[科普中國]-天生橋一級面板堆石壩

天生橋一級面板堆石壩位于中國南盤江干流，為紅水河梯級開發(fā)的龍頭水庫電站)。壩址右岸為廣西壯族自治區(qū)隆林縣，左岸為貴州省安龍縣。電站距貴陽市240km,其上游約62km是南盤江支流上的魯布革水電站廠房，下游約7km是天生橋二級水電站。工程以發(fā)電為主，除向系統(tǒng)提供電力外，還可增加下游已建電站的發(fā)電效益。

簡史混凝土面板堆石壩是19 世紀末20 世紀初發(fā)展起來的一種筑壩技術(shù),我國從20 世紀80 年代開始先后修建柯柯亞、關(guān)門山、西北口、株樹橋等面板堆石壩。天生橋一級電站面板堆石壩位居世界同類壩型高度第二,面板面積及堆石量屬世界第一,它的興建,使我國堆石壩的建設(shè)水平達到世界先進水平。

堆石壩技術(shù)是在不斷總結(jié)工程實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它是一門實驗性技術(shù)。迄今為止,世界上還沒有公認的設(shè)計理論,幾乎所有的堆石壩設(shè)計,都是參照已建工程的經(jīng)驗,結(jié)合壩址區(qū)的地形、地質(zhì)等實際條件而確定。在世界大多數(shù)國家中,土石壩的建設(shè)一直居于首位。據(jù)20世紀80 年代國際大壩會議統(tǒng)計,截止1986 年底,全世界共建大壩36235 座,其中土石壩29974 座,占82. 7 %. 土石壩具有適應(yīng)條件廣、就地取材、經(jīng)濟效益好、施工導(dǎo)流問題容易解決及抗震性好等特點,從而得以迅速發(fā)展。但由于土石壩的施工技術(shù)及施工質(zhì)量難以保證,其事故發(fā)生率(潰壩和損壞) 最高。根據(jù)水利部工程管理局截止1980 年底的統(tǒng)計資料,我國大、中、小型水庫潰壩3976 起,平均潰壩率為3. 4 %. 若按壩型分,潰壩總數(shù)中土石壩最多,為2925起,其中堆石壩17 起。天生橋一級電站大壩是我國自行設(shè)計和施工的世界第二高堆石壩,為確保其安全運行,有必要對其穩(wěn)定性進行定量分析計算。

工程概況及地質(zhì)環(huán)境工程概述天生橋一級電站堆石壩高程178 m ,名列世界第二,而壩頂長度、壩體填筑方量和混凝土面板的面積皆居世界第一,是世界級的工程。電站以發(fā)電為主,水庫正常蓄水位為780 m 高程,死水位為731 m 高程,總庫容為102. 57 ×108 m3 ,裝機容量為1200 MW ,保證出力為405. 2 MW ,多年平均發(fā)電量為5226 GW·h。

地質(zhì)環(huán)境壩址河谷為縱向谷,巖層產(chǎn)狀為N50 - 70°E/ NW ∠35 - 50°,從右岸至左岸巖層由老至新。右岸埡口附近為二疊系巨厚層塊狀灰?guī)r,上覆三疊系下統(tǒng)厚層泥質(zhì)條帶灰?guī)r;右岸壩基為三疊系中統(tǒng)新苑組薄層及中厚層灰?guī)r與泥巖互層;左岸為三疊系下統(tǒng)邊陽組厚層砂泥巖互層;河床分布有沖積層,其厚度0. 68 - 25. 61 m ,在沖積層下部的近基巖面處有粘土和淤泥質(zhì)粘土層分布,厚度0. 15 - 13. 32 m.工程區(qū)地震基本烈度為2 度1。

大壩沉降分析堆石壩的變形分為豎直方向的變位(沉降) ,上、下游壩面的水平變位和沿壩軸線方向的變位等。由于堆石壩由多種材料組成,在自重及水壓作用下,豎直位移比混凝土壩大得多,過大的變位對壩體的安全有重要的影響。

沉降是指在自重應(yīng)力及水壓作用下,沿豎直方向發(fā)生的位移。對堆石壩而言,其沉降主要是由堆石料的壓縮變形產(chǎn)生的。堆石料的壓縮變形,初期主要是顆粒的位移與結(jié)構(gòu)調(diào)整、并伴有少量的顆粒棱角破碎,這是主壓縮階段;其后,隨著顆粒破碎的增加,將進入次壓縮階段,堆石料的次壓縮變形,在形式上與粘土類似,處于壓縮較快的主壓縮階段之后;而蠕變變形的產(chǎn)生,可能主要是顆粒破碎引起的顆粒排列進一步的調(diào)整。

堆石壩在施工過程中, 隨著填筑石料的增加而產(chǎn)生的壓縮變形占相當(dāng)大的比例,竣工蓄水后,隨著蓄水位的周期循環(huán),其變形有逐漸收斂的趨勢。

影響壩體沉降的因素沉降在堆石壩的發(fā)展過程中一直是被人們高度重視的問題。從某種意義上來說,現(xiàn)代混凝土面板堆石壩的發(fā)展,是建立在堆石料的變形控制上的,以最大限度地減小堆石體的變形,保證面板與其接縫止水防滲的可靠性。

堆石體變形量的大小主要受下列因素的影響:

(1) 材料的物理力學(xué)性質(zhì)及粒徑級配

當(dāng)堆石料質(zhì)地堅硬、軟化系數(shù)小,能承受較大的由堆石體自重所產(chǎn)生的壓應(yīng)力,不僅可以減少堆石體在施工期內(nèi)的沉降,同時也可以減少水庫蓄水后及堆石體材料的蠕變軟化所產(chǎn)生的變形。

堆石料粒徑級配良好與否,對碾壓密實度的影響很大,從而對變形的影響也很大。使用粒徑級配良好的石料,碾壓后密實度和變形模量較大,可相應(yīng)減小施工期和運行期的位移。

(2) 填筑、碾壓方法及碾壓密實度

對堆石料所采取的碾壓方法不同,壩體密實度差異較大。用振動碾壓新工藝的堆石壩要密實得多,變形也自然小得多。

(3) 壩體高度

堆石體在一定的上下游坡度、材料級配和碾壓密實度情況下,壩高愈大,水壓和自重力愈大,引起的堆石體變形也愈大1。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李航 - 副教授 - 西南大學(xué)