白羊水電站砼面板堆石壩抗震設計

陳知淵1 肖鈺2

1.浙江省水利水電勘測設計院 杭州 310002

摘要：本文主要介紹四川省白草河干流（松潘境內(nèi)）梯級一級白羊水電站砼面板堆石壩抗震設計方法，可供地震區(qū)類似工程設計參考。

關鍵詞：水電站；砼面板堆石壩；抗震設計

1 工程概況

白草河干流（松潘境內(nèi)）梯級一級白羊水電站位于阿壩藏族羌族自治州松潘縣境內(nèi)，壩址地處會龍橋匯合口下游的白草河干流上，距北川縣縣城約78km。白草河干流（松潘境內(nèi)）梯級一級白羊水電站工程任務為發(fā)電，兼顧下游生態(tài)用水。工程主要建筑物有攔河壩、泄洪洞、左右岸排沙洞、發(fā)電引水建筑物、發(fā)電廠房和升壓站等。

2 工程等別和洪水標準

白羊水電站壩址以上集水面積914km2，水庫校核洪水位1227.97m，總庫容1941萬m3，水庫正常蓄水位1225.00m，電站裝機容量30MW，工程等別為Ⅲ等，水庫為中型水庫，電站為?。?）型電站。

主要建筑物攔河壩為2級建筑物，泄水建筑物、排沙（放水）建筑物、發(fā)電引水建筑物、發(fā)電廠及升壓站為3級建筑物。

主要水工建筑物砼面板堆石壩、泄洪洞、左岸排沙洞、右岸排沙洞以及發(fā)電引水建筑物進水口按100年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核；發(fā)電引水建筑物（除進水口外）、發(fā)電廠與升壓站按50年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核；消能防沖洪水重現(xiàn)期為30年一遇。

3 攔河壩地基特性和參數(shù)

3.1 攔河壩壩體地基特性及設計參數(shù)

壩體覆蓋層為第四系全新統(tǒng)的殘坡積層、崩坡積、崩積和沖洪積堆積物?；鶐r以絹云英千枚巖夾結晶灰?guī)r為主，局部為結晶灰?guī)r夾絹云英千枚巖，千枚巖具千枚狀構造，千枚理發(fā)育，遇水易軟化；結晶灰?guī)r致密堅硬。壩址區(qū)未見區(qū)域性斷層通過，其構造形式主要表現(xiàn)為層間擠壓帶及節(jié)理裂隙。壩址左岸發(fā)育f1斷層，由壓碎巖、石英脈、斷層泥組成，寬15cm～25cm。PB1破碎帶內(nèi)巖石為炭質(zhì)絹云英千枚巖，經(jīng)壩址左岸埡口斜穿河床，至右岸后向下游延伸，規(guī)模較大，傾角較陡，約60°～90°，寬度約5.0m～10.0m。壩軸線上游右岸陡崖發(fā)育四組卸荷裂隙L1、L2、L3、L4，表部張開寬10cm～20cm，至深部閉合，深約10.0m～15.0m。在右岸岸坡以內(nèi)11.0m處發(fā)育L5，寬度5cm～20cm，頂部張開，至底部逐漸閉合，延伸長，鐵錳質(zhì)渲染。

主堆石區(qū)應清除上部覆蓋層及松動巖石后，對延伸長、寬度大影響岸坡穩(wěn)定的卸荷裂隙進行挖除，對岸坡穩(wěn)定不起控制作用的卸荷裂隙作好砼回填后，可作為壩殼地基。次堆石區(qū)可清除上部松散覆蓋層，利用較密實的含碎石粉質(zhì)粘土層作為壩殼地基。對壩殼地基范圍內(nèi)的勘探平硐應作回填處理后方可建基。

3.2 趾板地基特性及設計參數(shù)

趾板覆蓋層為第四系全新統(tǒng)的殘坡積，基巖為含炭質(zhì)絹云英千枚巖、絹云英千枚巖夾結晶灰?guī)r，高程1183.00m以下為結晶灰?guī)r夾含炭質(zhì)絹云英千枚巖，具千枚狀構造，千枚理發(fā)育，遇水易軟化，結晶灰?guī)r致密堅硬。建議趾板設置在微風化巖石上。建議按0.3～0.5的允許坡降對擠壓破碎帶進行工程處理，對通過趾板左岸的擠壓帶及右岸裂隙部位進行開挖回填砼塞。對趾板地基進行固結灌漿處理。

河床及兩岸壩肩均存在透水帶，兩岸地下水位低于正常蓄水位，存在壩基及繞壩滲漏問題。防滲帷幕下限按深入相對不透水層（q≤1Lu）以下5.0m～10.0m控制。建議防滲帷幕沿趾板線布置外，兩岸適當向山體內(nèi)延伸。

4 地震設防烈度和工程抗震設防類別

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），本區(qū)地震動反應譜特征周期為0.4s（按中硬場地考慮），地震動峰值加速度為0.20g（相當于地震基本烈度8度）。

根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》（SL203-97），本工程攔河壩為2級建筑物，工程抗震設防類別為乙類；泄水建筑物、排沙（放水）建筑物、發(fā)電引水建筑物、發(fā)電廠及升壓站為3級建筑物，工程抗震設防類別為丙類。

5 攔河壩結構設計

砼面板堆石壩壩頂寬度為6.00m，壩頂高程為1228.50m，最低壩基趾板底高程為1148.00m，相應最大壩高80.50m，壩頂長度206.00m，上游邊坡為1：1.5，下游邊坡為1：2.0，在高程1210.00m、高程1190.00m、高程1170.00m處各設一級馬道，馬道寬度為2m。壩體分區(qū)填筑，分層碾壓，自上游至下游依次分為9個主要填筑區(qū)：墊層區(qū)、過渡層區(qū)、壩頂靜碾?yún)^(qū)、主堆石區(qū)、千枚巖區(qū)、排水區(qū)、下游堆石區(qū)、下游護坡區(qū)和灰?guī)r料濾水壩址區(qū)，另在面板周邊縫附近設置特殊墊層區(qū)，大壩下游壩面為干砌塊石護坡，高程1157.50m以下下游壩面外側為灰?guī)r料濾水壩址區(qū)。壩體堆石料主要為灰?guī)r和千枚巖。

壩基以絹云英千枚巖夾結晶灰?guī)r為主，局部為結晶灰?guī)r夾絹云英千枚巖，趾板建基面為堅硬、不沖蝕和可灌漿的基巖，趾板基礎必須開挖到弱風化基巖。趾板基礎進行固結和帷幕灌漿，固結灌漿孔為兩排，排距2.5m、孔距為3.0m，建基面以下孔深5.0m；防滲帷幕孔一排，帷幕孔距2m，孔深要求深入相對不透水層（透水率≤1lu）以下5.0m～10m，帷幕左岸延伸到正常蓄水位與相對不透水層線相交處，右岸與泄洪洞帷幕相接。

6 攔河壩穩(wěn)定分析

6.1 計算方法

本工程攔河壩壩型為砼面板堆石壩，最大壩高為80.50m，壩基為基巖以絹云英千枚巖夾結晶灰?guī)r為主，局部為結晶灰?guī)r夾絹云英千枚巖，不存在可液化土，因此采用擬靜力法進行抗震穩(wěn)定計算。

攔河壩抗滑穩(wěn)定計算選取大壩最大斷面（樁號壩0+105.000m）進行計算，分別采用不計及條塊間作用力的瑞典圓弧法和計及條塊間作用力的簡化畢肖普法進行計算

6.2 計算工況

因一級白羊電站攔河壩的設計洪水位低于正常蓄水位，因此不計算設計洪水位的工況。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）規(guī)定，本工程攔河壩上下游壩坡穩(wěn)定計算時選取以下三種設計條件、六種工況進行復核計算：

1）正常運用條件

工況一：正常蓄水位下穩(wěn)定滲流期背水坡穩(wěn)定計算；

工況二：正常蓄水位驟降至泄洪洞堰頂高程1211.00m時迎水坡穩(wěn)定計算；

工況三：正常蓄水位降落至發(fā)電死水位1200.00m時迎水坡穩(wěn)定計算。

2）非常運用條件Ⅰ

工況四：校核洪水位背水坡穩(wěn)定計算；

工況五：校核洪水位驟降至泄洪洞堰頂高程1211.00m時時迎水坡穩(wěn)定計算。

3）非常運用條件Ⅱ：

工況六：正常蓄水位遭遇地震時背水坡穩(wěn)定計算。

6.3 計算參數(shù)

各材料的物理和力學參數(shù)詳見表1。

表1 抗滑穩(wěn)定計算土體物理、力學指標表

物理力學指標

土層名稱 濕容重

（kN/m3） 抗 剪 強 度

C（kPa） φ（°）

砼面板、趾板、防浪墻、擋墻 25.0 500 0

2A墊層區(qū)、3A過渡層區(qū)、

2B特殊墊層區(qū)、3A1壩頂靜碾?yún)^(qū) 21.5 0 43

3B灰?guī)r料主堆石區(qū)、3G排水區(qū)、

3C灰?guī)r料次堆石區(qū)、3D干砌塊石護坡區(qū) 20.6 0 40

3B1千枚巖區(qū) 19.4 0 36

碾壓堆石體 24.0 0 40

6.4 計算成果

復核計算結果見表2。

表2 攔河壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)復核計算成果表

設計條件 工 況 瑞典圓弧法

（不計及條塊間作用力） 簡化畢肖普法

（計及條塊間作用力）

背水坡 迎水坡 規(guī)范允許值 背水坡 迎水坡 規(guī)范允許值

正常運用

條件 工況一 1.577 / 1.242 1.643 / 1.350

工況二 / 1.318 / 1.418

工況三 / 1.258 / 1.365

非常運用

條件Ⅰ 工況四 1.565 / 1.150 1.627 / 1.250

工況五 / 1.305 / 1.389

非常運用

條件Ⅱ 工況六 1.310 / 1.058 1.362 / 1.150

由計算結果可知，攔河壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

7 結語

以上通過對白羊水電站攔河壩進行穩(wěn)定分析，簡要介紹了在地震區(qū)砼面板堆石壩的抗震設計方法，可供地震區(qū)類似工程設計參考。