松林水庫堆石混凝土重力壩設計

吳思鵬

摘 要：近年來，隨著國家加大水利基礎設施投資，水利工程水源點基礎設施建設成為本次投入的重點之一。文章以松林水庫堆石混凝土為例，簡述適合該工程重力壩的設計要點，為堆石混凝土重力壩高壩設計提供參考。

關鍵詞：自密實混凝土；堆石混凝土；重力壩設計

中圖分類號：TV52 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）36-0077-02

Abstract： In recent years， with the increase of national investment in water infrastructure， water project water point infrastructure construction has become one of the focus of the investment. Taking the rockfill concrete of Songlin Reservoir as an exemplar， this paper briefly describes the key points of the design of the gravity dam suitable for the project， and provides reference for the design of the high gravity dam of the rock-fill concrete dam.

Keywords： self-compacting concrete； rockfill concrete； gravity dam design

1 工程概況

松林水庫位于云南省彝良縣金沙江三級支流松林河中上游河段上，地理坐標位于東經104°15'，北緯27°8'。是一座以灌溉、人畜飲水為主的中型水利工程。

水庫死水位1920.30m，死庫容128×104m3，正常水位1958.80m，正常蓄水位庫容1347×104m3，興利庫容1219×104m3，校核洪水位1960.43m，總庫容1470×104m3。

攔河壩為堆石混凝土重力壩，最大壩高90m，壩頂寬度為6.0m，壩軸線長度為230.00m。由溢流壩段、左、右岸非溢流壩段共十個壩段組成。

壩址出露地層為D2s中細粒長石石英砂巖，兩岸鉆孔揭露夾砂質泥巖，左、右岸壩基陡-峻坡地帶出露的巖石淺表部多強風化，厚度0.0～5.0m；河床地表基巖多裸露，多弱風化，為硬質石英砂巖，強度較高。左岸斜坡地帶多第四系崩坡積覆蓋，組成物分選性差，厚度變化大，厚度在較陡處較薄，坡腳地段較厚，結構松散，力學強度低，下伏弱風化基巖頂界埋深7.0～12.0m；右岸斜坡地帶多第四系殘坡積層覆蓋，鉆孔揭露厚約6.5m，力學強度低，弱風化基巖頂界埋深10～15m；弱～微風化石英巖屬硬質巖，抗風化能力強；兩岸巖體中的泥巖夾層屬軟質巖類，強度低，抗風化能力弱。

2 大壩布置

水庫大壩采用R90C15W6F50堆石混凝土填筑，壩頂寬度為6.0m，最大壩高90m，壩軸線長度為230.0m。由溢流壩段、左、右岸非溢流壩段、輸水孔壩段、泄洪沖沙孔壩段共十個壩段組成。

左岸非溢流壩段包含1#壩段、2#壩段，其中：1#壩段長31.6m，2#壩段長22.0m，右岸非溢流壩段包含5#～10#壩段，其中5#、6#壩段長均為22.0m，7#、8#、9#壩段長均為20.0m， 10#壩段長29.0m。上游壩面1926.00m高程以上為鉛直面，以下按1：0.15的坡比延伸至壩基面；下游壩面1953.70m高程以上為鉛直面，以下按1：0.78的坡比延伸至壩基面。

溢流壩段為3#壩段，共布置3孔，單孔寬為6.0m，設有3道6.0m×4.0m弧形工作閘門，配QH2×160kN卷揚式啟閉機各一臺，堰頂高程1955.50m，溢流堰為WES實用堰，定型設計水頭Hd=4.2m，溢流堰頭部為三圓弧曲線，堰頂下游為WES冪曲線，堰面曲線與壩下游坡相切，直線段坡比為1：0.78，直線下游側和一反弧段相接，圓弧半徑R=15.0m，圓弧段最低點高程1885.004m，反弧中心角77.05°，挑角25°，挑坎坎頂高程1886.40m。

泄洪沖沙底孔布置于河床4#非溢流壩段內，壩段長度為20.0m?？卓谛褪綖橛袎旱姆叫涂?，斷面尺寸4.0m×4.0m，底坡i=1：100，進口底板高程1885.00m。全長83.3m，由進口段、進口閘室段、孔身段、出口閘室段、挑流消能段組成，進口設一道4.0m×4.0m事故檢修閘門，配置一臺 QPG2×1250kN-80m啟閉機。出口設4.0m×3.0m-80m弧形工作門一道，配置QHSY-2000KN/600kN-80m液壓啟閉機一臺。消能段反弧圓弧半徑R=10.0m，反弧挑角為20°，挑坎坎頂高程1885.00m。

3 大壩設計

3.1 設計原則

堆石混凝土與常態(tài)混凝土基本性能是一致的，工作狀況也是相同的，故其設計方法也是相同的，壩體斷面由穩(wěn)定條件及應力條件確定，其控制標準執(zhí)行《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SL319-2005）的相關規(guī)定。

3.2 斷面設計

依據混凝土重力壩設計規(guī)范以及壩址地形地質條件，擬定有關各項應力和抗滑穩(wěn)定的約束條件，參考已建相似工程設計參數，擬定上、下游壩坡坡率約束條件，監(jiān)理目標函數的約束集，按動態(tài)規(guī)劃“逆序”求解法進行求解，最后得出滿足各部位、各層面的穩(wěn)定、應力條件的基本斷面。

經計算本工程大壩合理斷面為：壩頂寬度6m，河床建壩基面高程1871.2m，最大壩高90m，壩頂長度230m，下游壩坡在高程1953.70m高程以下為1：0.78，以上到壩頂為鉛直，上游壩坡在高程1926.00m以下為1：0.15，以上到壩頂為鉛直。

3.3 基礎處理

固結灌漿：大壩基礎座落于弱風化巖體。固結灌漿在壩基范圍布置，孔、排距按3～4m設計。壩軸線上游和卸荷裂隙帶固結灌漿孔深均為12m，其余壩基固結灌漿深為8m。固結灌漿總進尺17400m。

帷幕灌漿：大壩基礎及壩肩防滲采用帷幕灌漿，兩岸繞壩及壩基滲漏底界以3Lu為標準。河床壩基為雙排孔布置，孔距2.0m，排距1.0m；兩壩肩為單排孔設計，孔距2.0m。設計采用高壓孔口封閉法灌漿，最大設計灌漿壓力為3.5MPa。大壩帷幕軸線總長430.0m。帷幕灌漿總進尺20600m。

4 抗滑穩(wěn)定

壩體穩(wěn)定及應力計算主要依據《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SL319-2005）及《水工建筑物荷載設計規(guī)范》（DL5077-1997）的規(guī)定進行，設計斷面應滿足壩體及壩基的穩(wěn)定、應力和布置要求。選擇2#非溢流壩、3#溢流壩、4#非溢流壩、7#非溢流壩段典型壩段沿建基面進行了抗滑穩(wěn)定計算。

壩體抗滑穩(wěn)定采用抗剪斷強度和抗剪強度公式計算：

K′=

K=

式中：K′-按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數；f′-壩體混凝土與壩基巖接觸面抗剪斷摩察系數；C′-壩體混凝土與壩基巖接觸面抗剪斷粘聚力，kPa；A-壩基接觸面面積，m2；K-按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數；f-壩體混凝土與壩基巖接觸面抗剪摩察系數；？撞W-作用于壩體上全部荷載對滑動平面的法向分值，kN；？撞P-作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，kN。

大壩抗滑穩(wěn)定計算成果如表2。

計算結果顯示，壩體在各種荷載組合工況下，抗滑穩(wěn)定能滿足規(guī)范要求。

5 結束語

松林水庫工程大壩為國內在建堆石混凝土重力壩之最高壩（大壩高度90m），項目已按設計進行施工，目前大壩施工即將封頂，因此大壩抗?jié)B性能、溫度裂縫、層間抗剪強度等參數在施工檢測中得到驗證。

參考文獻：

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