严寒地区抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体分区结构制造技术

本发明专利技术公开了一种严寒地区抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体分区结构，依次包括上游抛石护坡、碎石垫层、上游填筑区、上游过渡II区、上游过渡I区、沥青混凝土心墙、下游过渡I区、下游过渡II区、下游填筑区和下游干砌石护坡，下游过渡II区为“L”形延伸至下游填筑区与下游坝基之间，形成下游水平过渡II区，在下游坝基与下游水平过渡II区之间还设置有下游坝基反滤层，在上游抛石护坡和碎石垫层之间设置有堆石护坡，在碎石垫层和上游填筑区之间设置有坝坡反滤层，上游过渡II区为“L”形延伸至上游填筑区与上游坝基之间，形成上游水平过渡II区，在上游坝基与上游水平过渡II区之间还设置有上游坝基反滤层，有效保证和提高砂砾石坝渗透稳定安全性能和抗冻胀安全性能。渗透稳定安全性能和抗冻胀安全性能。渗透稳定安全性能和抗冻胀安全性能。

【技术实现步骤摘要】
严寒地区抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体分区结构


[0001]本专利技术涉及水利水电工程当地材料坝坝体，尤其涉及一种严寒地区抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体分区结构。

技术介绍

[0002]近年来，在严寒地区兴建的抽水蓄能电站越来越多，像呼和浩特、蒲石河、敦化、丰宁、清原、芝瑞等。对于地处严寒地区的抽水蓄能电站，具有水库冬季气温低、低温时间长、水位变化频繁、水位变幅大等特点，特别是对于采用砂砾石料填筑的大坝，易出现渗透稳定破坏及冻胀破坏，对大坝和水库的安全影响较大。
[0003]国内在建的敦化抽水蓄能电站,是我国首次在严寒地区采用沥青混凝土心墙堆石坝的抽水蓄能电站工程，大坝填筑料采用硬岩堆石料。堆石料抗压强度高、软化系数大、耐风化，经爆破开采的堆石料的级配是连续的，细粒含量少，能自由排水,水库蓄水坝料饱和后的性质变化较小，渗透稳定安全和冻胀破坏问题不突出。
[0004]与爆破堆石料相比，砂砾石广泛分布于河床和岸坡滩地，开采成本低，施工方便，压实后具有较高的强度和变形模量，而且高压力下强度衰减小，变形稳定时间短，是填筑大坝的良好材料。但天然级配的砂砾石料具有级配的离散性、间断性和碾压施工时粗细颗粒的易分离性，抗渗透破坏和抗冲蚀能力差。因此，砂砾石料的渗透稳定性是大坝设计的重点。
[0005]常规水电站工程中，采用砂砾石料筑坝的工程较多。但常规水电站运行水位较为稳定，多为周(月)调节或年调节水库，水位起幅变化小且周期长，砂砾石坝渗透稳定问题不突出。抽水蓄能电站为满足正常运行要求，在一日内一般有两个负荷高峰，一是早高峰，另一个是晚间高峰，日发电抽水循环次数最高可达2次，水库水位变化频繁且存在急剧变化的运行工况，砂砾石坝的渗透稳定性直接影响大坝坝体安全，继而影响水库的安全运行。另外，对于严寒地区抽水蓄能电站工程，冬季运行期间气温较低，库水位下降后，若砂砾石坝壳料渗透性能差，坝体内渗水得不到充分排出，坝壳料存在冻胀破坏的风险，继而影响坝体安全；同时，坝体上游护坡位于表面，存在冰拔、冰推破坏的风险。
[0006]现有技术的沥青混凝土心墙砂砾石坝多用于常规水电站，国内尚无抽水蓄能电站工程使用该坝型。常规水电站该坝型坝体分区结构如图1所示，从上游至下游通常依次为上游抛石护坡31、碎石垫层35、上游填筑区32、上游过渡II区38、上游过渡I区37、沥青混凝土心墙30、下游过渡I区47、下游过渡II区48、下游填筑区33、下游干砌石护坡39，下游过渡II区48为“L”形延伸至下游填筑区33与下游坝基之间形成下游水平过渡II区43，在下游坝基与下游水平过渡II区43之间还设置有下游坝基反滤层44。上述分区结构如果用在严寒地区的抽水蓄能电站工程中，坝体存在渗透稳定破坏和冻胀破坏风险，坝基存在渗透稳定破坏风险，坝体迎水面存在冰拔、冰推破坏的风险。
[0007]因此，严寒地区的抽水蓄能电站工程，砂砾石坝的渗流控制是非常重要课题，国内
外许多破坏甚至溃决的工程，多数都是由于渗流控制设计和施工方面存在不足和缺陷造成的。特别是我国青海沟后砂砾石面板坝曾发生溃决(1993年8月27日)，因此对于以砂砾石为主体的大坝需要非常重视渗控设计，以保证坝体的渗透稳定安全。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是，本专利技术在充分考虑严寒地区抽水蓄能电站水库冬季气温低、低温时间长、水位变化频繁、水位变幅大等运行条件基础上，因地制宜的利用工程当地河床砂砾石料筑坝，提供了一种施工简单、经济合理、安全有效的坝体分区结构，防止坝体出现渗透稳定破坏和冻胀破坏，确保大坝安全。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种严寒地区抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体分区结构，依次包括上游抛石护坡、碎石垫层、上游填筑区、上游过渡II区、上游过渡I区、沥青混凝土心墙、下游过渡I区、下游过渡II区、下游填筑区和下游干砌石护坡，下游过渡II区为“L”形延伸至下游填筑区与下游坝基之间，形成下游水平过渡II区，在下游坝基与下游水平过渡II区之间还设置有下游坝基反滤层，在上游抛石护坡和碎石垫层之间设置有堆石护坡，在碎石垫层和上游填筑区之间设置有坝坡反滤层，上游过渡II区为“L”形延伸至上游填筑区与上游坝基之间，形成上游水平过渡II区，在上游坝基与上游水平过渡II区之间还设置有上游坝基反滤层。
[0010]所述上游填筑区和下游填筑区采用工程当地河床开挖的天然砂砾石料，渗透系数数量级为10
‑4cm/s。
[0011]所述上游抛石护坡水平向宽不小于3.0m，采用粒径0.4m～1m大颗粒块石，整体坡面平顺；所述下游干砌石护坡垂直坡面厚度不小于0.5m，采用经人工挑拣的新鲜坚硬的块石料。
[0012]所述上游抛石护坡下设的堆石护坡水平向宽不小于3.0m，采用最大粒径0.3m的级配堆石，渗透系数数量级为10
‑1cm/s。
[0013]所述堆石护坡下设的碎石垫层垂直坡面厚度不小于0.5m，渗透系数数量级为10
‑2cm/s，碎石垫层对坝坡反滤层具有反滤保护性能；所述坝坡反滤层垂直坡面厚度不小于0.5m，渗透系数数量级为10
‑3cm/s,坝坡反滤层对上游填筑区具有反滤保护性能。
[0014]所述上游过渡II区和下游过渡II区水平厚度均不小于1.5m,渗透系数数量级为10
‑2cm/s,上游过渡II区对上游过渡I区具有反滤保护性能，下游过渡II区对下游过渡I区具有反滤保护性能，上游过渡II区对上游填筑区具有反滤保护性能，下游过渡II区对下游填筑区具有反滤保护性能。
[0015]所述上游坝基反滤层和下游坝基反滤层厚度不小于1.0m,渗透系数数量级为10
‑3cm/s,上游坝基反滤层对上游天然坝基具有反滤保护性能，下游坝基反滤层对下游天然坝基具有反滤保护性能。
[0016]所述上游水平过渡II区和下游水平过渡II区厚度不小于1.0m,渗透系数数量级为10
‑2cm/s,上游水平过渡II区对上游坝基反滤层、上游填筑区分别具有反滤保护性能，下游水平过渡II区对下游坝基反滤层、下游填筑区分别具有反滤保护性能。
[0017]所述上游过渡I区和下游过渡I区水平厚度均不小于1.5m,渗透系数数量级为10
‑4cm/s。
[0018]具有反滤保护性能满足D
20
/d
k
＜7且D
20
/d
20
＞4或经反滤保护试验验证被保护料的临界坡降在保护料的反滤保护下提高不小于1倍；其中D
20
为保护料的某一粒径，小于该粒径的重量占总重的20％，单位mm；d
k
为被保护料的某一粒径，该粒径与渗透稳定性有直接关系,单位mm；d
20
为被保护料的某一粒径，小于该粒径的重量占总重的20％。
[0019]本专利技术的有益效果是：能够充分利用当地材料筑坝，施工简单、经济合理、安全有效；大坝能够很好地适用于严本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种严寒地区抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体分区结构，依次包括上游抛石护坡(1)、碎石垫层(5)、上游填筑区(2)、上游过渡II区(8)、上游过渡I区(7)、沥青混凝土心墙(10)、下游过渡I区(17)、下游过渡II区(18)、下游填筑区(3)和下游干砌石护坡(9)，下游过渡II区(18)为“L”形延伸至下游填筑区(3)与下游坝基之间，形成下游水平过渡II区(13)，在下游坝基与下游水平过渡II区(13)之间还设置有下游坝基反滤层(14)，其特征在于，在上游抛石护坡(1)和碎石垫层(5)之间设置有堆石护坡(4)，在碎石垫层(5)和上游填筑区(2)之间设置有坝坡反滤层(6)，上游过渡II区(8)为“L”形延伸至上游填筑区(2)与上游坝基之间，形成上游水平过渡II区(11)，在上游坝基与上游水平过渡II区(11)之间还设置有上游坝基反滤层(12)。2.根据权利要求1所述严寒地区抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体分区结构，其特征在于，所述上游填筑区(2)和下游填筑区(3)采用工程当地河床开挖的天然砂砾石料，渗透系数数量级为10
‑4cm/s。3.根据权利要求1所述严寒地区抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体分区结构，其特征在于，所述上游抛石护坡(1)水平向宽不小于3.0m，采用粒径0.4m～1m大颗粒块石，整体坡面平顺；所述下游干砌石护坡(9)垂直坡面厚度不小于0.5m，采用经人工挑拣的新鲜坚硬的块石料。4.根据权利要求1所述严寒地区抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体分区结构，其特征在于，所述上游抛石护坡(1)下设的堆石护坡(4)水平向宽不小于3.0m，采用最大粒径0.3m的级配堆石，渗透系数数量级为10
‑1cm/s。5.根据权利要求1所述严寒地区抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体分区结构，其特征在于，所述堆石护坡(4)下设的碎石垫层(5)垂直坡面厚度不小于0.5m，渗透系数数量级为10
‑2cm/s，碎石垫层(5)对坝坡反滤层(6)具有反滤保护性能；所述坝坡反滤层(6)垂直坡面厚度不小于0.5m，渗透系数数量级为10
‑3cm/s,坝坡反滤层(6)对上游填筑区(2)具有反滤保护性能。6.根据权利要求1所述严寒地区抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体分区结构，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，王建华，吴吉才，蒋逵超，段永涛，谢刚，崔笑，张超，班美娜，
申请(专利权)人：中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：