龍馬水電站面板堆石壩設(shè)計(jì)

1、龍馬水電站面板堆石壩設(shè)計(jì)            摘要：龍馬水電站面板堆石壩最大壩高135m，其特點(diǎn)是壩址、料場(chǎng)岸坡陡峻，趾板開(kāi)挖、料場(chǎng)開(kāi)采、壩料運(yùn)輸?shù)缆肥┕るy度大。壩料主要來(lái)源于料場(chǎng)和溢洪道開(kāi)挖料，根據(jù)壩料特點(diǎn)進(jìn)行了分區(qū)設(shè)計(jì)；對(duì)壩料進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)確定了壩體填筑標(biāo)準(zhǔn)。 關(guān)鍵詞：壩體分區(qū) 壩坡穩(wěn)定 應(yīng)力和變形 基礎(chǔ)處理 面板堆石壩 龍馬水電站  1壩體分區(qū)設(shè)計(jì) 龍馬水電站面板堆石壩最大壩高135m，壩頂長(zhǎng)315m，壩頂寬10m，壩頂高程643

2、.0m，上游設(shè)防浪墻。上游壩坡1:1.4，下游壩坡1:1.35，分別在603.0m、563.0m高程設(shè)兩臺(tái)2.5m寬?cǎi)R道。上壩料為壩址下游左岸的舊家箐料場(chǎng)、右岸清水河料場(chǎng)和溢洪道開(kāi)挖料，其主要成分為石英砂巖。面板頂部厚度0.3m，漸變至面板底部，厚度為0.7m。面板分縫分塊根據(jù)地形、有限元計(jì)算的壩體變形、施工條件進(jìn)行分塊，垂直縫間距12m。根據(jù)運(yùn)行期間對(duì)壩體各部位的要求，壩體材料進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)。分區(qū)的原則是：對(duì)料場(chǎng)開(kāi)挖料的特性認(rèn)真研究，在保證工程安全、經(jīng)濟(jì)的前提下，充分利用建筑物開(kāi)挖的有用料；各區(qū)壩料從上游到下游滿足水力過(guò)渡要求，相鄰區(qū)下游壩料對(duì)其上游區(qū)有反濾保護(hù)作用；蓄水后壩體變形盡可能小，從

3、而減小面板和止水系統(tǒng)遭到破壞的可能性。根據(jù)料源及對(duì)壩料強(qiáng)度、滲透性、壓縮性、施工方便和經(jīng)濟(jì)合理等要求，將壩體從上游到下游分為墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游次堆石區(qū)，并在面板上游設(shè)壩前覆蓋料。2A區(qū)為面板下的墊層區(qū)，考慮施工機(jī)械設(shè)備施工需要的最小寬度，確定墊層水平寬度為3.0m；3A區(qū)為墊層下的過(guò)渡區(qū)，亦考慮施工要求，水平寬度為4.0m；3B區(qū)為主堆石區(qū)，為級(jí)配良好的砂巖堆石料；3C區(qū)為次堆石區(qū)，位于壩體下游部位，可利用建筑物開(kāi)挖料和砂泥巖料。下游壩面塊石護(hù)坡，厚度1m。1A    2007-04-29    

4、60;   區(qū)為上游壩腳粘土鋪蓋區(qū)，1B區(qū)為上游壩腳回填石渣蓋重區(qū)。1.1墊層料 工程區(qū)天然砂礫料儲(chǔ)量較小，墊層料采用料場(chǎng)弱風(fēng)化以下巖體軋制而成。對(duì)墊層料的設(shè)計(jì)有如下要求：應(yīng)有較高的變形模量及抗剪強(qiáng)度，能維持自身的穩(wěn)定，對(duì)面板起到良好的支撐作用；墊層料應(yīng)具有半透水性質(zhì)，在面板及接縫開(kāi)裂破壞時(shí)，可以起到限制壩體的滲漏量并保持自身抗?jié)B穩(wěn)定，對(duì)細(xì)粒料起到反濾作用，滲漏發(fā)生時(shí)通過(guò)細(xì)粒料堵塞滲流通道自愈，起到一定的擋水作用；施工中不易分離，便于平整坡面，使面板受力均勻。墊層料的寬度按以上要求并考慮抗震、施工要求確定；級(jí)配根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果確定，最大粒徑80mm，特殊墊層

5、料最大粒徑30mm。小于5mm含量30%50%，小于0.075mm含量不大于8%。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，壓實(shí)后滲透系數(shù)為（1.467.15）×10-3cm/s，相對(duì)密度不小于0.8。墊層料設(shè)計(jì)干密度為2.24gcm3，孔隙率不大于18%。1.2過(guò)渡料 在墊層料與主堆石料間設(shè)過(guò)渡料區(qū)，料源為料場(chǎng)開(kāi)挖的弱風(fēng)化以下巖石，物理力學(xué)指標(biāo)要求與墊層料相近，即具有低壓縮性、高抗剪強(qiáng)度，對(duì)墊層料能起到反濾保護(hù)作用。根據(jù)墊層料的級(jí)配確定過(guò)渡料區(qū)的級(jí)配，最大粒徑為300mm，小于100mm含量大于15%，小于1mm含量不大于3%。過(guò)渡料設(shè)計(jì)干密度為2.18gcm3，孔隙率不大于   &

6、#160;2007-04-29        20%。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，滲透系數(shù)為（2.365.7）×10-1cm/s。1.3堆石料 上游主堆石料區(qū)為水壓力的主要承載區(qū)，為避免面板產(chǎn)生較大的變形，要求有較高的壓縮模量及良好的透水性，筑壩石料應(yīng)有較高的干、濕抗壓強(qiáng)度，在面板澆筑后，即使水庫(kù)蓄水壩體的變形增量也不大?？捎糜谥鞫咽瘏^(qū)的料源有弱風(fēng)化、微風(fēng)化及新鮮的砂巖。下游堆石料區(qū)位于上游堆石區(qū)下游，壩料要求較主堆石區(qū)低，為充分、靈活利用建筑物開(kāi)挖料，下游堆石料分為三個(gè)區(qū)：底部要求與主堆石區(qū)底部類(lèi)似并具有足夠的透水性，頂

7、部高程據(jù)下游最高水位確定為550.00m；上部采用建筑物開(kāi)挖的強(qiáng)風(fēng)化砂巖料（濕抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于40MPa），對(duì)石料的抗壓強(qiáng)度要求稍低；下游區(qū)為維持壩坡穩(wěn)定，抵抗風(fēng)化侵蝕，保護(hù)其上游側(cè)的軟巖料區(qū)，對(duì)石料的抗壓強(qiáng)度要求仍較高，采用弱風(fēng)化及以下砂巖填筑。堆石料最大粒徑為800mm，小于5mm含量不超過(guò)15%，小于0.075mm含量不大于5%。堆石料設(shè)計(jì)干密度為2.16gcm3，孔隙率不大于21%。1.4壩前覆蓋料區(qū) 面板上游的壩前覆蓋料區(qū)由堵縫材料和保護(hù)料組成，當(dāng)面板較低部位（不具備檢修條件）出現(xiàn)裂縫、周邊縫止水破壞等原因產(chǎn)生大的滲漏水時(shí)，堵縫材料隨水流進(jìn)入滲漏通道堵縫自愈。堵縫材料采用粘土，頂部高程

8、由水庫(kù)放空的最低水位560.00m確定，寬度在滿足施工要求的前提下根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定為10m；保護(hù)料采用工程棄渣料，坡度由邊坡穩(wěn)定控制，確定為1:2.5。 圖2    石料顆粒級(jí)配曲線 3壩料填筑參數(shù) 壩體填筑標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)壩料室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)結(jié)果，并參考類(lèi)似已建工程最終確定如表1。表1                壩料填筑參數(shù)表序號(hào)    2007-04-

9、29        壩料種類(lèi)干密度g/cm3孔隙率%最大粒徑（mm）滲透系數(shù)(cm/s)鋪料厚度(mm)最少碾壓遍數(shù)1墊層料（2A）2.2418801×10-31×10-440062特殊墊層區(qū)料（2B）    2007-04-29        2.2418301×10-31×10-440063過(guò)渡料（3A）2.1820300>2.36×10

10、-140084主堆石區(qū)（3B）2.16218001×100800    2007-04-29        85次堆石區(qū)（3C）2.17218001×10-180086粘土料（1A）    300 7任意料（1B）    600     2007-04-29     &

11、#160;  8塊石護(hù)坡（P）  1500   4壩體計(jì)算 4.1壩坡穩(wěn)定分析 壩坡穩(wěn)定分析采用二維線性計(jì)算，采用STAB2000進(jìn)行計(jì)算，滑裂面為圓?。ó呅て辗ǎ?。選取面板堆石壩典型斷面進(jìn)行計(jì)算，堆石體完全透水，不考慮面板作用。壩料計(jì)算參數(shù)依據(jù)堆石壩石料試驗(yàn)成果整理而成。表2            壩坡穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)壩料名稱(t/m3)s(t/m3)強(qiáng)度指標(biāo)(度)(度)1墊層料2.242.4255.1013.522過(guò)

12、渡料2.182.3854.5112.293堆石料2.162.3851.6710.954上游圍堰2.162.3851.6710.955堆石料(軟巖)2.162.3851.6710.956基  巖2.452.50700 表3            壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果序  號(hào)計(jì)  算      2007-04-29       

13、0;工  況安全系數(shù)允許安全系數(shù)1正常運(yùn)行期下游壩坡1.7591.302正常運(yùn)行期下游壩坡7度地震1.6281.20  圖4      正常運(yùn)行期7度地震下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖     4.2壩體應(yīng)力和變形分析 計(jì)算應(yīng)用軟件為清華大學(xué)編制的土石壩計(jì)算程序“EFESD”，計(jì)算模型采用E-B模型。壩料計(jì)算參數(shù)依據(jù)堆石壩石料試驗(yàn)成果整理而成。計(jì)算過(guò)程分竣工期及正常運(yùn)行期。計(jì)算最終結(jié)果匯總于表4，詳細(xì)成果參見(jiàn)壩體應(yīng)力位移等值線圖。表4   

14、60;     壩體應(yīng)力和變形計(jì)算成果工況壩體位移最大值（m）堆石體應(yīng)力最大值（MPa）水平位移豎直沉降大主應(yīng)力小主應(yīng)力竣工期-0.13(向上游)0.33(向下游)0.801.950.70運(yùn)行期-0.08(向上游)0.34(向下游)0.802.000.70 從壩體位移等值線圖可以看出，壩體的變形符合一般規(guī)律。由于上游圍堰與壩體結(jié)合部分先期填筑，壩軸線兩側(cè)并不呈對(duì)稱分布，向下游側(cè)變形大一點(diǎn)，最大值位于下游側(cè)壩殼1/3    2007-04-29        壩高處。從壩體應(yīng)力等值線圖中可以看出，主應(yīng)