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1碾壓混凝土重力壩優化設計

1.1壩體布置

大壩為碾壓混凝土重力壩，壩軸線成直線布置，壩軸線方位角為NE53°，壩頂長113.83m。右岸非溢流壩段由樁號壩0+000.00m～壩0+055.10m，左岸非溢流壩段由樁號壩0+063.10m～壩0+113.83m，兩岸非溢流壩段壩頂總長105.83m，壩頂寬7.0m，壩頂高程1747.10m。非溢流壩段上游面鉛直，下游壩坡m=0.7，起坡點高程1737.10m。壩體中部樁號壩0+055.10m～0+063.10m為溢流壩段，采用開敞式溢流表孔，堰頂高程1744.00m，溢流堰面按WES型剖面設計，下游面采用臺階式及底流聯合消能，臺階高1.0m，寬0.7m，下游護坦長6m，護坦高程1711.76m。放空底孔與取水口采用上下重疊式布置，位于右壩段0+052.60m樁號處，沖沙底孔進口高程1712.30m，喇叭型進口，設置2.0m×2.0m(寬×高)事故檢修閘門孔及相應的啟閉設備;取水口進口高程1716.40m，進口為喇叭型，并設置固定式攔污柵，其后為1.5m×1.5m(寬×高)事故檢修閘門孔及相應的啟閉設備，取水口后接壓力管道，管道中心高程為1716.65m，直徑為0.5m，管道外用C20鋼筋混凝土包裹。

1.2壩體結構

1.2.1壩頂結構壩頂高程1747.10m，頂寬7.0m，左右岸非溢流壩段分別長50.73、55.10m，上下游側均設欄桿，溢流壩段設交通橋，右岸壩頂與順龍公路連接。

1.2.2壩體材料工程區出露地層為峨眉山玄武巖，無可選料場，所選料場距壩址區約10km，由于運距遠、人工費高、施工進度慢，故放棄了漿砌石筑壩方案。經對C15常態混凝土和C15碾壓混凝土進行比較，前者施工機械較少，后者具有工藝簡單、上壩強度高、工期短、適應性強等優點，大壩填筑總量30408m3。經綜合比較，優選投資較低的C15碾壓混凝土方案。

1.2.3壩基處理設計建基面的選擇及壩基開挖要求:根據工程地質條件和大壩高度，大壩建基面置于弱風化中上部。對壩基存在的地質缺陷，如破碎帶、夾泥裂隙等采用深挖回填混凝土的措施處理。固結灌漿:大壩基礎開挖至弱風化基巖中上部，為了提高基礎的整體性，減少基礎變位、降低沿基礎的滲漏，擬對大壩基礎存在地質缺陷的地方進行固結灌漿處理;同時為加強帷幕灌漿的效果，在帷幕灌漿孔上下游范圍內增設3排固結灌漿。固結灌漿孔距擬定為3m，梅花型布置。固結灌漿壓力根據灌漿試驗確定。初步擬定固結灌漿深入基礎5m，總進尺725m。壩基防滲帷幕:最大設計壩高41.10m，根據《混凝土重力壩設計規范》(SL319－2005)中的規定，結合工程地質條件，防滲下限深入巖體透水率不大于5Lu以下10m;兩岸防滲自建基面進入山體36.7m作為防滲端點，底界伸入地下水位5～10.0m。防滲實施方案:推薦在壩頂實施帷幕灌漿，壩段帷幕線長111.0m，總進尺1724m，有效進尺878m。推薦投資較省的露天灌漿方式對大壩兩岸進行防滲，兩岸帷幕灌總進尺1267m，有效進尺769m。帷幕線全長約207m，防滲帷幕總進尺2991m，有效進尺1647m，帷幕灌漿布置為單排孔，孔距3.0m。

2大壩應力分析

2.1壩頂高程確定

大壩上游未設防浪墻，按《混凝土重力壩設計規范》(SL319－2005)，壩頂高程等于水庫靜水位加相應的壩頂超高，按“正常蓄水位+正常運用情況”和“校核洪水位+非常運用情況”兩種情況進行計算。大壩超高及壩頂高程成。壩頂高程的控制情況為校核洪水位情況，最終選定的壩頂高程為1747.10m。

2.2大壩穩定及應力分析

2.2.1荷載組合抗滑穩定和應力計算的荷載組合分基本組合和特殊組合兩種，3種荷載組合如下:基本組合1:自重+正常蓄水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力;基本組合2:自重+設計洪水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力;特殊組合1:自重+校核洪水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力。

2.2.2計算參數壩體高度41.10m，建基面高程1706.00m，混凝土容重24kN/m3，泥沙浮容重824kN/m3，混凝土與基巖抗剪摩擦系數0.5，混凝土與基巖抗剪斷摩擦系數0.9，抗剪斷凝聚力418.77kN，壩基排水折減系數0.5。壩基排水幕到上游面距離3.0m，地震系數0.05，上游地震動水壓力折減角90°，下游地震動水壓力折減角90°。

2.2.3計算結果分析壩體抗滑穩定按抗剪斷強度公式計算。

2.3壩體應力計算

壩體應力計算采用材料力學法計算，根據《混凝土重力壩設計規范》(SL319－2005)的規定，在各種荷載組合下，壩基面垂直正應力小于混凝土容許壓應力和地基的容許承載力;壩基面最小垂直正應力為壓應力，壩體最大主應力應小于混凝土容許壓應力。壩體壩基應力計算成果。，C15混凝土的極限強度為13.3MPa，混凝土抗壓安全系數，基本組合為4.0，特殊組合為3.5，則混凝土容許壓應力基本組合為3.33MPa，特殊組合為3.8MPa;地基容許承載力2.0～2.5MPa。由表3計算成果可知應力計算成果和地基承載力滿足規范要求。

3結語

1)根據壩址地形地質條件，在對壩型及漿砌石筑壩、C15常態混凝土、C15碾壓混凝土3種筑壩材料進行綜合比較分析后，推薦采用建壩成庫條件好、工程量省、距受水區距離近的C15碾壓混凝土重力壩最優供水方案。

2)壩身采用C15三級配碾壓混凝土，迎水面采用C20二級配變態混凝土(厚0.5m)和C20二級配碾壓混凝土防滲，抗滲標號W6。大壩基礎設置1.0m厚的C15混凝土墊層。

3)根據建基面實際情況，采取局部深挖回填混凝土、固結灌漿、壩基防滲帷幕等措施，對壩基、兩岸壩肩、壩體等進行處理，確保碾壓混凝土重力壩具有較高安全可靠性和節能經濟性。

4)大壩壩體抗滑穩定性、應力計算和地基承載力均滿足規范要求。

作者：陳松林 單位：貴州新中水工程有限公司