雷打滩水电站碾压混凝土大坝设计
摘 要 雷打滩水电站拦河大坝为碾压混凝土重力坝，本文就雷打滩水电站初设阶段全断面碾压混凝土大坝在坝体断面设计、构造设计、分缝设计、室内试验等方面的设计内容进行了简单介绍。 关键词 雷打滩水电站 碾压混凝土重力坝 设计
雷打滩水电站位于南盘江中游河段末端的平直峡谷中，为南盘江中下游河段一库十级梯级开发规划的第八个梯级。大坝最大坝高84m，水库总库容9396×104m3，装机容量108MW，枢纽为三等工程，其主要建筑物：大坝、引水发电系统等为三级建筑物。大坝设计洪水频率为P=1%，相应流量5750m3/s，校核洪水频率P=0.2%，相应校核洪水流量7950m3/s。坝顶高程965m，坝顶长214.5m。
坝址基岩主要为T2g1-3灰岩。
1 枢纽布置概况
坝址地质构造为一单斜构造，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级构造不发育，左岸为逆层坡，卸荷及岩溶发育程度较轻；右岸为顺层坡，卸荷及岩溶发育，最大卸荷深度达55.5m，卸荷带内结构面普遍张开并充填夹泥，顺层水平溶蚀及竖井式溶蚀强烈发育，其变模仅为左岸的1/3～1/8，差异悬殊。
坝址河谷狭窄，两岸山坡陡峻，河段平直，枯水期水面宽约25m～60m。本工程库容较小，洪峰流量大，汛期泄洪频繁。
综合地质、水文、地形、施工等因素，确定坝型采用混凝土重力坝，枢纽布置采用右岸非溢流挡水坝段、河中溢流冲沙坝段、左岸电站进水口坝段一字并列式布置方案。结合目前坝工技术发展现状，左、右岸、河床地质条件和布置差异、施工组织等因素，右岸非溢流坝段、河中溢流冲沙坝段采用碾压混凝土坝坝型，左岸电站进水口坝段因体形复杂，又兼作施工期进料及加工平台，需提前施工，采用常态混凝土重力坝坝型。各坝段之间设置不灌浆横缝。
枢纽布置见图1。
图1 上游立视图
2 碾压混凝土坝段设计
2.1 碾压混凝土坝段布置
坝址河谷为平直的“V”字型河谷，枯水期河面宽约25m～60m，正常蓄水位时天然河谷宽约160m。坝址汛期峰高量大，设计洪水流量5750m3/s，校核洪水流量7950m3/s，因此要求溢流坝有足够的泄水前缘
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宽度并使其出口水流流向与河流一致，溢流坝段只宜布置在河槽部位。溢流冲沙坝段长80m，布置5孔10m×16m（宽×高）的溢流表孔，采用宽尾墩底流消能；两孔出口为3m×4m（宽×高）的冲沙底孔分别布置在溢流表孔两侧，出口采用斜鼻坎挑流消能，最大坝高84m，是全坝的最高坝段，控制着工程进度。
右岸非溢流挡水坝段长67m，最大坝高65m，下游坝坡1：0.7，上游坝坡垂直，坝顶宽8m。 鉴于坝址河中、右岸地质条件差异悬殊，溢流冲沙坝段与右岸非溢流坝段之间设置永久非灌浆横缝以适应基岩变形。
坝段之间的分缝间距除与基岩特性有关外，还与坝体结构、坝体温度应力有关。通过对混凝土热学性能和温控计算，参照国内江垭大坝最大填筑仓面达到12000m2和最大坝段截面达4000 m2的实际经验，为简化温控措施和切缝工序，本工程取消了传统的纵缝设置，溢流冲沙坝段和右岸非溢流坝段不再考虑另设横缝，各坝段采用全断面碾压混凝土施工。
根据坝体帷幕灌浆、排水、交通、观测等要求，沿坝体高度布设二道廊道，基础廊道用作帷幕灌浆和排水，927m高程廊道用作排水和观测、交通，以监测坝体运行状况。 2.2 坝体断面设计
本工程碾压混凝土采用全断面碾压型式。断面设计标准和方法与常态混凝土一致，断面尺寸亦与常态混凝土坝相同，混凝土容重取24KN/m3。
碾压混凝土层面由于受混凝土施工工艺、气候条件、混凝土材料及层面处理质量等诸多因素影响，其层间抗滑稳定一直受到设计施工两方面的重视。随着国内碾压混凝土坝的普及和施工工艺、质量的提高，层间结合面的抗滑稳定问题已不复存在，如已建的铜街子、岩滩和江垭大坝，其层间结合面的原型抗剪指标分别为f′=1.27（不铺砂浆）、1.1和1.0，最小凝聚力c′亦达到0.87MPa，这些指标一般高于混凝土/基岩的抗剪指标，而达到混凝土本体的抗剪强度，因此碾压混凝土坝的碾压层面抗滑稳定是有保证的，控制碾压混凝土坝断面尺寸的是混凝土/基岩抗剪指标，故本工程未对坝段的层间结合面进行抗滑稳定复核。
3 坝体构造及混凝土强度分区设计
碾压混凝土坝因其特定的施工方法形成层间结合面抗渗性能，较碾压混凝土本体薄弱的缺点，因此国内如坑口、铜街子、岩滩等工程采用常态混凝土作为坝体上游面防渗体，即所谓“金包银”方式，这样，在同一施工仓面内既有常态混凝土，又有碾压混凝土，而二者因水泥、掺合料、用水量等不同造成初、终凝不同步，在两者结合面容易形成薄弱面而影响坝体整体性，同时亦使施工工序、工艺复杂化，影响施工进度。因此，已建的大朝山等工程在大量的实验基础上，根据碾压混凝土本体抗渗性能并不低于常态混凝土的事实，采用全断面碾压混凝土，从混凝土芯样和现场压水实验结果看，只要采取措施解决好层间结合，选择合理的胶凝材料含量和配合比，其上游防渗性能完全能满足要求。本工程坝高和普定大坝相近，因此，参照普定经验，结合施工要求，坝体上游防渗体采用厚3m～5m的高胶凝材料碾压混凝土（见图2）。
基础填塘混凝土考虑到开挖面起伏不平，混凝土不易碾压影响结合面抗剪、防渗性能，同时简化温控要求，采用厚1.5m的常态混凝土。
本工程溢流表孔承担渲泄90%以上的洪水流量，堰顶最大单宽流量达146.2m3/s ，流速达30m/s，溢流面对抗冲磨、抗空蚀的要求较高，因此确定溢流面采用3m厚的高强度常态混凝土。
对于表孔闸墩、廊道及其它孔口周边，因为施工机械难以碾压或碾压质量得不到保证而采用常态或变态混凝土，如止水、模板、廊道和闸门井等周边采用变态混凝土。
变态混凝土采用碾压混凝土拌合料经平仓后表面洒浆用振捣器振捣密实，施工方法和控制标准同常态混凝土，因此不易损伤止水带和导致跑模，而且与碾压混凝土结合很好，不易产生弱面。
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图2 溢流坝段剖面
大坝混凝土强度等级根据坝体运用要求，设计不同的碾压混凝土种类以适应强度、抗渗等要求，并尽量多地采用碾压混凝土以加快施工进度，缩短混凝土覆盖时间，提高混凝土质量，本工程大坝上游迎水面最大承压水头为81.45m，库水消落深度11m，为满足抗渗及干缩变形要求，上游迎水面采用二级配富胶凝材料C9020W8F50碾压混凝土。溢流冲沙坝段闸墩、导墙采用三级配C90200W8F50常态混凝土，冲沙底孔闸门井和孔周2m～3m范围内，则分别采用二级配C9020W8F50 和二、三级配C9030W8F50常态混凝土，其余部分均采用三级配C9015W6F50碾压混凝土。右岸非溢流坝段布置较为简单，仅布置有预制钢筋混凝土廊道，为碾压混凝土施工提供了有利条件，因此，混凝土强度分区设计极为简单，除厚1.5m的基础混凝土采用常态混凝土外，整个坝体均采用碾压混凝土。
本工程坝体碾压混凝土总方量33.8 万m3，占坝体混凝土总量的60%。
4 室内实验
本工程处于初步设计阶段，水泥及掺合料还未最后选定，因此，本工程没有进行野外和室内碾压实验，仅根据昆明水泥厂生产的水泥，普坪村电厂的粉煤灰，坝址料场母岩生产的骨料初步作了碾压混凝土配合比的配合比和性能试验。
碾压混凝土配合比及性能试验成果分别见表1和表2。
表1 碾压混凝土配合比及性能比（单位：kg/m3） C9015W6F50 C9020W8F50 材 料 C9015W6F50 C9020W8F50 水灰比 0.61 0.56 水 91 100 水泥 60 108 粉煤灰 90 72 砂率（%） 36 38 小石 439.4 417 中石 439.4 556 大石 585.8 417 减水剂掺量（%） 0.5 0.5 VC值 14.5 11.5 抗 渗 （Mpa） 0.588 >0.686 补气剂掺量 （%） 0.05 0.05 凝结时间 初凝 18：16 14：09 终凝 36：45 22：21 表2 碾压混凝土性能 容 重 (kg/m3) 2572 2539 抗 压 强 度 (Mpa) 7d 28d 90d 9.0 13.8 15.7 21.5 24.1 29.9 抗 拉 强 度 (Mpa) 7d 28d 90d 0.56 1.05 1.31 1.51 2.29 2.66 抗 压 弹 性 模 量 （×104Mpa） 7d 28d 90d 1.496 2.522 2.213 3.333 3.495 4.28 实验按照《水工混凝土实验规范》、《水工碾压混凝土施工规范》、《水工碾压混凝土实验规程》进行，所得成果均满足设计要求。 （下转第45页）
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