中南水力发电　第１期　龙滩碾压混凝土重力坝设计　王红斌周跃飞奉伟清　（中南勘测设计研究院，湖南长沙４１００１４）　

摘要本文全面介绍了龙滩碾压混凝土重力坝的设计情况，包括大坝断面设计、材料分区、横缝及止水系统、坝　体和坝基的防渗排水措施、基础处理、泄水建筑物设计、下游河道整治以及碾压混凝土温度控制标准和措施等内　

容。　关键词碾压混凝土重力坝断面设计防渗排水结构设计基础处理温度控制　

１概述　１．１工程概况　龙滩水电站位于红水河上游广西天峨县境内，　工程开发的任务是以发电为主，兼有防洪、航运等综　合利用效益。坝址控制流域面积９８　５００ｋｍ　，占红水　河流域面积的７１％。电站分两期开发，正常蓄水位远　景按４００ｍ设计，前期按３７５ｍ建设。前期正常蓄水　位３７５ｍ时。总库容１６２．１亿ｍ　。有效库容１１１．５亿　ｍ　，为年调节水库．装机容量４　２００ＭＷ，多年平均年　发电量１５６．７亿ｋＷ·ｈ，电站保证出力１　２３４ＭＷ。远　景正常蓄水位４００ｍ时．总库容２７２．７亿ｍ　，有效库　容２０５．３亿ｍ　，为多年调节水库，装机容量６　３００ＭＷ，　多年平均年发电量１８７．１亿ｋＷ·ｈ，电站保证出力　１　６８０ＭＷ。　龙滩水电站枢纽由挡水、泄水、引水发电系统及　通航建筑物等组成。龙滩水电站为一等大（１）型工　程，大坝等永久性主要建筑物按１级建筑物设计，设　计洪水标准为５００一遇，校核洪水标准为１００００年　遇（Ｐ＝０．０１％），下游消能防冲建筑按１００年一遇　（Ｐ＝１％）洪水设计。龙滩坝址地震基本烈度和水库可　能诱发地震影响烈度均为７度．大坝按８度地震设　防。　１．２坝区地形地质条件　坝址河谷为较宽阔的“Ｖ”型谷．河流流向由上游　的￥３０。Ｅ，转至坝址处为￥８０。Ｅ　枯水期河水面高程　２１９ｍ，水面宽９０～１００ｍ，河床覆盖层厚０～６ｍ。　坝基主要位于坝址区岩体质量相对较好的Ｔ　层砂岩及少量泥板岩岩体之上。坝基砂岩坚硬，饱和　单轴抗压强度平均值大于１００ＭＰａ。泥板岩主要集中　于Ｔ　、Ｔ２ｈ２４、Ｔ　博层，劈理发育，为各类岩石中强度相　对较弱的岩石，微风化泥板岩饱和单轴抗压强度平　均值为６０ＭＰａ。　’　２枢纽总体布置　龙滩水电站枢纽由挡水建筑物、泄水建筑物、引　水发电系统及通航建筑物组成。拦河大坝为碾压混　凝土重力坝．泄洪建筑物布置在河床坝段，由７个表　孔和２个底孔组成：装机９台的地下发电厂房系统　布置于左岸山体内；通航建筑物布置在右岸，采用二　级垂直升船机。枢纽总布置如图１。　大坝为碾压混凝土重力坝，坝轴线为折线型，主　河床段坝轴线与河流流向接近垂直．方位角　ＮＥ１　１．４２。。为便于大坝与两岸岸坡相接，右岸通航坝　段右侧坝轴线向上游折转３０。角，左岸进水口坝段坝　轴线向上游折转２７。，⑨号机左侧挡水坝段坝轴线再　向下游回转３６。。前期坝顶高程３８２．００ｍ，最大坝高　１９２．００ｍ，坝顶长７６１．２６ｍ：后期坝顶高程４０６．５０ｍ，　最大坝高２１６．５０ｍ，坝顶长８４９．４４ｍ。　大坝共分为３５个坝段，其中右岸１～４号和６～　１１号坝段为右岸挡水坝段．５号坝段为通航坝段，河　床１２号和１９号坝段为底孔坝段，１３～１８号坝段为表　孔溢流坝段；左岸２０、２１、３１～３５号坝段为左岸挡水　坝段，其中２０号坝段布置有电梯、电缆井等；２１号坝　段为三角转折坝段；２２～３０号坝段为发电进水口坝　段。前期建设只包括２～３２号坝段．其余坝段在后期　修建。　引水系统由坝式进水口和９条引水洞组成，单　机单管引水，①～⑦号机进水口底板高程３０５．００ｍ，　⑧、⑨号机进水口底板高程３１５．００ｍ，引水洞过水断　

维普资讯 http://www.cqvip.com 中南水力发电　第１期　图１　龙滩水电站枢纽布置图　面洞径为１０ｍ。除①、②号机进水口坝段（２２号和２３　号坝段）设有结构缝与坝后边坡分隔外，其余进水口　坝段与坝后边坡整体连接　尾水系统由９条尾水支洞、３个长廊阻抗式调压　井、３条圆形尾水隧洞及尾水出口等建筑物组成。尾　水调压井纵轴线与主厂房平行，位于主变洞下游侧　调压井，采用“３机１井”方案。每３条尾水管穿过调　压井后接１条尾水隧洞，３条尾水隧洞衬砌后直径　２１．００ｍ。尾水出口布置在坝轴线下游约７００～８５０ｍ　处，每个尾水出口设两孔叠梁闸门．用一台门机启　吊。　发电系统建筑物包括主厂房、母线洞、主变洞、　ＧＩＳ开关站和出线平台以及中控楼等。　左岸地下发电厂房装机９台，前期装机７台，　⑧、⑨号机组后期安装。主厂房纵轴方位角为３１０。，　与主要结构面及层面夹角大于４０ｏ，机组间距　３２．５０ｍ。厂房内设主、副安装间．主安装间位于主厂　房右端，副安装间位于主厂房左端。地下厂房总长度　３８８．５０ｍ，主厂房净宽为２８．５０ｍ．岩锚梁以上跨度　３０．３０ｍ，总高度为７７．４０ｍ　主变洞位于厂房下游侧，和主厂房平行布置，两　洞室之间岩墙厚４３．００ｍ。主变洞总长度为４０８．２５ｍ，　宽１９．５０ｍ，高３１．８０ｍ　ＧＩＳ开关站和出线平台集中布置在左岸坝下游　约５００ｍ的山坡上。ＧＩＳ地面开关站高程３６５．００ｍ，宽　５０．６０ｍ，长２２０．００ｍ。中控楼布置在开关站与出线平　台附近。　通航建筑物布置在右岸，按Ⅳ级航道设计，最大　过船吨位５００ｔ，采用二级垂直提升式升船机，主要由　上游引航道、通航坝段、第一级升船机、中间错船渠　道、第二级升船机及下游引航道等建筑物组成，第一　级提升高度６３．５０ｍ（后期为８８．５０ｍ），第二级　９２．５０ｍ　

３大坝体型设计　３．１碾压混凝土主要性能指标　经过多年的研究和试验，龙滩碾压混凝土重力　坝采用富胶凝材料碾压混凝土、全高度全断面薄层　碾压施工，大坝按设横缝的混凝土重力坝设计坝体　断面。碾压混凝土分为４个区。沿高度分为３个区，　上游二级配碾压混凝土作为坝体防渗区。各区碾压　混凝土主要性能指标如表１　碾压混凝土层面抗剪断　峰值强度如表２。　３．２设计标准　坝体断面设计按照ＳＤＪ　２１—７８和ＤＬ５１０８—１９９９　《混凝土重力坝设计规范》考虑坝基抽排降压效果运　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期　王红斌周跃飞奉伟清龙滩碾压混凝土重力坝设计　４５　表１碾压混凝土主要性能设计指标　碾　压　混　凝　土　变态混凝土　混凝土分区　下部Ｒ　Ｉ　中部ＲⅡ　上部ＲⅢ　上游面ＲⅣ　上游面ＣｂＩ　

级配　３　３　３　２　２　设计强度等级　Ｃ１８　Ｃ１５　Ｃ１０　Ｃ１８　Ｃ１８　（２８ｄ，９５％保证率）　

设计抗压强度（ＭＰａ）　１８５　１４．３　９．８　１８．５　１８．５　

（９０ｄ龄期，８０％保证率）　

抗渗等级（９０ｄ）　Ｗ６　Ｗ６　Ｗ４　Ｗ１２　Ｗ１２　抗冻等级（９０ｄ）　Ｆ１００　Ｆ１００　Ｆ５０　Ｆ１５０　Ｆ１５０　极限拉伸值（９０ｄ）　０．８０￣１０－４　０．７５￣１０－４　０．７０￣１０－４　０．８０￣１０－４　０．８５￣１０　（２８ｄ）　

表２碾压混凝土层面抗剪断峰值强度　碾压混凝土类别　Ｆ　ｃ＇（ＭＰａ）　碾压混凝土Ｒ　Ｉ　１．０５　１．７０　碾压混凝土ＲⅡ　０．９５　１．５０　碾压混凝土ＲⅢ　０．９　１．ｏｏ　

用优化设计理论确定，采用材料力学方法核算坝基　面和坝体的应力，抗剪断强度公式核算坝基面和碾　压混凝土层面的抗滑稳定，同时采用有限元数学模　型方法进行了坝体稳定应力分析研究。　３．２．１应力控制标准　（１）材料力学法：长期作用效应组合时坝踵垂直　应力不出现拉应力（计扬压力），地震工况下坝踵垂　直拉应力不大于混凝土允许拉应力值１．１５　ＭＰａ，施　工期坝趾允许出现不大于０．１ＭＰａ的拉应力。　（２）有限元法：计扬压力时，坝基上游面拉应力　区宽度宜小于坝底宽度的０．０７倍（垂直拉应力分布　宽度／坝底面宽度）或坝踵至帷幕中心线的距离；坝　体上游面拉应力区宽度宜小于计算截面宽度的０．０７　倍或计算截面上游面至排水孔（管）中心线的距离。　３．２．２抗滑稳定安全标准　（１）按ＤＬ５１０８—１９９９（（混凝土重力坝设计规范》　极限承载能力标准，作用力效应不大于结构或构件　抗力效应。　（２）按ＳＤＪ２１—７８《混凝土重力坝设计规范》，基　本组合安全系数Ｋ不小于３．０，特殊组合校核洪水工　况安全系数Ｋ不小于２．５，特殊组合地震工况安全系　数Ｋ不小于２．３。　３．３前、后期坝体典型断面　原３７５ｍ方案将坝基开挖和处理按４００ｍ方案　次完成，挡水坝段高程２４０ｍ以下（下游正常尾水　位以下）和溢流坝段前期挑坎高程以下坝体断面按　４００ｍ设计方案施工，挡水坝段高程２４０ｍ以上至前　期坝顶和溢流坝段挑坎高程以上至前期坝顶的坝体　断面，则根据前期坝体荷载按优化设计理论确定，坝　体后期加高采用“后邦”式方案。　施工阶段为了兼顾４００ｍ方案一次建成和减少　后期加高施工难度的需要，提出新３７５ｍ建设方案，　挡水坝段全部采用“砍平头式”加高，溢流坝段高程　２９０．００ｍ以下采用最终设计堰面曲线，高程２９０．００ｍ　以上通过调整堰面形态满足正常蓄水位３７５ｍ运行　要求。计算成果表明各坝段坝基面和坝体碾压层面　的稳定、应力均能满足规范要求。典型坝体断面体型　如表３及图２。　

表３　典型断面几何参数表　断面名称　坝基面高程（ｍ）　上游起坡点高程（ｍ）　上游坝坡１：ｒｌ　下游起坡点高程（ｍ）　下游坝坡ｌ：ｍ　溢流坝段　１９０．ｏｏ　２７０．ｏｏ　０．２５　４０８．５０　０．６８　正常蓄水位　

３７５ｍ　河床挡水坝段　２１０．ｏｏ　２７０．ｏｏ　０．２５　４０６．５０　０．７３　

接头坝段　３００．００　铅直　４０４．ｏｏ　０．６８　溢流坝段　１９０．ｏｏ　２７０．ｏｏ　０．２５　４０８．５０　０．６８　正常蓄水位　

４００ｍ　河床挡水坝段　２１０．００　２７０．ｏｏ　０．２５　４０６．５０　０．７３　

接头坝段　３ｏｏ．ｏｏ　铅直　４０４．ｏｏ　０．６８　

维普资讯 http://www.cqvip.com