凱班壩

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更新時間: 2013-07-11

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凱班壩位於土耳其的幼發拉底(Euphrates)河上在木臘特河和卡臘蘇河兩支流匯口以下約10km處,在埃拉澤市西北約45km。心牆土石壩/混凝土重力壩,最大壩高207m,水庫總庫容為310億立方米,水電站總裝機容量為133萬kW,除發電外,還有灌溉和防洪效益。工程於1965年開工,1975年建成。

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1 凱班壩 -凱班壩

  Keban Dam

2 凱班壩 -地理水文

  壩址為一峽谷河段,左岸壩頂處地形展寬,為土耳其東部安納托里高原的岩溶荒漠區。河谷兩岸和部分水庫區岩石是由變質石灰岩及大理岩組成,其下為不透水頁岩,以不整合形成相接觸。頁岩頂板右岸高,左岸低。河床覆蓋層深為50m。變質石灰岩較為堅硬,但斷層裂隙較多。岩溶現象很發育,都是沿斷層和裂隙帶分佈,有的充填粘土和灰岩碎塊,有的無充填,彼此互相連通。
  壩址流域面積為6.4萬平方公里,多年平均流量為635立方米/秒,實測最大流量6800立方米/秒,最枯流量145立方米/秒,千年一遇洪峰流量為19000立方米/秒。年平均降雨量250mm,夏季最高氣溫44℃,冬季最低氣溫-30℃,屬典型的大陸性氣候區。

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3 凱班壩 -樞紐布置

  自右至左主要建築物包括:右岸和河床部位布置直心牆高堆石壩、左岸重力壩和近壩區岸邊地麵廠房、左岸岸邊泄槽式溢洪道。
  直心牆堆石壩,壩頂長602m,頂寬11m,大壩體積1558.5萬立方米,大壩上下游壩坡均為1∶1.86。心牆頂寬8m,底寬70m,上下游坡均為1∶0.166。心牆用粘土料,天然含水量低於19%,底層用人工加水達到23%。反濾料用砂礫料,壩殼用爆破下來的堆石料,粒徑小於25cm的佔20%,25~60cm的佔80%。通過篩分加工,除去小於25cm的,大於60cm的填築在壩坡上,其他填築在壩稜體內。大壩填築石料1280萬立方米,過渡料100萬立方米,粘土料150萬立方米。混凝土重力壩段長524m,最大壩高82m。
  溢洪道設計泄量為17000立方米/秒,共有6個孔口,溢流堰底檻高程828m,每孔用1扇16m×15m(寬×高)弧形閘門控制。共有3個泄槽,每個泄槽寬度均為39m。由於地形限制,左泄槽上游段底高於右泄槽和中間泄槽上游段底。為便於施工,設計中採用縱橫縫處理。

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4 凱班壩 -工程施工

施工導流

  採用隧洞導流,2條隧洞均布置在左岸。剖面均為10.7m×14.4m,洞長也均為710m,設計泄量4450立方米/秒。上下游為土石圍堰,上圍堰作為壩體的一部分。

大壩填築

  工地有4台鑽機,孔徑14~17cm,4台正鏟挖掘機,其中2台7.5立方米,2台5.0立方米。自卸汽車有35t、65t和75t三種。料場生產的堆石0~2.5cm的佔20%,2.5~60cm的佔80%。篩分廠生產能力每小時1200t。土石填築年平均強度為730萬立方米,直心牆填築層厚為25cm,用堆土機推平,50t氣胎碾壓實。過渡料用砂礫料,每層厚30cm,用10t振動碾壓實。壩殼堆石鋪厚60~100cm,用推土機推平,50t振動碾壓實。
  廠房布置在左岸,為近壩區岸邊地麵廠房。裝有8台單機容量15.5萬kW的機組。引水壓力鋼管採用明管,直徑為5.2m。

混凝土施工

  混凝土拌和樓生產能力為180立方米/h,最大骨料粒徑15cm,經預冷后入倉溫度不高於18℃,冬季用加熱法。上壩用3台塔吊,臂長60m,吊罐容量3立方米。塔吊固定在大壩下游面,用自卸汽車運輸。施工採用滑動模板,電動振搗器振搗,澆築混凝土最高日強度3300立方米,平均2500立方米。

帷幕灌漿和固結灌漿

  原設計採用單排水泥灌漿,幕底嵌入不透水頁岩內3m,最大帷幕深度為350m,總面積20.4萬平方米。為加快施工進度,灌漿採用多層平洞鑽斜孔,搭接形成防滲帷幕。平洞剖面為2.5m×3.0m。右岸布置5層平洞,左岸布置8層平洞。每條平洞與岸坡側入口相連;並在兩岸內各設一個豎井,供交通和運送灌漿設備及材料用。相鄰平洞高差為40~50m,帷幕孔布置要求上層平洞的帷幕灌漿孔從下層平洞的下游側6m處通過,孔底在下層平洞頂板下2.0m。這樣可在下層平洞鑽一排水平灌漿孔連接,使分段帷幕形成整體。原設計為避免遺漏岩溶洞穴,採用較小的灌漿孔孔距,一期孔距為3m,二期也加密到1.5m。灌漿壓力用1.4MPa。所需灌漿孔長約20萬m,吸漿量5萬t,此外在溢洪道和重力壩段範圍內進行基岩固結灌漿並結合作岩溶的勘探工作。固結灌漿為網格布置,孔距3m,孔深10~15m,灌漿壓力用0.2MPa。

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5 凱班壩 -重大技術問題

(1)溶洞處理

  在施工過程中先後在導流隧洞、兩岸壩肩、廠房區和左岸混凝土壩段基岩下發現了較大的溶洞,其中最大的是通過壩軸線在混凝土壩下330m處(高程525~545m,低於壩基250m),用聲納裝置探測儀測試和補充勘探鑽孔驗證,該溶洞長140m,寬119m,高30.5m,估計總容積為10萬~12萬立方米。溶洞正好位於3條大斷層的交會處,洞內有水,水溫比河水低5~6℃,溶洞內部靜水壓力水頭為200m。
  壩基溶洞處理的主要措施為:
  1)為查明壩基其他部位地下洞穴的分佈,對壩基全面進行岩心鑽探。
  2)對通過主帷幕線形成巨大窗口的大溶洞,在水庫蓄水前加以封堵,方法是在地面上布置孔距為6m的3排大口徑鑽孔伸到溶洞內,大口徑直徑為218mm。先從上、下游兩排鑽孔用導管法回填混凝土,再在中排鑽孔灌注水泥漿。堵洞工作歷時5個月。鑽大口徑孔50個,灌入混凝土和水泥漿各6萬立方米。同時對其他的溶洞作封填處理。對右岸壩段基礎中的溶洞還修建數道混凝土撐牆,以支承洞頂。撐牆最大高度為35m。
  3)進一步加強壩基的防滲,在岩溶洞穴集中分佈的地段,將帷幕改為混凝土防滲牆。防滲牆利用已有的灌漿平洞,採用鑽爆掏挖,分層開挖,分層回填混凝土,牆厚為1.5m。防滲牆總面積為3.5萬平方米,混凝土6.3萬立方米,牆體最大深度為100.5m,此外還加厚和加長壩基內的灌漿帷幕,將單排帷幕改為雙排,對連接段的單孔灌漿改為沿平洞拱頂成放射布置的三排孔灌漿。在右岸加長帷幕並對頁岩與灰岩的接觸帶進行處理。帷幕鑽孔用XCH90型岩心鑽機7台,HBM-12型迴轉鑽機6台,潛孔衝擊鑽3台。灌漿用Clivio型灌漿泵8台。完成灌漿平洞1.1萬m,鑽孔23.5萬m,灌入乾料3.4萬t。
  4)修改總體布置和建築物設計:將左岸壩肩下移64m,把壩軸線在平面上改成一條折線,以避開通過壩軸線大溶洞的不利影響;在大壩直心牆下部增設高44m的混凝墊層,橫越河谷,以加強心牆下部的整體性和防滲抗沖刷能力;將左岸廠房向河床方向移動110m並向下游轉動25°;增設放空水庫的設施,以應付發生意外情況,將導流隧洞加裝深水閘門,改建成放空隧洞,並將電站的兩個進水口也改建為泄水孔,以增加水庫放空能力;為保證大壩安全起見,放緩大壩上下游壩坡,由原設計的1∶1.66放緩到1∶1.86。

(2)溢洪道底板空蝕的處理

  1976年5月16日溢洪道首次放水,每個泄槽下泄流量為1000立方米/秒,放水后檢查發現,由於底板在橫縫處有錯台,引起嚴重的空蝕破壞,在橫縫下游附近開始有混凝土剝蝕。空蝕進一步向下游發展,尤其是側牆彎曲段底板的錯台,使泄槽下端破壞最為嚴重。經平整修復處理后,1977年再次過水,每個泄槽的泄量小於800立方米/秒,仍發生了空蝕破壞。1989年汛后在泄槽設置了摻氣減蝕裝置,共設有4道通氣槽,槽前有挑坎。模型試驗表明,當摻氣濃度達5%時,可保證溢洪道安全下泄12750立方米/秒的流量。

(3)水庫漏水的處理

  壩基溶洞處理結束后,,發現在壩址下游2.5km、高程754.5m處有新泉眼。1976年4月,庫水進一步上升到高程844.6m。隨著庫水位的升高,發現左岸下游凱班溪內的泉水增多。這些泉水的出露高程達到810m,壩區的地下水位相應增高110m,集中通過溶洞的漏水點不斷加大,漏水量達到21立方米/秒。據分析左岸下游的滲水量繞壩肩滲流。通過壩基的滲水量約為3~4立方米/秒。1976年5月在高庫水位時,大壩附近庫區水面上出現一個巨大漏水漩渦,經降低水位檢查,在高程834~844m之間有數個大洞口,面積在0.5~2.0m,估計這些洞口的漏水量可達12~14立方米/秒。經洞口入內實地調查並作鑽探工作后查清洞底高程為777m,洞高55m,溶洞有多個洞口,形狀如同峰巢,總容積約為7萬立方米。最後從洞口回填大塊石和混凝土加以封堵。

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