小中河水电站大坝填筑分析计算报告

小中河水电站大坝填筑分析计算报告

大坝填筑分析计算报告一、前言小中河水电站位于越南北部的老街省沙巴县达万乡境内的小中河上，距老街60公里，距沙巴县20公里。电站为引水式电站，由面板堆石坝、压力引水隧洞、调压井、压力引水钢管、闸门启闭机、厂房等组成。小中河水电站装机规模为2.2万KW，年利用小时为4477小时，多年平均发电量0.985亿千瓦时。水电三局中标该工程项目的施工。小中河水电站大坝为砼面板堆石坝：坝顶全长124.3m，坝顶高程1564.20m，坝顶宽度7.0m，防浪墙顶高程1565.40m,最大坝高40.5m；上游坝坡1:1.40，下游坝坡1:1.60；垫层区、过渡区水平宽度分别为3.5m和4.0m，大坝填筑总量为12.5418万m3（坝体各部位填筑工程量见下表1-1）。表1-1坝体填筑工程量表序号工程项目单位工程量备注1粘土覆盖（ⅠA）m332452粘土铺盖盖重区m340893垫层区（ⅡA）m3118734垫层小区料（ⅡB）m325885过渡区（ⅢA）m3140656主堆石区（ⅢB）m3598077砂砾石（ⅢC）m3268478下游干砌石护坡m32904合计m3125418二、面板堆石坝施工情况及材料来源2.1面板堆石坝材料分区及质量要求13/13n根据中南勘测设计研究院《越南小中河混凝土面板堆石坝施工技术要求》提出的设计要求，面板堆石坝材料分区和技术指标要求，见表2-1；坝体分区碾压指标，见表2-2；表2-1坝体材料分区和技术指标部位分区序号石料技术要求材料要求不均匀系数Cu曲率系数Cc上游铺盖-开挖覆盖层土料垫层料ⅡA轧制的新鲜、弱风化石料，级配优良，最大粒径80mm，含砂（≤5mm）量为30~50%，小于0.075的颗粒含量少于8%，级配连续。＞151～3ⅡB轧制的新鲜、弱风化石料，级配优良，最大粒径40mm，含砂（≤5mm）量为30~50%，泥质含量＜3%。＞151～3过渡料ⅢA弱风化新鲜的花岗岩石料，级配优良，最大粒径300mm，含砂（≤5mm）量为30~50%，含泥量＜2%。＞101～3堆石料ⅢB采用新鲜少量分散弱风化的花岗岩，最大粒径600mm,含泥量＜5%。＞10-砂砾料ⅢC采用河滩砂砾料，最大粒径300mm，含砂（≤5mm）量为15~35%，泥质含量＜2%，超径含量＜1%，含泥量＜5%。＞10-下游坝坡干砌石采用新鲜少量分散弱风化的花岗岩，最大粒径不宜小于400mm。--表2-2坝体分区碾压指标部位分区号干密度（g/cm3）空隙率（%）备注垫层料ⅡA2.2217.2ⅡB2.2516.0过渡料ⅢA2.1519.8堆石料ⅢB2.1021.6砂砾料ⅢC2.1519.8相对密度不小于0.813/13n2.2工程施工准备及进展情况水电三局于2008年5月开始进行大坝基础开挖，2009年4月10日开始深河槽第一仓基础混凝土回填，同年8月深河槽混凝土浇筑基本完成。于2009年7月至10月，按批复的试验大纲要求开展了对面板堆石坝各种材料的碾压试验，并获得了《越南小中河水电站工程面板堆石坝填筑材料碾压工艺试验报告》于2009年10月报监理和业主审批；经业主、设计、监理和我方共同研究决定，于2009年10月25日大坝开始填筑，截止2010年8月30日填筑总量约为10.2万m3。2.2面板堆石坝料源情况大坝填筑料源来自于五部分：溢洪道开挖料、大坝开挖料、引水隧洞开挖料、石料厂开挖料、部分河床砂砾石（部分筛分破碎料）。溢洪道开挖料：溢洪道土石方开挖总量约为15万m3，经过挑选、堆存可用料约为3.8万m3。大坝开挖料：大坝开挖挑选可用料约为1万m3。引水洞洞挖料：引水洞洞挖料利用料约为0.7万m3。石料厂开材料：石料厂目前已开采3.5万m3。河床砂砾石：河床砂砾石经人工挑选后约用0.7万m3；筛分破碎约为0.5万m3。大坝填筑各分区石料来源如下：1）垫层小区料：垫层小区料为筛分石料和开挖石料经破碎后≤40mm的破碎料，已施工工程量约为2500m3。2）垫层料：采用引水隧洞洞渣、开挖石料及筛分料经破碎后≤80mm13/13n的破碎料，已施工工程量约为11000m3。3）过渡料：采用引水隧洞洞挖料和部分破碎料≤300mm，总量约为12000m3。4）主堆区石料：采用大坝下游2.3km石料场开采料、溢洪道及大坝开挖料，总量约为48000m3。5）次堆石区：在填筑过程中使用河床砂砾石约为7000m3。三、大坝施工质量检测本工程按照《混凝土面板堆石坝设计规范》（DL/T5016-1999）、《混凝土面板堆石坝施工规范》（DL/T5128-2001）、设计和监理要求进行施工，其施工工艺参数严格按照碾压试验获得的参数进行。工程质量检测由水电三局越南小中河项目部协助取样，由第三方试验室越南出具检测报告。3.1坝料质量检测频次的确定坝料取样频次主要按照监理现场要求确定，坝料质量检测取样频次见表3-1，检测频次满足规范要求。表3-1坝料质量检测取样频次表坝体分区及填筑方量垫层区（11873m3）过渡区(14065m3)主堆石区(59807m3)砂砾石区(26847m3)方量频次方量频次方量频次方量频次DL/T5128-2001《混凝土面板堆石坝施工规范》500～100012～243000～60003～510000～1000001～65000～100001～6中南勘测设计研究院《越南小中河混凝土面板堆石坝施工技术要求》500～100012～241000152000～250024～301000～150018～27现场监理指令（实际）220562605411005896028与规范比较，实际检测增加的频次数量32次49次52次22次3.2坝料施工质量检测评定13/13n在面板堆石坝施工中，实际检测情况、检测项目、报告份数见表3-2，从实际施工检测频次来看，满足监理和《规范》要求。表3-2大坝填筑试验各项参数统计坝体分区试验检测项目报告份数起始高程备注特殊垫层（ⅡB）压实容重151529.9～1532.9一共15层，其中2010年5月前15份颗粒级配7其中2010年5月前7份渗透6其中2010年5月前6份含泥量1其中2010年5月前1份垫层（ⅡA）压实容重641529.1～1555.0一共64层，其中2010年5月前53份；以后11份颗粒级配17其中2010年5月前17份渗透5其中2010年5月前5份含泥量3其中2010年5月前3份过渡（ⅢA）压实容重581531.9～1555.0一共58层，其中2010年5月前47份；以后11份颗粒级配18其中2010年5月前17份；以后1份渗透4其中2010年5月前3份；以后1份含泥量2其中2010年5月前2份主堆石（ⅢB）压实容重761523.5～1554.6一共39层，其中2010年5月前64份；以后12份颗粒级配24其中2010年5月前22份；以后2份渗透2其中2010年5月后2份含泥量1其中2010年5月前1份砂砾石（ⅢC）压实容重221537.0～1545.8一共22层，其中2010年5月前22份颗粒级配10其中2010年5月前11份坝基结合带（ⅢA）压实容重151521.5～1527.5一共15层，其中2010年5月前15份颗粒级配2其中2010年5月前2份两岸接坡（ⅢA）压实容重1661521.5～1554.6一共83层，其中2010年5月前158份；以后8份大坝渗水槽渗透28/4个槽子的渗透试验结果28份资料备注：压实容重试验次数154次，试验资料共416份，挖槽前374份，挖槽后42份；颗粒级配试验78次，试验资料共78份，挖槽前75份资料，挖槽后3份；渗透试验次数45次，挖槽前14份，挖槽后31份。含泥量试验次数14次，试验资料共7份，全为挖槽前的。面板堆石坝填筑质量检测与设计要求对照表见表3-3，从表中可看出，大坝各个分区的级配、不均匀系数和曲率系数均满足设计要求；密度和渗透性检测结果也满足设计和《规范》要求。13/13n各种坝料的实际检测级配范围见图3-1～图3-4。13/13n表3-3面板堆石坝填筑质量检测与设计要求对照表材料分区材料级配要求密度及渗透指标设计要求＜5mm颗粒含量（%）实际检测＜5mm颗粒含量（%）设计要求＜0.075mm颗粒含量（%）实际检测＜0.075mm颗粒含量（%）设计要求不均匀系数（Cu）实际检测不均匀系数（Cu）设计要求曲率系数（Cc）实际检测曲率系数（Cc）设计要求干容重(g/cm3)实际检测干容重(g/cm3)设计要求孔隙率(%)实际检测孔隙率(%)设计要求渗透系数(cm/s)实际检测渗透系数（cm/s）垫层料ⅡA30～5030.4～38.0≤85.7～7.7＞1569.0～207.71～31.22～2.962.222.222～2.31817.2013.50～17.10＞1×10-41.95×10-3～1.64×10-1特殊垫层料ⅡB30～5033.8～41.2≤87.3～7.6＞15100～1901～31.28～2.942.252.254～2.28316.0014.80～15.90＞1×10-41.18×10-3～2.29×10-3过渡料ⅢA5～2011.7～19.7≤54.6～4.9＞1017.8～133.31～32.33～3.002.152.152～2.32919.8013.10～19.70＞1×10-34.07×10-2～1.47×10-1主堆区ⅢB5～205.7～12.9≤52.3～4.9＞1010.5～105.6--2.102.100～2.44221.608.90～21.60-2.90×10-1～5.01×10-1砂砾石区ⅢC15～3516.0～25.7≤5-＞1085.3～244.7--2.152.151～2.20619.8017.70～19.70--13/13n图3-1图3-213/13n图3-313/13n图3-4四、大坝施工缺陷的处理4.1问题的产生在坝体填筑过程中，按照前期的物料平衡规划，充分利用了溢洪道、坝体开挖石料，在次堆石区EL1541.000—EL1545.000使用了部分河床砂砾石料（约5000m3）中，存在含泥量局部超标，导致局部渗透系数不满足设计要求。据现场了解有小部分配料差和微风化存在。4.2缺陷处理措施2010年4月23日由业主主持了会议缺陷处理会议，设计、监理和水电三局参加了本次会议，经过充分讨论，形成了保坝渡汛的施工方案；具体步骤如下：1）首先对大坝进行挖槽评估，回填渗水性能较好的石料；槽回填完后，在槽的上部形成1.8m—2m的整体渗形通面。2）由业主、设计、监理和施工四方参加，对现场发现的问题及时分析，更近一步真实的确定处理方案。3）为确保汛期坝体挡水，在翻模表面涂刷乳化沥青以减小汛期上游坝坡翻模固坡砂浆渗流量。4.3施工方法通过大坝挖槽评估，确定消缺处理方案：1）首先由设计、业主、监理及施工四方共同对挖槽位置进行确定，测量人员对开槽部位进行放线定位。13/13n2）沿坝体上下游从过渡区至主堆区和次堆区纵向开两条竖槽；在过渡区和垫层区之间沿坝轴线方向开一条横槽；从右坝肩过渡区至主堆区开一条斜槽，此条斜槽与横槽、竖槽贯通，形成一个联通的较大的排水通道；3）槽深约4.0m，宽度约4.5m（共计四条槽）；靠近坝轴线位置渗水槽底部开挖高程为EL1545.000，靠近坝轴线以下主堆区部分底部开挖高程为EL1540.50。挖槽位置和平面布置如下图4-1。图4-14.4现场渗透检测成果在渗水槽按业主、监理和设计要求挖至规定高程后，进行现场渗透试验，渗透试验成果见表4-1。表中可以看出，四个渗水槽13/13n共进行的28次渗透试验中只有1号槽中的1个渗透系数为9.27×10-2，略高出设计要求，其余27个渗透试验成果均满足主堆石区的渗透系数要求。渗水槽试验完成后，采用堆石料场开采的石渣逐层填筑，并在迅前达到的渡迅要求的高程。表4-1渗水槽渗透试验成果表序号填料位置渗透系数（cm/s）平均值（cm/s）最大值（cm/s）最小值（cm/s）试验次数设计渗透系数（cm/s）11号槽2.97×10-11.89×10-12.97×10-19.27×10-271.0×10-121.43×10-139.27×10-241.80×10-152.01×10-161.59×10-172.50×10-182号槽4.94×10-13.77×10-17.02×10-11.48×10-1101.0×10-194.60×10-1107.02×10-1111.81×10-1124.99×10-1131.48×10-1143.73×10-1153.44×10-1163.61×10-1172.11×10-1183号槽2.05×10-12.96×10-15.72×10-11.60×10-171.0×10-1192.32×10-1202.63×10-1215.72×10-1221.60×10-1232.99×10-1243.44×10-1254号槽1.75×10-13.00×10-14.33×10-11.75×10-141.0×10-1264.33×10-1273.37×10-1282.53×10-1五、结论通过进行工程质量检测资料的综合分析，得出以下结论：13/13n5.1在坝体填筑过程中使用了部分含泥量超标的砂砾石料，导致部分施工部位渗透性能不满足要求；经过业主、监理、设计和施工单位四方共同研究，确定了挖渗水槽处理方案，通过现场检测和处理后，坝体的渗透系数满足设计和规范要求。5.2通过坝体渗流分析计算，坝体中的渗流网没有发生局部突变。通过以上各种条件分析，建议采取部分措施和方案，来确保大坝更进一步的稳定和长期运行。（详见第三部分）13/13