浅谈水电站浆砌石的拦河坝设计及施工

摘要：在建筑领域中，对使用浆砌石材料建造的水电站拦河坝设计，由于安全性高，一般可充分利用当地建材，节约成本，效果明显，有大量成熟的设计与施工经验，业内普遍比较认可。本文结合水电站浆砌石的拦河坝施工实际，分析了水电站使用浆砌石材料做拦河坝在工程中的应用和技术要求，主要从水电站拦河坝的结构安全角度出发，依据我国现有的现行规范和拦河坝安全评价分类标准，对使用浆砌石建造的拦河坝的安全性能进行了综合分析和评判，为水电站拦河坝的施工、建造设计以及安全运营提供了科学的参考依据。

关键词：水电站；浆砌石；拦河坝；设计及施工

Abstract: in the construction field, on the use of plasma masonry building materials to the hydropower station barrage design, due to the high safety, generally can make full use of local building materials, cost saving, the effect is obvious, there are a lot of mature design and construction experience, the industry is generally recognized. This paper pulp of masonry hydropower station construction practice barrage, this paper analyzes the use of plasma masonry materials hydropower station do barrage in the application in the engineering and technical requirements, mainly from the structure of the barrage hydropower station security perspective, based on our country's existing in current standard and barrage safety evaluation, classification standard of using plasma masonry construction barrage safety performance to carry on the comprehensive analysis and evaluation for hydropower station construction, construction of the barrage design and safety operation provides scientific reference.

Keywords: hydropower station; Plasma masonry; Barrage; Design and construction

中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1、水电站浆砌石拦河坝选址条件

使用浆砌石这种挡水建筑物，可以有效抵御洪水的冲刷，满足电站的取水要求。目前，在我国的各地水电站建设过程中，大部分都采用浆砌石来做拦河坝，在大量的小型水电站中发挥着巨大作用，为水电站的正常运营提供了可靠保障。但是，浆砌石拦河坝的施工设计也是非常有讲究的，在水电站浆砌石的拦河坝设计主要分为坝址选址、施工设计、土方开挖削坡、垫层铺设、浆砌石砌筑、混凝土防渗墙浇筑等几道工序。每道工序都有着严格、规范、准确的要求，首先要调研查看本地的地质结构，特别是在建设水电站初期，要实地查看周围土壤地貌，地质条件，是否具有坝址合适的地形。

2、浆砌石拦河坝设计

坝址要尽量选择在河段的下游中部或者下部，这样不仅能够缓解水流的冲刷，而且也能够起到积极的防汛作用，最好是山体雄厚、土石坚固之处，左岸岸坡约45°―60°，右岸岸坡40°―50°为最佳，河床宽约30―40m之间，河谷宽高比1.9：1，这是修建拦河坝的地形条件。

坝址的选择要避开青灰色极薄层页岩，防止土质疏松，坝基不稳。同时，要重点注意岩层上下走向与河流的流经方向，最好是近于正交切合，倾向中下游，倾角要保持在50°―55°之间。坝址岩体岩性要选择均一，薄层灰岩层与极薄层的页岩大部分都是互相重叠层结构，形成了水电站及坝基（肩）相对称的不透水岩组。

坝址地质构造要以裂缝、有间隙为主，沿裂缝和间隙面向下，这样岩溶轻度发育，局部较发育，易于处理。坝址的岩石层体强度较高，强性模量5GPa～8GPa，具备修建拦河坝的初步地质条件。

要对浆砌石拦河坝设计在初步选址的基础上进行合理和系统的优化，优化的原则及思路为：

（1）坝体要求：坝体中、下游坝面必须是连续、光滑的曲面；

（2）施工条件要求：坝体结构要求尽量简单、实用，坝体悬臂梁的最大倒悬度比必须小于0.3∶1；

（3）强度和密度要求：必须控制和加强施工质量，尽量提高和完善砌体的抗压强度和抗拉强度，但坝体的计算密度不超过规范的控制密度值；

（4）抗滑型和稳定性要求：坝体拱座抗滑稳定性安全系数要求不小于现有的规定值；

（5）经济性和实用性要求：在满足上述条件的基础上要尽量减小坝体体积，即保证工程质量的前提下，节约资金成本，兼顾经济实用原则。

根据上述要求思路并结合拦河坝坝址的具体地形、地质条件，浆砌石的布置和体型选择上主要重点考虑拦河坝两岸不对称，左岸岸坡较为陡峭，而右岸岸坡较为稍缓；同时，左岸岩体受裂缝和间隙影响较右岸相对严重，选择和确定拦河坝体型时，针对左、右两岸坝肩地形和地质、地貌条件的差异，对左、右各两半拱的曲率半径、面积、中心角进行适当调整、计算和选择确定拦河坝在平面布置上采用二心圆拱，中间凹陷，使左、右半拱的曲率半径、面积和中心角均适应坝址的地形、地质条件，以使坝体和拱座稳定、坚固，从而使浆砌石拦河坝更加耐用。

3、拦河坝基础开挖

土方在开挖验收前，首先要进行人工削坡控制。在人工削坡前，为防止坡面过度欠挖，监管工程师应该率先督促施工单位或开挖部门对坡面机械开挖的每道工序进行全方位、全过程的监控，在施工单位对坡面开挖自检合格完成后，才被允许其进行人工操作的削坡。人工削坡控制主要有以下几个方面：

（1）在监管工程师和施工单位及指定测量人员的监控下，在坡面上进行控制测绘，削坡时，施工单位和工程质量监督人员应该全过程监测，测量员应对削坡后的坡面位置、高度、坡度等控制参数进行及时全面的检查，防止坡面过度欠挖，工程不达标。

（2）施工人员在削减坡度时，如果发现存在流动粉细砂石层，且地下水比较丰富时，施工单位应切实做好备案记录，及时报告监管工程师或设计单位，迅速联系相关部门进行局部清理或者更换基石处理。

（3）削减坡度完后，废弃的土石一定要运到指定的弃土场，严禁向河床中堆筑或随意堆放。

4、拦河坝垫层铺设

在拦河坝垫层铺设前，垫层表层的基面腐植土、草皮、碎土等杂物应该全部清除，基面必须保持干净、平整，按照设计方案要求进行夯实、加固。上道工序削减坡度、设计的开槽位置、断面尺寸、高度在监管工程师待全部验收合格后。在拦河坝垫层基面未得到监管工程师验收合格之前，不得进行重复垫层施工，垫层基面验收情况主要有以下几方面需要注意：

（1）垫土层要按照设计图纸标明的厚度、宽度和备料进行合理的分层铺设。垫层料铺设必须保持干净、平整、密实、厚度均匀，避免凹凸不平。如果设计单位没有在设计图纸或方案上标明垫层相关数据时，垫层料可以按照12cm―15cm厚度，土石粒径按照5mm―25mm的砂石进行铺设。

（2）拦河坝排水孔下面的垫土层必须严格按照设计图纸的要求进行分层铺筑。如果设计图纸没有明确要求时，施工单位应按照反滤层模式进行施工，并报告监管工程师审核合格后实施。

（3）拦河坝垫层铺设前，应做好场地的排水设施，合理设置好样桩，备足土石料。然后由坡底向基面一层一层铺设，不得从基面向下顺坡铺设，防止土石松懈。对于已经铺设好的垫层必须及时进行相应的护坡施工建设，在周边设立警示标识，严禁通行，防止踩踏破坏垫层。

5、浆砌石的砌筑

（1）在砌筑浆砌石拦河坝之前，要在拦河坝的坡面上设置横向和纵向两条砌体坡面线，以便保证拦河坝坝体的厚度和坡面平整度符合规范和设计规定。

（2）浆砌石拦河坝应该采用铺浆法进行砌筑。在砌筑时，首先在表层先铺设砂浆后砌筑，石块分两层卧砌，上下错开，内外搭砌，确保稳定。相邻砌石之间的砌筑高度差不大于0.5m，每层相互之间应该整体持平，分段的位置应该尽量铺设在沉降缝或者坝体之间的伸缩缝处。

（3）在向坝体铺设砂浆之前，石料要首先洒水浸湿，使其避免干燥，但表面不能有残留的水滴。坝体底层的第一个石块要将大面朝下，最好选用较大的平整、光滑的石料。

（4）所有的浆砌石都要放在新搅拌的砂浆上，在铺设时要保证无缝隙，石缝间不能直接紧靠在一起，不能先压石块后塞砂浆或者只填碎石料，不要采用外面侧立的石块、后回填中间的方法砌石。灰缝厚度一般要保持在20mm―30mm之间，较大的空隙应该用碎石进行填塞，但不得在底座上或者石块的下面用厚度高于砂浆层的小石块支垫。

6、混凝土的铺设与防渗墙的浇筑

（1）施工单位最好是在水电站附近建立原材料场地。混凝土原材料的质量要按照《混凝土工程监理实施细则》和《工程建筑材料质量监理实施细则》的有关规定认真执行。

（2）混凝土的铺设要求集中进行规范铺设。场地面首先要硬化，平整牢固、坚实稳定，可以设有必要的排水设施，从而保证制作的坝体不因浇筑混凝土而塌陷变形。监管工程师要对整个施工过程进行严格认真细致的检查。

（3）使用浆砌石建造水电站拦河坝，溢流面分坝体曲线段、坝体直线段和反弧段三部分。在施工过程中，溢流面直线段到坝体尾部曲线段最佳方案是采用混凝土铺设滑模施工，滑模全长21.5m，高1.2m，滑模要严格按照国家规定的相关标准尺寸进行加工，并保证其硬度和质量，防止其变形，监管工程师要定期对滑模进行检查，不合格的模块要予以报废，不得使用。滑模实施后将大大简化施工工序，降低石料的消耗及施工人员的劳动强度，将进一步加快拦河坝的施工进度，使工程节约46%的工作日，克服易出现漏浆、蜂窝、麻面等质量通病，混凝土浇筑后，使坝体整体质量得到有效保证。

浆砌石因容易渗漏，一般在迎水面设混凝土防渗墙，厚度从30～100cm，与面层混凝土一起浇筑。

总之，使用浆砌石建造水电站拦河坝，一方面能够节约资金建造成本，另一方面，坚固耐用的特性也能起到很好的作用，非常值得推广和使用。

参考文献：

[1]杨光伟.通口水电站泄洪消能布置设计[J].水电站设计.2010(04):45

[2]张丽梅.石远水库大坝安全分析与评价[J].黑龙江水利科技.2009(05):31

[3]许艳杰.东方红浆砌石重力坝扬压力安全评价[J].大坝与安全.2007(04):39

[4]吴志坚.新型中小型拦河坝的调查与研究[J].西部探矿工程.2008(06):55