新疆哈巴河吉勒布拉克水电站工程

新疆哈巴河吉勒布拉克水电站工程

水利部水利水电勘测设计研究院

新疆维吾尔自治区

马洪玉 2013年 8月 · 哈巴河

混凝土面板堆石坝设计技术交流材料

新疆哈巴河吉勒布拉克水电站

新疆水利水电勘测设计研究院

介绍内容介绍内容

一工程概况二工程地质条件三工程布置及主要建筑物四面板坝设计五结语



吉勒布拉克水电站

哈巴河发源于哈萨克斯坦境内阿尔泰山南簏，自北向南流入我国，纵贯哈巴河县后汇入额尔齐斯河。哈巴河是额尔齐斯河各大支流中仅次于布尔津河的第二大支流，哈巴河流域位于东经 86º~87º ，北纬 48º~49º 之间，干流全长 214.1km ，流域面积7224km2 ，天然落差 2155m ，河道平均比降为 5.3‰ 。

哈巴河多年平均流量 68.39m3/s ，多年平均径流量 21.58×108m3 。

工程地理位置



吉勒布拉克水电站主要任务是发电，正常蓄水位752m ，总库容 2.32 亿 m3 ，调节库容 1.43 亿 m3 ，装机 160MW ，多年平均发电量 5.24 亿 kW.h ，属大（ 2 ）型Ⅱ等工程。

工程由拦河大坝（砼面板堆石坝）、表孔溢洪洞、深孔泄洪洞、发电洞及地面厂房组成。拦河大坝为 1 级建筑物，表孔溢洪洞、深孔泄洪洞为 2 级建筑物，发电洞及地面厂房为 3 级建筑物。



拦河大坝设计洪水标准为 100 年一遇，洪峰流量为1188m3/s ；校核洪水标 2000 年一遇，洪峰流量为 2165

m3/s 。厂房设计洪水标准为 50 年一遇，洪峰流量为1048m3/s ，校核洪水标准为 200 年一遇，洪峰流量为1331m3/s 。

工程区地震动峰值加速度为 0.05g ，地震动反应谱特征周期为 0.4s ，设防水准按 50 年超越概率水平 10% 的地震基本烈度为Ⅵ度。

工程施工工期 4.5 年。

左坝肩 , 山体雄厚，岸坡坡度多在

20°~62° ，山顶高程 766~862m

右坝肩 , 山顶高程 842~844m ，

岸坡坡度在35°~45°

坝址河谷呈基本对称“ V” 形，河谷走向呈 168° ，岸坡走向 345°

谷底高程634~637m, 现代

河床宽 64m

坡脚残留Ⅱ ~Ⅳ级基坐阶地

坝址区在区域构造上属阿尔泰褶皱系西段的克兰地槽褶皱带内，受区域构造控制，岩体中断层裂隙较发育，多为压扭性，在交汇处可见有轻微错动现象。坝址区出露的地层岩性为石英斑岩及斜长花岗岩。坝址区发育的主要构造有断层和节理裂隙，左岸裂隙较少，岩体较完整，为块状结构；右岸裂隙发育，岩体多为镶嵌碎裂结构。

坝址两岸岸坡较陡，坝区岸坡脚形成块石崩积的倒石堆，尤其在左坝肩上下游侧连续发育，厚度约 3~8m 。右岸坡高 195m ，自然坡度 35°~42° ，属自然缓坡稳定边坡类型，岸坡整体基本稳定。

石英斑岩

斜长花岗岩

坝址工程地质条件新疆哈巴河吉勒布拉克水电站


沟

吉勒

布

拉

克

哈巴河

坝址

左岸细粒斜长花岗岩，坚硬岩，裂隙较少，岩体较完整，为块状结构。

石英斑岩，中硬岩，裂隙发育，岩体多为镶嵌碎裂结构。

大坝工程地质条件左岸趾板表面分布薄层残坡积含土碎

石 , 覆盖层下伏细粒斜长花岗岩 ,岸坡整体稳定性较好。

f85

全风化层

河床趾板河床砂卵砾石厚度 3~8m ，覆盖层以

下基岩以 f85 为界，左侧为细粒斜长花岗岩，右侧为石英斑岩，右侧基岩有全风化层，厚度 6~15m ，岩性为含泥碎石，结构松软，性质差。

黄铁矿强氧化带，深度在基岩面以下21~32m ，岩体受腐蚀强烈，岩体破碎，岩石强度低，锤击为空哑声，影响了岩体完整性，岩块饱和抗压强度 26~30MPa ，岩体原位变形模量为 0.71GPa ，弹性模量2.9GPa ；

强、弱氧化带深度浅于透水率 q<3lu 界线。

右岸趾板右岸小构造及裂隙发育，小断层较多，多镶嵌

碎裂结构。岸坡岸坡整体基本稳定。

崩坡积含土块碎石层，下覆Ⅰ级阶地砂卵石层

崩坡积含土块碎石层，下覆Ⅰ级阶地砂卵石层

斜长花岗岩石英斑岩

趾板线强风化

带厚（ m ）

弱风化带厚

（ m ）

岩体透水率值界限基岩面以下埋深（ m ）

q≤5Lu q≤3Lu q≤1Lu

左岸 5~6 6~10 63.0~73.0 63.0~73.0河床 5~6 20~25 19.5~61.9 69.5~77.0右岸 8~12 18~20.0 36~54 41.3~76.5 54~76.5



砼面板堆石坝：坝顶高程 756.3m,坝长 446.0m ，最大坝高 140.3m 。上游坡 1:1.5 ，下游平均坝坡 1:1.7 。

深孔泄洪洞：设计泄量 579m3/s ，校核泄量614m3/s ，城门洞型 4.5m×7.5m 、 6m×8m ，洞长 510m 。

发电洞：一洞四机，引水流量 162.0m3/s ，洞径8.0~6.2m, 洞长 396m 。

厂房 : 主厂房 64.7×21.0×44.7m ，主机间内共布置四台（ 2×30MW+2×50MW ）水轮发电机组。

导流洞：最大泄量 797.2m3/s ，城门洞型 6m×8m ，全长434.3m 。利用段长 556.7m 。

上游围堰：堰顶高程 676.0m

表孔溢洪洞：设计泄量 776m3/s ，校核泄量 1080m3/s ，城门洞型8m×10m ，全长 331m 。

工程总体布置



混凝土面板堆石坝坝顶结构

坝顶长度 446m ，坝顶宽度 8m ，坝顶采用砼路面，厚度0.2m ，排水坡度为 2% 。上游侧设“ L” 钢筋砼防浪墙，顶高程757.5m ，高出坝面 1.2m ；防浪墙底部与面板相接处设沉降缝，沿墙长度方向每隔 12m 设伸缩缝一条，与面板分缝错开，缝内设止水。

上游坝坡采用 1:1.5 ，下游坝坡坡度为 1:1.3 ，下游坡设 6 级10m 宽、纵坡为 8% 的“之”字形上坝公路，下游平均坡度 1:1.70 。

下游坝坡护坡采用大块石由人工配合机械调整平顺、填塞密实，块石直径 0.50~0.80m 。



混凝土面板堆石坝坝体分区及坝料设计

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混凝土面板堆石坝混凝土面板面板混凝土的主要技术指标面板顶部厚度为 0.3m ，面板底部厚度为 0.75m 。混凝土面板宽度：河床部位受压区面板宽 12m （ 24

块），岸坡部位受拉区面板宽 6m （左岸 14 块、右岸 10

块）。

项目砼标号级配抗渗标号抗冻标号 W ／C 坍落度 (cm)

指标 C30 二级配 W12 F300 ≤0.45 5~7



混凝土面板堆石坝混凝土趾板

趾板型式采用水平趾板，趾板顶面 15cm 处布置一层双向钢筋，含钢率为 0.4% 。趾板内设置锚筋，将趾板锚固在基岩上，锚筋直径Φ28mm ，间、排距 1.2m ，伸入基岩3.9m 。

趾板设置高程（ m）趾板宽度（ m）

趾板厚度（ m）承受最大水力坡降

616~675 10~15 0.8~1.0 11.5~13.8675~710 8 0.7 9.65

710~753.3 6 0.6 7.0



混凝土面板堆石坝接缝型式及止水系统

部位止水型式面板垂直缝“ A”

型垂直缝靠近两岸的张拉区

两道止水，底部铜片止水，顶部填充料止水。面板垂直缝“ B”

型垂直缝中部挤压区

周边缝“ D” 型缝三道止水，依次为 GB填料、 GB止水条、止水铜片，缝内填浸沥青的 25mm 厚坚实松木板，铜片下依次布设塑胶布带、沥青砂垫块和垫层特别级配小区。

趾板变形缝“ E” 型缝在地形、地质条件变化处、趾板转折处和长直趾板中部设置永久变形缝，变形缝位置同面板接缝错开，缝内设一道铜片止水，并与周边缝止水构成封闭结构，接缝两侧钢筋断开。

防浪墙与面板的接缝防浪墙与面板的接缝设置一道底部铜片止水和一道顶部柔性填料止水。

防浪墙变形缝沿防浪墙长度方向每隔 12m 设一道变形缝，变形缝位置应同面板接缝错开，缝内设一道橡胶止水带，缝内填以沥青砂板，缝宽 20mm 。



混凝土面板堆石坝坝基防渗处理

左右坝肩及河床下部出露的岩石中分布有黄铁矿晶体，坝址区地下水硫酸根离子含量较高，对砼结构具有腐蚀性，与岩石接触的混凝土均采用抗硫酸盐水泥，面板坝的趾板、固结灌浆、帷幕灌浆和断层混凝土塞采用高抗硫酸盐水泥。



混凝土面板堆石坝黄铁矿防腐蚀处理黄铁矿处理措施为堵、隔、抗、排四种综合防腐措施，即：（ 1 ）堵：帷幕灌浆深度能够包住岩体强氧化带深度。帷幕灌浆采用高抗硫酸盐水泥。其中在桩号趾 0+356 ~0+447m以及趾0+238~0+298m ，强氧化带岩体受氧化腐蚀强烈，影响了岩体完整性。在黄铁矿强氧化带趾板下两排帷幕灌浆中部增设一排环氧树脂类的化学灌浆，单排，孔距 1m ，深度 20~30m化学灌浆。（ 2 ）隔：在强氧化带岩体受氧化腐蚀强烈的趾板建基面及趾板外表面均匀喷大于 3cm 厚的丙乳砂浆。对断层带和节理密集带及黄铁矿较高部位，建基面开挖后视具体情况，适当加深了清基深度置换处理。



混凝土面板堆石坝黄铁矿防腐蚀处理

（ 3 ）抗：为提高混凝土密实度，采用抗侵蚀水泥胶凝材料，增强混凝土抗渗透侵入破坏的能力；因此对各类建筑物混凝土与基岩接触面和灌浆处理采用高抗硫酸盐水泥。使结构不仅具备所要求的抗侵蚀性又有高强度和高耐久性。（ 4 ）排：在施工期坝基底部加强排水，并对水质进行检测。



混凝土面板堆石坝防冰冻措施

（ 1 ）提高面板混凝土抗渗抗冻标号，设计采用的指标为C30 、 F300 、 W12 。施工中面板混凝土采用合适的混凝土配比，掺用引气剂等外加剂及聚丙烯纤维掺和料，以提高混凝土本身的抗裂能力及施工和易性，提高抗冻、抗渗及耐久性，含气量达 4.7％～ 5.4％。

技术要求级配坍落度（mm ）

配合比参数

水胶比粉煤灰（%）

SN-2缓凝高效减水剂（%）

SN-9 引气剂（ /万）

砂率（%

）C30F300W

12二 50 ～ 70 0.40 20 0.2 0.8 28

C30F300W

12二 70 ～ 90 0.40 20 0.3 0.8 28




（ 2 ）面板表层涂刷了弹性聚氨酯，使混凝土面板具备一定的抗冰拔能力，可以提高混凝土面板的耐久性及防渗性能，同时可抑制细微裂缝的发展，能切实有效的解决寒冷地区混凝土的抗冻害问题。




（ 3 ）加强坝体碾压，冬季不施工，天暖时坝面连续加水浸润，以增加施工期沉降。根据现场目前各种坝料填筑质量检测结果 ,垫层料干密度检测 359 组，平均值 2.25g/cm3 ，相对密度检测平均值 0.92 ，合格率 100% 。颗料级配检测 313 组检测结果均符合设计要求；过渡料填筑干密度检测 356 组，相对密度检测平均值 0.92 ，合格率 100% 。颗料级配检测 356 组结果均符合设计要求；主堆石料填筑干密度检测 124 组平均值2.20g/cm3 ，孔隙率检测平均值 18.5% ，合格率 100% ，颗料级配检测 126 组检测结果均符合设计要求。坝面碾压




（ 4 ）适当增加面板钢筋含量，在水面变动区及以上增设表层温度筋。为防止混凝土面板冻裂，在水面变动区及以上的面板钢筋设置了双层双向钢筋网，其竖向配筋率为0.46%~0.58% ，水平向配筋率为 0.33%~0.48% 。（ 5 ）改进表面止水与面板混凝土的连接方式；采取措施避免膨胀螺栓被冰盖拔出破坏。为防止冬季水位变动期进入表层止水膨胀螺栓与混凝土孔之间的水结冰而产生体积膨胀作用，从而对锚固系统产生危害，工程中选择粘结力强的粘结材料作为膨胀螺栓的灌注粘结剂，以提供更可靠的锚固力和更好的锚固行为。对死水位以上表层止水膨胀螺栓锚固时将混凝土孔内灌注 SK 底胶，同时对膨胀螺栓超出螺母部分的螺栓进行削磨平处理。




（ 4 ）适当增加面板钢筋含量，在水面变动区及以上增设表层温度筋。为防止混凝土面板冻裂，在水面变动区及以上的面板钢筋设置了双层双向钢筋网，其竖向配筋率为0.46%~0.58% ，水平向配筋率为 0.33%~0.48% 。（ 5 ）改进表面止水与面板混凝土的连接方式；采取措施避免膨胀螺栓被冰盖拔出破坏。为防止冬季水位变动期进入表层止水膨胀螺栓与混凝土孔之间的水结冰而产生体积膨胀作用，从而对锚固系统产生危害，工程中选择粘结力强的粘结材料作为膨胀螺栓的灌注粘结剂，以提供更可靠的锚固力和更好的锚固行为。对死水位以上表层止水膨胀螺栓锚固时将混凝土孔内灌注 SK 底胶，同时对膨胀螺栓超出螺母部分的螺栓进行削磨平处理。



大坝监测平面布置图

坝体表面变形观测包括竖向位移观测和水平位移观测，竖向位移采用水准线法测量，水平位移采用视准线法；接缝变位观测在周边缝设置三向测缝计进行监测混凝土面板与趾板间的开合度、相对沉降和沿缝方向的剪切位移，在个别面板受拉缝上布置单向测缝计观测其张开度；面板应变观测则是在面板相应位置布置三向应变计，无应力计、钢筋计及温度计，观测面板的应力应变及钢筋应力情况；

大坝工程设计的主要项目有变形、应力应变和渗流观测。变形观测包括坝体表面变形观测、坝体内部变形观测、接缝变位观测、岸坡位移和面板应变观测。

混凝土面板堆石坝观测设计



大坝监测横剖面图

坝体内部变形观测分为分层竖向位移观测和分层水平位移观测，内部竖向位移采用水管式沉降仪监测，水平位移采用引张线式水平位移计监测；渗流观测主要为观测渗流压力和渗漏量，渗流压力采用振弦式渗压计进行观测，渗漏量观测采用在大坝下游厂房尾水渠挡墙后的量水堰来监测通过坝基和坝体的渗漏量。



结语

吉勒布拉克水电站工程混凝土面板堆石坝是目前新疆已建和在建面板堆石坝（主堆石全部采用爆破料）中坝高最高，同时也是国内建在纬度最高（北纬 48º ～ 49º之间）的严寒地区面板堆石坝。本工程吸收和借鉴国内外已建面板坝的成功设计经验，结合地形地质条件，在坝体分区、接缝止水设计、面板抗冻措施、基础处理等方面均考虑了工程实际情况，可为以后类似工程的设计提供借鉴。

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