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        湖南省某水庫鋼筋混凝土面板堆石壩及溢洪道設計分析

        2017-04-07 05:13:25浩,張婧,何
        四川水利 2017年4期
        關(guān)鍵詞:趾板堆石壩壩體

        李 浩,張 婧,何 鵬

        (四川大學水利水電學院,成都,610065)

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        湖南省某水庫鋼筋混凝土面板堆石壩及溢洪道設計分析

        李 浩,張 婧,何 鵬

        (四川大學水利水電學院,成都,610065)

        某水庫是一座以灌溉為主、結(jié)合防洪等綜合利用的水庫,設計內(nèi)容包括鋼筋混凝土面板堆石壩設計和溢洪道設計的主要內(nèi)容和過程,為類似條件下面板堆石壩設計提供參考。

        鋼筋混凝土面板堆石壩 穩(wěn)定分析 溢洪道

        1 工程概況

        水庫地處湘江一級支流汨羅江,位于長沙縣境內(nèi),集水面積0.73km2,總庫容34萬m3,設計灌溉面積80hm2,保護水庫下游5000多人防洪安全。水庫主要建筑物有鋼筋混凝土面板堆石壩、溢洪道和取水洞。

        工程區(qū)屬變質(zhì)巖丘陵地貌單元,壩址位于白石洞峽谷出口處,兩岸山體較雄厚,山頂高程170m~200m,基巖多裸露。筑壩前河床有0.5m~4m厚的殘坡積層,下伏基巖為灰綠色薄~中厚層狀板巖與砂質(zhì)板巖互層?;鶐r強風化帶厚度為7.2m~10.1m,巖石軟弱,完整性較差;弱風化巖石呈灰綠色,巖石較堅硬,完整性較好,鉆孔取樣呈柱狀夾碎塊狀。

        2 鋼筋混凝土面板堆石壩設計

        2.1 壩頂高程

        水庫正常蓄水位、設計洪水位、校核洪水位分別為134.17m、135.25m、135.63m。

        按照《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274-2001)計算壩頂超高。

        通過計算,壩頂高程為136.63m,最大壩高為26.63m??紤]最大壩高1%的預留沉降,則壩頂高程為136.9m。

        2.2 壩體橫剖面設計

        本設計壩頂寬度取8m,上游壩坡坡率采用1∶1.4,下游壩坡坡率采用1∶1.5。上游面板為鋼筋混凝土面板,下游采用干砌石護坡,厚度取0.3m。在高程120m處設置一馬道,寬度取2m,在馬道內(nèi)側(cè)設一漿砌石排水溝。

        2.3 面板和趾板設計

        本設計采用0.3m等厚鋼筋混凝土面板?;炷翉姸鹊燃壊捎肅30,抗?jié)B等級為W8,抗凍等級為F150。面板采用單層雙向鋼筋,Ⅱ級鋼筋,直徑20mm,間距20cm,布置在面板截面中部。

        趾板布置采用趾板建基面等高線垂直于趾板基準線的方式,趾板寬度按容許水力梯度確定。趾板寬度取4m,趾板厚度0.4m?;炷翉姸鹊燃壊捎肅30,抗?jié)B等級采用W10,抗凍等級采用F150。趾板配置單層雙向溫度筋。趾板采用砂漿錨桿與基巖連接,并與溫度筋相連接,錨桿采用φ25普通螺旋鋼筋,錨桿伸入地基6m,間距為1m。

        2.4 壩體分區(qū)及筑壩材料

        壩體填筑料是面板的支撐,應通過控制壩體填筑料的變形,減小面板的變形和開裂。通過研究已成的鋼筋混凝土面板堆石壩發(fā)現(xiàn),壩體填筑料包括墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、上游壩腳壓重體、下游壩腳排水棱體,壩體填筑料從上游到下游一般是漸變的,即從半透水到全透水,強度指標和壓縮指標逐漸降低。

        (1)墊層區(qū)采用外購的人工砂石料(灰?guī)r料)填筑,水平寬度為3m,墊層料采用連續(xù)級配,其滲流系數(shù)控制在10-3cm/s~10-4cm/s范圍內(nèi),設計干密度22.0kN/m3,內(nèi)摩擦角42°。在墊層區(qū)基巖與趾板接觸的部位適當加寬,形成特殊墊層區(qū),采用最大粒徑小于40mm的內(nèi)部滲透穩(wěn)定的細反濾料填筑。

        (2)過渡區(qū)水平寬度取4m,等寬布置。填筑材料采用新鮮灰?guī)r料,級配連續(xù),最大粒徑30cm,設計干密度為20.5kN/m3,內(nèi)摩擦角40°,滲透系數(shù)為1.0×10-1cm/s。

        (3)主堆石區(qū)采用新鮮灰?guī)r料,級配連續(xù),最大粒徑80cm,設計干密度為20.0kN/m3,內(nèi)摩擦角40°。

        (4)次堆石區(qū)采用較風化灰?guī)r料與其他開挖料進行填筑,級配連續(xù),最大粒徑60cm,設計干密度為20.0kN/m3,內(nèi)摩擦角38°。

        (5)上游壩腳壓重體采用開挖料填筑,頂寬為3m,頂部高程為115m,內(nèi)坡為1∶1.4,外坡為1∶2.5。

        (6)下游壩腳排水棱體采用外購的塊石填筑,頂寬為3m,頂部高程為115m,內(nèi)坡為1∶1,外坡為1∶1.5。

        2.5 地基處理

        挖除覆蓋層,將壩體置于灰綠色薄~中厚層狀板巖與砂質(zhì)板巖互層的基巖上。在趾板中部地基進行帷幕灌漿和固結(jié)灌漿。帷幕灌漿設置一排帷幕灌漿孔,固結(jié)灌漿設置兩排固結(jié)灌漿孔,灌漿質(zhì)量以壓水試驗透水率q≤10Lu控制。

        3 壩體抗滑穩(wěn)定及變形分析

        3.1 壩坡抗滑穩(wěn)定分析

        大壩壩坡抗滑穩(wěn)定分析采用理正軟件進行計算,正常工況下上、下游壩坡滑動安全系數(shù)分別為1.3、1.35;非常工況下上、下游壩坡滑動安全系數(shù)分別為1.2、1.23,滿足規(guī)范要求。

        3.2 壩體變形分析

        鋼筋混凝土面板堆石壩壩體沉降值一般小于壩高的1%。

        4 溢洪道設計

        4.1 引水渠設計

        引水渠的渠底根據(jù)實際情況設計為平底,渠長取5m。其橫斷面為矩形,底板寬2.5m,采用0.3m厚的C25鋼筋混凝土襯砌;側(cè)墻為重力式,頂寬為0.5m,背面坡比1∶0.5,采用C25混凝土襯護。

        4.2 控制段設計

        溢流堰采用寬頂堰。寬頂堰頂高程為134.17m,寬度為2.5m,長度為4m,底板采用0.3m厚的C25鋼筋混凝土襯砌。側(cè)墻采用C25混凝土擋墻結(jié)構(gòu),頂寬為0.5m,高出堰頂1.5m,背面坡比1∶0.5。

        4.3 泄槽段設計

        泄槽平面采用直線、對稱、等寬布置,同溢流堰寬度,長度為80m,縱坡為30%。橫斷面采用矩形,底板寬2.5m,采用0.3m厚的C25鋼筋混凝土襯砌;側(cè)墻為0.5m厚的C25混凝土,高度1.5m,側(cè)墻之間設水平拉桿,增加穩(wěn)定性。

        4.4 消能段設計

        本工程采用挑流消能,挑流鼻坎挑射角為20°,反弧段半徑為2m,坎頂高于下游水面2m,挑流鼻坎置于弱風化巖石上,采用埋石混凝土澆筑,用φ25普通螺旋鋼筋伸入地基3m。

        5 結(jié)論和建議

        該水庫壩址區(qū)兩岸山體較雄厚,邊坡整體穩(wěn)定,基巖多裸露,地質(zhì)情況簡單,建壩條件較好。工程區(qū)灰?guī)r料儲量較豐富,質(zhì)量較好,開采及運輸方便,適宜修建鋼筋混凝土面板堆石壩。在處理類似條件下面板堆石壩設計時,建議進一步加強筑壩材料的爆破和碾壓試驗,以及壩基灌漿試驗,復核筑壩材料和灌漿參數(shù),優(yōu)化鋼筋混凝土面板堆石壩設計。

        TV641.43∶TV222

        B

        2095-1809(2017)04-0090-02

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