秘魯塞羅德?tīng)柊⒓璕CC重力壩的設(shè)計(jì)與施工

[瑞士]

S. M. 薩耶 等

李曙光　　張　垚 　　付湘寧　譯

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秘魯塞羅德?tīng)柊⒓璕CC重力壩的設(shè)計(jì)與施工

[瑞士]

S. M. 薩耶 等

摘要：秘魯塞羅德?tīng)柊⒓?xiàng)目是曼塔羅河大型水電計(jì)劃梯級(jí)開(kāi)發(fā)的最后一級(jí)。該水電站目前正在建設(shè)中，裝機(jī)容量為520 MW，電站大壩為RCC重力壩，高88 m、長(zhǎng)270 m。溢洪道總泄洪能力約為7 000 m3/s。概述了該壩的主要設(shè)計(jì)特征，并對(duì)優(yōu)化后配合比設(shè)計(jì)、施工過(guò)程和混凝土澆筑情況進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。

關(guān)鍵詞：RCC重力壩；RCC配合比設(shè)計(jì)；曼塔羅河；秘魯

1項(xiàng)目背景

秘魯塞羅德?tīng)柊⒓?Cerro delAguila)水電站項(xiàng)目是曼塔羅(Mantaro)河大型水電計(jì)劃梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第3級(jí)。它坐落于SAM/雷斯蒂圖喬恩( Restitucion)水電站的下游。最初，規(guī)劃了另一個(gè)項(xiàng)目，準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)第2彎道，向下幾乎到達(dá)其與阿普里馬克(Apurimac)河的匯流處。該項(xiàng)目原計(jì)劃包括1座較長(zhǎng)的低壓隧洞和1座高250 m的大壩，坐落于科爾卡班巴(Colcabamba)河匯流處下游，從而匯集額外集水區(qū)的泄洪量，并在SAM HPP尾水位和曼塔羅河之間形成額外水頭。

考慮到1974年馬永馬卡(Mayunmarca)地區(qū)發(fā)生的超大規(guī)?；拢约吧焦纫粋?cè)出現(xiàn)的穩(wěn)定性問(wèn)題，放棄了建高壩的打算，擬開(kāi)發(fā)的部分項(xiàng)目如下：

(1) 雷斯蒂圖喬恩項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)SAM HPP尾水位與曼塔羅河之間的剩余水頭；

(2) 吉塔拉(Guitarra)項(xiàng)目，位于吉塔拉彎道下游不遠(yuǎn)處。吉塔拉項(xiàng)目(1983年)現(xiàn)已更名為塞羅德?tīng)柊⒓?xiàng)目。

該項(xiàng)目采用設(shè)計(jì)-采購(gòu)-施工總承包(EPC)方案。 2012年初，進(jìn)場(chǎng)道路開(kāi)始開(kāi)挖。2014年中期，壩基準(zhǔn)備工作結(jié)束，大壩施工準(zhǔn)備就緒。

2地質(zhì)狀況

大壩位于高山區(qū)，峽谷坡陡(平均30°，局部超過(guò)60°)，距離亞馬遜地區(qū)上游約50 km，主要基巖巖性為花崗巖/花崗閃長(zhǎng)巖(Villa Azul基巖)。曼塔羅河侵蝕了現(xiàn)有河床，直至基巖。左手側(cè)和右手側(cè)斜坡顯示有不同的第四紀(jì)沉積物：左手側(cè)更陡峭，基巖裸露，上覆蓋一層薄薄的崩積物，局部可見(jiàn)落石/泥石流堆積物。由于曼塔羅河的侵蝕環(huán)境，現(xiàn)在的河床周圍僅有少量沖積物。

3大壩設(shè)計(jì)

3.1特點(diǎn)

新壩的主要特點(diǎn)如下(詳見(jiàn)圖1)。

3.1.1水文和地貌

(1) 集水面積：28 096 km2；入水口處排水量：9.04 L/s/km2。

(2) 防洪工程(壩址)：Q1 000= 6 125 m3/s。

(3) 新水庫(kù)的假定泥沙量：100～400萬(wàn)m3/a。

3.1.2水庫(kù)和大壩

(1) 壩型：RCC重力壩(拱形)。

(2) 壩高：壩基以上88 m(壩頂壩基高程分別為1 560.00 m和1 472.00 m)。

(3) 壩頂長(zhǎng)度：270 m。

(4) 非常運(yùn)行水位： 1 560.00 m高程。

(5) 正常運(yùn)行水位： 1 556.00 m高程。

(6) 總蓄水量：約3 700萬(wàn)m3。

(7) 泄水底孔：6×2扇滑動(dòng)閘門，4.60 m×6.00 m；孔底高程 1 495.00 m。

(8) 溢洪道：4扇弧形閘門，12.40 m×16.00 m(寬×高); 2扇舌瓣閘門，12.00 m×5.20 m(寬×高)。

(9) 溢洪道頂檻壩高程： 1 544.50 m(弧形閘門)， 1551.50 m(舌瓣閘門)。

(10) 導(dǎo)流：長(zhǎng)340 m的有壓隧洞，泄流能力715 m3/s。

3.2大壩布局和典型斷面

圖2示出了新壩的典型斷面。壩型為RCC重力壩，有18個(gè)獨(dú)立壩段，每個(gè)壩段約16 m長(zhǎng)。壩長(zhǎng)270 m，平面軸線稍微曲(R=400 m)。壩基以上最大壩高為88 m。大壩典型橫斷面設(shè)計(jì)成傾斜面，以確保發(fā)生地震時(shí)具備所需的穩(wěn)定性(最大可信地震=0.4g; 最大設(shè)計(jì)地震0.25g)。上游壩面傾斜度為1∶ 0.1(V∶ H)，下游面傾斜度為1∶ 0.75 (V∶H)。壩基最大寬度約為70 m。拱冠的典型寬度為6.2 m。壩頂寬6.5 m，上游面處設(shè)有胸墻。壩體混凝土總方量約為45萬(wàn)m3。

大壩溢洪道設(shè)有4扇弧形閘門和2扇舌瓣閘門， 6個(gè)泄水底孔，配備有滑動(dòng)閘門，以確保極端洪水出現(xiàn)時(shí)泄水。溢洪道總泄洪能力為7 000 m3/s，泄水底孔的總泄洪能力為5 000 m3/s，其總泄洪能力達(dá)12 000 m3/s。

大壩還設(shè)有45 m長(zhǎng)的滑雪式泄槽和滑雪式溢洪道，以便泄水至下游。滑雪式溢洪道末端預(yù)制有一系列寬3 m、高3 m的導(dǎo)流片，以便形成水流摻氣的脈動(dòng)作用，也有助于大量消能后再泄放至消力池。

3.3用于排沙的大型泄水底孔

大壩的長(zhǎng)期運(yùn)行狀況很大程度上取決于泥沙的管理是否得當(dāng)。河流泥沙來(lái)自曼塔羅河含沙水流，至少部分泥沙在汛期沉積于水庫(kù)底部。據(jù)估算，該水庫(kù)的年均泥沙淤積量高達(dá)200～400萬(wàn)m3。因此，每年都需要進(jìn)行排沙清淤。為了優(yōu)化排沙過(guò)程，縮短排沙時(shí)間，避免對(duì)發(fā)電造成重大損失，擬采用6個(gè)泄水底孔(圖2)泄水沖沙。

每個(gè)泄水底孔都有兩個(gè)滑動(dòng)閘門，能夠部分開(kāi)啟，進(jìn)行部分排沙工作。當(dāng)這些閘門完全開(kāi)啟時(shí)，可能會(huì)使水庫(kù)排空，對(duì)所有淤積的泥沙進(jìn)行徹底清理?；谖锢砗蛿?shù)字建模，估計(jì)排沙周期僅需幾天。所有泄水底孔都用鋼襯，且完全通氣，在放空水庫(kù)時(shí)底孔泄水為無(wú)壓流(圖3)。

3.4大壩RCC-CVC分區(qū)

典型中心壩段的三維應(yīng)力分析如圖4所示。該分析針對(duì)典型地震事件而實(shí)施(在本情況下為最大設(shè)計(jì)地震事件)，其結(jié)果表明，該壩上游面顯示有約2.5～3 MPa的正向拉伸應(yīng)力，然而，在該上游面底部，該拉伸應(yīng)力可能高達(dá)6～7 MPa。為處理較高的拉伸應(yīng)力，決定采用強(qiáng)抗振傳統(tǒng)混凝土，抗壓強(qiáng)度達(dá)25 MPa。該壩的其余部分使用了RCC。根據(jù)壩體內(nèi)部的應(yīng)力分布，采用了兩種不同的RCC強(qiáng)度。在壩體中心， 抗壓強(qiáng)度為12 MPa，在下游壩趾和滑動(dòng)閘門下，抗壓強(qiáng)度為15 MPa。通過(guò)分區(qū)方式，有可能避免對(duì)主體混凝土(RCC 12 MPa)進(jìn)行冷卻處理。此外，這種優(yōu)化能夠大大降低混凝土的水泥用量。

4大壩施工

4.1配合比設(shè)計(jì)和全尺寸測(cè)試壩段

2014年初，著手對(duì)傳統(tǒng)搗實(shí)混凝土和RCC的配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合研究。RCC的全尺寸測(cè)試壩段，寬約4 m，長(zhǎng)10 m。室內(nèi)試驗(yàn)主要包括壓縮和拉伸強(qiáng)度(主壩混凝土和層縫面)、滲透性、密度、Vebe數(shù)、導(dǎo)熱性、水化熱試驗(yàn)等。表1給出了塞羅德?tīng)柊⒓瓑问┕み^(guò)程采用的不同配合比設(shè)計(jì)的主要特征。

4.2混凝土運(yùn)輸、澆筑和壓實(shí)

混凝土澆筑設(shè)備主要為索道起重機(jī)，運(yùn)輸能力約為9 m3。考慮到大壩廊道的幾何形狀相當(dāng)復(fù)雜，該壩中心壩段施工期間記錄的平均澆筑方量介于100～120 m3/h?；炷翝仓蛿備伜螅捎?2 t的振動(dòng)滾筒來(lái)壓實(shí)RCC，平均碾壓7次。為了加快運(yùn)輸和澆筑速度，還在右壩肩安裝了一個(gè)鋼制溜槽，作為索道起重機(jī)的補(bǔ)充裝置。通過(guò)這種方法，在多種環(huán)境下澆筑

速度可達(dá)約210 m3/h。一般認(rèn)為，RCC層厚為30 cm，而傳統(tǒng)振實(shí)混凝土層厚僅需60 cm。如圖2所示，在該壩所有廊道周圍采用了1 m寬的周邊搗實(shí)混凝土層(傳統(tǒng)搗實(shí)混凝土15 MPa)，RCC隨后被澆筑在該層上。這樣可以防止RCC與空氣直接接觸，為廊道墻壁和地基提供更高的光潔度。為了避免廊道頂部使用模板，根據(jù)各個(gè)廊道的寬度使用了幾種預(yù)制鋼筋梁(最大頂梁為9 m長(zhǎng)，布置在泄水底孔處)。通過(guò)這種方式，有可能避免施工時(shí)間的拖延。

4.3層間縫處理方法

設(shè)計(jì)人員特別注意到了相鄰兩層面間的處理。由于大壩設(shè)計(jì)復(fù)雜，而且有時(shí)幾何形態(tài)復(fù)雜的廊道會(huì)相對(duì)集中，所以許多情況下暫?；炷翝仓_(dá)24 h以上是不可避免的。由于層間縫對(duì)RCC壩的拉伸和黏結(jié)強(qiáng)度十分重要，所以在澆筑下一層之前，應(yīng)使用高壓水/空氣仔細(xì)清理老層面，之后再鋪一層專門設(shè)計(jì)的墊層砂漿。大壩幾個(gè)位置的鉆芯試驗(yàn)表明該處理方法是成功的。

4.4固結(jié)灌漿和接觸灌漿

通過(guò)各壩段上下游方向預(yù)置的特殊廊道來(lái)對(duì)壩基進(jìn)行固結(jié)和接觸灌漿。這些廊道的斷面為3 m×3 m。通過(guò)這種方式，可以使灌漿工作獨(dú)立于壩體施工和混凝土澆筑，而不致耽誤壩體的施工。

5結(jié)語(yǔ)

目前，該壩距竣工還有約30%的施工進(jìn)度。壩基固結(jié)和接觸灌漿近乎完工，灌漿帷幕工作仍在進(jìn)行中。計(jì)劃于2015年底水庫(kù)首次蓄水。

李曙光張垚 付湘寧譯

(編輯：朱曉紅)

收稿日期：2016-01-18

文章編號(hào)：1006-0081(2016)05-0024-03

中圖法分類號(hào)：TV642.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A