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知识信息
第一节 设计优化
知识类型:
析出资源
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内容出处:
《白溪水庫志》
图书
唯一号:
113020020240000050
颗粒名称:
第一节 设计优化
分类号:
TV62
页数:
9
摘要:
华东院对白溪水库进行了多项优化设计,包括大坝填筑料选用、二期面板采用聚丙烯纤维混凝土、下游设置反调节池等,解决了石渣料源不足等问题,降低了成本,提高了大坝的安全性和耐久性,取得了良好的经济效益和社会效益。
关键词:
白溪水库
优化设计
聚丙烯纤维混凝土
内容
白溪水库拦河大坝是一种新型的钢筋混凝土面板堆石坝,最大坝高124.4m,截止2001年该坝建成时,其坝高居国内已建同类坝型第4位。
白溪水库工程的结构特征和地形地貌特点,决定了工程建设将要克服许多困难,攻克一些技术课题。工程建设者们针对工程实际,不断认识和总结创新,在设计上优化,施工时广泛采用新技术、新材料、新工艺,并取得一系列新成果,积累了水利建设经验。
第一节 设计优化
根据勘探资料及工地现场实际,华东院做了大量计算研究,提出了充分利用天然砂砾料筑坝、聚丙稀纤维混凝土在Ⅱ期面板浇筑中应用、下游设置反调节池、将下游围堰改建成下游挡水堤等优化设计,并与十二局一道完成实施,形成了白溪水库独有特点,不仅缩短了工期,也大大降低了成本。
一、大坝填筑料选用
(一)垫层料
招标设计阶段,要求垫层中的粗骨料采用控制爆破的洞渣料加工而成,细料用河砂,粗细骨料按设计级配要求掺配。
由于导流洞及引水洞的开挖洞渣料数量不能满足大坝过渡料及垫层料的需要,需另辟料源。白溪河床天然砂砾料中大石及超大石含量过多,在砂砾料筛分后形成大量弃料。该砾石风化石含量少,质地坚硬,如能加工成垫层料,既可减少弃料,又可解决垫层料源不足的问题,且在不降低质量标准的前提下可节省投资,经济效益显著。
经室内及现场试验,超径石轧制后,与河砂掺配,其天然休止角大于40°,高于大坝上游坡角35.5°(1∶1.4),满足垫层的技术要求。在大坝施工时垫层中的粗骨料改为超径卵石轧成。
(二)坝体填筑料分区
初步设计阶段,石方开挖共340.3万m3,折算成填筑量为361.6万m3,石方填筑共需352.68m3(大坝及挡水堤),石方挖填基本平衡。初步设计审查意见第4.5条提出“下阶段应调整溢洪道轴线位置,以减少边坡开挖高度”。根据上述意见,将溢洪道闸首部位向河床平移20m,在一定程度上降低了边坡开挖高度,也减少了石方开挖量,溢洪道石方开挖量由原来的305.4万m3减少到256.2万m3,可降低投资约1500万元,但却致使石方填筑料短缺近50万m3。
坝基开挖过程中,发现原拟保留的左岸崩积层和残坡积层渗透系数较小,含泥量偏大,决定予以挖除,这样一来,石方填筑缺口累计约70万m3左右。若要新开采石料场,征地、开挖及填筑费用将达到2240万元。
鉴于白溪下游河床砂砾料丰富,已探明白溪河床砂砾石的储量达754万m3,参照当时在建的几座高面板坝,均全部或部分采用砂砾石筑坝,在确保大坝安全的前提下,取得较好的经济效益。为了降低造价和方便施工,在大坝下游次堆石区水上部分填筑砂砾石64万m3。
经过工程类比及大量的计算分析认为:砂砾石料承载能力高,压缩变形小于开挖石渣,尤其在运行期变形量小,有利于混凝土面板和伸缩缝的正常工作;但砂砾料粗颗粒磨圆度较好,咬合力差,抗剪强度较低;细料易被渗透水流冲蚀,抗冲蚀能力低,渗透稳定性差,在渗流作用下易产生渗透破坏。而开挖石料多具有棱角,咬合力较大,抗剪强度较高,且为非冲蚀性材料。
将砂砾料区布置在坝体中部,其上下游为石渣填筑区,可以得到较陡的上下游坝坡,减少坝体填筑方量,砂砾料施工单价较低,可以减少工程投资。同时由于其压缩变形小,相当于将主堆石分区扩大至坝轴线下游大部分坝体,减少了坝体不均匀沉降及上游坝坡的拉应变,改善了面板运行条件。砂砾料底部高于下游最高水位1.8m,两岸通过水平宽度不小于4m的堆石过渡料与岸坡接触,底部与堆石接触面上设置了厚度1m的反滤过渡料,砂砾料在坝体干燥区运行,解决了其渗透稳定性较差的缺点,达到了物尽其用。故最终没有开挖备用石料场。由于砂砾料单价不足开挖石料的一半,故采用在坝体内部填筑河床砂砾料方案,减少投资约1200万元。
蓄水后观测资料表明,竣工期坝体(包括坝基覆盖层)最大沉降值为77.8cm,蓄水后坝体最大沉降值为82.5cm,坝体沉降量占坝高0.66%,其中蓄水引起的沉降仅占总沉降的5.7%。与国内外同规模面板堆石坝相比,坝体沉降率属中偏小,且变形规律较好。蓄水安全鉴定报告第11.0.5条第1款结论为“混凝土堆石坝坝体断面设计,材料分区和面板分逢合理。坝体主堆石料充分利用溢洪道开挖石方,石料坚硬,级配良好,含泥量少;垫层料利用超径河卵(砾)石轧制并掺配河沙,从试验成果看,颗分级配和渗透系数满足要求;过渡料利用洞渣;坝体中部分利用河卵(砾)石料。坝体填筑材料各项技术指标和碾压参数合理,填筑质量良好,满足设计要求。”
与原设计相比,这一变更不仅不影响大坝结构安全,同时还解决了石渣料源不足的问题,也就不必另辟料场,既减少投资,又可少占耕地,有利环境保护。
二、二期面板采用聚丙烯纤维混凝土
在混凝土面板堆石坝工程中,防止面板裂缝和提高混凝土变形能力一直是设计和施工需要解决的主要技术问题。裂缝的产生不仅加大了大坝渗漏损失,降低了工程效益,而且使混凝土的耐久性降低、钢筋锈蚀、影响工程寿命。
白溪水库为不完全多年调节水库,大坝二期面板位于水位变动区,冬季经常受到寒流大风等环境因素的作用,工作条件比较恶劣。防止或减少裂缝并提高面板抗变形能力,对延长面板工作寿命和保证大坝安全运行十分必要。由于常态混凝土抗温及干缩的能力较低,以增加配筋量来提高混凝土抗裂性能收效甚微。采用钢纤维混凝土,混凝土约增加400~500元/m3,若采用微膨胀混凝土,又担心混凝土耐久性问题。
我国从20世纪90年代初首先在道路、桥梁和房建工程中应用聚丙烯纤维材料,取得良好的技术经济效果。但水利水电工程对聚丙烯纤维混凝土的应用还只停留在试验阶段,尤其在混凝土面板堆石坝工程中的应用尚为空白。
为提高白溪水库工程混凝土的质量和耐久性,参建各方共同研究决定结合工程建设开展对聚丙烯纤维混凝土在水利工程上的应用研究,以解决白溪水库二期面板防裂、限裂问题,填补聚丙烯纤维混凝土在水利水电工程上应用方面的空白。经水利部立项后,指挥部组织参建各方开展《聚丙烯纤维混凝土在水利工程上应用研究》,并进行一系列的室内外试验。
室内外试验成果表明,聚丙烯纤维混凝土的力学性能、限裂、抗老化、耐久性等指标达到或超过设计要求,调整后的施工工艺可确保混凝土的浇筑质量。因此,设计同意二期面板采用聚丙烯纤维混凝土。
2000年9月,专家组评审试验成果,一致推荐在白溪水库大坝二期面板上采用聚丙烯纤维混凝土。白溪水库二期面板上全部采用聚丙烯纤维混凝土。
二期面板共33个条块,除1#、33#面板外,其余面板宽度均为12m,斜长17.3~78.3m。2000年9月20日至2000年12月5日浇筑完工,历时77天。施工中采用的聚丙烯纤维混凝土原材料、配合比、施工机具及布置、施工工艺完全按照聚丙烯纤维混凝土施工工艺试验的成果进行,施工过程基本顺利。
白溪水库的设计指标如下:
材质:为华东纺织大学研制、方大纺织化纤有限公司产品,出厂时附有质保单,其性能指标如下:比重0.9kg/m3,纤维长度15±1mm,直径51μm,燃点590℃,熔点167.2~168.8℃,抗拉强度382.9Mpa,极限拉伸59.9%,加入防老化剂。
掺量:混凝土掺0.9kg/m3、约有3400~5300万根纤维丝,其掺量约为混凝土体积的0.1%。
粉煤灰:质量不低于II级(含Ⅱ级),等量替代水泥,掺量为水泥用量的15%。
混凝土水灰(胶)比:0.40~0.425。
混凝土含气量:4%~5%。
坍落度:出机口为5~7cm,仓面为3~4cm,可根据气候作适当调整。
纤维在混凝土中的均匀度:现场随机取样,每个试样纤维丝含量与设计值之差不大于6%。
聚丙烯纤维混凝土力学性能要求:满足C25、W8、F100,保证率大于95%。
根据试块28天龄期力学性能检测结果,对二期面板聚丙烯纤维混凝土的质量评定为:混凝土抗压强度(共108组试件):设计等级C??,实测抗压强度平均值38.8Mpa,均方差3.28Mpa,离差系数8.5%,保证率99.98%;混凝土抗渗等级(共7组试件):设计抗渗等级W8,实测抗渗等级W8~W14,合格率100%;混凝土抗冻等级(共6组试件):设计抗冻等级F100,实测抗冻等级F100~F150,合格率100%;混凝土劈裂抗拉强度(共15组试件):实测劈裂抗拉强度平均值2.47Mpa,最大值2.94Mpa,最小值2.1Mpa;混凝土抗折强度(1组试件)为3.4Mpa。检测数据表明,二期面板聚丙烯纤维混凝土各项指标均满足设计要求。
大坝Ⅱ期面板成功地采用聚丙烯纤维混凝土,有效地控制了面板混凝土裂缝。2001年4月,该项目经水利部科技成果鉴定达到了国际领先水平,填补了国内空白,提高了大坝面板的混凝土质量和耐久性。该科技创新项目荣获宁波市科技进步二等奖,浙江省科技进步三等奖,并由中国水利学会和中国水力发电协会先后召开全国会议推广,该项混凝土技术因其提高耐久性、抗冲磨、抗变形和防裂等方面的显著效果以及价格低廉、工艺简单,已经为国内许多水利工程采纳应用。
三、溢洪道闸门加高
初步设计阶段,根据水库运行要求,制定洪水调度原则为:当入库流量小于或等于下游安全泄量1340m3/s时,水库按来水泄放;当入库流量超过下游安全泄量时,而库水位低于防洪高水位(20年一遇洪水位)173.5m时,控制下泄流量为1340m3/s;当库水位超过173.5m,来水量大于2230m3/s时,应根据设计要求逐步加大泄量。根据上述水库调度原则,溢洪道表孔弧门顶部高程设计为170.6m(堰顶高程162.0m),弧形门高8.6m。
1999年4月29日,市水利局甬水工[1999]31号文第五条提出:“从有利于水库的管理运用,充分发挥水库对下游防洪保护作用,以及从宁波汛期明显分为梅、台二期的特点和充分发挥蓄水潜力出发,要求设计部门根据初步设计审查意见中3.3和3.4条文要求,对防洪调度方式,分期汛限水位,控制措施以及适当提高溢洪道闸门顶高程等问题进行分析研究,尽快提出专题报告。”
1999年7月20日,市水利局又以甬水工[1999]43号文件第二条提出:“根据我省现有大型水库经验,在确保大坝安全的前提下,充分发挥水库防洪、供水效益,通过错峰调节,争取防洪调度更大的主动权,现溢洪道闸门门顶高程宜提高,具体高程请设计部门计算分析确定。”
根据上述要求,华东院将弧门加高至11.7m,水库正常蓄水位及汛前限制水位仍为170.0m,防洪高水位173.5m,以充分发挥蓄水潜力,提高供水效益。
四、引水隧洞
(一)拦污栅平台布置
拦污栅检修平台高程由165.0m降至145.0m后,由于常年淹没水下,与原设计对比减少一些投资,但清污、检修较困难。
考虑到白溪上游无城镇、厂矿,植被完整,居民稀少,水流污物不多,而引水洞进口高程90.0m,深埋水下,正常运行时拦污栅不会因污物堵塞遭破坏。进水口拦污栅表面采用喷锌防护,检修的周期较长,可利用库水位消落至145.0m高程以下时段进行检修。因此,拦污栅平台高程降低后不会影响正常运行。
蓄水初期河流漂浮物较多,蓄水过程中可利用水位在145.0m以下期间及时清污,即可防止拦污栅堵塞。
1996年4月,在宁海县召开了白溪水库设计优化研讨会,会议纪要第一条第3款提出:“建议降低拦污栅检修平台的高程,将闸门井向下游移,以减少地面岸塌结构的高度。”考虑到白溪水库污物较少,拦污栅检修和清理的机会不多,故采纳专家的建议,将闸门井移至桩号0+146.46m,并将拦污栅检修平台的高程降低至145.0m。
(二)岔管结构
白溪水库发电引水隧洞末端分两条支管引向水轮发电机组,其岔管原设计为钢结构。钢结构安全可靠,但造价较高。该工程引水隧洞附近岩石新鲜完整,渗透系数仅为0.01m/天,无密集节理地质构造,无大渗漏可能性存在。参照国内外其他工程运行经验,已有大量高水头,大直径的钢筋混凝土岔管成功运行的先例。因此,将本工程引水隧洞的线路略加调整,使岔管处上覆围岩厚度大于80m,将钢岔管改为钢筋混凝土岔管。
蓄水安全鉴定报告第11.0.7条结论为:“引水洞衬砌采用钢筋混凝土结构,岔管部分,由于地质条件较好、岩体覆盖有一定厚度,采用钢筋混凝土岔管是可行的,经济合理的。”此外,施工也较方便。
五、补充供水系统布置
初步设计阶段,引水隧洞兼做供水放空隧洞,岔管下游延伸至河床为供水放空隧洞。在隧洞出口消力池左侧布置一条连通渠,连接下游反调节池。上游库水经隧洞及连通渠进入反调节池内。连通渠还兼做反调节池的泄水设施。技施设计阶段,根据初步设计报告审查意见,调整补充供水布置方案,以简化连通渠的功能。在2#压力钢管左侧接一条补充供水钢管,供水钢管的下游端设有锥阀和消能室,控制上游库水平稳地进入反调节池内。水工模型试验表明,经消能室进入反调节池的水流流速低,流态平稳,可确保大坝坡脚的安全。
六、大坝下游设置反调节池
白溪水库枢纽除布置有拦河大坝、溢洪道及引水发电建筑物外,下游还布置有反调节建筑物(相当于一个小水库)。这种布置在水利枢纽中很少采用,它不仅满足白溪水库运行的特殊要求,还为水库管理和安全监测提供了便利条件。
白溪水库布置了下游反调节池建筑物,虽然增加了设计难度和工作量,但纵观全局,却取得了较好的效益,主要效益如下:
第一,白溪库区无城镇厂矿,水质优良。原设计反调节池设在九顷塘,距枢纽较远,管理困难,作为供水的水源很难避免水质污染。而下游反调节池紧邻大坝,布置十分紧凑,便于集中管理,可确保水质不受污染。
第二,由于设置了反调节池建筑物,使白溪水库的使用功能更加完善。下游围堰兼做反调节池挡水堤,提高了下游围堰的挡水标准,相应提高主体工程的施工保证率。白溪水库运行初期,输水工程尚未投产,水库暂时不能发挥供水效益。此时,可在保证防洪效益的同时,最大限度发挥发电效益。设计在溢流侧堰下面设置了泄水底孔,降低反调节池内水位,提高发电水头,增加发电效益。反调节池是发电厂房的消防水源之一,紧邻厂房,水源非常可靠。
第三,白溪水库大坝基础是砂砾石覆盖层,厚达20m余,一般情况下要进行大坝渗漏观测十分困难,我国已建的同类大坝这一问题均未得到很好地解决。白溪水库下游挡水堤的防渗结构将深覆盖层截断,通过大坝的渗漏水可全部拦蓄在反调节池内,为大坝渗漏观测提供有利条件。在溢流侧堰下游泄水涵洞出口明渠末端设置了量水堰,利用电站停电检修期关闭所有闸阀,即可进行大坝渗漏观测;此举是该工程的独创,成功地解决了深覆盖层高面板堆石坝的渗流量观测问题。
蓄水安全鉴定报告第11.0.8条第2款结论是“反调节池工程总体布置合理,设计原则和计算方法符合有关规定。”
七、下游挡水堤溢水堰的布置
初步设计阶段,设置连通渠作为反调节池的泄水设施。根据初步设计报告审查意见,在下游挡水堤左侧设置溢流侧堰,侧堰溢流前沿长12.5m,堰顶高程84.7m,挡水堤堤顶高程87.0m,考虑到大坝堆石体孔隙,可保证84.7m高程以下反调节池内的容积不小于20万m3,泄水能力完全满足反调节池水位控制的要求。由于堰顶为自由泄流,操作简单可靠。在侧堰的下游侧布置的一条直径为80cm的放水管高程较低,用作灌溉和下游生活用水的供水管,下游河道用水更有保障。此时,连通渠的作用已消失,故取消连通渠。八、反调节池泄水涵洞加装控制闸门
反调节池位于大坝坡脚下游,由挡水堤、溢流侧堰、泄水涵洞和放水管组成。挡水堤左侧设溢流侧堰,堰顶高程84.7m,溢流前沿宽度12.5m,水库蓄水期,向宁波市供水工程尚未建成,反调节池不蓄水,在溢流侧堰底部设有2个2.5×1.5m(高×宽)的泄水底孔。泄水底孔进口底高程73.3m,电站厂房尾水进入反调节池后通过泄水底孔,可最大限度地降低反调节池水位,增加发电水头,增加发电效益。向宁波供水工程完建后封堵泄水底孔,使反调节池发挥作用,调节水量,满足向宁波供水需要。
按原设计白溪水库向宁波供水后泄水底孔封堵,则当反调节池内水位超过84.7m时自由溢流。当反调节池内最高水位为86.2m时,溢流堰堰顶水深1.5m,堰顶长度12.5m,按实用堰过流能力计算为38.2m3/s,大于2台机组满发时的最大引水流量29.48m3/s,满足泄水流量要求。
反调节池原设计蓄水为84.70m,相应的调节库容20万m3。泄水涵洞加装控制闸门,反调节池的蓄水位可提高到86.2m,相应的调节库容23万m3,调节库容增加3万m3。在同样不浪费水资源的情况下,单台机组每天发电时间可延长约30分钟,可多发电约4500kW·h。
九、优化导流洞封堵闸门型式
原设计导流洞进口为单孔,封堵闸门为单扇钢筋混凝土闸门。经计算,单扇混凝土门自重超过700t,一般起重设备满足不了沉放要求;若将之改为钢闸门,需增加投资100多万元,若改为叠梁门,梁间止水效果较差。经分析比较,最终决定在进水口设置一个中墩,进水口由单孔改为双孔,将单扇闸门改为两扇闸门,完满地解决了上述问题。
导流洞封堵闸门由钢闸门改为混凝土闸门,节省工程投资约80万元。导流洞混凝土封堵闸门重达300t多,在场地狭窄、布置困难的条件下,施工单位群策群力,采用土法安装,下闸蓄水一次成功。
十、水库放空洞设施
招标设计阶段,引水隧洞延伸段只具放空功能,该段隧洞上覆围岩较薄,不能满足抗渗要求。为了避免渗漏而影响隧洞正常工作,并危及山坡稳定,延伸段全部采用内套钢衬,造价较高。参照国内外一些工程实例,它们虽保留了水库放空设施,但设施的布置及结构均较简化,多数采用闷头结构。鉴于面板坝设计、施工技术日益成熟,放空水库检修的概率较小,为了节省投资,指挥部于1997年委托华东院进行放空洞设计优化,并同意采用闷头方案。
优化后的方案即在引水洞闸门井下游45m处设一条连通洞与导流洞连接,连通隧洞末端设闷头封堵。2000年,指挥部再次要求,将闷头改为弧门。弧门的孔口尺寸为2.2×2.2m,并在弧门下游设有消力池。消力池长51.0m,宽8.6m,底板高程71.15m,消力坎高4.08m。
放空洞设计优化,将出口设在导流洞中部,利用了导流洞的尾段,从而做到发电引水、供水、放空三结合,减少了工程量,节省工程投资显著。十一、厂房屋面系统
招标设计阶段,厂房屋面由钢筋混凝土框架预制混凝土屋面板组成。在白溪水库施工期,多数工业厂房均采用钢网架屋面系统。钢网架自重轻、空间性能好、形式美观、制造安装方便、施工周期短等优点。因此,将白溪水库主厂房屋面系统优化为钢网架结构,屋面板采用彩色夹心压延板。
第二节 特殊施工技术处理
白溪水库在施工过程中遇到众多难题,经参建四·方共同努力,采取特殊施工技术处理,取得了较为满意的施工效果与经济效益。
一、上游围堰基础防渗处理
上游围堰基础防渗原设计采取高压泵喷混凝土板墙方案,由于河床地层卵漂石含量高、粒径大,地基造孔极为困难,十二局先后更换4种造孔方案,均未见成效,施工进度迟缓,质量亦不理想。考虑到截留后第一个枯水期要进行基坑开挖、坝基处理、趾板开挖和大坝填筑,时间紧、任务重,经参建四方研究,决定改为低标号塑性混凝土防渗墙方案,大大加快了施工进度,终于在1998年6月底完成了地下防渗墙施工,抢回了高压摆喷灌浆所耽误的时间。同时,该方案的实施改变了以往工程“先截流、后闭气”的习惯做法,实现了“先闭气、后截流”。1998年9月28日截流后,当基坑开挖至53m(原河床下20m),围堰地下部分漏水量较小,防渗、闭气效果十分理想。1998年10月4日,随即开始大坝基坑开挖,为截流后第一个枯水期大坝施工赢得了宝贵时间,为大坝安全度汛创造了有利条件。二、左岸危岩体处理
在左岸趾板开挖过程中,左岸山体由于存在顺坡向结构面而出现不稳定滑裂岩体,若不及时进行处理,将成为施工期和水库运行期一个极大的安全隐患。指挥部会同参建各方反复研究,决定予以彻底清除。参建四方技术人员深入现场,进行多次细致的研究讨论,制定合理的处理方案,分别于1999年4月和1999年7月,对高程177.0m以下、桩号溢0+068~0+106、184m~95m、溢0-80~0-16及155m~178m部位的危岩体进行了处理,共计挖除石方约3.5万m3,为大坝和面板安全施工提供了保证,彻底消除了水库运行期间的安全隐患。危岩体清除后,十二局及时组织对坝面砂浆护坡和左岸板进行了修复。
三、大坝垫层冲沟处理
1999年4月12日,左岸趾板上方不稳定体塌方及后来三次爆破处理,大量石渣来不及清理,阻碍了岸坡排水,经暴雨冲刷,在67~126m高程、坝0+264.2~0+312.7范围内,形成数条冲沟。为保证修复施工质量,参建四方反复研究后,制定了比较严格的施工措施。专门成立了修复小组,十二局质检科专人值班,监理全过程旁站,指挥部加强巡检。修复工作从1999年8月20日开始,11月21日结束。经挖坑检测,干密度和渗透系数都满足设计要求。
第三节 施工技术创新
白溪水库工程根据其独特的地质条件、砂石料条件,加上施工过程中不断总结经验,同时开展技术创新活动,因此,整个白溪水库的工程施工有10余种技术创新。
一、利用河床冲积层作为坝基持力层
勘探资料和试验数据表明,白溪河床冲积层密实性能好,颗粒级配较连续,不均匀系数大于20,无淤泥、粉砂夹层,压缩模量为40~50Mpa,可以用作面板堆石坝的堆石体基础。为了防止面板因基础沉降产生裂缝,趾板下游一定范围内,需将覆盖层挖除,回填堆石料。
在大量计算成果的基础上,研究了有关资料后,认为白溪河床覆盖层性状符合要求,压缩模量较高,有条件缩小基础开挖范围。经方案比较,最终确定趾板下游开挖30m,而同等级的堆石坝一般开挖在60m以上。据此,在截流后的第一汛期大坝临时断面填筑时减少砂砾石开挖和坝体料填筑各8万m3,节省投资约200万元以上;更重要的是减少了最为紧张的第一汛期大坝度汛断面开挖和填筑工期约20多天,为第一汛期大坝安全度汛奠定了基础,并为提前半年发电提供了有利条件。
为了解堆石体基础变形情况,设计在基础面(73.6m高程)布置一套水管式沉降仪,测得坝基最大沉降量为25cm,是覆盖层厚度的1.38%。时间——沉降关系曲线表明,基础沉降基本上在坝体填筑过程中完成,后期趋于稳定。蓄水后观测资料表明大坝各项指标正常,该处理方案可确保大坝结构安全。
二、做好坝体填筑料的平衡测算
填筑料的挖填平衡测算是堆石坝施工前必须做好一项关键措施,测算准确与否直接关系到施工成本的高低。白溪水库施工单位提前做好各种预算,如:坝基开挖量、坝体填筑量的估算;溢洪道开挖土石方总量估算和石渣利用率的预算;其他建筑物石方开挖量和利用率的估算;挖填平衡后的缺口用什么补齐,并提前做补充料场的规划工作。测算较为准确,使坝体填筑料挖填平衡。
三、料场开采
本着就近取料、物尽其用、有备无患的原则,对料场开采、备料进行合理规划,保证了各时段提供质量合格、数量充足的填筑料。白溪水库的一大特点就是无单独石料场,坝体堆石填筑料主要来自溢洪道的开挖料(占填筑总量的78.4%),不足部分由下游河道砂卵石料补充。因此,溢洪道开采工作面规划好坏,将直接影响上坝强度。由于溢洪道受地形及结构尺寸的限制,虽然经过精心规划开挖最大强度只能达到10万~13万m3/月,远远不能满足Ⅰ期度汛断面填筑强度(平均32.2万m3/月)。解决途径有两条:一是备料,比1期度汛断面填筑提前一年备料;二是增加砂卵石料开采能力。经过论证,最后选定第二条途径,即充分利用砂砾料筑坝的方案。
四、用超径卵石制备垫层料
为合理利用混凝土骨料筛分过程中产生的超径卵石料,降低工程造价,在实施过程中提出利用超径卵石料制备垫层料的构想,并及时开展科研,经南京水科院试验并经有关专家评审后,付诸实施。全部垫层料采用超径卵石轧制掺配,大大降低了工程成本。该项成果荣获宁波市合理化建议成果最佳优秀项目三等奖,并被列入《混凝土面板堆石坝施工规范》DL/T5108-2001。
五、创建生态环保型水库
指挥部十分重视工程建设中的环境保护和水土保持工作,编报了水土保持方案,落实了水土保持工程设计和建设资金,实现了水土保持工程建设和管理的标准化、规范化,质量管理体系健全,有效地保证了水土保持方案的顺利实施。
工程石渣填筑共约405万m3,通过有效的管理,充分地利用溢洪道等工程部位的开挖料及河床砂卵石石料,取消采石料场,保护了生态环境。
对防治责任范围内的水土流失进行了全面、系统的整治,完成了水土保持方案确定的各项防治任务,工程的各类开挖面、临时堆渣、施工场地等得到了及时整治、拦挡和恢复植被。施工过程中的水土流失得到有效控制,项目区的水土流失强度降到轻度以下,小于该地区土壤流失量容许值。经过系统整治,项目区的生态环境得到有效恢复,总体上发挥了较好的保持水土和改善生态环境的作用,被水利部评为国家水利风景区。
六、全断面施工
常规工程建设是导流建筑物过流后,开始上下游围堰施工、闭气,然后进行基坑排水和开挖。白溪水库通过优化施工组织设计,精心组织,合理安排,不设临时度汛断面,大坝填筑采用全断面施工。为争取更多的填筑工期,在原河床过渡过流段进行上、下游围堰的基础防渗体施工,截流后即完成了水上部分的堰体填筑,使后续工序施工提前了两个月时间,有效地保证了坝体度汛断面的填筑,截流后第一个枯水期大坝全断面上升67.5m,创造了面板坝截流后第一个汛期挡水坝体最高和全断面填筑两项国内记录。为今后面板坝的设计、施工提供了很好的借鉴,对降低工程造价和提前产生工程效益,获得了良好的效果。
七、“先粗后细”的施工法
大坝主堆石区、过渡区、垫层区、小区施工采用“先粗后细”法施工,赢得咨询专家及国家级设计大师的高度评价。该施工法收入《水利水电工程施工手册》。八、坝体周边碾压
堆石坝周边(与两岸山体接触部位及坝前坝后边缘)由于振动碾压筒直径限制,历来是堆石坝填筑的薄弱部位。十二局在国内率先提出采用在反铲挖掘机上加装液压平板夯进行周边补碾的新工艺,彻底解决了堆石坝施工的难点。白溪水库堆石坝周边小区料、垫层料等边角部位施工碾压即采用此种碾压方式。
九、128m高边坡控制爆破开挖
白溪水库溢洪道开挖边坡最大高度128m,是至今华东地区最高的开挖边坡。施工采用控制爆破技术。因岩石风化程度不同,其强度及构造均存在一定差异,为摸清不同地质条件下岩石预裂面平整度,先后进行多次爆破试验,有效地保证了开挖后高边坡的稳定、安全,开挖后残孔率高达90%以上,工程质量优良。
十、模板新工艺
水利工程混凝土浇筑,不同形体就要有相应的模板。白溪水库的溢洪道溢流面形体控制的模版工艺、面板侧模工艺和竖井滑模工艺等,都采用了不同于其他水利工程的新工艺。
(一)可变桁架作模板支撑
溢洪道溢流面形体控制施工历来是个难点,必须采取好的模板工艺才能达到设计要求,即达到符合形体尺寸和溢流面平顺光滑。白溪水库工程采用了可变桁架用作模板支撑,翻模浇筑混凝土,结果令人满意,效果良好,确保整个溢流面平整光滑,形体尺寸优良。
(二)面板侧模架立
以往面板均采用方木立模,拆模时易损坏。为降低施工成本,白溪水库改用桁架式钢模施工,可以反复使用,快速架设,从而降低施工成本。
(三)竖井滑模
引水隧洞检修闸门井高89m,为加快施工进度,提高外观质量,采用滑框倒模新工艺。
以上模板新工艺详见第四章。十一、碾压洒水工艺的改进
以往坝体碾压都采用铺管洒水,管路要随坝体升高而上升,该方法既费工又费力,而且洒水不均匀。该工程总结了以往的经验教训,采用一辆20t自卸汽车改装成洒水车进行坝面洒水,节省了人力和物力。
知识出处
《白溪水庫志》
《白溪水库志》由白溪水库志编纂委员会编纂,详细记录了白溪水库的历史沿革、建设过程、运营管理、社会文化影响等方面,展现了水库对当地经济社会发展的重要作用。
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