理、手推车运输,适用于小范围或较狭窄场面的开挖清理;
(2)反铲翻渣或推土机集渣、挖掘机或装载机挖料装汽车运输,适用于较大面积的清理;
(3)真空水力排渣机,从基坑集渣用真空泵水力排渣(泥浆);
(4)岸坡覆盖层的清理可采用高压水直接冲刷。
2.1.4趾板地基处理
(1)对于趾板部位的岩面节理、断层和裂隙,可采取以下处理方法:
1)当岩石较完整,且裂隙较小时,可清除节理、裂隙内的充填物后,用高压水冲洗干净,根据缝宽的大小,灌入水泥浆或水泥砂浆;
2)当岩石节理、裂隙发育,会引起严重渗水时,除采取上述措施外,尚应在趾板下游垫层区的岩面上,浇筑混凝土盖板或喷射混凝土;
3)当岩基中有断层或破碎带穿过时,应按设计要求挖除断层或破碎带中易冲蚀的充填物,再用混凝土回填,并在趾板下游部位加设反滤料、或浇混凝土或喷混凝土铺盖保护,混凝土塞的深度应不小于断层破碎带宽度的2倍。
(2)趾板基础开挖好后,要用高压水或压缩空气进行严格的冲洗,以便能使趾板混凝土与岩基牢固结合
(3)对趾板地基超挖较深的部分,可用与趾板相近标号的混凝土填平,再按设计浇筑趾板混凝土。
(4)钻探孔的处理:
在趾板基础开挖至建基面后,先通过测量放样找出孔口位置,然后采用地质钻机进行扫孔并清洗孔壁,经监理工程师检查验收合格后,用水泥砂浆回填封堵。
(5)探洞封堵:
在趾板基础开挖至建基面时,对余留下来的探洞洞段,先进行清理、清洗,经验收合格后,再用混凝土回填,混凝土浇筑可分段进行,每段长约15m,由混凝土泵输送入仓,混凝土浇筑完还应按规定进行回填灌浆。
2.1.5趾板岩基固结和防渗处理
(1)趾板岩基需灌浆处理。
趾板下设灌浆孔,边排为固结灌浆,中间为帷幕灌浆。
(2)固结灌浆为铺盖式,孔深一般为5~10m。
(3)灌浆采取先固结、后帷幕的顺序进行。
2.1.6深覆盖层上趾板基础处理
(1)趾板坐落在基岩面上,应根据设计要求,确定趾板基础开挖方案,布置施工道路,制定排水措施。
开挖施工道路可采用“之”字形或采用先锋槽降至基坑。
(2)趾板直接座落在砂砾石层上,基础防渗多采用混凝土防渗墙,并用趾板或加设连接板与混凝土面板相连接。
2.2堆石体地基开挖和处理
(1)趾板下游约1/6坝底宽度范围内堆石体地基开挖处理
清除表土及松散的风化岩石,达到较完整的基岩面。
在此范围内的岸坡倒悬体或垂直岩面应挖除修坡。
如地基为冲积砂砾石层,当变形模量大于堆石体,在没有淤泥夹层或易液化的粉细砂层时,可以只在趾板后适当范围内开挖,而将大部分保留在原地。
(2)上游坝基约1/6宽至坝轴线范围堆石体地基开挖处理
这一区域内可以用土方机械开挖和清理,将土状表层沉积物清除,露出基岩即可。
在坚硬石露头间的土状物或松散风化岩石可以用反铲或其他工具挖除,也可用人工清理。
局部密实干净的砂砾石层可以保留。
(3)坝轴线下游部分的坝基开挖处理
由于坝轴线下游部分的坝基变形不影响面板,故处理要求可放宽,一般要求将表土及松散堆积物清除即可。
(4)对确定保留
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