- 瀑布沟砾石土心墙堆石坝关键技术
- 姚福海 杨兴国主编 叶发明 余学明 李鹏 王文涛 薛新华副主编
- 2622字
- 2021-04-09 21:58:50
1.4 瀑布沟宽级配砾石土心墙堆石坝主要技术问题
1.4.1 主要技术难点
1.心墙防渗料
瀑布沟心墙坝的防渗体选用远离枢纽区的黑马Ⅰ区、黑马0区土料为主要防渗土料场,两料场均为宽级配砾石土,级配偏粗,细料含量偏少,防渗和抗渗透变形能力稍差。其主要特点是:粗粒土(>5mm)含量平均在60%左右,细粒土中小于0.1mm含量在20%以下,室内试验渗透系数k在10-5cm/s左右,不能完全满足土石坝设计规范要求。而坝址附近的老堡子、深启底土料颗粒组成中,细料(<5mm)含量偏高,平均在70%以上,可满足要求,但压缩性较高,相应的心墙沉陷量较上下游两侧反滤料、过渡料、堆石料明显偏大,且不协调,容易在心墙中上部位出现竖向应力明显偏低,即所谓的“拱效应”。在渗透水压作用下,容易形成贯穿心墙的近似水平裂缝。大量室内试验研究表明:黑马、老堡子、深启底料场,均很难单独作为土石坝心墙防渗料的料源,必须采取措施改善其性能,方可满足防渗体的要求。
2.深厚覆盖层土石坝“幕—墙—廊道—心墙”综合防渗技术
对于深覆盖层上的高坝基础处理,采用常规的两道防渗墙同时上置廊道或插入心墙,存在结构复杂和变形不协调等问题。
3.高水头、大泄量、窄河谷、土石坝泄洪消能技术
高水头、大流量、缓陡坡、长隧洞泄洪洞工程,常规掺气设施易积水,且形成的空腔不稳定,掺气减蚀效果差;传统的溢洪道出口型式难以解决覆盖层深厚、河谷狭窄、周边建筑物密集条件下的消能抗冲和雾化问题。此外,坝址下游1km处的右岸分布有成昆铁路和尼日火车站,泄洪建筑物布置难度大。
4.河床深厚覆盖层混凝土防渗墙的设计与施工
瀑布沟大坝坝基防渗墙具有以下施工难度。
(1)坝基防渗墙质量要求高。墙体材料性能选择对基础防渗效果和协调变形意义重大,直接关系到坝体安全稳定。同时为保证墙体材质、成形及嵌入基岩深度满足设计指标,必须对墙体材料及固壁泥浆配比、墙体质量检测方法等进行深入研究与分析,提出符合该工程的施工工艺与质量控制体系。
(2)河床覆盖层深厚、孤石半径大且架空现象普遍,造孔成槽困难,同时极易造成卡钻、掉钻,产生大的偏差等一系列工程问题。河床勘探资料揭示,河床覆盖层最大深度约78.0m,孤石分布较多,块径多为1.0~2.5m,个别可达3.7~4.0m,成分以凝灰砂岩、花岗岩、凝灰岩为主,孤石一般较新鲜,岩质坚硬,抗压强度高。架空层厚度一般0.3~1.75m,最大厚度2.7~5.0m。孤石分布和架空现象在空间上规律不强,不同层次和高程均有分布。有孤石分布的孔段占60%~80%,有架空结构的孔段占68%~93%。因此,为保证槽孔的顺利钻进,提高钻进工效,需研究适合该复杂地层的钻具及孔内孤石、漂石爆破方法。
(3)墙体厚且深度大,施工时易塌孔塌槽。瀑布沟水电站防渗墙墙体厚度为1.2m,最大深度约78.0m,因不良地质条件影响,造孔时极易造成槽孔坍塌,危及施工设备和人员安全。因此,要顺利完成防渗墙施工,需对成槽工艺进行深入研究。
5.大流量陡比降深覆盖层河道截流施工
坝址枯水期河水面高程676.00~678.00m,水深7~11m,河面宽60~80m,河道天然比降约6‰,水流湍急。河床部位最深厚覆盖层近80m。截流设计流量为1000.0m3/s,采用单戗立堵方案,初步计算截流落差约6.0m,龙口最大流速约8.9m/s。实际截流采用单戗双向立堵进占方式,截流流量为890.0m3/s,截流落差为4.92m,龙口最大流速为8.1m/s,其截流综合难度指标居国内外前列。
6.大坝蓄水初期下游断流带来的问题比较突出
下游30km处某重要企业用水的取水点对大渡河的最低水位有严格要求。为此,需要在下闸蓄水初期,利用下游15km处已在建设中的深溪沟水电站临时蓄水来解决下游的断流问题。
1.4.2 主要创新点
针对以上工程项目难点,在大坝工程建设过程中,主要有以下创新之处。
1.宽级配砾石土作为大坝防渗料的研究与应用
(1)通过系列科技攻关、现场试验和工程实践,首次将宽级配砾石土料应用于深厚覆盖层高土石坝心墙防渗料,突破了现行规范的部分规定,拓展了筑坝材料的适用范围,使我国的高土石坝心墙防渗技术达到了国际领先水平。
(2)国内外同期首次研制了适用于大坝土料科研实验的重型击实仪、高压三轴仪和大型土工渗透仪,拓宽了土工实验的适用级配范围,提高了实验能力,为筑坝材料的拓展奠定了基础。
2.深厚覆盖层土石坝采用“幕—墙—廊道—心墙”结构综合防渗技术
首次研究应用“基岩帷幕—两道混凝土防渗墙—廊道—两岸混凝土垫板—砾石土心墙”的大坝防渗体系:两道高强度低弹模的刚性混凝土防渗墙间距14m,墙厚1.2m;上游侧防渗墙插入心墙深度10m,下游侧防渗墙顶设置廊道并置入心墙。岸坡设置混凝土垫板与土心墙连接。
3.高水头、大泄量、窄河谷、土石坝泄洪消能新技术
(1)首次研究应用了岸边溢洪道“鹰嘴型”挑流技术,解决了覆盖层深厚、河谷狭窄、周边建筑物密集条件下的消能抗冲和雾化问题。
(2)首次研究应用了缓底坡长泄洪洞“梯形坎槽+缓坡平台+局部陡坡”的掺气设施,克服了传统掺气设施易积水,空腔不稳定,掺气减蚀效果不佳的不足。
4.大流量、陡比降、深覆盖层、无护底河道截流技术
针对流量大、落差高、流速大、覆盖深的河道截流难题,首次研究应用了无护底截流技术。该技术具有减少抛填工程量,降低河道截流难度,加快施工进度等技术经济优势。
5.宽级配砾石土心墙料自动筛分加工技术
首次研究应用了适应于宽级配砾石土剔除粗粒料的自动条筛系统,已成功完成依托工程近40万m3砾石土料的级配调整。该系统造价低、工艺简单、工效高、运行成本低,可在类似工程中推广应用。
6.防渗墙施工关键技术
研制应用了平底十字重型钻头,使用重锤强夯技术进行防渗墙成槽造孔施工,9个月时间完成造孔面积19042m2,成墙面积16421m2(上下游墙合计),槽孔最深达83m。该技术冲击功率高、成槽速度快,尤其适用于深厚防渗墙成槽施工。
7.长距离高带速大落差下行胶带机土料运输技术
针对土料运距远、道路修建成本高、运输强度高的问题,研究采用隧洞截弯取直缩短运距的胶带机运输布置方案,首次采用了单机胶带长4km、带宽1m、带速4m/s,下运高差460m,下行倾角6.6°的洞内胶带机输送技术。同时,成功解决了胶带跑偏、紧急制动等关键技术问题,整个系统运行平稳,输送效率高,确保了土料无分离,节能环保效应明显。
8.梯级群库蓄水期联合调蓄供水技术
为解决水库蓄水初期下游供水安全问题,在国内首次提出了梯级群库蓄水期联合调蓄供水(两库联调)的理念,研究利用上游水库动态调节,下游在建工程泄洪(导流)洞平板事故闸门在高水头(35m)、小开度(开度ne=0.083~0.16)条件下长时间(22h)向下游持续供水的技术。水库蓄水断流期下游用水安全问题备受关注,该技术的成功应用对类似工程有很好的示范和借鉴作用。