洪家渡水電站工程設(shè)計創(chuàng)新技術(shù)與應(yīng)用

前言

在我國開發(fā)建設(shè)的水電工程中，洪家渡水電站并不十分為人所矚目。但作為國際上第三座高度200m級混凝土面板堆石壩工程，2006年之前國內(nèi)少有的200m級高壩和最高的土石壩工程，且地處高山峽谷巖溶地區(qū)，洪家渡水電站工程具有特有的工程特點和技術(shù)難題。中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院以中青年為主的技術(shù)干部面對這些技術(shù)難題，不畏堅難、勇攀高峰，與合作單位一起，開展了大量科學(xué)研究，大力進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，取得了節(jié)約直接工程投資4。69億元，縮短工期2年3個月的巨大經(jīng)濟(jì)效益。工程蓄水近5年并經(jīng)歷了高水位運行的初步考驗。實現(xiàn)了安全運行和在保護(hù)生態(tài)的基礎(chǔ)上有序開發(fā)水電的目標(biāo)。在工程建設(shè)中，經(jīng)科研設(shè)計、施工實施和運行檢驗，形成了洪家渡特有的創(chuàng)新技術(shù)。其中“高山峽谷地區(qū)200m級高面板堆石壩筑壩”、“300m級高邊坡處理”和“快速施工大型廠房新結(jié)構(gòu)”等技術(shù)得到了國內(nèi)同行的高度評價，部分成果獲得了國家或省部級科技進(jìn)步獎，向國家“西電東送”戰(zhàn)略工程交上了一份滿意的答卷。20世紀(jì)90年代，是面板堆石壩建設(shè)從100m級向200m級高壩的過渡期，這一時期建設(shè)的200m級高壩只有墨西哥的阿瓜米爾巴壩和國內(nèi)天生橋一級壩兩座。這兩座壩在成功建設(shè)和取得豐富筑壩經(jīng)驗的同時，也出現(xiàn)壩體變形較大、面板破裂或產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫、滲漏量偏大等問題，甚至有專家對建設(shè)更高混凝土面板堆石壩提出了質(zhì)疑，洪家渡壩址更有“河谷狹窄，岸高坡陡，兩岸極不對稱”等不利條件，筑壩的技術(shù)難度位居世界前列。洪家渡設(shè)計者在分析100m級和200m級壩及自身工程特點的基礎(chǔ)上，提出混凝土面板堆石壩需解決好抗滑穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定和變形穩(wěn)定等三大基礎(chǔ)問題，200m級高混凝土面板堆石壩在壩體抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定得到有效保障之后，重點在于解決好壩體變形控制問題。針對堆石壩整體變形、不均勻變形和大梯度變形等變形方式和主壓縮變形、次壓縮變形和蠕變變形（也可稱流變變形）等變形過程，設(shè)計者從筑壩材料、壩體結(jié)構(gòu)及填筑工藝等綜合措施入手，提出了面板施工前堆石預(yù)沉降時間和速率量化控制指標(biāo)、選用中硬巖原巖料、較高的堆石壓實度水平、主次堆石同密度碾壓、陡坡帶設(shè)特別碾壓料區(qū)及壩體填筑總體平衡上升等壩體變形集成控制技術(shù)，取得了壩體變形小、面板無結(jié)構(gòu)性裂縫、滲漏量小的良好效果。洪家渡壩的成功建設(shè)，標(biāo)志著200m級高面板堆石壩筑壩技術(shù)由探索走向成熟，客觀上也促進(jìn)了2000年后國際上200m級高混凝土面板堆石壩建設(shè)高峰期的形成。本書總結(jié)的200m級高混凝土面板堆石壩建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)問題，許多觀點和認(rèn)識在過去是很少涉及的。

內(nèi)容概要

本書以位于高山峽谷巖溶地區(qū)的“西電東送”啟動工程——洪家渡水電站設(shè)計創(chuàng)新與工程實踐為背景，圍繞工程布置、200m級高面板堆石壩、300m級高邊坡、廠房新結(jié)構(gòu)、特大型水工隧洞、少開孔壓力鋼管、巖溶勘察及處理等技術(shù)，系統(tǒng)地介紹了工程設(shè)計與建設(shè)中創(chuàng)新技術(shù)研究及其應(yīng)用實例。內(nèi)容完整、資料翔實、實例豐富，涉及的技術(shù)問題均是當(dāng)前水利水電工程中的技術(shù)難題，技術(shù)具有創(chuàng)新性和實用性。    本書可供從事水利水電工程的技術(shù)人員閱讀參考，也可作為相關(guān)領(lǐng)域大專院校師生的參考資料和工程案例讀物。

書籍目錄

序一序二前言1概述  1.1  工程特點與設(shè)計創(chuàng)新技術(shù)    1.1.1  洪家渡水電站的工程特點及技術(shù)難題    1.1.2  設(shè)計創(chuàng)新技術(shù)  1.2  工程概況    1.2.1  地理位置    1.2.2  工程作用    1.2.3  建設(shè)里程碑    1.2.4  參建單位    1.2.5  主要勘測設(shè)計過程    1.2.6  水文、泥沙    1.2.7  工程任務(wù)和規(guī)模  1.3  工程地質(zhì)條件    1.3.1  區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定    1.3.2  水庫地質(zhì)條件    1.3.3  壩址區(qū)地質(zhì)條件    1.3.4  天然建筑材料    1.3.5  主要工程地質(zhì)問題  1.4  工程布置及建筑物    1.4.1  工程等別及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)    1.4.2  樞紐布置    1.4.3  混凝土面板堆石壩    1.4.4  泄洪放空建筑物    1.4.5  引水發(fā)電系統(tǒng)    1.4.6  工程邊坡  1.5  施工組織    1.5.1  施工交通條件及建筑材料    1.5.2  施工導(dǎo)流和截流    1.5.3  主體工程施工    1.5.4  施工總布置    1.5.5  施工工期  1.6  設(shè)計優(yōu)化與科技創(chuàng)新    1.6.1  設(shè)計優(yōu)化    1.6.2  重點科研    1.6.3  新技術(shù)、新材料應(yīng)用  1.7  小結(jié)2  特色工程布置技術(shù)  2.1  高山峽谷巖溶地區(qū)截彎取直的樞紐布置    2.1.1  樞紐建筑物組成    2.1.2  壩址和壩型選擇    2.1.3  工程條件與樞紐布置格局    2.1.4  樞紐布置優(yōu)化調(diào)整  2.2  因地制宜的施工總布置    2.2.1  施工總布置條件    2.2.2  施工總布置特點  2.3  小結(jié)3  200m級高混凝土面板堆石壩筑壩技術(shù)  3.1  壩體變形集成控制    3.1.1  200m級高面板堆石壩的發(fā)展及出現(xiàn)的問題    3.1.2  洪家渡面板堆石壩結(jié)構(gòu)參數(shù)及特點    3.1.3  200m級高面板堆石壩變形特性研究    3.1.4  壩體變形集成控制    3.1.5  壩體變形控制效果分析    3.1.6  計算分析驗證    3.1.7  國內(nèi)外水平比較    3.1.8  小結(jié)  3.2  接縫止水新結(jié)構(gòu)和新材料    3.2.1  接縫止水概述    3.2.2  防滲與自愈相結(jié)合的周邊縫止水新結(jié)構(gòu)    3.2.3  GB三復(fù)合橡膠板新型止水材料    3.2.4  具有吸收變形能力的受壓垂直縫新結(jié)構(gòu)    3.2.5  接縫止水施工工藝    3.2.6  應(yīng)用效果分析    3.2.7  小結(jié)  3.3  堆石碾壓和檢測新工藝    3.3.1  堆石沖碾壓實技術(shù)及應(yīng)用    3.3.2  堆石附加質(zhì)量法檢測技術(shù)及應(yīng)用    3.3.3  小結(jié)  3.4  等寬連續(xù)窄趾板新結(jié)構(gòu)    3.4.1  趾板的一般結(jié)構(gòu)形式    3.4.2  等寬連續(xù)窄趾板結(jié)構(gòu)    3.4.3  應(yīng)用效果分析及趾板裂縫處理    3.4.4  趾板基礎(chǔ)地質(zhì)缺陷處理    3.4.5  小結(jié)  3.5  面板混凝土“三雙”防裂控制    3.5.1  面板混凝土防裂研究概述    3.5.2  面板混凝土防裂控制    3.5.3  防裂措施的工程應(yīng)用    3.5.4  實施效果分析與評價    3.5.5  國內(nèi)外水平比較    3.5.6  小結(jié)  3.6  非對稱性壩體安全監(jiān)測    3.6.1  面板堆石壩安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展    3.6.2  洪家渡壩安全監(jiān)測問題研究    3.6.3  非對稱性壩體變形監(jiān)測    3.6.4  滲漏量分區(qū)監(jiān)測    3.6.5  非對稱性監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用成果分析    3.6.6  小結(jié)  3.7  河道水流控制與壩料開采    3.7.1  “一枯度汛搶攔洪，后期度汛搶發(fā)電”的河道水流控制    3.7.2  料場開采規(guī)劃    3.7.3  小結(jié)4  巖質(zhì)特高邊坡及堆積體邊坡處理技術(shù)  4.1  樞紐工程邊坡問題    4.1.1  壩址區(qū)邊坡概述    4.1.2  樞紐區(qū)巖質(zhì)高邊坡問題    4.1.3  壩址區(qū)堆積體邊坡問題    4.1.4  邊坡研究綜述  4.2  300m級近直立壩肩特高邊坡處理    4.2.1  基本地質(zhì)特征    4.2.2  穩(wěn)定分析評價    4.2.3  工程處理措施    4.2.4  穩(wěn)定復(fù)核分析    4.2.5  安全監(jiān)測效果分析    4.2.6  小結(jié)  4.3  大規(guī)模進(jìn)水口順層特高邊坡處理    4.3.1  基本地質(zhì)特征    4.3.2  穩(wěn)定分析評價    4.3.3  工程處理措施    4.3.4  穩(wěn)定復(fù)核分析    4.3.5  安全監(jiān)測效果分析    4.3.6  小結(jié)  4.4  塌滑堆積體邊坡處理    4.4.1  1號塌滑堆積體邊坡處理    4.4.2  2號塌滑堆積體邊坡處理    4.4.3  小結(jié)5  廠房新結(jié)構(gòu)技術(shù)  5.1  研究概述    5.1.1  工期提前對廠房結(jié)構(gòu)的新要求    5.1.2  傳統(tǒng)廠房結(jié)構(gòu)存在的問題及解決方案    5.1.3  廠房新結(jié)構(gòu)的主要研究內(nèi)容及成果  5.2  墻板式新型機(jī)墩結(jié)構(gòu)    5.2.1  結(jié)構(gòu)布置研究    5.2.2  結(jié)構(gòu)計算分析    5.2.3  結(jié)構(gòu)研究結(jié)論  5.3  鋼管混凝土新型排架柱    5.3.1  結(jié)構(gòu)布置研究    5.3.2  力學(xué)性能與工作機(jī)理分析    5.3.3  結(jié)構(gòu)計算分析    5.3.4  結(jié)構(gòu)試驗研究    5.3.5  試驗研究結(jié)論  5.4  丌形懸臂鋼吊車梁    5.4.1  結(jié)構(gòu)布置研究    5.4.2  結(jié)構(gòu)計算分析    5.4.3  結(jié)構(gòu)研究結(jié)論  5.5  新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及運行效果    5.5.1  大跨度墻板式新型機(jī)墩    5.5.2  大噸位鋼管混凝土排架柱及7c形懸臂鋼吊車梁  5.6  小結(jié)6  巖溶地區(qū)特大水工隧洞成洞技術(shù)  6.1  技術(shù)背景  6.2  圍巖“固結(jié)圈”襯砌理論及其配套措施    6.2.1  國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀    6.2.2  圍巖“固結(jié)圈”襯砌理論的提出    6.2.3  固結(jié)圈承擔(dān)外水壓力分析    6.2.4  固結(jié)圈灌漿檢測評價    6.2.5  錨桿錨固及檢測評價    6.2.6  排水降壓措施    6.2.7  實施效果  6.3  充填型溶洞的新型管棚法成洞    6.3.1  新型管棚法的提出    6.3.2  新型管棚法的原理    6.3.3  新型管棚法的應(yīng)用  6.4  防空蝕集成措施    6.4.1  高流速水工隧洞防空蝕措施    6.4.2  洪家渡溢洪道隧洞的防空蝕措施    6.4.3  HF粉煤灰抗沖耐磨混凝土的應(yīng)用    6.4.4  蝶形鋼模臺車的應(yīng)用  6.5  小結(jié)7  埋藏式高強(qiáng)壓力鋼管少開孔技術(shù)  7.1  技術(shù)背景  7.2  鋼管與回填混凝土的縫隙特性及結(jié)構(gòu)分析    7.2.1  縫隙特性分析    7.2.2  壓力鋼管結(jié)構(gòu)分析及評價  7.3  回填補(bǔ)償收縮混凝土性能研究    7.3.1  混凝土自身體積膨脹補(bǔ)償量估算    7.3.2  室內(nèi)試驗結(jié)果及分析    7.3.3  生產(chǎn)性復(fù)核試驗及評價    7.3.4  回填補(bǔ)償收縮混凝土檢驗  7.4  壓力鋼管脫空檢測    7.4.1  檢測原理    7.4.2  檢測設(shè)備及技術(shù)指標(biāo)    7.4.3  檢測內(nèi)容及結(jié)果  7.5  輔助技術(shù)措施    7.5.1  壓力鋼管頂部埋管回填灌漿    7.5.2  塑料盲材排水  7.6  應(yīng)用情況及實施效果    7.6.1  應(yīng)用情況    7.6.2  實施效果  7.7  小結(jié)8  巖溶工程地質(zhì)勘察及處理技術(shù)  8.1  巖溶工程地質(zhì)勘察    8.1.1  概述    8.1.2  壩址區(qū)巖溶工程地質(zhì)勘察    8.1.3  右岸庫區(qū)構(gòu)造切口巖溶滲漏及處理勘察    8.1.4  巖溶發(fā)育規(guī)律及分布特點    8.1.5  巖溶地質(zhì)預(yù)報  8.2  巖溶滲漏堵排處理    8.2.1  概述    8.2.2  右岸庫區(qū)構(gòu)造切口巖溶防滲堵漏處理    8.2.3  右岸下游K10溶洞防滲堵排處理    8.2.4  左岸下游灰?guī)r巖溶防滲堵排處理    8.2.5  右岸上游灰?guī)r防滲灌漿處理  8.3  小結(jié)參考文獻(xiàn)附錄  中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院業(yè)務(wù)工作簡介

章節(jié)摘錄

1　概述1.1工程特點與設(shè)計創(chuàng)新技術(shù)1.1.1洪家渡水電站的工程特點及技術(shù)難題（1）工程地處高山峽谷巖溶地區(qū)河灣地帶，為多年調(diào)節(jié)的“龍頭”水庫，壩高庫大，截彎取直的樞紐布置格局使得過水建筑物全部布置在左岸河灣地塊上，導(dǎo)致左岸形成大量的洞室群，故洪家渡樞紐工程具有“高邊坡、窄高壩、強(qiáng)巖溶、多洞室”的特點。（2）樞紐位于河灣地塊，工程布置難度大，樞紐布置及施工總布置成為工程關(guān)鍵的技術(shù)問題。（3）高山峽谷地區(qū)200m級高混凝土面板堆石壩，其特點表現(xiàn)為“體形、變形和應(yīng)力不對稱，窄谷效應(yīng)顯著”，可供借鑒的工程經(jīng)驗不多，筑壩技術(shù)難度大。（4）左壩肩邊坡最高達(dá)310m，進(jìn)水口大規(guī)模順層邊坡高360余m，其高陡和規(guī)模均為國內(nèi)之最，是工程建設(shè)的難點。（5）發(fā)電廠房無論單機(jī)容量、裝機(jī)臺數(shù)和輪廓尺寸都屬常規(guī)，但新建設(shè)體制下的快速施工要求對廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了新挑戰(zhàn)，必須開展技術(shù)創(chuàng)新，采用新結(jié)構(gòu)才能縮短廠房建設(shè)工期，滿足建設(shè)工期提前的要求。（6）過水建筑物隧洞集中布置于左岸，隧洞前后段穿越灰?guī)r巖溶發(fā)育破碎區(qū)，中段通過隔水性能良好但強(qiáng)度較低的泥頁巖軟巖段，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復(fù)雜。洞式溢洪道為特大型水工隧洞，設(shè)計和施工難度大。（7）壩址區(qū)和庫區(qū)巖溶的高度發(fā)育，給施工期基坑排水和壩區(qū)防滲帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。1.1.2設(shè)計創(chuàng)新技術(shù)針對上述工程特點及技術(shù)難題，洪家渡樞紐工程在設(shè)計前期和建設(shè)中，大力開展科技攻關(guān)、設(shè)計優(yōu)化及新技術(shù)、新材料的應(yīng)用等科技創(chuàng)新活動，使得技術(shù)難題得以一一化解，為工程的順利建成提供了科學(xué)技術(shù)性支持。因此，在解決了工程關(guān)鍵技術(shù)難題的同時，逐步形成了洪家渡特色的設(shè)計創(chuàng)新技術(shù)。1.富有特色的工程布置結(jié)合壩址區(qū)高山峽谷巖溶的地形地質(zhì)條件，在滿足工程任務(wù)的條件下，分析了水庫調(diào)節(jié)、泥沙淤積、擋水防滲、泄洪消能、裝機(jī)規(guī)模、引水發(fā)電及施工規(guī)劃等要求，成功解決了地形利用、防滲依托、消能方式、發(fā)電布置、施工安全等方面的矛盾，形成富有特色的高山峽谷巖溶地區(qū)截彎取直的樞紐布置及因地制宜的施工總布置。2.200m級高面板堆石壩筑壩技術(shù)認(rèn)真分析和總結(jié)已建200m級高面板堆石壩的經(jīng)驗和教訓(xùn)，經(jīng)數(shù)值分析與試驗研究，在壩體變形集成控制、接縫止水結(jié)構(gòu)及材料、堆石快速碾壓與檢測、等寬連續(xù)窄趾板結(jié)構(gòu)、面板防裂控制、非對稱性壩體監(jiān)測和河道水流控制與壩料開采等方面取得了成功經(jīng)驗，并有所突破和創(chuàng)新，形成了獨有的200m級高混凝土面板堆石壩筑壩技術(shù)。

編輯推薦

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