[混凝土拱坝在高寒山区“U”型河谷中的成功应用] 修建拱坝的适宜河谷形状是

　　中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 　　摘要：高寒山区河谷具有一年四季气候变化大，一天昼夜温差大，交通不便、石料丰富等特点。在这样的地区兴建混凝土砌石拱坝水库具有就地取材、工程量小、成本低、投资省、且刚性坝具有坝顶溢流的特点，安全性较土坝高等特点。玉溪市新平县他拉河水库大坝就采用混凝土砌石拱坝，已取得完全成功。以下介绍本工程的施工工艺等，供同行参考。
　　Abstract: the alpine region valley has all the year round climate change is big, one day temperature gap between day and night, transportation, rich stone, etc. In such an area, construction of QiShi arch dam reservoir has use local materials, small quantities, low cost, low investment, and rigid dam has the characteristics of top overflow, safety a volumetric higher characteristic. He pulled XinPingXian yuxi dam the river is the QiShi concrete arch dam, has achieved complete success. Introduce the project construction process, refers for the colleague.
　　
　　
　　1工程概况
　　新平县他拉河为平甸河上游主要支流，发源于新平县磨盘山西南麓，地理位置介于东经101°59′～102°02′，北纬23°56′～23°58′之间。平甸河属红河流域元江水系二级支流，径流面积17.2km2。他拉河水库属新建项目，规模为小（一）型，工程等别为四等，其主要建筑物拦河坝、冲砂涵洞、输水涵洞、溢流堰、消能坝按4级永久水工建筑物标准设计，其它次要永久建筑物按5级标准设计。设计洪水标准为30年一遇，水位1841.61m，校核洪水标准取300年一遇，水位1842.11m。水库调洪方式为：设计及校核洪水由溢流堰泄洪，堰顶高程1840.32m。坝高37.6m，总库容110万m3，P=90%保证率年供水量238万m3。工程按7度地震烈度设防。
　　1.1坝址、枢纽区工程地质
　　水库枢纽布置区，岩层产状稳定，产状：倾向300°～320°，倾角5°～30°，属单斜构造，两岸倾向一致，无大的构造出现，表层岩石节理、裂隙较发育，岩石破碎。经勘察，坝址区工程地质条件较好，无较大的不良物理地质现象发生。
　　建设坝基开挖线：根据钻探成果资料，左、右肩残坡积层下，表层岩石节理、裂隙发育，较破碎，岩体质量较差，左肩表层岩石RQD＝10%，因此，左、右肩坝基截槽至较完整的基岩上，左肩坝基截槽深10～11m，RQD＝53%，右肩8～9m，RQD＝76%；河床砂卵砾石层厚1～5m，与砂卵砾石层接触的表层基岩为紫红色砂质泥岩，泥岩，砂质泥岩，泥岩抗滑稳定性较差，河床坝基截槽至基础岩面下1～5m，坝基表层砂质泥岩，泥岩全部清除，以提高河床基岩的抗滑稳定性，并用200#砼找平基础。
　　2施工工艺
　　2.1施工总体方案概述
　　他拉河水库拦河大坝为单曲等截面不对称混凝土砌石拱坝，坝轴线上游河床相对开阔，下游较窄，河槽近似喇叭口形状有利于拱坝的布置。
　　拱坝最大坝高40.3m，坝顶轴线弧长158.05m，坝顶宽3.5m，坝顶高程1842.8m，坝底宽14m，坝底建基面高程1805.2m，基础开挖最底高程1803.025m， 长度72.5m， 底宽14.5m， 平均开挖深度6.5m(其中砂卵砾石层平均厚2.5m)，底部平均高程1804.481m；两岸坡清基平均开挖宽7.0m，平均开挖深度5.7m，高程1804.481～1852.6m。河谷宽高比为3.391，坝体厚高比为0.347。拱坝为定园心，等外半径，坝顶中心角100°04′01″。拱坝上游面铅直（1：0），下游面坡比分别为1：0、1：0.25、1：0.4598。
　　(1)设计指标选择
　　①坝体建材强度：本阶段根据岩层性质，风化深度等，参照新平县平甸河水库砂岩块样有关项目的试验指标类比确定。
　　②大坝设计指标，类比省、市内工程指标拟定如下：
　　a：气温：新平县1月份平均气温10.6℃，7月份平均气温21.7℃，多年平均气温17.4℃。
　　b：坝体及基岩弹模：坝体E＝8×105T/m2，基岩EF＝3.2×105T/m2；
　　c：坝体热涨系数：am＝7×10-6；
　　d：坝体容重：砌石γ＝2.3T/m3；
　　e：基础摩擦系数：f＝0.6，摩擦角Φ＝32°；
　　f：坝体砌石泊松比：μm＝μF＝0.2；
　　g：伏格特基础系数：K1＝5.075，K2＝1.556，K3＝1.785，K4＝5.72，K5＝0.000。
　　③大坝安全超高。根据重力坝设计规范：Δh＝2he＋h0＋hC。经计算坝顶高程为：842.8m。
　　④拱坝顶部拱圈中心角和坝顶厚度。拱坝顶部拱圈中心角一般常采用80°～100°之间，根据实地布置，中心角为99°55′51″。坝顶厚度：经计算取：TC＝3.5(m)
　　(2)拱坝坝肩稳定分析
　　根据地质报告分析，坝址区岩层缓倾向下游，缓倾角很小，仅5°～30°，据产状分析岩层处于稳定状态，结合裂隙组合分析，左右两岸都没有不稳定的组合结构面，岸坡处于稳定状态。
　　(3)拱坝应力分析
　　拱坝应力计算和整个坝型的优化过程采用我国著名拱坝专家黎展眉同志的程序Arop－2进行。
　　①荷载组合。基本荷载：正常高水位＋下游最低尾水位＋泥沙压力＋最大温降。特殊荷载：校核洪水位＋下游最高水位＋泥沙压力＋最大温升＋地震（气温差：±17.4，地震烈度7度）。
　　②容许应力。根据《浆砌石坝设计规范》SL25－91和《砼重力坝设计规范》要求，砌石拱坝采用100#细石砼支砌毛块石填腹，100#水泥砂浆支砌粗料石大坝前、后表层，150#砼防渗心墙。坝体拱冠底容许压应力－300（T/m2）、容许拉应力100（T/m2）；其他部位容许压应力－300（T/m2）、容许拉应力80（T/m2）；底部两层允许自重15（T/m2）.
　　③坝体各层的应力值。a：基本荷载组合下的应力值、b：特殊荷载组合下的应力值，在两种荷载组合的情况下，各项应力指标都能满足容许应力要求。压应力尚有富裕，拉应力已接近容许应力值。
　　(4)拱坝基础处理设计
　　据地质勘察、坝位地层主要为长石石英砂岩夹石英砂岩、泥岩及砂质泥岩，风化较深，且泥岩强度低。综合考虑大坝布置型式，拟开挖坝基至强化带底部，并设置砼垫层，对泥岩夹层作适当掏挖除，砼填塞，上部砼垫层布钢筋“塔桥”处理。砼垫层以下基础及两坝肩进行帷幕灌浆，灌浆深度按单位吸水率5lu控制，边界为相对隔水层顶板与正常高水位线的交点。灌浆孔按单排孔距2.0m布置，造孔总进尺4104m，其中浆砌石盖重，总进尺874.6m，基础进尺2856.4m，灌浆段总长3731m。
　　(5)输水涵洞
　　输水涵洞位于顺流右岸坝体内，距坝轴中心线34.0m，进口高程1816.0m，采用Φ600钢管，外包300#钢筋砼，管长16.5m，出口高程1813.5m，引流量0.3m3/s。设两道Φ600凡尔闸，建盖22m2 的启闭室。闸后接明渠引水段，设2m长的扩散段，底宽由0.5m扩至1.0m，接3m长的陡坡段（底坡1：3）至消力池，消力池长3m，底宽1.0m，高1.2m，底板高程1812.0m。消力池后接3m 的取水口和50m长的陡坡段（底坡1：6.8） ，底宽0.5m，高0.5m，然后至扩散段和消力池（总长7m，底宽0.5～1.0m，高1.3m）。出口高程1805.21m。消力池出口为原供水渠道。
　　(6)导流冲砂涵洞
　　冲砂洞布置于大坝坝体顺流的右岸，距轴中心线23m，为坝下有压管，长 18.03m，进口底高程1811.50m，采用Φ1000mm的钢管，外包300#钢筋砼，出口设一道Ф1000mm凡尔闸作检修闸，经过渐变为0.8×0.8m弧形工作闸，建盖40.8m2的闸室。
　　(7)溢流和消能措施
　　泄洪采用坝顶溢流形式，堰长 37.73m，分设为4孔，最大下泄流量 144.9 m3/s。大坝下游30余米处建消能坝，消能坝坝型为浆砌石重力墙型式，最大坝高8.75 m，坝顶高程1813.0 m，顶宽1.5 m，轴线长51.25 m，其中溢流段长25.0 m，堰顶高程1810.50 m。水库管理所建筑面积407.7 m2。
　　2.2施工程序
　　测量放线―基础开挖―锚杆施工―基础找平―基础钢筋混凝土浇筑―上、下游粗皮石支砌―拱坝内层填腹100#细石混凝土砌毛块石衬砌―混凝土防渗墙浇筑。每道工序的施工均严格按规范及设计要求进行。
　　2.3基础开挖
　　大坝基础开挖分两岸坡和河床基础的覆盖层（残坡积层、冲积层）、基岩层和保护层开挖。大坝基础的两岸坡和河床基础的残坡积层、冲积层、基岩层开挖2000年6月18日开工，2001年3月15日完工。大坝基础开挖严格按照自上而下的方法开挖，按照“先岸坡，后河床；先左部，后右部”的原则进行。开挖方式分为人机方式和人工方式两种。开挖及弃碴机械采用挖掘机或装载机挖装，自卸汽车运输至距大坝轴线下游150m的左岸河滩上堆放。
　　当两岸坡和河床基础的覆盖层（残坡积层、冲积层）开挖后，基岩层开挖距建基面为0.5～1.5m时，按浅孔密布放小炮的原则进行开挖（即孔深0.5m左右，孔距1m以内）。两岸坝基建基面以上留0.5m保护层，开挖随大坝砌筑升高而分层挖除。泥岩层最后0.5m禁止放炮开挖，只能以人工或风镐撬挖，凿打修正，开挖验收后立即进行基础处理施工，严禁长期暴露。较坚硬的砂岩层，也可结合浅孔爆破开挖，炮孔不得穿入距建基面0.5m范围，清碴时以人工将尖角及松动块石清除。基础面的开挖偏差不大于±20cm，设计边坡轮廓面的开挖，坡脚位置以及整体边坡和平均坡度均符合设计要求。开挖后的岩石基础已达到节理裂隙不发育、坚硬、中等坚硬的岩体，局部软弱泥岩采用深挖、掏挖方式处理。开挖基坑时的水采取挖集水井、抽水机抽排水等办法处理基坑积水。开挖后的基础平均高程为1804.481m。坝位清基及截槽开挖尺寸经检测符合设计要求，并认真做好地质编录。
　　2.4基础处理
　　大坝河床段基础开挖达到设计要求后，打入加固锚筋，清除层面上所有岩屑、碎片、沙和泥土，杂物、油迹用钢丝刷刷、压力水冲洗后，高低不平部分采用200#砼填筑到1805. 2m高程。对找平砼面进行打毛、冲洗，经验收合格后，浇筑200#钢筋砼至1805.8m高程。两岸坡基础采用浇筑0.5m厚的200#钢筋砼垫层处理，局部深挖、掏挖部分用200#砼回填。
　　2.5坝体回填施工
　　粗皮石砌筑：采用100＃水泥砂浆砌筑，上游垂直面宽50cm，采用二顺一丁砌筑，丁石长不大于60cm，粗料石层宽不足50cm时用块石补足，上游面缝掏洗后用100＃砂浆分次填入、勾平缝，要求砂浆饱满防渗；下游粗皮石倾斜面采用先浇一层与地面夹角等于坝体倾斜坡倾角的200＃砼底座，然后在该底座上逐层安砌料石，平缝厚1.5～2cm，竖缝宽2.0～3.0cm，勾缝要求比上游适当降低。
　　填腹石砌筑：填腹石砌筑的基本方法为分层座浆法，要求平整、稳定、密实、错缝。料石安砌前先在坝外进行冲刷洗净泥土和杂物、湿润，然后上坝支砌，同一层面的厚度应该相近，砌筑后相邻石块的高度不超过2～3cm。平缝铺料应均匀，防止架空，缝厚4～5cm，石块间留6～8cm的竖缝，块石座浆安砌后及时对竖缝充填砼，填至与石块表面齐平，同时用振捣器捣实，防止漏振，震点距30cm左右，直至出现泛浆不冒泡为适度。砌筑两层，但必须严格遵守块石错缝，铺浆和填浆饱满，振捣密实的规定。少量大缝隙可在振捣前填塞片石，但用量不大于10%。砌筑过程中，同坝体内的坝体砌筑始终保持平衡上升，当不得已需要间断时（例如导流沟），相邻砌块高度不应超过1.5～2m（封拱缝除外），且应砌成阶梯形。
　　砼防渗墙：为重要的防渗设施，设置在坝面浆砌粗料石与坝体填腹石之间，沿轴线方向分仓浇筑砼，防渗墙厚度随坝体的高度分为1.0、0.8、0.6m三级。当填腹及外弧砌体上升1.5m左右后，先对老砼仓面进行凿毛清洗，使表面湿润，水平方向设键槽并安装BWⅡ止水条，竖直方向安装P型橡胶止水带，经甲方质检人员验收合格后，再铺设同标号水泥砂浆2～3cm，才准浇筑防渗墙砼。砼铺料平铺，每层厚度控制在0.25～0.3m左
　　2.6溢流堰施工
　　溢流堰设置在大坝中部，采用200#钢筋混凝土浇筑，堰上设200#钢筋混凝土人行桥。溢流堰外弧长37.73米，分4孔布置，每孔净宽7.5米，中间支墩厚1.5米，下游挑流鼻坎挑射角20°。施工时先浇筑大坝坝体至1836.0m高程，然后预埋钢筋，支砌坝体砌筑部分至1836.5m高程，再安置预制梁，布筋浇筑压重块至1838.82m高程，最后安置预制板，布筋浇筑溢流面。之后浇筑堰上设200#钢筋混凝土人行桥
　　2.7冲砂涵洞施工
　　冲砂涵管布置于坝体右岸，距坝轴中心线23.0m，管长18.03 m，进口高程1811.50m，出口高程为1811.35m，进口处设置一道3×3米的拦污栅，Ф1000mm钢管外包300#钢筋砼，出口设一道Ф1000mm凡尔闸作检修闸，经过渐变为0.8×0.8m弧形工作闸。
　　2.8输水涵洞施工
　　输水涵管位于坝体右岸，距坝轴中心线右侧34m，管长16.5 m，进口高程1816.0 m，出口高程为1813.5 m，进口处设置一道1.8×1.8米的拦污栅，采用Ф600钢管外包300#钢筋砼，设计输水流量0.3 m3/s，设两套Ф600凡尔闸。涵管出口经过65m长的明渠段与原供水渠道连接。
　　2.9消能坝施工
　　消能坝建在大坝下游35.5米处，作用是抬高下游水位形成消能水垫。消能坝基础按技施设计要求开挖后，由于地质条件因素，左岸及下游面基础软弱，加大了开挖深度，同时增设锚筋，基础砼增设温度筋，超挖部分用100#毛石砼找平。坝体为75#浆砌石重力墙型式，溢流堰段采用100#砂浆粗皮石支砌，最大坝高8.75 m，非溢流段顶高程1813.0 m，顶宽1.5 m，轴线长51.25 m，溢流堰长25.0 m，堰顶高程1810.50 m。
　　2.10大坝基础帷幕、固结灌浆、裂缝接缝灌浆施工
　　帷幕灌浆孔在距大坝外弧2m处布置，单排孔，孔距2m，孔数100个，深度达钢筋混凝土盖板下25～35m。固结灌浆孔布置双排孔，排距3m，孔距3m，梅花型布孔；右肩山体固结灌浆深度为15m，封孔时每孔放入Φ20锚固钢筋4根，每根长15米。裂缝灌浆孔在各条裂缝顺流右侧2.5m范围内布设两排孔，孔距2.5m；在各条裂缝顺流左侧2.0m范围内布设一排孔，孔距2.5m； 裂缝心墙部位槽孔成槽并回填砼处理。他拉河水库大坝基础灌浆分二期完成，一期完成了ZK35～ZK74的帷幕灌浆及所有固结灌浆、裂缝灌浆孔；二期完成ZK1～ZK34，ZK75～ZK100的所有帷幕灌浆孔。
　　2.11排水及沉降位移观测设施工程施工
　　在1811.5m高程埋置水平排水管，先对渡汛坝体中游排固结孔的顺流右岸CK6孔至顺流左岸的ＣK32孔的Ⅲ序孔进行扩孔及洗孔，然后按设计向孔内填入绿豆石距渡汛坝体顶部0.5m，加工及安装滤水管91mm无缝地质管，管长1.75m，管子上部用切割设备加工成等腰直角。滤水孔间水平排水花管采用91mm无缝地质管，管长2.9～3.0m，每根管子两头预留10cm外加工成花管(花管用钻床加工，花眼直径8mm，按5cm眼距，6排梅花形布孔，用土工布包裹)；管子两头用切割设备加工成与滤水孔内排水管接头相匹配的一角度；然后将所有滤水孔内及滤水孔间排水管电焊连接，在排水管焊接过程中，使排水管顶部高程为1811.25m；最后在CK14、CK20、CK26孔排水管接头处各焊接一根垂直于坝轴的排水管，坡降为3%，该排水管由滤水孔至坝下游，焊接时使之形成良好的四通；然后用200#混泥土固结滤水孔内的排水管，使其高程固定。工程量共埋置排水管121.3m，排水孔扩孔14个，钻孔进尺231m，土工布47.2�，绿豆石3T，工程于2001年11月5日开工，于2001年11月8日完工。在坝顶沿外弧方向埋置沉降位移桩5个，左、右岸坝顶各埋设一个固定点，共7个观测桩，沉降位移桩用25mm的钢筋直接加固在坝顶上，于2003年5月25日开工，于2003年5月26日完工。
　　3质量控制及质量检查
　　他拉河水库工程由建设指挥部项目法人全面负责，主管技术人员负工程质量责任，工程建设指挥部建立了全面的质量检查体系，成立工程质检组，制订各项工作制度，对原材料和砼、砂浆进行抽检，组织中间和阶段验收，负全面质量管理责任，行使以质量控制为核心，做好“三控制，两管理，一协调”的监理职责，对设计、施工、设备、材料等进行监督，提出监理意见，以书面通知各方，发布开工令，组织单元工程划分和分部工程验收，进行施工现场监理，对隐蔽工程和关键部位进行旁站监理，实行监理对施工质量一票否决制度。质量监督，由玉溪市水利水电基本建设工程质量监督进行工程质量监督工作，代表政府对工程质量进行监督，检查施工方及建设方质量管理体系的完整程度及监理、设计单位对设计质量负责，参与单元工程项目划分，参与工程阶段和中间验收，对重要单元、分部工程的质量作出评价，参与工程重大事故分析、处理及担任工程质量争端的仲裁。
　　本工程对砼、砂浆强度的检测，均通过专业质检人员取样后送新平县城建局工程质量监督管理站试验室进行检测。质检人员必须以事实为根据、科学为准绳、勇于负责、忠于职守，严格执行国家和部颁的水利水电工程质量检测法规、规程、规范及设计文件、图纸、施工技术要求和设计参数变更通知书，按单元工程评定标准进行检测或试验。施工单位按照单元工程划分进行检测，严格执行“三检”制（即初检、复检、终检），建设单位对施工单位实行的抽检检测工作与工程项目施工工序同步进行，施工单位质检人员提交准确的检测和试验数据，经施工技术负责人审查签字，交工程建设指挥部施工人员检查合格签字后，方能进行下一道工序的施工。建设单位、施工单位质检人员认真做好施工记录及交接班工作，及时整理、分析检测和抽检资料成果归档，保证资料的原始性、完整性。
　　4结语
　　该工程于2003年五月大坝封顶后，开始蓄水，库水经输水涵洞、供水渠道工程向县城供水，大坝安全运行了8年多的时间，未发现异常。经过8年运行，通过观测资料的分析，坝基渗水及位移观测均符合设计要求，且经受住了“6・16”洪灾的严峻考验，工程无任何损害，证明工程质量是优质、可靠的。
　　参考文献
　　1、《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（SDJ211―83）。
　　2、砌石工程施工及验收规范》（GBJ203―83）、《水工砼施工规范》（SDJ207―82）。
　　3、浆砌石施工技术规定》SD120―84。
　　4、《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62―94。

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