水庫(kù)重力壩優(yōu)化設(shè)計(jì)論文

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1碾壓混凝土重力壩優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1壩體布置

大壩為碾壓混凝土重力壩，壩軸線成直線布置，壩軸線方位角為NE53°，壩頂長(zhǎng)113.83m。右岸非溢流壩段由樁號(hào)壩0+000.00m～壩0+055.10m，左岸非溢流壩段由樁號(hào)壩0+063.10m～壩0+113.83m，兩岸非溢流壩段壩頂總長(zhǎng)105.83m，壩頂寬7.0m，壩頂高程1747.10m。非溢流壩段上游面鉛直，下游壩坡m=0.7，起坡點(diǎn)高程1737.10m。壩體中部樁號(hào)壩0+055.10m～0+063.10m為溢流壩段，采用開(kāi)敞式溢流表孔，堰頂高程1744.00m，溢流堰面按WES型剖面設(shè)計(jì)，下游面采用臺(tái)階式及底流聯(lián)合消能，臺(tái)階高1.0m，寬0.7m，下游護(hù)坦長(zhǎng)6m，護(hù)坦高程1711.76m。放空底孔與取水口采用上下重疊式布置，位于右壩段0+052.60m樁號(hào)處，沖沙底孔進(jìn)口高程1712.30m，喇叭型進(jìn)口，設(shè)置2.0m×2.0m(寬×高)事故檢修閘門(mén)孔及相應(yīng)的啟閉設(shè)備;取水口進(jìn)口高程1716.40m，進(jìn)口為喇叭型，并設(shè)置固定式攔污柵，其后為1.5m×1.5m(寬×高)事故檢修閘門(mén)孔及相應(yīng)的啟閉設(shè)備，取水口后接壓力管道，管道中心高程為1716.65m，直徑為0.5m，管道外用C20鋼筋混凝土包裹。

1.2壩體結(jié)構(gòu)

1.2.1壩頂結(jié)構(gòu)壩頂高程1747.10m，頂寬7.0m，左右岸非溢流壩段分別長(zhǎng)50.73、55.10m，上下游側(cè)均設(shè)欄桿，溢流壩段設(shè)交通橋，右岸壩頂與順龍公路連接。

1.2.2壩體材料工程區(qū)出露地層為峨眉山玄武巖，無(wú)可選料場(chǎng)，所選料場(chǎng)距壩址區(qū)約10km，由于運(yùn)距遠(yuǎn)、人工費(fèi)高、施工進(jìn)度慢，故放棄了漿砌石筑壩方案。經(jīng)對(duì)C15常態(tài)混凝土和C15碾壓混凝土進(jìn)行比較，前者施工機(jī)械較少，后者具有工藝簡(jiǎn)單、上壩強(qiáng)度高、工期短、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，大壩填筑總量30408m3。經(jīng)綜合比較，優(yōu)選投資較低的C15碾壓混凝土方案。

1.2.3壩基處理設(shè)計(jì)建基面的選擇及壩基開(kāi)挖要求:根據(jù)工程地質(zhì)條件和大壩高度，大壩建基面置于弱風(fēng)化中上部。對(duì)壩基存在的地質(zhì)缺陷，如破碎帶、夾泥裂隙等采用深挖回填混凝土的措施處理。固結(jié)灌漿:大壩基礎(chǔ)開(kāi)挖至弱風(fēng)化基巖中上部，為了提高基礎(chǔ)的整體性，減少基礎(chǔ)變位、降低沿基礎(chǔ)的滲漏，擬對(duì)大壩基礎(chǔ)存在地質(zhì)缺陷的地方進(jìn)行固結(jié)灌漿處理;同時(shí)為加強(qiáng)帷幕灌漿的效果，在帷幕灌漿孔上下游范圍內(nèi)增設(shè)3排固結(jié)灌漿。固結(jié)灌漿孔距擬定為3m，梅花型布置。固結(jié)灌漿壓力根據(jù)灌漿試驗(yàn)確定。初步擬定固結(jié)灌漿深入基礎(chǔ)5m，總進(jìn)尺725m。壩基防滲帷幕:最大設(shè)計(jì)壩高41.10m，根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL319－2005)中的規(guī)定，結(jié)合工程地質(zhì)條件，防滲下限深入巖體透水率不大于5Lu以下10m;兩岸防滲自建基面進(jìn)入山體36.7m作為防滲端點(diǎn)，底界伸入地下水位5～10.0m。防滲實(shí)施方案:推薦在壩頂實(shí)施帷幕灌漿，壩段帷幕線長(zhǎng)111.0m，總進(jìn)尺1724m，有效進(jìn)尺878m。推薦投資較省的露天灌漿方式對(duì)大壩兩岸進(jìn)行防滲，兩岸帷幕灌總進(jìn)尺1267m，有效進(jìn)尺769m。帷幕線全長(zhǎng)約207m，防滲帷幕總進(jìn)尺2991m，有效進(jìn)尺1647m，帷幕灌漿布置為單排孔，孔距3.0m。

2大壩應(yīng)力分析

2.1壩頂高程確定

大壩上游未設(shè)防浪墻，按《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL319－2005)，壩頂高程等于水庫(kù)靜水位加相應(yīng)的壩頂超高，按“正常蓄水位+正常運(yùn)用情況”和“校核洪水位+非常運(yùn)用情況”兩種情況進(jìn)行計(jì)算。大壩超高及壩頂高程成。壩頂高程的控制情況為校核洪水位情況，最終選定的壩頂高程為1747.10m。

2.2大壩穩(wěn)定及應(yīng)力分析

2.2.1荷載組合抗滑穩(wěn)定和應(yīng)力計(jì)算的荷載組合分基本組合和特殊組合兩種，3種荷載組合如下:基本組合1:自重+正常蓄水位及相應(yīng)下游水位+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力;基本組合2:自重+設(shè)計(jì)洪水位及相應(yīng)下游水位+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力+動(dòng)水壓力;特殊組合1:自重+校核洪水位及相應(yīng)下游水位+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力+動(dòng)水壓力。

2.2.2計(jì)算參數(shù)壩體高度41.10m，建基面高程1706.00m，混凝土容重24kN/m3，泥沙浮容重824kN/m3，混凝土與基巖抗剪摩擦系數(shù)0.5，混凝土與基巖抗剪斷摩擦系數(shù)0.9，抗剪斷凝聚力418.77kN，壩基排水折減系數(shù)0.5。壩基排水幕到上游面距離3.0m，地震系數(shù)0.05，上游地震動(dòng)水壓力折減角90°，下游地震動(dòng)水壓力折減角90°。

2.2.3計(jì)算結(jié)果分析壩體抗滑穩(wěn)定按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算。

2.3壩體應(yīng)力計(jì)算

壩體應(yīng)力計(jì)算采用材料力學(xué)法計(jì)算，根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL319－2005)的規(guī)定，在各種荷載組合下，壩基面垂直正應(yīng)力小于混凝土容許壓應(yīng)力和地基的容許承載力;壩基面最小垂直正應(yīng)力為壓應(yīng)力，壩體最大主應(yīng)力應(yīng)小于混凝土容許壓應(yīng)力。壩體壩基應(yīng)力計(jì)算成果。，C15混凝土的極限強(qiáng)度為13.3MPa，混凝土抗壓安全系數(shù)，基本組合為4.0，特殊組合為3.5，則混凝土容許壓應(yīng)力基本組合為3.33MPa，特殊組合為3.8MPa;地基容許承載力2.0～2.5MPa。由表3計(jì)算成果可知應(yīng)力計(jì)算成果和地基承載力滿足規(guī)范要求。

3結(jié)語(yǔ)

1)根據(jù)壩址地形地質(zhì)條件，在對(duì)壩型及漿砌石筑壩、C15常態(tài)混凝土、C15碾壓混凝土3種筑壩材料進(jìn)行綜合比較分析后，推薦采用建壩成庫(kù)條件好、工程量省、距受水區(qū)距離近的C15碾壓混凝土重力壩最優(yōu)供水方案。

2)壩身采用C15三級(jí)配碾壓混凝土，迎水面采用C20二級(jí)配變態(tài)混凝土(厚0.5m)和C20二級(jí)配碾壓混凝土防滲，抗?jié)B標(biāo)號(hào)W6。大壩基礎(chǔ)設(shè)置1.0m厚的C15混凝土墊層。

3)根據(jù)建基面實(shí)際情況，采取局部深挖回填混凝土、固結(jié)灌漿、壩基防滲帷幕等措施，對(duì)壩基、兩岸壩肩、壩體等進(jìn)行處理，確保碾壓混凝土重力壩具有較高安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性。

4)大壩壩體抗滑穩(wěn)定性、應(yīng)力計(jì)算和地基承載力均滿足規(guī)范要求。

作者：陳松林 單位：貴州新中水工程有限公司