南山水库混凝土面板堆石坝坝体分区及坝料设计.pdf

施工经验GEOTECHN ICAL ENGI NEER I NGWORLD VOL. 11 No. 2 〔 收稿日期 〕 2007 - 7 - 19 南山水库混凝土面板堆石坝坝体分区及 坝料设计 梁俊群 卓 淳 广西桂林市水利电力勘测设计研究院 摘 要 简要介绍南山水库混凝土面板堆石坝根据天然建筑材料的情况及施工进度进行坝体分区方案选 择及坝料设计,在充分利用天然建筑材料的条件下,同时满足坝体变形控制和渗流控制的要求, 节约工程投资,加快施工进度,保证工程质量。 关键词 面板堆石坝 分区方案 堆石料 强风化花岗岩料 1 工程概况 南山水电站位于广西桂林市龙胜县平等乡境 内,距桂林市176km。南山水电站主要以发电为主, 电站所利用的河流为平敖河和伟江河。南山水电站 分两级开发,总装机容量72MW,其中一级电站2 30 MW,二级电站26 MW。 南山水库是南山水电站的主要调节水库,也是 一级水电站的前池水库。水库控制集雨面积 2193km 2 ,汇集高山蓄水、 引水、 抽水工程控制集雨 面积为70187km 2。水库正常蓄水位 1523100m,设 计洪水位1523164m,校核洪水位1524110m,死水位 1488100m,水库总库容1936万m 3 ,调节库容1765 万m 3 ,死库容75万m 3。水库枢纽属 Ⅲ 等工程。 水库拦河大坝为混凝土面板堆石坝,坝顶高程 1525100m,坝顶宽7m,坝顶长290m,最大坝高60 m,上游坝坡1∶114,坡顶高程152315m,下游坝坡于 1495100m高程设一条马道,马道宽115m,马道以下 坝坡1∶114,马道以上坝坡1∶1135,平均坝坡1∶114。 坝体总填筑量为56万m 3。 2 天然筑坝材料情况 坝址附近有丰富的石料,库区内4 、 5 料场距大 坝500～700m,料场为印支期中粗粒黑云母花岗岩。 地表多为第四系坡残积层浅黄色粉质粉土覆盖,厚 1～3m,花岗岩全风化及强风化层厚6～7m,开采时 均需进行表层清理,弱风化至微风化花岗岩储量约 55万m 3。弱风化至微风化花岗岩石料干密度约 2147～2164gcm - 3 ,饱和抗压强度约3112～ 6410MPa。料场距坝址较近,施工干扰不大,但由于 弱风化至微风化花岗岩埋深较大,表层清理清理工 程量较大。 6 料场位于坝址下游 ,一级压力钢管从该地段 通过,运距约215km,料场为震旦系下统江口组,为 灰至灰绿色中层状变质砂岩,表层1～2m为含风化 块石的粉质粘土,以下为弱风化变质砂岩,总储量约 30万m 3。弱风化变质砂岩石料干密度约 2142～ 2156gcm - 3 ,饱和抗压强度约40～60MPa。表层覆 盖层较薄,表层清理清理工程量较小,但运距较远。 三料场总储量85万m 3 ,质量可满足面板堆石坝 堆石体设计要求。由于坝址附近天然砂料很少,不能 满足要求。因此,南山水库大坝砂料采用人工制砂, 采用块石料场新鲜的碎块石进行加工制成人工砂。 3 坝体分区 1分区方案分区方案研究的重点是根据坝 体各取料的特点及功能,结合料源情况及施工进度, 对不同坝料位置及数量的使用进行研究,以满足坝 体变形控制和渗流控制的要求。为此,拟定如下两 个分区分区方案图1～ 2 。 分区方案1主堆石区1采用微风化、 弱风化花 岗岩填筑,主堆石区2采用弱风化变质砂岩填筑,次 堆石区采用弱风化和强风化花岗岩混合料填筑。方 案1分区简单,质量易于保证;但区内花岗岩料场风 化层较深,呈球状风化,剥离工作量较大,而且开挖 初期均为大量的弱风化和强风化花岗岩混合料,需 二次搬运,场地条件不允许,成本高。 分区方案2主堆石区1呈L型布置,为承受水 平荷载的主要支撑体和渗透水流的排泄通道,主堆 石区1石料1495m以下采用弱风化变质砂岩填筑, 87 岩土工程界 第11卷 第2期施工经验 1495m以上采用微风化、 弱风化花岗岩填筑。主堆 石区2采用弱风化为主的花岗岩料填筑,强风化花 岗岩含量控制在10以内。次堆石区采用弱风化 和强风化花岗岩混合料填筑,强风化花岗岩含量控 制在30以内。分区方案2设置了L型渗透水流 的排泄通道,其他部位不需进行严格的渗流控制,对 坝料要求也相应降低,这样充分利用了当地材料,解 决了开挖初期弱风化和强风化花岗岩混合料二次搬 运的问题,施工简单方便,质量易于控制。故最终采 用分区方案2作为南山水库大坝的分区方案。 2选定方案细部设计坝体断面坝料分区见 图3,筑坝材料特性见表1。坝体填筑材料分区为 ⅠA区面板上游铺盖粘土料;ⅠB区面板上游盖 重风化石料;ⅡA区垫层料;ⅡB区周边缝小区 料;ⅢA区过渡料;ⅢB1区弱风化变质砂岩、 微风 化-弱风化花岗岩料;ⅢB2区弱风化为主的花岗 岩料;ⅢC区弱风化、 强风化花岗岩混合料;ⅢD 区下游干砌石护坡;ⅢE区下游大块石堆石区。 97 施工经验GEOTECHN ICAL ENGI NEER I NGWORLD VOL. 11 No. 2 表1 筑坝材料特性表 施工参数单位垫层料特殊垫层料过渡层料主堆石区Ⅰ料 主堆石区Ⅱ料次堆石区料 干密度rd gcm - 3 21241212412116211062108621028 孔隙率n171720222222 最大粒径mm8040300800800800 渗透系数Cms- 110 - 3～10- 4 10 - 3～10- 4 110 - 2 11001100 填筑层厚mm400200400800800800 压实机具16t振动碾平板16t振动碾16t振动碾16t振动碾16t振动碾 压实遍数88888 加水量10～1510～1510～2010～2010～2010～20 5mm以下颗粒含量30～5035～488～2820 011mm以下颗粒含量2～855555 4 坝料设计 1垫层料ⅡA区位于面板下面,具有半透 水性、 低压缩性、 高抗剪强度、 高渗透稳定性、 并对粘 土起反滤作用。垫层上游保护采用挤压边墙固坡。 垫层料采用料场中新鲜的花岗岩人工轧制。垫层料 的设计级配为最大粒径80mm,小于5mm的颗粒含 量占30～50 ,小于011mm的颗粒含量占2～ 8 ,填筑干密度大于21241 gcm - 3 ,孔隙率17。 根据国内外已建工程对垫层料的渗透破坏试验,渗 透破坏比降均大于100,本工程垫层区水平宽度为 215m,垫层区承受最大水力坡降为39,不会发生渗 透破坏。垫层区水平宽度为215m,填筑层厚014m。 试验结果表明,本工程垫层料压缩性低 011MPa垂 直压力下压缩模量饱和状态下约65MPa,非饱和状 态下约135MPa;高抗剪强度内摩擦角大3918,渗 透系数在110 - 3 ～110 - 4 cms - 1之间。 2ⅢA区对垫层料起渗流保护作用,防止垫 层料冲蚀到主堆石的大空隙中去。过渡料直接由采 石料中选取新鲜的花岗岩,它属于连续级配,通过筛 分或加工获取。过渡料控制最大粒径300mm,小于 5mm颗粒含量控制在8～28 ,小于011mm颗粒 含量小于5 ,填筑干密度大于2116gcm - 3 ,孔隙 率为20 ,过渡区水平宽度为315m,填筑厚度 014m。试验成果表明,过渡区干密度在21165～ 21174 gcm - 3之间 ,渗透系数在110 - 1 ～110 - 2 cms - 1之间 ,均满足设计要求。 3ⅢB1区为承受水平荷载的主要支撑体和 渗透水流的排泄通道,设计要求主堆石料1具有低 压缩性、 高抗剪强度、 透水性和耐久性。考虑到料场 的实际情况,主堆石区1石料1495m以下采用弱风 化变质砂岩填筑, 1495m以上采用微风化、 弱风化花 岗岩填筑。主堆石区1控制最大粒径800mm,小于 5mm颗粒含量小于20 ,小于011mm颗粒含量小于 5,填筑干密度大于21106gcm - 3 ,孔隙率为22, 填筑厚度018m。试验成果表明,主堆石区1干密度 在21109～21128gcm - 3之间 ;渗透系数约510 cm s - 1; 011MPa垂直压力下压缩模量饱和状态下约 95MPa,非饱和状态下约105MPa。满足设计要求。 4ⅢB2区采用弱风化为主的花岗岩料填筑, 强风化花岗岩含量控制在10以内。控制最大粒 径800mm,小于011mm颗粒含量小于5 ,填筑干 密度大于21086gcm - 3 ,孔隙率为22 ,填筑厚度 018m。试验成果表明,主堆石区2干密度在21091 ～21116gcm - 3之间 ; 011MPa垂直压力下压缩模量 饱和状态下约84MPa,非饱和状态下约93MPa,均能 满足设计要求。 5ⅢC区采用弱风化和强风化花岗岩混合料 填筑,强风化花岗岩含量控制在30以内。次堆石 料控制最大粒径800mm,小于011mm颗粒含量小于 5,填筑干密度大于21028gcm - 3 ,孔隙率为22, 填筑厚度018m。试验成果表明,次堆石区干密度在 21018～21034gcm - 3之间 ,基本满足设计要求。 6下游大块石堆石料ⅢE区是为了大坝 排水通畅和下游坝坡稳定,充分利用料场开挖中的 大块石分层吊放堆码,逐层铺填级配料整平压实,形 成以大块石为骨架、 排水通畅而稳定可靠的砌体。 5 结语 南山水库混凝土面板堆石坝根据坝址附近天然 建筑材料的特点,结合料源情况及施工进度进行坝 体分区,在充分利用天然建筑材料的条件下,同时满 足了坝体变形控制和渗流控制的要求,节约了工程 投资,加快了施工进度,保证工程质量。 参考文献 [1 ] 傅志安.混凝土面板堆石坝.武汉华中理工大学出版社, 1993. [2 ] 南山水利枢纽工程初步设计报告.桂林桂林市水利电力勘测 设计研究院, 2000. [3 ] 张丕华,杨天秀.挤压式边墙护坡技术在芭蕉河面板堆石坝工 程的应用, 2005. 第一作者通讯地址广西桂林市秀峰区骝马山北巷8号桂 林市水利电力勘测设计研究院 邮编 541001 08