鹤岗市关门嘴子水库重力坝坝型比选分析

温　州，王秀丽，郭佳乐

技术论坛

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)



鹤岗市关门嘴子水库重力坝坝型比选分析

温州，王秀丽，郭佳乐

技术论坛

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

摘要：文章对正在进行可研编制工作的鹤岗市关门嘴子水库重力坝坝型进行了比选分析，根据筑坝材料的不同，拟定了常态混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝、堆石混凝土重力坝三种不同坝型。通过对其投资、材料特性、施工条件及温控措施、运行条件等方面的综合考量，最后选定常态混凝土重力坝作为选定坝型。

关键词：重力坝；坝型；常态；碾压；堆石

关门嘴子水库是一座以城镇供水、农业灌溉为主，结合防洪，兼顾发电等综合利用的大(2)型水利枢纽。在可研编制过程中对土石坝、重力坝等坝型进行了综合比选，最终确定了重力坝为代表坝型。文章对重力坝的几种典型坝型进一步比选，选定常态混凝土重力坝作为选定坝型。

1坝型方案

混凝土重力坝选取常态混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝、堆石混凝土重力坝共3种型式进行比较。通过比较，选择经济合理的坝型作为混凝土重力坝的代表坝型。各种坝型方案枢纽布置均相同，大坝填筑材料和混凝土分区设计不同。

1.1常态混凝土坝

非溢流坝段内部采用强度等级为C15的三级配常态混凝土。在大坝迎水面设置2.5 m厚C25的二级配常态防渗混凝土，防渗混凝土上游面在正常蓄水位146.50 m以下设15 mm厚丙乳砂浆喷涂层。在坝顶以下及大坝背水面外层设置2.0 m厚强度等级为C25的常态防渗混凝土，根据下游最高水位，在高程127.80 m以上为三级配常态混凝土，在高程127.80 m以下为二级配常态混凝土。基础垫层采用1.0 m厚强度等级为C25的三级配常态混凝土。在灌浆排水廊道周围采用0.5 m厚强度等级为C25的二级配常态混凝土。坝体混凝土分区的常态混凝土重力坝典型断面图见图1。

图1常态混凝土重力坝典型断面图

溢流坝段在130.00 m以下的坝体内部采用强度等级为C15的三级配常态混凝土。在大坝迎水面设置C25的二级配常态防渗混凝土，二级配常态防渗混凝土厚度以上游水头的1/15为控制高度，以上取2.0 m厚，以下取3.0 m厚。在大坝背水面设置2.5 m厚C25的二级配常态防渗混凝土。在高程130.00 m以上至坝顶及溢流堰表面1.0 m厚采用强度等级为C40的二级配常态混凝土。基础垫层采用1.0 m厚强度等级为C25的三级配常态混凝土[1]。

1.2碾压混凝土坝

除灌溉进水口坝段和供水、发电、环境进水口坝段两个坝段为常态混凝土坝段，其它26个坝段均为碾压混凝土坝段。常态混凝土坝段混凝土分区与方案1相同。碾压混凝土非溢流坝段坝体内部采用强度等级为C15的三级配碾压混凝土。在大坝迎水面设置50 cm厚变态混凝土，变态混凝土上游面设15 mm厚丙乳砂浆喷涂层，变态混凝土下游采用2.0 m厚强度等级为C25的二级配碾压防渗混凝土。在大坝背水面设置2.0 m厚强度等级为C25的二级配碾压防渗混凝土，根据下游最高水位，在高程127.80 m以上为三级配碾压混凝土，在高程127.80 m以下为二级配碾压混凝土。为保证坝体碾压混凝土的施工质量与速度，为施工机械保留足够的作业面宽度，在高程134.25 m以上、至坝顶均采用强度等级为C25的三级配常态混凝土。基础垫层采用1.0 m厚强度等级为C25的三级配常态混凝土。在灌浆排水廊道周围采用变态混凝土，变态混凝土厚度采用0.5 m。坝体混凝土分区的碾压混凝土重力坝典型断面图见图2。

溢流坝段在130.00 m以下的坝体内部采用强度等级为C15的三级配碾压混凝土。在大坝迎水面设置50 cm厚变态混凝土，变态混凝土下游采用强度等级为C25的二级配碾压防渗混凝土。二级配碾压防渗混凝土厚度以上游水头的1/15为控制高度，以上取2.0 m厚，以下取3.0 m厚。在高程130.00 m以上至坝顶及溢流堰表面1.0 m厚采用强度等级为C40的二级配常态混凝土。在大坝背水面设置2.5 m厚强度等级为C25的二级配碾压防渗混凝土。在灌浆排水廊道周围采用厚度0.5 m的变态混凝土[2]。

1.3堆石混凝土坝

除灌溉进水口坝段和供水、发电、环境进水口坝段两个坝段为常态混凝土坝段，其它26个坝段均为堆石混凝土坝段。常态混凝土坝段混凝土分区设计与方案1相同。

非溢流坝段内部采用强度等级为C15的三级配堆石混凝土，在大坝迎水面设置1 m厚C25的二级配常态防渗混凝土，防渗混凝土上游面设15 mm厚丙乳砂浆喷涂层。根据下游最高水位，在高程127.80 m以下的背水面外层设置2.0 m厚强度等级为C25的二级配常态防渗混凝土。基础垫层采用1.0 m厚强度等级为C25的三级配常态混凝土。坝体混凝土分区见图3堆石混凝土重力坝典型断面图。

图2碾压混凝土重力坝典型断面图

溢流坝段在130.00 m以下的坝体内部采用强度等级为C15的三级配堆石混凝土。在大坝迎水面设置C25的二级配常态防渗混凝土，二级配碾压防渗混凝土厚度以上游水头的1/15为控制高度，以上取2.0 m厚，以下取3.0 m厚。在大坝背水面设置2.5 m厚C25的二级配常态防渗混凝土。在高程130.00 m以上至坝顶及溢流堰表面1.0 m厚采用强度等级为C40的二级配常态混凝土。基础垫层采用1.0 m厚强度等级为C25的三级配常态混凝土[3]。

图3堆石混凝土重力坝典型断面图

2重力坝代表坝型方案比选

2.1地形、地质条件

地形、地质条件适合布置混凝土重力坝，3种坝型均适合。

2.2枢纽布置

3种坝型对枢纽布置无影响。

2.3筑坝材料

3种坝型所需的填筑材料都可以满足要求。但碾压混凝土坝可以用一定比例的粉煤灰代替水泥，鹤岗市是产煤城市，市内电厂可以供应粉煤灰，粉煤灰价格低廉，运距短，所以采用碾压混凝土坝可以节省水泥用量，减少投资。常态混凝土坝设计掺埋石20%，可节省部分水泥用量。堆石混凝土坝可使用大量的块石作为主要建筑材料，节省水泥用量，节省投资，但工程所在地粉煤灰价格低廉故不及碾压混凝土坝单位造价低。

2.4施工条件及混凝土温控防裂

1)常态混凝土坝：振捣，冷却水管等工序较多，水化热高，温控复杂，容易开裂成本较高。

2)碾压混凝土坝：要求大仓面重型机械。可以薄层大仓面浇筑碾压，便于连续施工，因而施工速度快，工期短。但本工程拦河坝最大拔高33.23 m，坝轴线全长523 m，13#为灌溉进水口坝段，14#为供水、发电、环境进水口坝段，这两个坝段设计为常态混凝土坝段，因此碾压混凝土大仓面浇筑的优势不明显。

3)堆石混凝土坝：机械化程度较低，质量控制难，随着人工成本的增加，优势降低。堆石混凝土坝施工混凝土免振捣自密实，施工工艺简单，但堆石混凝土坝是专利技术 ，施工需有专门的技术支持。

4)碾压混凝土坝：碾压混凝土胶凝材料用量少，并用粉煤灰代替部分水泥，水化热较常规混凝土少，所以一般情况下碾压混凝土坝体不设置冷却水管，因此碾压混凝土施工的温控要求也更为严格。碾压混凝土坝施工时比浇常规混凝土温度提升更快，因为松散状态的碾压混凝土颗粒间充满了流动的空气，加快了碾压混凝土与外界的热交换。因此运输路程应尽量短，碾压应及时。另外，尽量减少碾压混凝土层面在空气中的暴露时间，加快铺筑速度。

碾压混凝土的层面比常规混凝土多, 施工中常易产生主骨料分离, 层面黏结不良等缺陷。因此, 要防止水平层面开裂,应注意加强层面黏结、上游防渗措施与温控防裂措施相结合。

2.5施工工期

碾压混凝土坝施工工期为3 a，常态混凝土坝初拟工期4 a。堆石混凝土坝工艺简单也节省工期与碾压混凝土坝工期相当。

2.6运行条件

2.6.1碾压混凝土坝较高的徐变防裂能力

碾压混凝土的抗拉强度与常规混凝土相似，但碾压混凝土徐变度大。由于粉煤灰在一年以后还有一定的活性，能够继续形成水化物晶体，使晶体间由于应力产生的微裂隙得以穿插交错，恢复为整体。也即其慢速极限拉伸变形远大于常态混凝土，对基础约束的抗裂能力大于常态混凝土坝。

2.6.2碾压混凝土坝较高的抗溶蚀能力

碾压混凝土的粉煤灰掺量很高，具有足够的一氧化硅与水泥水化产物相结合，对常见的泛酸性侵蚀、溶出性侵蚀和游离一氧化碳侵蚀有足够的抗侵蚀能力。因此，即使漏水也很少出现上游侧缝面被侵蚀，下游侧缝面析出钙质沉淀物现象，不致造成严重溶蚀。

2.6.3混凝土坝抗裂保温措施

无论哪种混凝土坝型，混凝土结构由于内外因素的作用不可避免地存在裂缝，而裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。除了在拌合料种掺加外加剂，在混凝土坝迎水面表面设一层丙乳砂浆喷涂层，丙乳砂浆具有黏结、抗裂、防水、防氯离子渗透、耐磨、耐老化等性能。北方冬季天气寒冷，混凝土坝在运行期间需要采用土工膜等保温措施。

2.7投资对比

3种混凝土坝型方案的投资见表1。

表1　混凝土重力坝代表坝型比较投资成果

3结论

常态混凝土坝的投资为14226万元，碾压混凝土坝的投资为13356万元，堆石混凝土坝的投资为13192万元。堆石混凝土坝投资最省，比碾压混凝土坝省164万元，比常态混凝土坝省1034万元。碾压混凝土坝比常态混凝土坝投资省870万元。各种混凝土坝型方案投资相差不多。虽然堆石混凝土坝投资最省，但机械化程度较低，质量控制难，随着人工成本的增加，优势降低。在投资相差不多的情况下可对堆石混凝土坝型不予考虑。碾压混凝土坝比常态混凝土坝节省投资870万元，但本工程坝高33.23 m，坝高不太高，非溢流坝段长520 m，施工作业面较窄，碾压混凝土大仓面浇筑的优势不明显，碾压混凝土坝温控比常态混凝土坝更加严格，而且碾压混凝土的施工层面多, 施工中易产生主骨料分离, 层面黏结不良等缺陷。所以本阶段推荐常态混凝土坝型作为混凝土重力坝的代表坝型。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部.SL319—2005混凝土重力坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社,2005.

[2]中华人民共和国水利部.SL314—2004碾压混凝土坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2004.

[3]水电水利规划设计总院.水工设计手册(第2版)：混凝土坝[M].北京：中国水利水电出版社，2001:84-92.

Alternative on Gravity Dam Type of Guanmenzuizi Reservoir in Hegang City

WEN Zhou; WANG Xiu-li and GUO Jia-le

(Heilongjiang Provincial Water Conservancy & Hydroelectric Power Investigation, Design and Research Institute, Harbin 150080, China)

Abstract：The gravity dam types of the Guanmenzuizi reservoir being at the stage of working out the infeasibility study were compared and analyzed in the paper.In accordance with the different construction material of the dam, three types of various dams composed of concrete gravity dam in normal state, rolled concrete gravity dam and rock-filled concrete gravity dam were proposed.By the comprehensive considerations on the cost, material characteristics, construction conditions, temperature control measures and operation conditions, the concrete gravity dam in normal state was selected finally as the dam type.

Key words：gravity dam; type of dam; normal state; compaction by rolling; rockfill

中图分类号：TV642.3

文献标识码：B

[作者简介]温州(1983-)，男，黑龙江省鹤岗人，工程师；王秀丽(1967-)，女，黑龙江哈尔滨人，高级工程师；郭佳乐(1987-)，女，黑龙江哈尔滨人，工程师。

[收稿日期]2015-09-28

文章编号：1007-7596(2016)01-0039-04