概 述
長河壩水電站為大渡河干流水電梯級開發的第10 級電站,樞紐主要建筑物由礫石土心墻堆石壩、引水發電系統、2 條開敞式泄洪洞、1 條深孔泄洪洞和1條放空洞等建筑物組成。長河壩水電站最大壩高240m,總庫容為10． 75 億m3,電站裝4 臺650MW 混式水力發電機組、總容量600MW。工程為一等大(1)型工程,擋水、泄洪、引水及發電等永久性主要建筑物為1 級建筑物,永久性次要建筑物為3 級建筑物,臨時建筑物為3 級建筑物。
工程施工采用斷流圍堰、隧洞泄流、大壩基坑全年施工的導流方式。初期導流標準為50a 一遇,相應洪水流量5790m3 / s。右岸布置的2 條初期導流洞參與初期施工導截流任務,中期導流洞和水工永久泄水建筑物參與中后期導流任務。
2 工程地質條件
長河壩壩址區為典型高山峽谷地貌,兩岸呈不對稱的“V”型。上游圍堰布置于峽谷出口處,兩岸自然邊坡陡峻,左岸為基巖陡壁,坡度一般55° -70°,右岸山脊坡度一般55° - 65°,而象鼻溝堆積體自然坡度35° -40°。
根據鉆孔資料,河床覆蓋層厚約70． 0m。層次結構及各層的物理力學特性與壩基相似,自下至上由老至新分為3 層:第①層漂卵礫石層:分布河床底部,厚3． 3m - 28． 5m;第②層含泥漂卵砂礫石層,厚5． 8m -54． 5m,分布在河床覆蓋層中部及一級階地上,第③ 層漂卵礫石: 分布河床淺表, 厚4． 0m -25． 8m。漂卵礫石層具強透水性,抗滲穩定性差,易產生管涌破壞。
上游圍堰主要工程地質問題:
1)由于堰基持力層各層的組成物質、結構及物理力學性質均存在差異,分布位置和厚度亦不盡相同,堰基存在不均勻沉降問題。
2)堰基滲漏及滲透穩定:堰基覆蓋層各層(除②- C 砂層外)均具強- 極強透水性,截流后存在沿堰基覆蓋層向下游滲漏問題,需采取適宜的防滲措施。堰基各層抗滲強度低,其主要破壞形式為管涌,且各層滲透性存在一定的差異,堰基存在滲透變形破壞及滲透穩定問題,第② - C 砂層與其它各層接觸帶部位由于滲透性差異大,可能產生接觸沖刷和接觸流失的工程地質問題,因此需采取適宜的抗滲措施。
3)堰肩滲漏及堰肩邊坡穩定:堰頂高程強卸荷水平深度一般30 - 40m。強卸荷巖體結構松弛,結構面多張開,具強透水性,存在堰肩繞滲問題,應進行必要的帷幕防滲處理。建議堰肩水平防滲深度宜超過強卸荷帶巖體[1] 。
3 上游圍堰結構設計
3． 1 平面布置
根據導流洞布置、基坑施工開挖和上游圍堰運行要求,上游圍堰布置于大壩上游約550m 處。
3． 2 堰頂高程
根據水力學計算及導流整體模型試驗,當遭遇導流設計標準洪水QP = 2% =5790 m3 / s 時,1#、2#導流洞聯合泄流,上游水位1528． 30m,考慮安全加高及浪爬高, 上游圍堰頂高程1530． 50m, 最大堰高
53． 5m,圍堰軸線長約171． 5m。
3． 3 堰體結構
壩址河段河床覆蓋層深厚,不宜修建混凝土圍堰。而土石類圍堰能充分利用當地材料,結構簡單,施工方便,能夠適應深厚覆蓋層基礎,又可使用大型施工設備進行高強度堆筑,在一個枯水期內完建,滿足汛期擋水條件,故采用土石類圍堰。
圍堰基礎防滲采用封閉式混凝土防滲墻型式,堰體采用適應變形能力強、能快速施工的復合土工膜心墻防滲。
上游圍堰頂高程1530． 5m、最大堰高53． 5m,堰頂寬度13． 5m,上、下游邊坡分別為1∶2． 0和1∶1． 8,基礎混凝土防滲墻最大深度為91． 5m。上游圍堰典型斷面見圖1。
復合土工膜與基礎混凝土防滲墻的連接部位是圍堰防滲的薄弱環節,需高度重視連接部位的處理。
混凝土防滲墻施工完成后,施工平臺2.0m 以下的表層次料混凝土應按設計要求挖除,澆筑C20蓋帽混凝土。蓋帽混凝土頂寬4m,高2m,下部與混凝土防滲墻相接,寬度1m。復合土工膜與蓋帽混凝土連接大樣見圖2。
為適應堰體及堰基的沉降變形,在復合土工膜與蓋帽混凝土連接處和復合土工膜心墻每升高12一15m高程處各設置一道伸縮節。復合土工膜伸縮節采用折迭形式,展開長度為150cm。復合土工膜伸縮節大樣見圖4。
長河壩水電站為大渡河干流水電梯級開發的第10 級電站,樞紐主要建筑物由礫石土心墻堆石壩、引水發電系統、2 條開敞式泄洪洞、1 條深孔泄洪洞和1條放空洞等建筑物組成。長河壩水電站最大壩高240m,總庫容為10． 75 億m3,電站裝4 臺650MW 混式水力發電機組、總容量600MW。工程為一等大(1)型工程,擋水、泄洪、引水及發電等永久性主要建筑物為1 級建筑物,永久性次要建筑物為3 級建筑物,臨時建筑物為3 級建筑物。
工程施工采用斷流圍堰、隧洞泄流、大壩基坑全年施工的導流方式。初期導流標準為50a 一遇,相應洪水流量5790m3 / s。右岸布置的2 條初期導流洞參與初期施工導截流任務,中期導流洞和水工永久泄水建筑物參與中后期導流任務。
2 工程地質條件
長河壩壩址區為典型高山峽谷地貌,兩岸呈不對稱的“V”型。上游圍堰布置于峽谷出口處,兩岸自然邊坡陡峻,左岸為基巖陡壁,坡度一般55° -70°,右岸山脊坡度一般55° - 65°,而象鼻溝堆積體自然坡度35° -40°。
根據鉆孔資料,河床覆蓋層厚約70． 0m。層次結構及各層的物理力學特性與壩基相似,自下至上由老至新分為3 層:第①層漂卵礫石層:分布河床底部,厚3． 3m - 28． 5m;第②層含泥漂卵砂礫石層,厚5． 8m -54． 5m,分布在河床覆蓋層中部及一級階地上,第③ 層漂卵礫石: 分布河床淺表, 厚4． 0m -25． 8m。漂卵礫石層具強透水性,抗滲穩定性差,易產生管涌破壞。
上游圍堰主要工程地質問題:
1)由于堰基持力層各層的組成物質、結構及物理力學性質均存在差異,分布位置和厚度亦不盡相同,堰基存在不均勻沉降問題。
2)堰基滲漏及滲透穩定:堰基覆蓋層各層(除②- C 砂層外)均具強- 極強透水性,截流后存在沿堰基覆蓋層向下游滲漏問題,需采取適宜的防滲措施。堰基各層抗滲強度低,其主要破壞形式為管涌,且各層滲透性存在一定的差異,堰基存在滲透變形破壞及滲透穩定問題,第② - C 砂層與其它各層接觸帶部位由于滲透性差異大,可能產生接觸沖刷和接觸流失的工程地質問題,因此需采取適宜的抗滲措施。
3)堰肩滲漏及堰肩邊坡穩定:堰頂高程強卸荷水平深度一般30 - 40m。強卸荷巖體結構松弛,結構面多張開,具強透水性,存在堰肩繞滲問題,應進行必要的帷幕防滲處理。建議堰肩水平防滲深度宜超過強卸荷帶巖體[1] 。
3 上游圍堰結構設計
3． 1 平面布置
根據導流洞布置、基坑施工開挖和上游圍堰運行要求,上游圍堰布置于大壩上游約550m 處。
3． 2 堰頂高程
根據水力學計算及導流整體模型試驗,當遭遇導流設計標準洪水QP = 2% =5790 m3 / s 時,1#、2#導流洞聯合泄流,上游水位1528． 30m,考慮安全加高及浪爬高, 上游圍堰頂高程1530． 50m, 最大堰高
53． 5m,圍堰軸線長約171． 5m。
3． 3 堰體結構
壩址河段河床覆蓋層深厚,不宜修建混凝土圍堰。而土石類圍堰能充分利用當地材料,結構簡單,施工方便,能夠適應深厚覆蓋層基礎,又可使用大型施工設備進行高強度堆筑,在一個枯水期內完建,滿足汛期擋水條件,故采用土石類圍堰。
圍堰基礎防滲采用封閉式混凝土防滲墻型式,堰體采用適應變形能力強、能快速施工的復合土工膜心墻防滲。
上游圍堰頂高程1530． 5m、最大堰高53． 5m,堰頂寬度13． 5m,上、下游邊坡分別為1∶2． 0和1∶1． 8,基礎混凝土防滲墻最大深度為91． 5m。上游圍堰典型斷面見圖1。
4復合土工膜心墻設計
4.1心墻結構設計
堰體防滲結構型式可采用心墻或斜墻型式。心墻防滲結構圍堰工程量及投資較小,防滲心墻與兩岸連接結構簡單,施工方便;但防滲心墻必須在基礎防滲墻完工后才能施工,有效工期短,心墻與堰體堆筑施工干擾較大,圍堰上升速度較慢。斜墻防滲結構圍堰邊坡較緩,工程量相對較大,防滲體與兩岸連接不如心墻方便,但堰體填筑可與基礎防滲墻同時施工,有利于爭取工期。但受右岸初期導流洞布置、上游象鼻溝和大壩基坑開挖影響,圍堰布置區域有限,圍堰規模不宜過大[2]。因此,上游圍堰堰體采用工程量和投資較小的復合土工膜心墻防滲。
復合土工膜心墻布置在圍堰中部,最大高度36m。復合土工膜兩側分別設置墊層進行保護,墊層采用人工砂或天然砂料填筑,厚度4m。墊層料外側設置過渡料與堰體填筑料連接,過渡料采用連續級配,最大粒徑不超過180mm,壓實后具有低壓縮性和高抗剪強度,并具有自由排水性。過渡料厚度2m,兩側坡比均為垂直坡。復合土工膜采用“之”字形式上升,每增高0.5m改變一次復合土工膜的鋪設方向,水平投影寬0.8m。
4.2復合土工膜材料選擇
選擇可用焊接機焊接、操作方便、接縫質量有保證、工廠生產的材料幅寬較寬、伸長性與均勻性好、抗頂破或損壞能力強及透氣好的復合高密度聚乙烯膜(HDPE)。根據規范和國內外已有的工程經驗,考慮到圍堰擋水水頭高(擋水水頭71.3m)、運行時間長(5a)、環境較為惡劣等特點,設計采用二布一膜規格為350g/0.8mmHDPE/350g ,滌綸短纖維無紡布的復合土工膜。
復合土工膜主要控制指標見表1。
復合土工膜與基礎混凝土防滲墻的連接部位是圍堰防滲的薄弱環節,需高度重視連接部位的處理。
混凝土防滲墻施工完成后,施工平臺2.0m 以下的表層次料混凝土應按設計要求挖除,澆筑C20蓋帽混凝土。蓋帽混凝土頂寬4m,高2m,下部與混凝土防滲墻相接,寬度1m。復合土工膜與蓋帽混凝土連接大樣見圖2。
復合土工膜與混凝土防滲墻蓋帽混凝土的連接采用埋置法,復合土工膜埋入蓋帽混凝土中的長度>1.3m ,并將其端部50cm范圍內的上、下層土工布剝離。
4.4復合土工膜與岸坡的連接
復合土工膜與兩岸連接部位也是圍堰防滲的薄弱部位。在兩岸設置混凝土蓋板,并在蓋板上對兩岸基巖進行帷幕灌漿,以減小通過兩岸堰肩的繞滲。蓋板混凝土底寬5m,兩側開挖坡比1:0.3 ,往基巖內側開挖厚度≥2m。復合土工膜埋入混凝土蓋板中的長度>1.Om ,并將其端部50cm范圍內的上、下層土工布剝離。復合土工膜與混凝土蓋板連接大樣見
4.5伸縮節設置4.4復合土工膜與岸坡的連接
復合土工膜與兩岸連接部位也是圍堰防滲的薄弱部位。在兩岸設置混凝土蓋板,并在蓋板上對兩岸基巖進行帷幕灌漿,以減小通過兩岸堰肩的繞滲。蓋板混凝土底寬5m,兩側開挖坡比1:0.3 ,往基巖內側開挖厚度≥2m。復合土工膜埋入混凝土蓋板中的長度>1.Om ,并將其端部50cm范圍內的上、下層土工布剝離。復合土工膜與混凝土蓋板連接大樣見
為適應堰體及堰基的沉降變形,在復合土工膜與蓋帽混凝土連接處和復合土工膜心墻每升高12一15m高程處各設置一道伸縮節。復合土工膜伸縮節采用折迭形式,展開長度為150cm。復合土工膜伸縮節大樣見圖4。
4.6復合土工膜施工主要技術要求
1)碾壓:土工膜心墻兩側的墊層料及過渡料采用輕型設備碾壓。
2)運輸及儲存:運輸過程中,采取防止復合土工膜運輸途中受損的措施。并貼有標簽,標明該材料的制造名稱、制造號(或組裝號)、安裝號、類型、厚度、尺寸及重量,并附有專門的裝卸和使用說明書。
復合土工膜材料運輸過程中和運抵工地后應妥為保存,避免日曬,防止黏結成塊,盡量減少裝卸次數。
3)拼接:復合土工膜拼接采用雙面焊接方式,搭接長度≥10cm。拼接前先作工藝試驗,并報送試驗成果和報告。拼接前必須對焊接面進行清掃,焊接面不得有油污、灰塵。陰雨天應在雨棚下作業,以保持焊接面干燥。保證拼接質量,接縫抗拉強度不低于母材強度。
4)鋪設:復合土工膜鋪設面上應清除一切樹根、雜草和尖石,保證鋪設砂礫石墊層面平整,不允許出現凸出及凹陷的部位,并應碾壓密實。排除鋪設工作范圍內的所有積水。復合土工膜與墊層料之間壓平貼緊,避免架空,清除氣泡,以保證安全。按要求設置復合土工膜與蓋帽混凝土、錨固溝和變坡等部位的伸縮節。
對施工過程中遭受損壞的復合土工膜,及時進行修理。對受損的土工膜應另鋪一層合格的土工膜在破損部位之上,其各邊長度應至少大于破損部位的0.5m以上,并將兩者進行拼接處理。
5結語
長河壩水電站圍堰運行近5a,順利經過2011年- 2014年汛期,經受住了汛期最大洪水流量4300m3/s ( 10a一遇洪水4690 m3/s)的考驗,圍堰滲
1)碾壓:土工膜心墻兩側的墊層料及過渡料采用輕型設備碾壓。
2)運輸及儲存:運輸過程中,采取防止復合土工膜運輸途中受損的措施。并貼有標簽,標明該材料的制造名稱、制造號(或組裝號)、安裝號、類型、厚度、尺寸及重量,并附有專門的裝卸和使用說明書。
復合土工膜材料運輸過程中和運抵工地后應妥為保存,避免日曬,防止黏結成塊,盡量減少裝卸次數。
3)拼接:復合土工膜拼接采用雙面焊接方式,搭接長度≥10cm。拼接前先作工藝試驗,并報送試驗成果和報告。拼接前必須對焊接面進行清掃,焊接面不得有油污、灰塵。陰雨天應在雨棚下作業,以保持焊接面干燥。保證拼接質量,接縫抗拉強度不低于母材強度。
4)鋪設:復合土工膜鋪設面上應清除一切樹根、雜草和尖石,保證鋪設砂礫石墊層面平整,不允許出現凸出及凹陷的部位,并應碾壓密實。排除鋪設工作范圍內的所有積水。復合土工膜與墊層料之間壓平貼緊,避免架空,清除氣泡,以保證安全。按要求設置復合土工膜與蓋帽混凝土、錨固溝和變坡等部位的伸縮節。
對施工過程中遭受損壞的復合土工膜,及時進行修理。對受損的土工膜應另鋪一層合格的土工膜在破損部位之上,其各邊長度應至少大于破損部位的0.5m以上,并將兩者進行拼接處理。
5結語
長河壩水電站圍堰運行近5a,順利經過2011年- 2014年汛期,經受住了汛期最大洪水流量4300m3/s ( 10a一遇洪水4690 m3/s)的考驗,圍堰滲
流量小,說明圍堰的土工膜防滲功能滿足設計要求。
綜上所述,長河壩水電站圍堰土工膜防滲體設計與施工,是一個比較全面、完整的成功案例,這些成功經驗都值得在以后其他類似水電工程中學習和借鑒。
參考文獻:
[1 ]中華人民共和國水利部.DL/T 5397 - 2007水電工程施工組織設計規范[S].北京:中國電力出版社,2007.[2]中華人民共和國水利部.GB/T50290 - 2014土工合成材料應用技術規范[S].北京:中國計劃出版社,2014.
綜上所述,長河壩水電站圍堰土工膜防滲體設計與施工,是一個比較全面、完整的成功案例,這些成功經驗都值得在以后其他類似水電工程中學習和借鑒。
參考文獻:
[1 ]中華人民共和國水利部.DL/T 5397 - 2007水電工程施工組織設計規范[S].北京:中國電力出版社,2007.[2]中華人民共和國水利部.GB/T50290 - 2014土工合成材料應用技術規范[S].北京:中國計劃出版社,2014.
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