梅州市清凉山水库混凝土砌石重力坝加高技术方案论证与筑坝材料优选.pdf
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1、设计 与施 工 水 利规 划 与设计 2 0 1 1年 第 1期 梅州市清凉山水库混凝土砌石重力坝 加高技术方案论证与筑坝材料优选 罗 怎詹 ( 梅 州 市清凉 山供 水有 限公 司 广 东梅 州 5 1 4 7 6 8 ) 【 摘 要】 本文介绍 了清凉 山水库工程概况 ,总结 了重力坝加 高 的六 种形式 ,分 析清凉 山水库加 高工程特性 , 通 过技术比较和筑坝材料优选 ,因地制宜利用库底低 温水和 系列温控 措施解决 了冷却 问题 ,全面论 证清凉 山水 库后帮整体 式加高方案 ,推动我国重力坝加高技术发展 。 【 关键词】 清凉山水库 重力坝加高 技术方案 筑坝材料 【 中图分类号
2、】 T V6 4 2 4 4 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 6 7 2 2 4 6 9( 2 0 1 1 )0 1 0 0 6 7 0 4 【 D0I 编 码 】 1 0 3 9 6 9 1 i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 1 O 1 0 2 2 l 概 况 工程 。 清凉山水库位于梅州市西南方的西阳镇石壁背 村 ,坝址位于 梅江 一级 支 流 白宫河 中游 ,集 雨 面积 9 4 3 6 k m。 ,正常水位 2 3 2 m,正 常库 容 3 3 7 0万 m。 , 总库容 3 6 8 1万 m。 ,主 坝为 C1 0细石 混凝 土砌块 石 重力 坝
3、,最 大 坝高 5 8 9 m,是 以供 水 、防 洪 为 主 , 结合 灌 溉 、发 电 的 多 年 调 节 中 型 水 库 ,水 库 于 2 0 0 2 年 开始 供水 ,2 0 0 4年建成 。 清凉山水库是一项重要民心工程 ,为了提高西 阳镇防洪标准、改善农 田灌溉和保障梅城供水,保 障城 区人 民群 众 饮 水 安 全 ,2 0 0 8年 9月 ,决 定 对 清凉 山水库 进行 扩建 ;2 0 0 9年 1 0月 ,广 东 省 发展 和改革 委员 会批 准立 项 ( 粤发 改农 字 E 2 o o 9 1 1 1 7 号) 。 清 凉 山水库 扩建工 程 可行性 研究 阶段 论证 结
4、果 表 明 ,通过 大坝加 厚加 高 、溢洪 道改 建 、左岸条 形 山加 固 、分 层 取 水 设 施 、管 理 信 息 监 测 系 统 等 工 程 ,正 常水位 为 2 3 7 m,抬 高 5 m,正 常库 容 4 3 0 7 万 m。 ,总库容 4 8 6 4 万 m。 ,最 大坝 高 6 6 1 m,大 坝加 高 7 2 m,工程规 模 为 中型 ,洪水 标 准采 用 5 0 年一 遇设 计 、 1 0 0 0年 一 遇 校 核 ,扩 建 后 每 年 可增 加城市供水 1 0 0 0万 m。 ,水库下游防洪标准提高到 3 0年一 遇 ,同时 可增加 保灌 面积 、改 善 下 游生 态
5、, 工程 效益显 著 ,是 白宫河 流域综 合 治理利 用 的关键 2重力坝加高技术方案 比较 2 1 国 内外重 力坝加 高 工程成 功案例 因工程 投资 较小 、经济 效益 显著 ,国外 大坝加 高 建设 相对 已有 上百年 的历 史 。早在 1 9世 纪 以前 , 国外就 对 部 分 大 坝 进 行 了 加 高 ,如 西 班 牙 的 Al n a l n s a 坝 ,意大利的 P n o t a l o t 坝 ,澳大利亚的 P a r a r ma t a 坝 ,瑞 士 的 Gr a n d Di x e n c e坝等 。2 O世 纪 初期 ,随着筑坝技术 的发 展,埃及 的 As
6、 wa n坝, 美 国的 L a k e S p a u l d i n g坝 等也 进 行 了加 高。在 1 9 3 0年后 大坝 加 高 的优 越 性 进 一 步 表 现 出来 ,世 界上许多国家开始采用大坝加高方式进行扩建。 我 国是 世 界上建 坝最 多 的国家 ,据统 计 ,我 国 共 建 成各类 水库 总 计 8万 多 座 ,其 中大 型水 库 3 5 5 座 ,中型水 库 2 4 6 2座 ,这 些 大 坝 为 我 国的 工农 业 发展起到了很大的促进作用 。受兴建时技术经济的 局 限性 ,有 近 三 分 之 一 的 土 石 坝 由 于防 洪 标 准 较 低 ,需 要进行 加 高
7、加 固处理 。由于重力 坝加 高技术 较 为复 杂 ,已实施 的重 力 坝加 高工 程 在 国 内很 少 , 如 四川龚 嘴大 坝 、大连英 那河 大坝 、湖北 丹江 口大 坝等 。 作者简介 :罗志唐 ( 1 9 7 2年一) ,男 ,高级工程 师 ,清凉 山水 库扩建工程 总工程师 。 6 7 设计 与施工 水利规 划与设 计 2 O 1 1 年 第 1 期 大连英那 河 大 坝 ( 加 高 1 5 m)是 我 国 目前 已 建成 的第 一宗浆砌 石重力 坝加高工 程 ,清 凉 山水库 大坝加 高是广东 省第 一 宗浆 砌石 重 力 坝加 高 工程 , 随着近年来 国 内有关 混凝土 裂缝
8、成 因 、施工 防裂方 法 和安全快 速施工技 术 的明显突破 ,清凉 山浆砌石 重 力坝加高 工程 的实 施将进 一步推动 基础理论 和应 用科 学技术 的发展 。 2 2 大坝加 高技术 方案论证 2 2 1 重 力 坝 加 高 类 型 综 合重力 坝加高在 国 内外 的多宗成 功案例 ,加 高技术 方案可分 以下六种形 式 。 ( 1 )后帮整 体型 。其技 术方 案是 :在 老坝顶部 和下游 面加 筑混凝 土 ,新老 混凝土 粘结在一 起构成 整体 ;成功 案例有 :委 内瑞 拉古里 坝 、瑞士 大狄克 桑 斯坝 、 日本王泊 坝 、川上 坝 。 ( 2 )后帮分离型。其技术方案是 :
9、后帮部分压 在老坝下游面上 ,起支撑作用 ,新老接合面用其他 材料 如金属板 隔开 ,两部 分各 自独 立地工 作 ,使 原 坝体不 产生 内应 力 ;成功 案例有 :埃及 阿斯 旺坝第 二次加 高工程 。 ( 3 )前帮整体 型 。其 技术方案 是 :在 老坝 的上 游 面浇筑 前帮混凝 土 ,从 坝踵至坝顶 ,老坝 的上游 面变为新 老混凝土 的接合 面 ;成功案 例有 :美 国马 歇尔福特 坝 。 ( 4 )前 帮加后 帮型 。其技术 方案是 :在老 坝的 游面、下游面及坝顶上部加筑 ;成功案例有 :美 国的罗斯 坝 。 ( 5 )直接加 高型 。其 技术方 案是 :将 老坝坝 顶 拆除
10、一部分,然后浇筑新混凝土 ,将坝顶升高;成 功案例有 :埃及 阿斯旺坝 、穆尔拉 多兹坝 。 ( 6 ) 预应力钢索加 高型 。其技术方 案是 :在老 坝顶 部加 高 ,从新坝 顶部钻孔 ,深入基 岩 ,用钢 缆 索锚到基岩 内,再灌浆,在新坝顶部设置千斤顶, 施加预 应力 使 坝体 处 于受 压状 态 ;成 功案 例 有 : 西班牙 的哈布拉 坝 ,亦称科 伊 内法 。 2 2 2 清凉 山水库大坝加 高工程 特性分析 ( 1 )清凉 山水库 大坝原 坝体材料 为混凝 土砌块 石 ,如采用 与 旧坝体不 同的材 料 ,新 旧坝体 的弹模 差异 很大 ,相互之 间的不利影 响也会加 大 ,容
11、易形 成裂缝 ,因此 。新坝体 材料应优 先选用混 凝土砌 块 石 。 ( 2 )清凉 山水 库担 负着 梅 州 城 区 的供 水 重任 , 原设计 日供 水 量 1 5万 t d , 目前 清 凉 山水 库是 唯 一 的主供水源 ,扩 建工 程 实施 期 间仍 需 连续 供 水 , 6 8 因此 ,水 库不符 合放空 施工 的要求 ,故 无法进 行前 帮式加 高 。 ( 3 )经坝体 稳定计 算 ,如 采用直接 加高 ,坝踵 应力 较大 ,通过灌 浆措施仍 难 于达到规 范要求 。 ( 4 ) 清 凉 山 水 库 大 坝 迎 水 面 设 l m 厚 防 渗 面 板 ,每 2 0 m 设一 条
12、 分缝 ,坝 体 是 C 1 0混凝 土 砌块 石 ,每 4 0 m 设 一 条分 缝 ,与 混 凝 土重 力 坝 存 在本 质性 区别 。 以上分析 表 明,清凉 山水 库扩建 工程适合 采用 后 帮 整 体 式 加 高 方 案 ,大 坝 加 高 后 坝 顶 高 程 为 2 4 0 8 m, 防 浪 墙 顶 高 程2 4 2 1 m, 最 大 坝 高 6 6 1 m,较原 坝 加 高 7 2 m。下 游 坝坡 在 2 3 2 6 4 m 以上 垂直 ,2 3 2 6 4 m 以下采 用 1: 0 8 2培厚 ,平 均 培厚 7 8 m,详见挡 水 坝标 准 断面 图。溢 流坝 段 总 长 2
13、 6 m,溢 洪 道 2孔 ,净 宽 1 0 m,采 用 WE S工型 堰 ,堰 顶高 程 2 3 1 5 m,较原 坝加高 6 O m。 清凉山水 库建 成 于 2 0 0 4年 , 目前 ,坝 体 已形 成 准稳定 温度场 ,借鉴 英那河 水库和 丹江 口水 库加 高工程取 得一些 成功经 验 ,后 帮整体 式加高 的技术 难 点主要是 新浇 筑坝体 材料温度 应力控 制 ,必须 控 制 新老坝体 之 间的变形协 调和应 力分 布 ,让新老 坝 体永 久牢 固地结合 ,作为一 个整体 结构共 同发挥重 力稳定 作用 ,确保 大坝安全 运行 。 图 1清凉 山水库大坝 3 清凉 山水库大坝加
14、高技术方案 3 1 坝后 坡结 合面处理 大坝加高普遍采用坝后坡结合面处开凿成梯级台 设计 与施 工 水利 规划 与设 计 2 0 1 1 年 第 1 期 阶的形式 ,但是从大连英那河水库 建造过程看 ,在砌 石坝后坡开凿 台阶难度非常大 ,工期长 ,工 日多。 为 了更好 的 了解 结 合面 的力 学性态 ,有 限元计 算采 用接 触单 元进行 模 拟结合 面 。 计算 结果 表 明 ,对 坝踵垂 直应 力 、约束 剪切位 移中的抗剪强度 ,设置锚筋不如键槽 ,且锚筋 的轴 力不 大 ,远未 到达锚 筋设 计值 。 新老 混凝 土界 面若存 在缝 面 张开 的情 况 ,通过 设置 键槽 ,可
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