擦耳巖水庫重力壩設(shè)計(jì)特點(diǎn)

孔令梅+馬富強(qiáng)

摘 要：擦耳巖水庫壩址區(qū)河谷橫向谷，采用重力壩樞紐布置方案。該壩地基巖體軟硬相間，泥巖軟弱夾層控制了壩基穩(wěn)定，壩體結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)處理上采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念，設(shè)置梯型砼塞，很好的適應(yīng)地質(zhì)特點(diǎn)，以供同行借鑒。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：重力壩 復(fù)雜地基 碾壓砼 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.項(xiàng)目概況

平塘縣擦耳巖水庫的主要任務(wù)是以縣城防洪、供水為主，兼顧發(fā)電。擦耳巖水庫推薦壩型為碾壓砼重力壩，最大壩高50.7m，正常蓄水位744.00m，相應(yīng)庫容2849萬m3，總庫容3740萬m3，工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模屬中型。樞紐區(qū)大壩、溢洪道、泄洪兼沖砂底孔、發(fā)電取水口及引水管等主要建筑物級別為3級；供水工程輸水、發(fā)電廠房等建筑物級別為4級，其他臨時(shí)建筑物級別為5級。電站裝機(jī)容量5MW。大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年。

該水庫樞紐布置：碾壓砼重力壩+壩身泄洪表孔+壩身泄洪底孔+左岸供水取水系統(tǒng)+右岸發(fā)電取水系統(tǒng)+右岸壩后式電站。

大壩為碾壓砼重力壩，壩頂高程748.7m，最大壩高50.7m，壩頂長度203.50m；泄洪壩段布置在壩縱0+111.00m～壩縱0+153.5m，為3孔溢流表孔+2孔泄洪底孔并排布置。取水系統(tǒng)布置于大壩左岸，引水發(fā)電系統(tǒng)及廠房布置于右岸，樞紐平面布置如圖1所示。

2.地形地質(zhì)條件

壩址區(qū)河谷總體結(jié)構(gòu)為橫向谷。河段相對較順直、平緩，河谷為不對稱的“V”型谷，壩址位于馬蹄巖向斜核部，無區(qū)域性斷層通過，主要構(gòu)造為褶皺及節(jié)理裂隙，主要發(fā)育的裂隙有四組：①N45°W/NE∠60～65°，壩址左岸壩肩，與河流斜交；后期卸荷張開10～30cm。②N40°E/SE∠50-80°，壩址左岸，走向與河流斜交，交角15°左右，后期卸荷張開0.2～5cm。③N20°E/NW∠56°壩址右岸與河流近平行；后期卸荷張開0.3～3cm。④N65°E/直立，壩址右岸與河流斜交，微張，貫穿性好。壩址右岸及河床基巖主要由三疊系下統(tǒng)羅樓組（T1L1-2）薄層灰?guī)r夾泥巖組成，左岸基巖則由三疊系下統(tǒng)羅樓組（T1L2）泥灰?guī)r組成，兩岸巖性不對稱，泥質(zhì)巖夾層易軟化屬軟質(zhì)巖層，泥灰?guī)r屬較軟巖類。總體上看，壩基屬軟硬相間巖體組成，工程地質(zhì)性質(zhì)較差，但巖層層面多呈閉合狀。

該工程場區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)普特征周期0.35s，確定擦耳巖水庫壩址區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。大壩設(shè)計(jì)可不進(jìn)行抗震計(jì)算。

3.結(jié)構(gòu)布置

3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

壩體斷面基本三角形的選定，是以建基面抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)下的作用效應(yīng)函數(shù)小于抗力函數(shù)要求為準(zhǔn)則，正常使用極限狀態(tài)下壩踵垂直應(yīng)力（計(jì)如揚(yáng)壓力）不出現(xiàn)拉應(yīng)力為控制條件，選用不同的上、下游壩坡為變量，以工程量最小為目標(biāo)函數(shù)，通過斷面優(yōu)化，選出最佳斷面。溢流壩段斷面，結(jié)合樞紐布置及水力學(xué)條件的要求，進(jìn)行了局部修正。確定的斷面如下：壩頂高程748.7m，寬度6m，上、下游壩面壩坡1：0.2、1：0.8，折坡點(diǎn)高程分別為718m、744m。河床部位最低建基面高程698m，壩體寬度51.1m，壩頂全長203.5m，共分7個(gè)壩段。為適應(yīng)地基特性，保證大壩的抗滑穩(wěn)定，大壩壩基設(shè)置了砼齒槽。

壩基受軟弱夾層控制，力學(xué)參數(shù)偏低，抗滑穩(wěn)定若按常規(guī)的重力壩水平建基面設(shè)計(jì)，即使下游達(dá)到1：0.8亦不能滿足要求，設(shè)計(jì)考慮壩基向上游傾斜、設(shè)置砼齒槽等多種方案優(yōu)選，最終選擇設(shè)置梯型砼齒槽的方案。大壩標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖2所示。

本工程重力壩壩高50.7m，考慮設(shè)置一層廊道，灌漿、排水、交通廊道合為一體，在706m高程處設(shè)置廊道，城門洞型2.5×3.0m，右岸通過斜廊道升至730 m高程，與壩后交通連接，通過右岸岸坡爬梯繼續(xù)延伸至壩頂。

3.2壩體材料

壩體材料選擇：防滲區(qū) C15二級配碾壓砼，大體積C15三級配碾壓砼。防滲層上游表面采用均厚0.5m的C20二級配變態(tài)砼，河床大壩底部設(shè)置1m厚的C15常態(tài)砼墊層。溢流壩段溢流部分采用C30抗沖耐磨砼。

4.大壩應(yīng)力穩(wěn)定計(jì)算

4.1壩體應(yīng)力分析

重力壩應(yīng)力計(jì)算用材料力學(xué)法進(jìn)行分析計(jì)算。該重力壩采用C15碾壓砼，容重24kN/m3，彈性模量為20GPa?；A(chǔ)跨越三段巖體：①薄層灰?guī)r夾少量泥巖（T1L1-1）：弱風(fēng)化巖體容重27kN/m3，彈性模量為7GPa，變形模量為5GPa，允許承載力2000 kPa；②弱風(fēng)化泥巖夾灰?guī)r（T1L1-2）：弱風(fēng)化巖體容重26.8kN/m3，彈性模量為5GPa，變形模量為3GPa，允許承載力1300 kPa；3）弱風(fēng)化泥灰?guī)r（T1L2）：弱風(fēng)化巖體容重26.5kN/m3，彈性模量為6GPa，變形模量為4GPa，允許承載力1500kPa。

根據(jù)應(yīng)力計(jì)算成果，壩基垂直正應(yīng)力均小于基巖的允許承載力，而且均未出現(xiàn)拉應(yīng)力。壩體各截面的應(yīng)力滿足砼的抗壓、抗拉強(qiáng)度要求。從而，大壩應(yīng)力指標(biāo)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4.2壩基抗滑穩(wěn)定分析

壩體抗滑穩(wěn)定分析采用剛體極限平衡法計(jì)算，本大壩采用抗剪斷原理進(jìn)行穩(wěn)定分析。壩基（肩）抗滑穩(wěn)定起控制性作用的主要結(jié)構(gòu)面是巖層面及裂隙。從結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀及其組合形態(tài)分析，因大壩壩基段巖層整體傾下游偏左岸，傾角31-36°左右。壩基可能的深層滑動(dòng)模式為：左壩段壩踵位置附近以N45°W/NE∠60～65°裂隙為下游拉脫面，壩體連同泥化夾層以上部分巖體將產(chǎn)生沿泥化夾層為上游拉脫面的雙滑面滑動(dòng)，壩基巖體存在深層滑動(dòng)問題。

壩基弱風(fēng)化巖體物理力學(xué)參數(shù)建議值：1）泥巖夾灰?guī)rT1L1-2，巖石/巖石f=0.35-0.50，c=0；混凝土/巖石f=0.3-0.5，c=0；裂隙面、層面f=0.22-0.4，c=0。2）泥灰?guī)rT1L2，f=0.35，c=；混凝土/巖石f=0.2，c=0；裂隙面、層面f=0.18，c=0。

壩基設(shè)置梯型砼齒槽參與抗滑，抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)考慮及砼塞組合的模式，按接觸面面積比進(jìn)行綜合參數(shù)取值，最不利抗滑的綜合抗剪斷參數(shù)為f=0.4，c=100kPa。

通過壩基特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，考慮綜合參數(shù)的最不利工況下，大壩非溢流壩段深層抗滑穩(wěn)定：基本組合、特殊組合的穩(wěn)定最小安全系數(shù)分別為3.105、3.426；溢流壩段深層抗滑穩(wěn)定：基本組合、特殊組合的穩(wěn)定最小安全系數(shù)分別為3.005、3.330，均滿足規(guī)范要求。

5.基礎(chǔ)處理

本工程基礎(chǔ)處理的重要任務(wù)是要建立良好的防滲帷幕，妥善處理裂隙面和泥質(zhì)灰?guī)r軟弱層，改善和加固壩基巖體整體性。建基面放在弱風(fēng)化巖體中下部，對于建基面上出露的裂隙面、局部破碎河泥質(zhì)灰?guī)r軟弱層等，考慮做梯型砼塞、排水和加大固結(jié)灌漿處理。壩基的防滲標(biāo)準(zhǔn)為3Lu，采用懸掛式防滲帷幕，單排孔距2.0m。壩基排水孔滲水引入廊道內(nèi)集中抽排至下游河床。

6.結(jié)語

該水庫壩址地質(zhì)條件比較復(fù)雜，采用碾壓砼重力壩設(shè)計(jì)方案，最大壩高50.7m。泥巖軟弱夾層控制了壩基穩(wěn)定，壩體結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)處理上采用了獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念，設(shè)置砼塞，很好的適應(yīng)了地質(zhì)特點(diǎn)。本文從大壩布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力計(jì)算、穩(wěn)定分析及壩基處理等方面，對復(fù)雜地基的重力壩設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了分析總結(jié)，僅供廣大同行參考借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮樹榮.重力壩穩(wěn)定性能和承載能力分析.中國電力出版社.

[2]陳誠，溫國利.重力壩設(shè)計(jì)與施工.中國水利水電出版社.