湖南省某水庫(kù)鋼筋混凝土面板堆石壩及溢洪道設(shè)計(jì)分析

李 浩，張 婧，何 鵬

(四川大學(xué)水利水電學(xué)院，成都，610065)

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湖南省某水庫(kù)鋼筋混凝土面板堆石壩及溢洪道設(shè)計(jì)分析

李 浩，張 婧，何 鵬

(四川大學(xué)水利水電學(xué)院，成都，610065)

某水庫(kù)是一座以灌溉為主、結(jié)合防洪等綜合利用的水庫(kù)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括鋼筋混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)和溢洪道設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和過程，為類似條件下面板堆石壩設(shè)計(jì)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(kù)地處湘江一級(jí)支流汨羅江，位于長(zhǎng)沙縣境內(nèi)，集水面積0.73km2，總庫(kù)容34萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積80hm2，保護(hù)水庫(kù)下游5000多人防洪安全。水庫(kù)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(qiáng)風(fēng)化帶厚度為7.2m～10.1m，巖石軟弱，完整性較差；弱風(fēng)化巖石呈灰綠色，巖石較堅(jiān)硬，完整性較好，鉆孔取樣呈柱狀?yuàn)A碎塊狀。

2 鋼筋混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)

2.1 壩頂高程

水庫(kù)正常蓄水位、設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)計(jì)算壩頂超高。

通過計(jì)算，壩頂高程為136.63m，最大壩高為26.63m?？紤]最大壩高1%的預(yù)留沉降，則壩頂高程為136.9m。

2.2 壩體橫剖面設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)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(hù)坡，厚度取0.3m。在高程120m處設(shè)置一馬道，寬度取2m，在馬道內(nèi)側(cè)設(shè)一漿砌石排水溝。

2.3 面板和趾板設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用0.3m等厚鋼筋混凝土面板?；炷翉?qiáng)度等級(jí)采用C30，抗?jié)B等級(jí)為W8，抗凍等級(jí)為F150。面板采用單層雙向鋼筋，Ⅱ級(jí)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(zhǔn)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?qiáng)度等級(jí)采用C30，抗?jié)B等級(jí)采用W10，抗凍等級(jí)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(yīng)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(qiáng)度指標(biāo)和壓縮指標(biāo)逐漸降低。

(1)墊層區(qū)采用外購(gòu)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(jí)配，其滲流系數(shù)控制在10-3cm/s～10-4cm/s范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)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(dāng)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(xì)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(jí)配連續(xù)，最大粒徑30cm，設(shè)計(jì)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(jí)配連續(xù)，最大粒徑80cm，設(shè)計(jì)干密度為20.0kN/m3，內(nèi)摩擦角40°。

(4)次堆石區(qū)采用較風(fēng)化灰?guī)r料與其他開挖料進(jìn)行填筑，級(jí)配連續(xù)，最大粒徑60cm，設(shè)計(jì)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(gòu)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(jìn)行帷幕灌漿和固結(jié)灌漿。帷幕灌漿設(shè)置一排帷幕灌漿孔，固結(jié)灌漿設(shè)置兩排固結(jié)灌漿孔，灌漿質(zhì)量以壓水試驗(yàn)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(jìn)行計(jì)算，正常工況下上、下游壩坡滑動(dòng)安全系數(shù)分別為1.3、1.35；非常工況下上、下游壩坡滑動(dòng)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(shè)計(jì)

4.1 引水渠設(shè)計(jì)

引水渠的渠底根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)為平底，渠長(zhǎng)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(hù)。

4.2 控制段設(shè)計(jì)

溢流堰采用寬頂堰。寬頂堰頂高程為134.17m，寬度為2.5m，長(zhǎng)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(shè)計(jì)

泄槽平面采用直線、對(duì)稱、等寬布置，同溢流堰寬度，長(zhǎng)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(shè)水平拉桿，增加穩(wěn)定性。

4.4 消能段設(shè)計(jì)

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(fēng)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(kù)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(jiǎn)單，建壩條件較好。工程區(qū)灰?guī)r料儲(chǔ)量較豐富，質(zhì)量較好，開采及運(yùn)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(shè)計(jì)時(shí)，建議進(jìn)一步加強(qiáng)筑壩材料的爆破和碾壓試驗(yàn)，以及壩基灌漿試驗(yàn)，復(fù)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(shè)計(jì)。

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TV641.43∶TV222

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2095-1809(2017)04-0090-02