抽水蓄能电站土建施工技术难点.docx

输水系统布置一、高压管道立面布置高压管道采用斜井布置较多，因为钢管受岩石覆盖厚度的限制较少，钢管造价很高，斜井布置钢管长度较短，尤其是造价最高的下平段长度最短，对减少投资有利。斜井布置水头损失少。斜井坡度42°53°，以48°51°。当斜井较长时，如地形地质条件允许，可设置中平段以减少下平段长度，也可以增加工作面，加快施工进度。钢筋混凝土衬砌采用竖井布置较多，因为钢筋混凝土衬砌对围岩覆盖厚度及质量要求较高，竖井布置较易满足要求；竖井施工通常也比斜井容易。二、库盆防渗形式1、防渗范围确定（1）上水库有足够的天然径流或上水库虽然没有天然径流（或者天然径流量很小），但水库建在高山环抱的山谷地带，最高库水位远低于库周山岭地下水位时，库盆可不设防渗。（2）当大部分库盆能满足最高库水位远低于库周山岭地下水位时，可只对库区采取局部防渗措施。如泰安、琅琊山。（3）当库周山岭的地下水位较低，库盆基岩透水率较大时，须对全库进行防渗处理。如西龙池、张河湾、宜兴和宝泉等抽水蓄能电站上水库采用全库盆防渗型式。2、防渗型式选择水库防渗可选用沥青混凝土、钢筋混凝土、土工膜、粘土铺盖、岩体帷幕灌浆，或采用综合防渗型式。（1）沥青混凝土面板防渗。优越性表现在具有黏弹性和应力松弛性，适应基础不均匀变形能力强，防渗性能好。该技术成为一门实用成熟技术，尤其是在抽水蓄能电站上水库全库盆防渗工程中得到广泛的应用。（2）钢筋混凝土面板衬砌防渗。钢筋混凝土面板属于刚性结构，适应地基不均匀变形能力差，用于上水库全库盆防渗时，需采用减少地基不均匀性调整面板分缝位置来减少同一面板的沉陷差等措施；其次，受温度、干缩等影响容易产生裂缝。（3）黏土铺盖全库防渗。利用高山或台地上较多沉积的黏土作为库盆防渗，在有这种地形地质条件下是较好的防渗方案。（4）综合防渗措施。同一水库采取两种或以上的防渗材料形成综合防渗措施，针对具体工程和不同渗漏通道，给予合理措施在技术上可行。泰安上水库采用“钢筋混凝土+土工膜”，宝泉上水库采用“沥青混凝土+黏土铺盖”的型式。琅琊山：上水库局部防渗，在库岸渗漏段加设局部灌浆帷幕，防渗线上溶洞掏挖并回填混凝土，副坝库底水平黏土铺填辅助防渗。泰安：上水库局部防渗，右岸钢筋混凝土面板和大坝相接，库底土工膜水平防渗，左半库盆与库底设垂直防渗帷幕。抽水蓄能电站上水库全库防渗采用沥青混凝土面板居多，采用钢筋混凝土面板早期应用效果不是很好，钢筋混凝土面板防渗关键是做好接缝的止水、减少地基不均匀沉陷和防止混凝土温度裂缝。三、主要坝型和坝线结合水库地形地质条件，直接利用库盆开挖的土石料填筑当地材料坝，是当今抽水蓄能电站采用坝型的一种趋势。2、坝料分区1、坝线选择：条件允许时，坝线应尽量选择直线。当受坝基地形地质条件影响时，或为满足调节库容需要，可选择折线和外鼓曲线。如琅琊山抽水蓄能电站上水库，坝轴线由三段折线组成，从左岸到右岸各段长度分别为25.06m、345.26m、294.68m。（1）抽水蓄能电站上水库库容一般通过库盆开挖和坝体围填获得，为减少占地，扩大库容，强调充分利用库盆和地下工程开挖料作为坝体填筑料，尽量作为坝体填筑材料，尽量做到挖填基本平衡。堆石坝设计时，不是先设定坝体断面再去勘察坝料，而是根据可利用开挖的石料来确定坝体断面及坝料分区。（2）设计要贯彻：“尽量利用库盆开挖料填筑坝体”的思想，即“以料定坡”。过去片面追求坝体断面最小而采用较陡的坝坡，坝料要求高，库盆开挖弃料不够用，另找石料场，现在逐渐认识到坝体填筑方量最小的方案不一定是最经济的方。例如日本抽蓄坝坡往往较缓，有时还将弃渣堆在坝址，既可作为压重，对坝有利又减少弃渣运距。（3）施工组织设计要处理好开挖和填筑的关系，考虑开挖料储存、回采运输条件，协调挖填进度、创造直接上坝条件，尽量避免坝料的二次倒运和污染，对采用的坝料设计指标和坝体区分适当留有余地。（4）库盆开挖料利用过程中经常遇到按照开挖顺序所获得石料的质量与填筑顺序要求获得的石料质量不相符的问题，填筑需要好料的部位，恰恰挖出的料多为强风化料和软岩。设计应及时跟踪堆石坝料场开采和料源情况、坝料碾压试验成果及坝体填筑进度，不断优化堆石坝坝坡及坝体分区设计。（5）软岩堆石料在压实和受力过程中将有明显的颗粒破碎和细化过程，应以压实后的级配所反映的力学性质为依据进行复核。抽水蓄能电站堆石坝一般都将软岩用于下游堆石区浸润线以上部分。五、排水设计上、下水库应根据工程的具体条件，在不同部位设置相应的排水设施。排水设施包括坝体和坝基排水、岸坡排水、库底排水及检查排水廊道等。库岸防渗面板下的防渗料一般采用碎石垫层或无沙混凝土。无砂混凝土垫层对混凝土面板的约束作用较强，可能导致面板裂缝，只在岸坡较陡时采用；而碎石垫层能更好地满足混凝土防渗护面变形的协调要求，在抽水蓄能电站中得到广泛应用。十三陵抽蓄上库采用全钢筋混凝土面板防渗，库（坝）内坡1：1.5，坝基填筑厚度不小于2M的过渡料，小于5mm的颗粒含量不大于20%，渗透系数不大于1x10-3cm/s利用坝体上游厚1.66m的垫层作为坝坡面板下的排水层。宜兴抽蓄上水库采用全库钢筋混凝土面板防渗，库坡1：1.4，坝内坡1：1.3，将库盆排水系统与坝排水系统完全分开，分主坝、副坝、库盆三区：主坝坝坡面板下设厚1.22m的垫层排水；坝基填筑厚4m的过渡料；沟底排水层区小于25mm的颗粒含量控制在10%以内。库岸和库底防渗面板下分别有多孔混凝土排水层和碎石排水层。库底按常规设置网状排水系统。六、钢筋混凝土面板衬砌防渗混凝土面板防渗技术具有防渗可靠、施工简单、施工工艺和质量控制技术成熟、采用常规机械设备施工、经济上有利等特点。工程名称总库容/调节（万m3）消容落水深衬砌部位面板厚度衬砌防渗面积（m2）投入运行年份宜兴上水库530.7/507.341.9全库0.3（等厚）2230020081、抽水蓄能电站对混凝土面板衬砌的特殊要求（1）稳定安全。如果渗水不能及时排除，将在面板后形成反向水压力，而面板为薄板结构，当库水位急速降落时，容易造成面板在反向水压力的作用下浮起或破坏。因此必须在面板后设置完善可靠的排水设施，及时排除渗漏水，消除面板后反向水压力，以确保衬砌结构的稳定安全。（2）抗冻、耐久性。由于抽水蓄能电站水库水位每天至少有一个涨落循环，混凝土面板衬砌受外界温度影响较大，特别是位于寒冷和严寒地区的抽蓄蓄能电站水库，面板经受融冻循环的次数要比常规面板坝多的多，衬砌抗冻性往往成为其结构设计控制性因素之一。因此要求抽水蓄能电站水库的混凝土面板衬砌有足够的抗冻性和耐久性，以适应外界气温变化对其的不利影响。2、混凝土面板衬砌结构型式混凝土面板下必须设置排水垫层，及时将面板渗水排出。抽水蓄能电站水库全库防渗的混凝土面板衬砌通常采用混凝土面板防渗层排水垫层基础岩体（或坝体堆石体）的结构型式。无砂混凝土是一种具有多孔的、透水性强的混凝土材料，该材料具有一定的强度，可在较陡的斜坡上采用无轨滑膜施工，施工工艺简单，通过合理的配合比设计，其渗透系数可大于1X10-2cm/s，是一种比较理想的排水垫层材料。无砂混凝土排水垫层对面板的约束力较强，易引起面板开裂，需加强防裂措施。3、混凝土面板（一）面板混凝土性能（1）强度等级。一般情况下，混凝土抗压强度决定其抗拉强度，而抗拉强度高的混凝土，其抗裂性能和耐久性也比较好，因此，抽水蓄能电站混凝土面板强度等级不宜低于C25，以满足抗裂和耐久性方面的要求。（2）抗渗等级。应根据面板的作用水头确定，由于混凝土面板厚度较薄，承受水梯度大，其抗渗等级不宜低于W8。（3）抗冻性。寒冷地区面板抗冻等级要达到F300-F400以上。（4）抗裂性。混凝土抗拉强度和极限拉伸率是面板抗裂的关键性指标，提高混凝土自身抗裂性能力，对于防止或减少面板裂缝有十分重要的作用。混凝土抗裂性指标：坝高50-100m，混凝土极限拉伸率0.85×10-4（二）混凝土面板厚度混凝土面板的最小厚度应不小于30cm（三）混凝土面板分缝混凝土面板为刚性结构，需分缝以适应干缩、温度应力和基础不均匀沉降变形，避免有害裂缝的产生。采用混凝土面板全库防渗的抽蓄蓄能电站水库工程，一般库（坝）高度都不超过80m，库（坝）坡混凝土面板可以不设水平缝，仅设置垂直缝。库（坝）坡面板及库底面板与连接板之间、填筑区边缘以及面板与进出水口建筑物接缝处设置周边缝。混凝土面板分缝尺寸应综合考虑施工条件、温度应力和基础约束、基础介质和基础变形等因素后确定，库（坝）坡受压区的面板一般垂直缝间直接间距为1218m；受拉区适当减小，一般为受压区面板宽度1/22/3。已建工程运行经验表明，接缝止水是混凝土面板防渗体系的薄弱环节，即使做到精心设计、精心施工，也难免存在一些质量缺陷，造成渗漏。因此分缝设计时，在满足温度应力及基础变形的条件下，尽量使分缝尺寸大一些，这样可减少接缝止水的长度，不仅能减少接缝止水的施工难度和造价，也可提高整个面板防渗体系的可靠性。（四）混凝土面板配筋混凝土面板是传力结构，面板配筋的目的是起限裂作用。抽蓄电站混凝土面板配筋原则基本与常规混凝土面板坝工程相同，均在面板中部采用单层双向配置钢筋。建议配筋率比常规面板坝面板的配筋率有所提高，受拉区单向面板配筋率宜为0.45%0.5%，受压区面板单向配筋率宜为0.35%0.4%。（五）混凝土面板衬砌的施工和养护浇筑面板混凝土时，应严格控制混凝土入仓塌落度和滑升速度，仓面塌落度宜控制在47cm以内，滑升速度控制在1.52m/h以内，滑膜一次最大行程宜小于30cm。混凝土面板浇筑脱模后，应立即进行养护，一般要求流水养护，直到水库蓄水。4、混凝土面板止水止水构造型式全库防渗的抽水蓄能电站水库混凝土面板止水构造型式与常规面板坝的型式略有区别，但仍可以划分为周边缝、受压缝、受拉缝等结构型式（1）周边缝。由于周边缝位于填筑区、进/出水口等其他建筑物的边缘，其变形通常是三维的，即沿垂直缝方向张开、沿板厚方向沉降及沿缝方向剪切。根据工程的重要性，周边缝可设两道或三道止水。设两道止水的构造型式一般为“止水铜片+顶部柔性材料填料表层止水”。设三道止水时，在面板中部增设PVC止水片或橡胶止水带。如果面板厚度较薄无法保证周边混凝土的浇筑质量时，应将周边缝附近面板做局部加厚处理。（2）受拉缝。受拉缝布置在坝肩及库坡曲面段。由于采用混凝土面板全库防渗的抽水蓄能电站的作用水头一般不超过4050m，可采用“底部铜止水+顶部柔性填料表层止水”的构造型式。其表层止水柔性填料的截面积也应根据受拉缝在蓄水后可能拉开的宽度进行设计，一般要求做成弧形凸体，凸体的截面积应不小于缝面拉开后缝面的面积。（3）受压缝。坝体中部、库区开挖区及库底混凝土面板的接缝均为受压缝，可采用“底部铜止水+顶部柔性填料的表层止水”的构造型式。由于受压缝一般没有大的变形，表层止水柔性填料不需做成弧形凸体，通常与面板平齐。铜止水，由于紫铜具有良好的耐腐蚀性和延展性，强度较低，易于加工成型，常作为水工建筑物的止水材料。混凝土面板衬砌的底部止水铜片，厚度一般选用11.2mm，主要型式有D、F和W三种形式。D型适用于趾板结构缝；F型适用于面板与趾板间的周边缝；面板之间结构缝的底部止水均使用W形铜止水。<Z6)p<rmx-LECI_LC46)ch)QxI-.v-:土相”:您MdEPGlg-DF5U廿；酎,”町:因所<4'>dMx,y-/入血松醒晦隔dmax面板混凝土骨料的最大粒径，面板混凝土一般采用二级配。其dmax一般为40mm，铜片止水鼻端顶部空腔内应放置实心橡胶止水棒或尼龙棒，以维持其变形，并用泡沫塑料将空腔塞满，防止在浇筑过程中砂浆进入，使空腔处不能自由变形。铜止水片连接一般采用对缝焊或搭接焊，焊接工艺应采用双面黄铜焊条气焊，有关材料试验材料表明，铜止水的焊缝对止水效果有较大影响，特别是在面板接缝产生变形的情况下，将大大降低其止水效果。因此铜止水在现场用专用挤压成型机加工，就地长条安放，以大大减少焊缝量。铜止水片均存在数量不等的T型或“十”字型接头，要求适应各块混凝土面板在各个方向上的变形。如图所示，十三陵抽蓄上水库全库盆混凝土面板铜止水的T型或“十”字型接头采用工厂整体冲压成型，冲压成设计所需的T型或“十”字型接头形状。该项技术生产的铜止水能适应接缝的三向变形，避免了以往采用焊接加工可能造成的质量缺陷，止水效果较好，目前已在琅琊山、洪家渡、水布垭等工程中得到了推广应用，琅琊山抽蓄电站上水库主坝混凝土面板铜止水加工上冲压成型明显比焊接工艺加工的T型接头质量要好。橡胶止水带和PVC止水带橡胶止水带和PVC止水带是弹性材料，具有较大的拉伸变形能力和良好的止水效果，是水工建筑物结构缝中经常使用的止水材料，在混凝土面板工程中一般用作周边缝等的中部止水。橡胶止水和PVC止水带的厚度一般为68mm，宽度一般为250370mm，可根据作用水头和张开值大小选用。序号项目BJ1硬度（邵尔A）600±50600±502拉伸强度（MPa）15103扯断延伸率（%）3803004压缩永久变形700C、24h3535280C、168h20205撕裂强度（KN/m）30256脆性温度（0C）-45-407执空气老化700C、168h硬度（邵尔A）+80拉伸强度（MPa）12扯断延伸率（%）3001000C、168h硬度（邵尔A）+80拉伸强度（MPa）9扯断延伸率（%）2508臭氧老化5x10-7：20%、48h2级0级9橡胶与金属黏合断在弹性体里表1橡胶止水带的物理性能注：1、橡胶与金属黏合项仅适用于带有钢边的止水带。2、若有其它特殊需要时，可由供需双方协议适当增加监测项目，如根据用户需求酌情考核霉菌试验，其防霉性能应等于或高于2级。3、B表示适应于变形缝用止水带，J表示适用于有特殊耐老化要求的接缝止水带。嵌缝柔性止水材料国内开发的止水材料有水科院的GB系列止水材料和BS止水材料、华东院的SR止水材料和南科院的Pu-1、Pu-2止水材料。编号性能项目方法SRIgas1塑性回弹性10mm×10mm×20mm试件压缩50%变形的回弹率<5%<5%施工度250C水浴施工度值55705070延展率10mm×10mm×20mm材料拉伸率>500%<500%2温适性耐热性材料嵌在10mm×25mm×100mm槽内，450倾斜，800C，10h，流淌值<2<2脆化温度0.5铁片制10mm×10mm×1mm样片干冰-酒精溶液中对折，无裂纹-450C-300C冻融试验-45300C，50次循环，-450对折不开裂3耐老化性抗渗性小于5mm厚材料，0.20.23Mpa水压，8h不渗漏不渗漏加速水解25%NaOH浸30天施工度、延伸值不变耐紫外光2537A波长光照30天，30350C施工度、延展值不变4黏结性自黏性在空气和水中材料自搭线，或团性优优与砂浆黏结配套SR底胶砂浆八字模黏结，250C0.80材料强度砂浆八字模试块间嵌10mm×10mm×20mm材料，拉断试验材料断黏结好5其它密度称量法1.351.4挥发率800C,40h失重<1%表二：SR产品技术参数