水庫重力壩優(yōu)化設計論文
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1碾壓混凝土重力壩優(yōu)化設計
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113.83m。右岸非溢流壩段由樁號壩0+000.00m～壩0+055.10m，左岸非溢流壩段由樁號壩0+063.10m～壩0+113.83m，兩岸非溢流壩段壩頂總長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，起坡點高程1737.10m。壩體中部樁號壩0+055.10m～0+063.10m為溢流壩段，采用開敞式溢流表孔，堰頂高程1744.00m，溢流堰面按WES型剖面設計，下游面采用臺階式及底流聯(lián)合消能，臺階高1.0m，寬0.7m，下游護坦長6m，護坦高程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樁號處，沖沙底孔進口高程1712.30m，喇叭型進口，設置2.0m×2.0m(寬×高)事故檢修閘門孔及相應的啟閉設備;取水口進口高程1716.40m，進口為喇叭型，并設置固定式攔污柵，其后為1.5m×1.5m(寬×高)事故檢修閘門孔及相應的啟閉設備，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50.73、55.10m，上下游側(cè)均設欄桿，溢流壩段設交通橋，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，無可選料場，所選料場距壩址區(qū)約10km，由于運距遠、人工費高、施工進度慢，故放棄了漿砌石筑壩方案。經(jīng)對C15常態(tài)混凝土和C15碾壓混凝土進行比較，前者施工機械較少，后者具有工藝簡單、上壩強度高、工期短、適應性強等優(yōu)點，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壩基處理設計建基面的選擇及壩基開挖要求:根據(jù)工程地質(zhì)條件和大壩高度，大壩建基面置于弱風化中上部。對壩基存在的地質(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:大壩基礎開挖至弱風化基巖中上部，為了提高基礎的整體性，減少基礎變位、降低沿基礎的滲漏，擬對大壩基礎存在地質(zhì)缺陷的地方進行固結(jié)灌漿處理;同時為加強帷幕灌漿的效果，在帷幕灌漿孔上下游范圍內(nèi)增設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)灌漿試驗確定。初步擬定固結(jié)灌漿深入基礎5m，總進尺725m。壩基防滲帷幕:最大設計壩高41.10m，根據(jù)《混凝土重力壩設計規(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入山體36.7m作為防滲端點，底界伸入地下水位5～10.0m。防滲實施方案:推薦在壩頂實施帷幕灌漿，壩段帷幕線長111.0m，總進尺1724m，有效進尺878m。推薦投資較省的露天灌漿方式對大壩兩岸進行防滲，兩岸帷幕灌總進尺1267m，有效進尺769m。帷幕線全長約207m，防滲帷幕總進尺2991m，有效進尺1647m，帷幕灌漿布置為單排孔，孔距3.0m。
2大壩應力分析
2.1壩頂高程確定
大壩上游未設防浪墻，按《混凝土重力壩設計規(guī)范》(SL319－2005)，壩頂高程等于水庫靜水位加相應的壩頂超高，按“正常蓄水位+正常運用情況”和“校核洪水位+非常運用情況”兩種情況進行計算。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)定及應力分析
2.2.1荷載組合抗滑穩(wěn)定和應力計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+正常蓄水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力;基本組合2:自重+設計洪水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力;特殊組合1:自重+校核洪水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力。
2.2.2計算參數(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，上游地震動水壓力折減角90°，下游地震動水壓力折減角90°。
2.2.3計算結(jié)果分析壩體抗滑穩(wěn)定按抗剪斷強度公式計算。
2.3壩體應力計算
壩體應力計算采用材料力學法計算，根據(jù)《混凝土重力壩設計規(guī)范》(SL319－2005)的規(guī)定，在各種荷載組合下，壩基面垂直正應力小于混凝土容許壓應力和地基的容許承載力;壩基面最小垂直正應力為壓應力，壩體最大主應力應小于混凝土容許壓應力。壩體壩基應力計算成果。，C15混凝土的極限強度為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計算成果可知應力計算成果和地基承載力滿足規(guī)范要求。
3結(jié)語
1)根據(jù)壩址地形地質(zhì)條件，在對壩型及漿砌石筑壩、C15常態(tài)混凝土、C15碾壓混凝土3種筑壩材料進行綜合比較分析后，推薦采用建壩成庫條件好、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C15三級配碾壓混凝土，迎水面采用C20二級配變態(tài)混凝土(厚0.5m)和C20二級配碾壓混凝土防滲，抗?jié)B標號W6。大壩基礎設置1.0m厚的C15混凝土墊層。
3)根據(jù)建基面實際情況，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，對壩基、兩岸壩肩、壩體等進行處理，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)濟性。
4)大壩壩體抗滑穩(wěn)定性、應力計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