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水库混凝土重力坝设计及其稳定性计算分析

更新时间:2009-03-28

1 工程概况

窄冲水库所处坝址的河谷为“U”型横向谷,底宽80-90m,在正常蓄水位1220m时,河谷宽205.2m,宽高比3.31。河床高程1158-1160m,河床及两岸阶地冲洪积-6.3m,且有泥岩夹层发育。经勘查分析确定,坝基弱风化岩体以AⅢ2类为主夹CⅣ类。为此,工程建设人员综合坝址地形地质条件,确定碾压混凝土重力坝作为坝型。因工程项目所处的施工环境复杂且施工内容众多,相关建设人员应在明确水库混凝土重力坝设计目标的情况下,着手进行稳定性计算,以使水库混凝土重力坝的作用效果充分发挥出来。

2 水库混凝土重力坝设计使用目标

以水库混凝土重力坝的挡水建筑物设计为例,其主要对坝体构造与边坡及坝基处理进行了要求。

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2.1 坝体构造

2.1.1 坝顶结构

大坝坝身设11条横缝,将坝体分为12个坝段,横缝上游设置两道铜片止水,缝内安装重复灌浆系统,下游设一道铜片止水。

OTU的另一个创新性的应用是双向交叉口,货物除了可以直线传输之外,还可以通过交叉口从一条运输线上切换到平行的另一条运输线,它紧凑的传输速度完全允许在第一条运输线上安装第二条运输线。

坝体材料主要为C9015三级配碾压混凝土;根据防渗需要,上游迎水面采用C9020二级配变态混凝土,厚度为0.5m,顶厚2.0m,底厚8.865m;坝顶为0.25m厚的C20常态混凝土;垫层混凝土厚1.5m的C2820二级配常态混凝土。

坝顶高程为1223.35m,长227.269m,宽8m,溢洪道处设人行交通桥,交通桥宽为8.0m,为保证人行安全,坝顶上下游面均设栏杆,左岸坝顶与上坝公路相连接[1]

大坝为中高坝,考虑设横缝,不设纵缝。大坝坝身设9条横缝,将坝体分为9个坝段,坝段长度分别为6m、9m、12.5m不等,横缝上游设置两道铜片止水,下游设一道铜片止水。

坝内灌浆布置在大坝底部,分上下两层,其断面形式为城门洞形,净空尺寸为3.0m×3.5m,下层灌浆平硐高程为1160.30m,上层灌浆平硐高程为1194.8m,两层之间设置φ100mm钻孔排水管,排距4m,于坝体内廊道相连接,灌浆廊道采用C9015三级配变态混凝土衬砌。两岸灌浆平硐为城门洞形,净空尺寸为3.0m×3.5m,左岸灌浆廊道长161.721m,右岸灌浆廊道长84.031m。防渗帷幕有效进尺为14220m,无效进尺3000m。

对于大坝建基面的设计确定,主要根据坝高及坝基岩体质量,并考虑溶蚀裂隙及风化情况,经地质钻孔分析建基面高程确定为1143.70m。

基坑上游侧按层面放坡,对坝基岩体及下游抗力岩体进行固结灌浆和锚固等加固处理,以提高岩体完整性。由于左、右坝肩开挖后,在两肩采取相应的支付处理措施,本次设计采取φ22(L=4m,间排距3m)梅花型布置的锚杆结合挂网及C20混凝土喷护的联合支护方式处理。

2.1.3 坝内灌浆廊道及灌浆平硐

2.1.2 坝体材料

2.2 边坡及坝基处理设计

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左、右坝肩应嵌入弱风化岩体,对于局部破碎岩体及溶蚀风化囊等应做固结灌浆处理。

2.1.4 分缝止水

开挖边坡弱风化基岩1∶0.5,强风化基岩1∶0.75,土质边坡及其河床沙砾石层边坡1∶1.25。为此,工程建设人员应锚、网以及喷等联合施工方法进行边坡结构的开挖处理。对于坝基开挖施工揭露的软弱夹层或是岩溶发育位置,坝基设计人员应采用局部深挖回填混凝土的方式,来进行优化控制。此外,坝肩与陡坡的相接处,应进行灌浆处理,以提高其作用于实践工程的安全稳定性。

3 水库混凝土重力坝稳定性计算分析

水库混凝土重力坝的稳定性计算主要集中在大坝应力与稳定性分析。具体来说,相关人员应根据《碾压混凝土坝设计规范》(SL314-2004)要求,将碾压混凝土重力坝坝体结构的抗滑稳定性分析内容确定为:沿坝基面、碾压层面以及基础深层滑动面的抗滑稳定分析。对于坝体的应力计算,应采用材料力学法计算,即依照《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005)的要求,在各种荷载组合下,坝基面垂直正应力小于碾压混凝土容许压应力和地基的容许承载力。经分析,坝基面最小垂直正应力为压应力,坝体最大主应力应小于碾压混凝土容许压应力。坝段应力计算成果如表1所示。

 

1 坝段应力计算成果表

  

坝段计算层面计算工况上游侧正应力/MPa下游侧正应力/MPa溢流坝段沿垫层与坝基接触面基本组合10.3711.299基本组合20.2781.232特殊组合0.261.293非溢流坝段沿垫层与坝基接触面基本组合10.4441.802基本组合20.3211.708特殊组合0.2961.741

查《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005,C9015三级配碾压混凝土强度标准值为13.5 MPa,混凝土的允许应力应按混凝土的极限强度除以相应的安全系数确定。坝体混凝土抗压安全系数,基本组合应≥4.0;特殊组合应≥3.5。因此C9015三级配碾压混凝土许压应力为3.375-3.857MPa,地基最小容许承载力3.0MPa,由上表计算成果可知应力计算成果满足规范要求。

此外,根据地质勘探结论,岩层倾下游,倾角4°-5°,坝址处有倾向下游的缓倾结构面发育等不良地质现象,经分析本工程应该算岩层层面抗滑稳定计算。坝段稳定计算成果如表2所示。

The Analysis of the formation mechanism of the landslide in the southen plateau of Jingyang County ZHANG Qin-hua ZHANG Hua-xun ZHANG Zhi-pei(3)

 

2 坝段稳定计算成果表

  

坝段计算层面计算工况抗剪断安全系数K′参数取值溢流坝段沿垫层与坝基接触面沿碾压层(缝)面沿岩层层面基本组合13.62基本组合23.467特殊组合3.474基本组合13.279基本组合23.142特殊组合3.153基本组合13.075基本组合23.0特殊组合2.892f'=0.8c'=0.7MPaf'=0.78c'=0.63MPaf'=0.775 , f'=0.575 ,c'=0.25MPa ,c'=0.675MPa非溢流坝段沿垫层与坝基接触面沿碾压层(缝)面沿岩层层面基本组合13.347基本组合23.119特殊组合3.065基本组合13.279基本组合23.081特殊组合3.029基本组合13.167基本组合23.004特殊组合2.940f'=0.8c'=0.7MPaf'=0.78c'=0.63MPaf'=0.775 , f'=0.575 ,c'=0.25MPa ,c'=0.675MPa

从计算成果可知,基本组合情况K′>3.0,特殊组合情况>2.5,故坝体抗滑稳定满足规范要求。

4 结 语

综上所述,水库混凝土重力坝挡水建筑物的设计控制,具有一定科学合理性,即能够满足坝体构造与边坡及坝基处理安全稳定效果。这从应力计算结构与稳定性计算结果可以看出,故,研究人员应将上述原酒成果更多地作用于实践,以促进工程所处地区的经济发展水平。

参考文献:

[1]张宇.水库混凝土重力坝方案及抗滑稳定性的研究[J].陕西水利,2017(S1):210-217.

 
潘燕
《黑龙江水利科技》 2018年第04期
《黑龙江水利科技》2018年第04期文献

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