董昊雯 周莉 刘国玉 马新平

（设计一处）

[摘 要] 南阳回龙抽水蓄能电站上、下库大坝是电站主要建筑物之一，本文根据工程实际情况，比较了常态混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝两种方案，介绍了碾压混凝土重力坝设计、施工工艺及新技术在工程中的应用，并从可行性、工程量、工期、投资等方面进行了分析比较，推荐采用碾压混凝土重力坝方案。

[关键词] 常态 碾压 富胶凝混凝土 全断面碾压 零坍落度 平仓碾压 斜层碾压

1 概述

    南阳回龙抽水蓄能电站位于河南省南阳市南召县城东北16km的岳庄村附近回龙沟上游，是为了解决南阳市的供电调峰问题而专设的调峰电站。电站最大毛水头416m，最小毛水头374.4m，装机容量120MW，安装两台单机可逆混流式水泵水轮机组。

    枢纽工程包括上库、下库、输水系统、地下厂房等建筑物。上库位于回龙沟左岸支沟棗 石撞沟沟头，主要建筑物包括主坝和副坝，主坝为混凝土重力坝，最大坝高54m，坝顶全长208m，不设泄洪建筑物。下库位于回龙沟上游的九江河上，大坝为混凝土重力坝，最大坝高53.3m，坝顶全长175m，设溢流坝段。根据工程实际情况，对碾压混凝土重力坝和常态混凝土重力坝两种坝型进行方案比较，以达到工期和造价的最优。

2 地形地质

    电站区地处秦岭山地的东延部分伏牛山东端。上库为一小型集水盆地，坝址处为“V”型河谷，谷底宽15m。岩性为燕山晚期花岗岩，属弱风化岩体，左岸坡度较陡，弱风化岩层出露；右岸下部坡度较陡，弱风化岩层出露，上部坡度较缓，有2～3m厚的全风化和强风化覆盖层，沟底有厚1m左右的覆盖层。库盆周围有两处单薄山梁鞍部接近或低于正常蓄水位，需要修建副坝。

    下库为弯曲长条形，坝址处为“V”型河谷，谷底宽20～30m。两岸基岩裸露，岩性为弱风化和微风化细粒花岗岩，左岸坡度较缓，平均坡度为46°；右岸坡度较陡，平均坡度为38°。

3 大坝坝型方案

    近几年来，我国碾压混凝土筑坝技术得到了飞速发展，湖南江垭水利枢纽、云南大朝山水利枢纽等都相继采用了碾压混凝土重力坝，工程实践表明，碾压混凝土重力坝较常规混凝土重力坝具有很大的优越性。

    根据回龙抽水蓄能电站的地形地质特性，分析研究了有关资料，确定了上、下库的碾压混凝土重力坝和常态混凝土重力坝两种坝型方案。两种坝型的断面型式基本相同，上、下库大坝主要参数见表3-1。

表3-1   上、下库大坝主要参数表

3.1 碾压混凝土重力坝方案

3.1.1 坝体断面设计

    碾压混凝土坝的坝体结构目前总的趋势是力求简单，以达到工程质量、工期和造价的最优。早期的“金包银”坝体结构目前已基本放弃，取而代之的是全断面碾压混凝土结构：仅在坝体迎水面和高应力区的一定范围内设二级配的富胶凝碾压混凝土区，其余部位全部采用碾压混凝土结构。这种结构不仅可以改善碾压混凝土的性能，使之达到常态混凝土的防渗效果，而且可以缩短混凝土的覆盖时间，减少冷缝的产生，并加快施工进度和提高混凝土质量。因此，回龙工程上、下库大坝均采用全断面碾压混凝土方案。

    大坝迎水面采用2～3m厚二级配富胶凝混凝土C₂₀W₈F₁₅₀，并振捣密实。坝基两岸沿平行坝轴线方向开挖成缓于1：1的折线形，基础垫层浇筑1.5m厚的常态混凝土C₂₀W₆，以提高坝体与基岩的结合能力。

    挡水坝段断面设计：挡水坝上游面为铅直面，下游面为1：0.75的斜坡。为便于碾压混凝土施工，坝体上游面的二级配富胶凝混凝土采用钢架模板，下游坝坡采用重力式混凝土预制块作为模板，高度为2250px，施工完成后可作为坝体的一部分，坝顶浇筑1500px厚的常态混凝土。挡水坝段典型剖面见图3-1。

图3-1 上库大坝典型剖面图

    溢流坝段断面设计：溢流坝溢流宽度为16m，上游面为铅直面，下游面为1：0.75的斜坡。溢流坝过流面为常态混凝土，厚度为2m，在碾压混凝土施工结束后用滑模法施工成型。溢流面两侧导墙和闸墩采用常态混凝土施工。溢流坝段典型剖面见图3-2。

图3-2 下库溢流坝典型剖面图

3.1.2 坝体廊道设计

    由于坝内廊道对碾压混凝土的施工影响很大，所以碾压混凝土重力坝应尽量减少坝内廊道、孔洞或考虑集中布置。上、下库大坝沿坝轴线方向设置一条基础灌浆廊道，并在适当高程设横向交通廊道通至下游坡脚；下库还根据需要设有泄洪排沙底孔和电站尾水洞。

    廊道的顶拱和侧墙采用钢筋混凝土预制结构，厚500px，每侧两个吊装孔。廊道周围1.5m范围内采用二级配富胶凝混凝土并振捣密实，不仅施工方法简单，而且廊道成型后整齐美观，提高了抗渗性能。

3.1.3 坝体分缝及止、排水

    一般不很高的碾压混凝土坝应不分或少分纵缝，上、下库大坝横缝间距为30m，横缝构造与常态混凝土坝不同，常采用人工造缝，在坝面收仓后用切缝机在止水带下游切出一道人工缝，在缝内填充细砂，形成伸缩结构。

    坝体在横缝上设置两道止水，第一道为紫铜片止水，布置在距上游坝面1m处，第二道为橡胶止水带，距上游坝面1.5m，两道止水都深入基岩1250px。由于两道止水都埋设在坝体迎水面2～3m厚的富胶凝混凝土内，所以防渗是可靠的，只是增加了坝的施工工序。两岸等于或陡于1：1的坝基面平行坝轴线方向设置紫铜止水片一道，并与横缝止水片相连。

    碾压混凝土本身的防渗能力较差，为了减小坝体渗透压力，除了迎水面采用富胶凝混凝土振捣和埋设止水外，还应在距坝体迎水面4m处加设排水孔，排水孔平行坝轴线方向间距3m，孔径110mm，下部垂直通至灌浆廊道。在灌浆廊道的下游侧设一排倾向下游的基础排水孔，孔距3m，孔深取帷幕深度的一半。

3.1.4 坝体稳定和应力

    由于碾压混凝土坝碾压层面往往不如通过振捣密实的结合牢靠，所以在核算坝体建基面抗滑稳定和应力的同时，还要沿碾压层面进行核算，其抗剪指标f’和c’也需通过现场试验确定，并尽量选择较小值。计算方法与常态混凝土坝相同，按《混凝土重力坝设计规范》中抗剪强度公式和抗剪断强度公式计算。

3.2 常态混凝土重力坝方案

    常态混凝土重力坝的基本剖面与碾压混凝土重力坝相同，仅坝体内材料分区不同，坝基以上3m厚和距上、下游坝面2m范围内混凝土标号稍高，在廊道和孔洞周围一定范围内应采用标号稍高的混凝土。

    对于基础宽度较大的坝段，为了适应混凝土的浇筑能力和减少施工期的温度应力，按需要设置平行坝轴线方向的垂直纵缝，横缝间距15m，纵、横缝面均设键槽并埋设灌浆系统。在进行坝基开挖时，为保证坝体的侧向稳定，沿坝轴线方向开挖成台阶状，台阶宽度6m，大于1/3坝段宽度。对于上下游基础面高差过大的坝段也应沿上下游方向开挖成台阶，避免因基础面高程突变造成坝体内部应力集中。

    常态混凝土重力坝在计算稳定及应力时，仅沿建基面进行计算，按《混凝土重力坝设计规范》中抗剪强度公式和抗剪断强度公式计算。

    坝体内横缝止水、排水的布置与碾压混凝土坝相同。

4 大坝方案比较

    碾压混凝土重力坝和常态混凝土重力坝分别从可行性、工程量、工期和投资四个方面进行分析比较，结果见表4-1。

表4-1   大 坝 方 案 比 较 表

    通过对以上两方案的分析论证，认为两方案在技术上均是可行的，但碾压混凝土重力坝施工简单、水泥用量少、抗裂性能好、工期短、投资省，因此推荐采用碾压混凝土重力坝方案。

5 结束语

    碾压混凝土重力坝技术自80年代在我国发展起来，具有施工方法简单、速度快、投资省等优点。通过总结国内外碾压混凝土筑坝技术的经验，我们发现有以下几个特点：

    ⑴碾压混凝土坝建设初期采用的“金包银”模式虽然能解决坝体抗渗问题，但因其施工较为困难，目前我国已基本不再采用，随着坝工技术的发展，碾压混凝土坝多采用高掺粉煤灰、低水泥用量、全断面碾压的结构型式。通过潘家口和石漫滩碾压混凝土坝的实践证明：低稠度和富胶凝材料的零坍落度混凝土在小范围内也可用振捣器振捣密实，这一成果满足了碾压混凝土坝对抗渗和混凝土层间抗剪强度的要求。

    ⑵碾压混凝土中胶凝材料的含量是关键因素，直接影响碾压混凝土的密实性和强度，而胶凝材料含量的提高可以改善层间结合，并提高碾压混凝土的各项性能。据试验统计，胶凝材料含量在150～200kg/m³或更高，则碾压混凝土本身及层间抗剪强度、抗拉、抗压强度、抗渗、抗冻、耐磨及弹模等均不亚于常态混凝土。所以目前碾压混凝土坝胶凝材料的含量有逐渐增高的趋势。

    ⑶传统的碾压混凝土施工是采用平仓碾压工艺，不仅材料用量较大，而且效率较低。施工中的江垭碾压混凝土坝成功地试验出了斜层碾压平推铺筑法，不仅能加快施工进度，而且可以提高坝体的力学强度指标和抗渗指标，效果显著。

    目前我国碾压混凝土坝无论从建设规模还是技术水平在世界上都已处于领先水平，但在国内的分布很不均匀，中原地区也只有石漫滩一座碾压混凝土坝，因此南阳回龙抽水蓄能电站碾压混凝土坝的建设必将推动中原地区筑坝技术的进一步发展。

参考文献