经由国际大坝委员会评选,由中国电建成都院规划论证和全阶段勘测设计的长河坝,以大坝应力变形小、渗流监测成果优、工程质量强、经济效益好、社会贡献大、电能质量优、环保效果佳的七大特点,斩获第五届堆石坝国际里程碑工程奖。成都院也再一次获得全球坝工界的最高荣誉。
长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内,为大渡河干流水电梯级开发的第11级电站。总装机260万千瓦,最大坝高240米,覆盖层最深为79.3米,为当今世界深厚覆盖层上已建最高坝,是特高土石坝、深厚覆盖层、高地震设防烈度、狭窄河谷四大建设特点于一体的世界级工程。不想详细,设计论证将面临前所未有的挑战。初心为鉴,成都院人又如何一一破解难题,让“豆腐块”上的巨型大坝巍然矗立于大江?
攻坚,突破深厚覆盖层建坝先例
长河坝覆盖层深,具多层结构,分布不均,可液化砂层分布较广且厚度大,更加上地震设防烈度为9度。工程面临地基变形、渗漏与渗透稳定、砂层液化和抗滑稳定等一系列问题。
要在这样的地基上修建高240米土石坝,大坝总填筑量3400万立方米,重量相当于12座胡夫金字塔的总重,这无疑比登天还难。设计者通过对完全挖除方案、半开挖方案和不开挖方案的对比分析和研究论证,最终选择了虽有挑战但经济性好、环保优的保留大部分坝基覆盖层建坝方案。
坝基防渗墙采用一道还是两道?墙体多厚?防渗墙与心墙的连接型式?防渗体系在9度强震下是否安全?这一系列问题,都需要在防渗体系设计中予以明确。翻阅国内外深厚覆盖层的筑坝技术,却没有现成经验和规范,面临的出路唯有实现突破!
为此,强震区深厚覆盖层上250米级土心墙堆石坝防渗系统关键技术研究与应用科研攻坚小组,适时成立。为了完成这样一项复杂科研工作,攻坚小组成员通力合作,历时5年,最终圆满完成了研究,解决了大坝设计“卡脖子”的关键问题。这一研究成果被院士高度评价,并一致认为达到国际领先水平,建议进一步加大成果的推广应用。
经过6年的运行考验,坝体坝基及两岸坝肩帷幕范围总渗漏量总渗漏量远小于设计计算值,工程运行状态良好,表明成都院已将深厚覆盖上建坝从100米、200米成功推进至250米级。
生态,确保世界级高坝鲜明底色
长河坝最大坝高为240米,需要压实方430万立方米的心墙土料,体积超过5个水立方的总和。如此大的心墙需求量,土料从何而来,质量如何保证?而高峰时段,大坝心墙月填筑量超过30万立方米,开采强度如何满足?
前期规划时,心墙土料来源于新联和汤坝两大土料场。在技施阶段,随着工作的推进,通过扩大开采区域,将心墙土料优化到汤坝一个土料场,但这也带来料场边坡变形和料场开采强度新的矛盾。
为满足大坝填筑需要,同时保障下部开采土料的安全,结合现场边坡的变形情况,成都院果断在高程2520米布置最大深度为42米的人工挖孔桩进行锁口。眼看汛期即将到来,设计人员与时间赛跑,争分夺秒,不分昼夜驻守现场,保证人工挖孔桩的顺利进行。在精心设计下,有效克服了500米级汤坝土料场边坡变形与料场开采予盾,确保了大坝填筑及安全,同时省了一个土料场,创造了巨大的经济效益和生态效益。
今年,汤坝土料场综合治理已完成并通过验收。汤坝土料场格桑花盛开,蜂鸣蝶舞,芳香四溢,呈现出一幅生态俊美画卷,再现了成都院践行绿色环保理念,实现工程建设与生态保护完美结合。
创新,奠定长河坝设计标杆水平
多个“首次”,多个“创新”,是长河坝工程成功背后的缩影。
在防渗系统方面,全面开展强震区深厚覆盖层上250级高土心墙堆石坝防渗系统的关键技术研究。成功解决了防渗系统设计的难题,这项技术首次在长河坝得到应用和验证。
“防震如铸钢城,抗震如登云梯。”在防震抗震方面,采取各种创新的方法和手段,使得深厚覆盖层上超高土石坝的抗9度强震研究更加全面和深入创新性提出大坝极限抗震能力分析方法和判别指标,为大坝的抗震能力评估提供依据。为了进一步提升坝顶的抗震性能,采用了经编土工格栅作为高土石坝坝顶的抗震材料,将坝顶的稳固性提升到一个新的高度,为整个行业树立了示范,展示了成都院专业能力和创新精神。
对于一座世界级堆石坝,坝体和坝基的材料尤为重要。成都院采用多种方法和技术来优化材料的设计和特性。创新实现天然连续级配偏粗和偏细砾石土料掺配上坝填筑,制定了全料和细料的压实度双控标准,首次提出并论证了适用于粗粒土地基的各向异性本构模型,为工程设计提供了更准确和可靠的依据,确保了结构的稳定性和安全性。
一项项重大技术难题的攻克,一次次艰难而又铿锵有力的前进,长河坝水电站被打造成为世界同类大坝的标杆之作,创造了水电工程史上的多个第一,超优表现也获得了“可以复制,难于超越”的高度评价,推动了我国及至世界在强震区、深厚覆盖层上高土石坝的设计水平再上新台阶。
长河坝大坝的成功实践,激励着设计者追逐更高的科学与工程梦想。他们也将目光投向更广阔深远的区域,发掘无限动力,壮大国家能源。
他们,为了新的高峰,一直在攀登!
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