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    新疆狭窄河谷混凝土面板堆石坝设计.pdf

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    新疆狭窄河谷混凝土面板堆石坝设计.pdf

    38 王恩辉.新疆狭窄河谷混凝土面板堆石坝设计 文章编号1006--2610201501__0038o4 新疆狭窄河谷混凝土面板堆石坝设计 王恩辉 新疆水利水电勘测设计研究院,乌鲁木齐830000 摘要新疆某狭窄河谷混凝土面板堆石坝,最大坝高106 m,坝长141.3 m,宽高比1.3,坝址区地处河流出山口峡 谷河段,河床宽度816 m。为改善不良地形地质缺陷,本工程借鉴和吸收了国内外已建面板坝的成功经验,采用 了高址墙、贴坡趾板、设置特殊碾压区等筑坝技术,并将上游围堰与混凝土面板堆石坝坝体相结合,取得了显著的 经济效益。 关键词狭窄河谷;混凝土面板堆石坝;高趾墙;特殊碾压区 中图分类号TV641.4 3 文献标识码A DOI10.3969/j.issn.10062610.2015.01.010 Design of Concrete Face Rockfill Dam in Narrow Valley WA G En-hui Xinjiang Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute,Urumqi 830000,China AbstractIn a narrow valley in Xinjiang,one CFRD is 106 m hJ gh at maximum,141.3 m long and its ratio of width to height is 1.3,The dam is seated at the valley outlet where the river valley is narrow and the riverbed is 816 m wide.To improve the unfavorable geological and topographical conditions,the project borrows the successful experience in design of CFRD at home and abroad,the dam building technol ogy such as high water retaining wall,slope plinth and provision of special compaction zone,etc is applied.Furthermore,the upstream cof- ferdam and the CFRD body are integrated.Accordingly,the outstanding econolTlic benefit is achieved. Key wordsnarrow valley;CFRD;high retaining wall;special compaction zone 1 工程概况 1.1工程简介 新疆某狭窄河谷混凝土面板堆石坝位于河流出 山口的峡谷河段,地域气候夏季较湿润、温和、降雨 丰沛,冬季寒冷,积雪较深,极端最高气温34.4℃, 极端最低气温一38.5℃。电站坝址以上流域面积 2 364 km ,多年平均径流量为14.4110 m ,电站 正常蓄水位1 930 m,正常库容1.29810 m ,为不 完全年调节水库,电站装机110 MW,多年平均发电 量3.615亿kWh。最大坝高106 m,坝长141.3 m, 宽高比1.3,属大2型工程,大坝为1级建筑物。 坝址区50年超越概率10%的A区峰值加速度为 收稿日期201407-01 作者简介王恩辉1980一,男,湖北省沧州市人,工程师,从事 水利水电工程的设计工作. 0.193g,B区峰值加速度为0.216g,确定坝址区地 震基本烈度为Ⅷ度。 1.2地形、地质条件 本工程坝址区位于河流出山口的峡谷河段,河 谷呈基本对称“V”形,左岸山体雄厚,岸坡较陡,坡 度多在4O。~80。,局部为陡坎,基岩裸露,山顶高程 1 915.O0~1 936.O0 m;右岸山体高陡,坡度多在 50。一85。,局部近直立,基岩裸露,山顶高程 1 965.00~1 970.00 m。坝址现代河床宽8~16 nq, 正常水位1 930.00 m高程处,谷宽约116 m。 坝址区两岸基岩裸露,岩性为黑云母花岗岩。 岸坡无大的断层发育,节理裂隙较发育。左岸对坝 肩稳定有影响的节理裂隙相互切割使岩体呈块状, 在高程1 860.O0 m以上形成不稳定体BT1。右岸 对坝肩稳定有影响的节理裂隙,使右岸岩体呈次块 状~块状,尤其是倾向坡外的3组缓倾角节理裂隙 对右坝肩的稳定影响较大,并且这3组缓倾角节理 王恩辉.新疆狭窄河谷混凝土面板堆石坝设计 程1 860.0 m以下沿趾墙上游面设置2.0厚铺盖 料,增强趾墙结构缝的止水效果。 2上游盖重区位于上游铺盖区上游,顶高程 1 873.O0 m,顶宽10.0 ITI,在1 860.00 m高程设置 一平台,平台宽度27.72 1TI,再采用12.5的坡度 与截流堤上游边坡相连。该部位属于上游围堰的一 部分,为趾墙的上游支撑结构,采用坝体主堆石区料 源填筑,填筑要求同主堆石区。 3垫层设于面板下游,水平宽度3 m,垫层 料要求D≤80 mm,小于5 mm的颗粒含量为35% ~55%,小于0.075 mm的颗粒含量宜少于8%,渗 透系数控制在10~~10~cm/s。 4过渡层设于垫层下游,水平宽度3 m,过 渡选料要求D≤150 mm,小于5 mm的含量为 30%~50%,小于0.1 mm含量8%,渗透系数控制 在10~~10~cm/s。 5主堆石区位于垫层下游,是面板的主要支 撑结构。顶高程l 932.00 m,底部位于坝基;采用C2 料场的砂砾料,小于5 mm的含量为30%~50%,含 泥量小于5%。渗透系数控制在10~~10~cm/s。 6下游次堆石区即建筑物开挖即有用料,采 用建筑物爆破开挖所得的新鲜或弱分化石料。 2.4岸坡设计 由于坝区河谷狭窄,边坡较陡,为了改善坝体与 陡岸坡的连接,采取了以下措施 1设置贴坡趾板,为减少岸坡石方开挖量,岸 坡趾板设置了“L”形贴坡趾板,趾板水平宽度3.5 m,然后采用向上游开挖坡进行贴坡浇筑余下的趾 板宽度。趾板总宽度按地基允许渗透比降和施工灌 浆要求确定。 2设特别碾压区,以提高接触带的压实密度 和变形模量,减少堆石滑移,即使坝料沿岸坡滑移后 也不易出现空隙。特别碾压区填筑层厚40 em,宽 50~40 ITI。 3趾板水平及贴坡段均设置锚杆和基岩连 接。 4为保证止水的有效性,除设置周边缝止水 外,在贴坡趾板的顶部与岩石接触部位增设1道止 水,设置GBW止水,并涂刷2 mm厚聚脲。 2.5防渗结构 1混凝土面板垂直缝 本工程由于河谷狭窄,坝体填筑料因岸坡陡峭, 将产生垂河向位移变形,造成岸坡面板结构缝多为 张性缝,对河谷中心面板结构缝产生巨大挤压应力, 可能造成河谷面板结构缝发生积压破坏。故在岸坡 与河谷接触部位面板垂直缝中设置闭孔塑料板,协 调坝体挤压变形,另外面板垂直缝均设2道止水,即 底部铜片止水,顶部填充料止水,同时为防止冬季冰 力对顶止水膨胀螺栓的破坏,在水位变化区部位采 用沉头螺栓,水位变化区以下部分采用普通螺栓,螺 栓间距为25 elTl。 2周边缝 由于本工程1 860.00 1TI高程以下采用高趾墙 型式,所以本工程周边缝起始高程为1 860.00 1TI,周 边缝实际作用水头70 in,设置2道止水。同时考虑 到本工程坝体设防烈度达8度,为确保强震情况下 周边缝仍能有效止水,铜片安置在PVC垫片上,垫 片则铺设在砂垫块上,砂垫块坐落在垫层特别级配 区,顶部止水为“GB”填料,其上以具有一定强度和 柔性的薄层覆盖保护,缝内以沥青杉木板填充,板厚 25 mm,与周边缝等宽。 3防浪墙与面板的接缝 鉴于沟后水库因未重视防浪墙与面板的接缝止 水设计而导致垮坝,考虑到本工程位于8度震区,地 震工况下势必造成较大的防浪墙变位和较高的涌 浪,为确保任何工况下均不致因库水通过进入坝体, 从而危及坝体安全,防浪墙与面板的接缝设置1道 底部铜片止水和1道顶部柔性填料止水。 为避免防浪墙因温度应力或坝体不均匀沉降而 产生裂缝,沿其长度方向每隔9 m设1道变形缝,变 形缝位置应同面板接缝错开,缝内设1道橡胶止水 带。 3面板坝应力应变分析 本工程对混凝土面板砂砾石坝进行了三维有限 元静力应力应变和动力响应计算分析。静力分析中 坝体填筑料采用邓肯一张Ducan-ChangE-B非线 性模型模拟,混凝土采用线弹性模型模拟,混凝土防 渗墙与地基土的接触面采用薄层接触面单元模拟; 动力计算中采用等效线性总应力法进行分析。计算 结果如下 1坝体在自重作用下的沉降量最大为24 cm,坝体的变形在坝高的1%以内,而且蓄水后引起 的坝体变形也不大,面板的挠度最大为8 cm,坝体 西北水电2015年第1期 41 的最大沉降为25 cm。从应力水平分布来看,除两 岸局部地形陡变部位外,无论竣工期还是蓄水期,坝 体绝大部分区域的应力水平总体上较小。 2面板顺坡向应力在中上部以压应力为主, 在面板的下部以及周边出现一定数值的拉应力,拉 应力最大值为3 MPa。面板的水平向应力在中部坝 段出现压应力,两岸坝肩的坝段出现拉应力区,尤其 在左岸陡坡部位面板的拉应力最大值2 MPa。 3面板竖缝在河谷中间部位表现为压缩,在 两岸坝段表现为张开。面板周边缝的沉陷变形不 大,张开变形较大,在左岸陡坡部位的周边缝张开量 12.1 mm。 4竣工期,在土压力作用下,高趾墙向上游变 形,量值约0.6 cm;高趾墙的压应力最大约为3 MPa,发生在墙踺部位,基本没有拉应力。蓄水期, 由于水压力的作用,高趾墙发生向下游的变形,量值 约3.5 cm;在墙趾部位产生8 MPa的压应力,在墙 踵部位产生约3 MPa的拉应力。高趾墙与连接板间 的缝、连接板与趾板间的缝、趾板与面板间的缝都呈 压缩状态。说明这种结构形式的防渗是安全的。 5在5O年超越概率10%的设计地震波输入 下,坝顶顺河向加速度峰值约为7.3 m/s ,放大系数 约为3.2,竖向加速度峰值约为3.5 m/s ,放大系数 约为2.3。坝体的残余变形较大,最大沉降量在16 em左右,最大顺河向位移8 em。震后面板发生残 余变形,最大挠度达到14 cm,面板两岸的竖缝及周 边缝张开,最大张开值9 mm。 4结语 根据国内外面板坝工程的实践,结合本工程计 算结果,可以得出如下结论 1将上游围堰建成一座刚性混凝土心墙坝, 围堰堰体和防渗体按大坝主体工程的要求进行设计 和施工,不仅优化了枢纽布置,提高了工程的度汛安 全度,同时减少了高陡边坡趾板布置的难度和面板 向上游河床延伸的长度。 2岸坡设计中,应采取综合处理措施,降低工 程施工难度,确保坝体与陡边坡的连接质量,减少坝 体轴向位移。 3狭窄河谷受岸坡约束影响,坝料三维拱效 应显著。需有效划分填筑分区和提高坝料填筑要 求,是工程质量的关键。 参考文献 [1]曹克明,汪易森,徐建军,等.混凝土面板堆石坝[M].北京中 国水利水电出版社,2008. [2]关志诚.混凝土面板堆石坝筑坝技术与研究[M].北京中国 水利水电出版社,2005. [3] 王君利,吴曾谋,陆希.黄河公伯峡水电站混凝土面板堆石坝 工程特点[J].西北水电,2005,13033. [4] 雷艳,王康柱,蔡新合.积石峡水电站混凝土面板堆石坝坝体 分区优化设计及坝料调整[J].西北水电,2011,219-23. [5] 陆希,安盛勋,陈念水,等.公伯峡面板堆石坝右岸高趾墙设计 [J].水力发电,2004,3083840. [6] 朱晟,王继敏.建造在狭窄河谷上的高混凝土面板堆石坝[J]. 红水河,2004,2348184. [7] 万里,罗永祥,黄刚,范建朋.马来西亚巴贡混凝土面板堆石坝 面板抗挤压破坏措施探讨『J].西北水电,2007,43739. 欢迎订阅西北水电期刊 西北水电期刊系中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司主办的技术性双月刊。1982年创刊,国内外公开发行。 西北水电期刊为陕西省优秀科技期刊;中国学术期刊综合评价数据库来源期刊;中国科技论文统计源期刊;中国科学引文 数据库来源期刊;中国学术期刊光盘版人编期刊;北极星网站入网期刊;万方数据数字化期刊群入网期刊;中国水利水电 文摘入编期刊。 西北水电期刊以推动西北地区水利水电科技进步为宗旨,主要刊登有关大、中型水利水电工程的科技论文,设置有水 文与水资源、地质与勘测、水工与施工、机电与金属结构、计算机技术、科研与试验、专题研究、工程监理、经营与管理等栏目。 本刊每期在2、4、6、8、10、12月末出版,大16开,彩色封面装帧,电脑照排,印刷精美。2015年每期订价6.O0元,全年36元包 括邮寄费。欢迎在当地邮局征订邮发代号52130,也可直接与本刊编辑部联系订阅。 ★ 邮局汇款 地址 陕西省西安市电子工业园区丈八东路18号 单位 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司西北水电编辑部 邮编710065 电话 02988280709,62310709 88280712,62310712 88290366,62320366 联系人王燕姜东琳魏娟莉

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