高寒地区碾压混凝土筑坝技术在龙首水电站的应用

电力18讯：    摘  要：国家电力公司重点科技攻关课题《高寒地区碾压混凝土筑坝技术研究》，以龙首水电站为依托工程之一，结合龙首水电站工程高寒、高温、高地震、高蒸发的气候、地质特点 ，采用了拱坝、重力坝、推力墩结合的“三接头”的布置形式，在节省投资、保证质量的前提下 ，对本地筑坝材料进行技术改造和试验研究，取得了较好的效果。目前，该坝成为国内外已建成的最高、最薄的双曲碾压混凝土拱坝，最高挡水已达正常蓄水位。

    龙首水电站是国家电力公司《高寒地区碾压混凝土高拱坝筑坝技术研究》重点科技攻关项目的依托工程之一，该课题通过龙首水电站的建设，在科研、设计、施工和运行管理上取得了丰硕的成果。

1 龙首水电站的工程特点

    龙首水电站地处西北高寒、干燥地区，典型的西北大陆性气候。其气候、地形、地质、原材料等条件，给工程建设增加了相当的难度，再加上电站装机规模不大，建设单位对投资控制要求很严；因此，与大工程相比，在实施的具体做法上有相当大的差异。任何一样设计，除了首先必须考虑可靠性和可行性外，均必须考虑实施的成本；而且这些都必须以保证工程施工质量为前提。

1.1 地域、气候条件

    龙首水电站位于张掖市境内的黑河干流上，处于西北内陆腹地，大陆性气候，夏季酷热，雨量稀少，蒸发强烈；冬季严寒，冰期长达4个月之久。据统计，该区多年平均降水量为171.6 mm，多年平均蒸发量为1 378.7 mm，年平均气温8.5℃,绝对最高气温37.2℃（实际近几年已接近40℃），绝对最低气温-33℃，最大冻土深度1.5 m。

    该电站地处海拔1 700 m以上，每年11月中旬河流开始流冰，1月至2月底封冻，春季流冰在3月底结束，最大岸冰厚度1.1 m，最大河冰厚度0.8 m。按1948～1962年气象统计分析资料≥5℃出现天数为150 d，0℃≤＜5℃为106 d，-3℃≤＜0℃为80.5 d，-5℃≤＜-3℃为60.9 d，-10℃≤＜-5℃为21.0 d，为多年平均气温。
    其气温还具有早晚、白昼温差大的特点，对日照反应异常明显，一天最大温差可高达20多℃。

    坝址区附近具有风大的特点，除1952年发生过10级风，历年最大风速为17 m/s，多年平均风速按月份分布，为1.5～3.2 m/s。

    黑河是甘肃河西地区最大的一条内陆河,发流域面积69 000 km2，工程控制流域面积10 009 km2，多年平均径流量为15.98亿m3，多年平均流量50.4 m3/s。黑河径流主要由祁连山降水和融冰化雪补给，径流在年内分配不均匀，流量的月变幅较大。
    黑河洪水多发生于6～9月，主要由山区局部暴雨形成，实测最大洪水流量为1 310 m3/s（1996年），调查历史最大洪水2 300 m3/s（1991年）。根据洪水分析计算设计采用：50年一遇洪峰流量为1 830 m3/s，500年一遇洪峰流量为3 090 m3/s，200年一遇洪峰流量为2 580 m3/s，五年一遇洪峰流量为707 m3/s。
    由于河流的地域特点，河水水温较低，多年平均水温为0～14.3℃，多年最低水温除了7、8月份为10℃外，其余均在0～7℃，其中11月至次年2月为冰冻期。
1.2 地形地质条件
   龙首水电站坝址在区域稳定上处于斑大口（至元山子）断层（区F5）与上龙王庙断层（区F6、F7）区域性活断层切割的不稳定区的相对稳定断块上。坝址区的地震基本烈度为8度。

    坝址河谷为“V”形，河谷宽高比2.1～2.5，右岸岸坡较陡，崩坍堆积覆盖层深约30 m，左岸有高出主河道20余m的古河槽，深覆盖层以砂卵砾石沉积为主，剥去两岸覆盖层后，实际可利用基岩地形为倒“品”字形。

    该电站坝址基岩以奥陶系上统（Q3）或变质的含条带硅质板岩和含砾砂质板岩为主，岩层走向与河流近直交，倾向下游，倾角60°～87°，岩石致密坚硬，耐风化。但由于切割和卸荷影响，坝肩和坝基裂隙发育，尤其是顺河向裂隙，设计拱坝时应考虑坝肩岩体压缩变形的影响 。    
    砂石材料采用天然建筑材料，龙首山口外面是一望无际的戈壁滩，储量丰富，就近选用的Ⅲ－1料场为主料场，但其缺陷是砂的细度模数偏低，多在2.4以下，无粗砂料源和石粉生产条件。骨料级配不尽合理，施工弃料多。

2 科技攻关课题在龙首工程的运用

    既然龙首水电站为依托工程之一，科技攻关就必须从龙首工程的客观实际出发，首先必须保证工程的实施效果，当然，既然是攻关，也必须要保证研究成果的创新性和先进性，在国内外要具有领先水平，我们在进行工程设计时，也充分考虑到其科研推广价值。
    《高寒地区碾压混凝土高拱坝筑坝技术研究》课题在龙首工程