達(dá)拉河水電站混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)

131 達(dá)拉河水電站混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì) 信息與工程技術(shù)學(xué)院 農(nóng)業(yè)水利專(zhuān)業(yè) 張旻 （指導(dǎo)教師：曾 赟 助教） 摘 要 本設(shè)計(jì)以達(dá)拉河口水電站的工程概況、水文氣象、工程地質(zhì)情況為基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)中對(duì)技術(shù)、安全等方面進(jìn)行了分析、比較。根據(jù)這些基本資料，確定采用砼面板堆石壩方案，并完成了擋水建筑物設(shè)計(jì)、壩體穩(wěn)定分析、構(gòu)造設(shè)計(jì)等工作。 關(guān)鍵詞 達(dá)拉河水電站；砼面板堆石壩方案 f n on of of in is f 部達(dá)拉河水電站工程位于甘肅省迭部縣境內(nèi)的達(dá)拉河上，二零零三年九月二十六日全體員工進(jìn)駐工地，十月二十八日工程正式開(kāi)工， 達(dá)拉河口水電站是迭部縣通過(guò)招商引資建設(shè)的第一座電站，位于迭部縣城東南 30 公里處，壩高 67 米，總庫(kù)容1506 萬(wàn)立方米，裝機(jī)容量 5 25 萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量 2 73 億千瓦時(shí)，工程總投資 3 7億元。 迭部縣水能資源豐富，蘊(yùn)藏量總共為 80 萬(wàn)千瓦，目前開(kāi)發(fā)不到 3 。達(dá)拉河是白龍江在迭部縣境內(nèi)的最大支流，發(fā)源于四川，在迭部縣境內(nèi)全長(zhǎng) 124 公里，水流湍急，落差大，水能儲(chǔ)量達(dá) 10 4 萬(wàn)千瓦。迭部縣與甘肅宏源電力公司經(jīng)過(guò)一年多的協(xié)商，簽訂了開(kāi)發(fā)協(xié)議。協(xié)議簽訂后，宏源公司委托西北電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)達(dá)拉河流域進(jìn)行了總體勘測(cè)，最后宏源公司計(jì)劃在達(dá)拉河采用三級(jí)開(kāi)發(fā)，共修建 3 座電 132 站。達(dá)拉河口水電站是該公司修建的第一座電站，也是目前甘南州最大的一座水電站，計(jì)劃 4 5 年建成。 我的任務(wù)主要是通過(guò) 達(dá)拉河口水電站的工程概況、水文氣象、工程地質(zhì)情況 完成 壩 址，壩型的選擇和 壩體結(jié)構(gòu)布置 壩體材料分區(qū)設(shè)計(jì)壩坡穩(wěn)定計(jì)算， 壩的構(gòu)造設(shè)計(jì) 以及壩的地基處理。我基本上完成了設(shè)計(jì)任務(wù) ，對(duì)自己的設(shè)計(jì)成果較為滿(mǎn)意。 1 工程概述 工程概況 達(dá)拉河是白龍江上游最大的一條支流，主源發(fā)源于四川省若爾蓋縣境內(nèi)的馬蹄子，穿過(guò)岷山呈南北向流入甘肅省迭部縣達(dá)拉鄉(xiāng)境內(nèi)，在尼敖鄉(xiāng)政府上游 3匯入白龍江，河流全長(zhǎng)約 124域面積 2688址處多年平均流量 s。在迭部縣境內(nèi)長(zhǎng)約 41內(nèi)流域面積 770落差約 477m， 達(dá)拉河口水電站工程以發(fā)電為主，推薦方案樞紐布置主要有砼面板堆石壩、左岸開(kāi)敞式溢洪道、右岸排砂洞等建筑物組成。設(shè)計(jì)正 常蓄水位 2265m，總庫(kù)容 1506萬(wàn) 高 67m，引水隧洞長(zhǎng) 8361m,總裝機(jī)容量 3 工程特性表 名稱(chēng) 單位 數(shù)量 備注 名稱(chēng) 單位 數(shù)量 備注 一 水文 三 廠房尾水位 壩址以上流域面積 2621 校核尾水位 m 壩址多年平均徑流量 億 3m 計(jì)尾水位 m 多年平均流量 正常尾水位 m 設(shè)計(jì)洪水流量 590 四 動(dòng)能 校核洪水流量 922 額定水頭 m 190 施工導(dǎo)流流量 193 壩址 電站設(shè)計(jì)流量 196 廠址 裝機(jī)容量 多年平均懸移質(zhì)輸沙量 萬(wàn) t 保證出力 多年平均含沙量 3/多年平均發(fā)電量 億 133 多年平均推移質(zhì)輸沙量 萬(wàn) t 利用小時(shí)數(shù) H 5193 二 水庫(kù) 五 主要建筑物 正常蓄水位 m 壩頂高程 m 2271 校核洪水位 m 最大壩高 m 67 設(shè)計(jì)洪水位 m 溢洪道長(zhǎng)度 m 221 死水位 m 引水隧洞長(zhǎng)度 m 總庫(kù)容 萬(wàn) 3m 1740 排沙洞進(jìn)口底板 高程 m 2213 調(diào)節(jié)庫(kù)容 萬(wàn) 3m 1031 排沙洞出口底板 高程 m 2210 調(diào) 節(jié)特性 季節(jié)調(diào) 排沙洞長(zhǎng)度 m 2 水文氣象 流域水文概況 流域自然地理概況 達(dá)拉河是白龍江上游最大的一條支流，發(fā)源于四川省境內(nèi)南雜克喀 (狼家?guī)X )，流域面積 2688頭至河口全長(zhǎng) 124流穿行于高山峽谷之間，峽谷深窄，水流湍急。流域內(nèi)天然植被較好，森 林覆蓋率在 60%以上，水量也相對(duì)穩(wěn)定。沿河有多條支溝加入，境內(nèi)支溝主要有森多括、措瑪爾曲、拉孜柯、次哇隆。壩址位于迭部縣境內(nèi)的達(dá)拉河下游，流域面積 2621 氣象 工程位置距迭部縣氣象臺(tái)較近，該臺(tái) 1973 年建站，屬?lài)?guó)家基本臺(tái)，觀測(cè)項(xiàng)目齊全，精度高，年限長(zhǎng)，可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，因此，選擇該臺(tái)作為本工程氣象資料代表站。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，其主要?dú)庀笠厝缦拢?多年平均氣溫 極端最高氣溫 極端最低氣溫 134 相應(yīng)季節(jié) 50 年重現(xiàn)期的最大風(fēng)速 s 相應(yīng)洪水期最大風(fēng)速的多年平均值 15m/s 多年平均降水量 上壩址處的風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度（吹程） 壩址處的風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度（吹程） 蒸發(fā)量 水文基本資料 達(dá)拉河上無(wú)水文站，但在白龍江上游先后建有電尕寺、根古、白云、旺藏寺、麻亞寺、麻亞寺 (二 )、立節(jié)、香椿溝等水文站，各站都是國(guó)家基本測(cè)站，資料精度較高。本次設(shè)計(jì)依據(jù)站為白云、麻亞寺 (二 )站，水文資料系列建站至 1997 年（共計(jì) 36年），實(shí)測(cè)水文資料均已整編，經(jīng)分析認(rèn)為兩站資料合理，可用于本階段的設(shè)計(jì)。 徑流 白龍江上游徑 流以降水補(bǔ)給為主，徑流年內(nèi)分配與降水量年內(nèi)分配基本一致，但各月分配不均勻，大部分徑流集中在 6 9 月四個(gè)月，占全年徑流量的 123 月僅占 。 白麻區(qū)間是達(dá)拉河口壩址的設(shè)計(jì)依據(jù)區(qū)間，經(jīng)過(guò)繪制白麻區(qū)間年徑流時(shí)序過(guò)程及差積曲線(xiàn)等的分析，認(rèn)為系列具有一定的代表性。 用水文比擬法，將白麻區(qū)間年徑流設(shè)計(jì)成果按面積比折算到達(dá) 拉河口壩址，得到壩址年徑流成果，見(jiàn)表 表 各水文站、河口壩址年徑流和枯水期徑流設(shè)計(jì)成果表 流量單位： m3/s 時(shí)段 位置 均值 s/(%) 10 20 50 80 90 年徑流 (5 白云站 亞寺 (二 )站 口壩址 期徑流(12 白云站 亞寺 (二 )站 口壩址 v:變差系數(shù) 態(tài)系數(shù) P:指定頻率 135 洪水分析 洪水 （ 1）暴雨洪水特點(diǎn) 本地區(qū)暴雨一般發(fā)生在 5 10 月間，大暴雨多出現(xiàn)在 7 8 月間，一日雨量占三日雨量的 80%左右。暴雨可分為霖暴雨和雷暴雨，秋季大面積連陰雨中的暴雨，歷時(shí)長(zhǎng)強(qiáng)度小，造成洪水機(jī)會(huì)較多，屬霖暴雨。在夏季一般是雷暴雨，籠罩面積小，但強(qiáng)度大，常造成局部地區(qū)洪水。 白龍江上游植被較好，洪水漲落平緩，一次洪水過(guò)程一般在三五天，峰型較肥胖。達(dá)拉河的原始森林茂盛，植被良好，流域?yàn)橛馉睿淮魏樗^(guò)程一般三天左右，洪水過(guò)程較矮平，多為單峰型。 2）歷史洪水 達(dá)拉河河段及白龍江上游有關(guān)歷史洪水調(diào)查資料，是來(lái) 自 1983 年 6 月出版的甘肅省水利廳刊印的甘肅省洪水調(diào)查資料。本次確定 1904 年洪水是從 1904 年以來(lái)至今最大的洪水，其重現(xiàn)期定為 100 年， 1935 年洪水為 100 年來(lái)的第二位，重現(xiàn)期定為 50 年。 （ 3）設(shè)計(jì)洪水 將白麻區(qū)間設(shè)計(jì)洪水成果，按面積比的 2/3 次方，折算到達(dá)拉河口壩址，得到壩址洪水成果，見(jiàn)表 各站及壩址設(shè)計(jì)洪水成果表 流量單位： m3/s, 洪量單位： 106 置 項(xiàng)目 均 值 S/(%) 2 5 白云站 32 36 746 539 451 339 麻亞寺 (二 )站 90 810 1610 1170 980 739 白麻區(qū)間 75 140 1020 731 611 456 3 37 125 口 壩址 41 922 821 590 493 368 廠址 44 937 835 600 501 374 136 征水位 （ 1）水庫(kù)特征水位表 表 水庫(kù)特征水位表 特征水位 單 位 水位高程 正常蓄水位 m 計(jì)洪水位 m 核洪水位 m 水位 m 2)壩址區(qū)下游水位（見(jiàn)表） 設(shè)計(jì)泄流能力表 洪水標(biāo)準(zhǔn) 上游水位 設(shè)計(jì)下游泄流 下游水位 泄水建筑物泄流量（ m3/s） （ m） 量（ m3/s） （ m） 溢洪道 泄洪排沙洞 設(shè)計(jì)洪水（ P=1 00 ） 25 67 258 校核洪水位 （ P=0 ） 2268 822 61 261 P=20 00 2238 193 193 P=50 00 2245 3）發(fā)電水頭及廠房尾水位 最大水頭： 小水頭： 權(quán)平均水頭： 198.6 m 設(shè)計(jì)水 頭： 190m 3 臺(tái)機(jī)發(fā)電引用流量 s，相應(yīng)尾水位 3 工程地質(zhì) 水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件 庫(kù)區(qū)基本地質(zhì)條件 1 地形地貌 137 當(dāng)正常蓄水位 2265m 時(shí)，上、下壩址水庫(kù)全長(zhǎng)約 6水至勾結(jié)寺一帶。 兩壩址庫(kù)區(qū)地形為中高山峽谷地貌，兩岸山體雄厚，分水嶺高程都在 2600m 以上，相對(duì)高差 300 500m。 庫(kù)區(qū)兩岸沖溝較發(fā)育，較大者有庫(kù)首的次哇溝和庫(kù)中段的拉孜溝，均發(fā)育在右岸。沖溝溝底不甚開(kāi)闊，底坡較大，單溝延長(zhǎng) 10右。其中拉孜溝溝內(nèi)有常年流水，為溝源雪水 和地下水出露。其它沖溝規(guī)模均較小。 水庫(kù)區(qū)兩岸發(fā)育有、級(jí)堆積階地，級(jí)階地高出河水面 6 10m；級(jí)堆積階地高出河水面 15 20m 左右。階地堆積物上部為 坡積碎石土，下部為沖積砂卵礫石層。 2 地質(zhì)構(gòu)造 水庫(kù)區(qū)未發(fā)現(xiàn)有較大規(guī)模斷裂通過(guò)，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。斷層主要以層間擠壓帶為主，破碎帶寬度一般為 20 40發(fā)育在板巖帶中；裂隙亦基本以層面裂隙為主，寬度 填巖粉、巖屑及鈣質(zhì)等，裂面波狀起伏，延伸長(zhǎng)度一般大于 15m。 3 水文地質(zhì)條件 庫(kù)盤(pán)由相對(duì)不透水的地層組成，水 文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單。 庫(kù)區(qū)地下水類(lèi)型按埋藏條件分為孔隙潛水和基巖裂隙水兩類(lèi)。 4 物理地質(zhì)現(xiàn)象 水庫(kù)區(qū)基巖岸坡未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的變形體和滑坡，物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為淺表部的松動(dòng)卸荷或輕微傾倒變形，但水庫(kù)內(nèi)兩岸岸坡及坡腳處廣泛分布有大量的崩、坡積堆積體，當(dāng)正常蓄水位 2265m 時(shí)，前緣部位將淹沒(méi)在水下。上壩址前崩、坡積體自然穩(wěn)定狀態(tài)較好，前緣部位在庫(kù)水的浸泡下將產(chǎn)生局部的坍岸。 基本工程地質(zhì)條件 物理地質(zhì)現(xiàn)象 （ 1）巖體風(fēng)化 上、下壩址巖體風(fēng)化較淺，兩岸強(qiáng)風(fēng)帶巖體厚度 4 6m，河床基本無(wú)強(qiáng) 風(fēng)化巖體；弱風(fēng)體巖體兩岸厚度 5 25m，河床 10m 左右。局部因地形原因，鉆孔揭露弱風(fēng)化巖體較深，主要分布在下壩址兩壩肩部位，深度達(dá) （ 2）卸荷及邊坡變形 上、下壩址區(qū)邊坡變形主要表現(xiàn)為淺部的卸荷拉裂和傾倒，根據(jù)兩岸勘探硐揭 138 露，壩區(qū)兩岸卸荷帶厚度在 3 倒巖體主要分布在下壩址左壩肩溢洪道下游側(cè)岸坡，厚度 5 布高程 水文地質(zhì)條件 (1) 地下水類(lèi)型 壩址區(qū)地下水按其埋藏類(lèi)型可分為基巖裂隙水及松散堆積層孔隙性潛水。 (2) 巖體透水 性 壩址區(qū)巖體透水性主要受巖性、構(gòu)造發(fā)育情況等因素的影響和控制。 巖（土）體力學(xué)參數(shù)建議值 巖體物理力學(xué)參數(shù)建議值 野外變形和抗剪（斷）試驗(yàn)成果基本反映了不同位置、不同工程特性的巖體力學(xué)特性。對(duì)于各質(zhì)量級(jí)別的巖體，原則是依據(jù)試驗(yàn)成果為基礎(chǔ)，考慮本工程的規(guī)模和工程特性，結(jié)合巖體的工程地質(zhì)特征和巖體力學(xué)特性綜合選取各物理力學(xué)參數(shù)建議值。因兩岸巖體未揭露級(jí)巖體，因此在參數(shù)選取上采用其它工程相同巖性已使用的參數(shù)進(jìn)行類(lèi)比給出，詳見(jiàn)表 表 壩址區(qū)巖石 (體 )物理力學(xué)參數(shù)建議值表 巖 石 名 稱(chēng) 巖 體 類(lèi) 別 風(fēng)化程度 物 理 指 標(biāo) 力 學(xué) 指 標(biāo) 密度 孔隙率 吸水率 抗壓強(qiáng)度 (軟化系數(shù) 模量值 (泊桑比 抗剪 (斷 )強(qiáng)度 變形 模量 性模量剪斷 (砼 /巖石 ) 抗剪 (砼 /巖石 ) g/ 干 濕 f C (f C (變質(zhì)砂巖 微風(fēng)化 10 130 80 90 0 20 變質(zhì)砂巖夾長(zhǎng)石石英砂巖 弱微 0 110 70 80 12 變質(zhì)砂巖夾板巖 強(qiáng)風(fēng)化 0 50 25 5 覆蓋層工程特性及力學(xué)參數(shù)建議值 139 上、下壩址所涉及的覆蓋層主要為級(jí)階地、河床砂卵礫石層和崩、坡積物，在參數(shù)取值上主要通過(guò)類(lèi)比其他工程資料，給出的參數(shù)建議值，見(jiàn)表 開(kāi)挖邊坡建議值 各類(lèi)巖（土）體開(kāi)挖邊坡建議值見(jiàn)表 表 覆蓋層主要參數(shù)建議值 巖 性 滲透參數(shù) 參 數(shù) 建 議 值 允許承載力 變形模量 抗剪指標(biāo) 允許滲 透坡降 cm/s f C 積 10 0 45 坡積 10 5 40 覆蓋層主要參數(shù)建議值 巖 性 滲透參數(shù) 參 數(shù) 建 議 值 允許承載力 變形模量 抗剪指標(biāo) 允許滲 透坡降 cm/s f C 積 10 0 45 坡積 10 5 40 工程建筑物開(kāi)挖邊坡值表 巖石名稱(chēng) 風(fēng)化程 度 開(kāi) 挖 邊 坡 值 永 久 臨 時(shí) 水上 水下 水上 水下 變質(zhì)砂巖 夾板巖 強(qiáng) 1:1:1:1:弱 1:1:微 1:1:崩坡積 塊碎石 及碎石土 / 1:1:1:1:積砂 卵礫石層 / 1:1:1:140 4 壩址、壩型選擇 壩址選擇 壩址擬定 根據(jù)達(dá)拉河高則回水灣以下河段水電規(guī)劃設(shè)計(jì)推薦的三級(jí)開(kāi)發(fā)方案中的第三級(jí)達(dá)拉河口電站作為一期開(kāi)發(fā)梯級(jí)。國(guó)電公司西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院多次組織各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)該河段進(jìn)行實(shí)地踏勘，從地形、地質(zhì)條件及巖石的出露情況，從工程難易、技術(shù)條件復(fù)雜程度和工程 投資考慮，結(jié)合業(yè)主對(duì)電量的質(zhì)量、數(shù)量和投資效益等要求，經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析，擬定在次哇溝口下游 450 950m 河段開(kāi)展壩址壩線(xiàn)比較工作。 次哇峽谷河段總長(zhǎng)約 500m， 上游受左岸 崩塌堆積體限制（距次哇溝口約450m），下游以峽谷出口為限；該河段有兩處適合作為壩址，一處是次哇溝口下游500m 處，為上壩址；另一個(gè)處是距次哇溝口下游 830m 處，為下壩址。 址選擇 (1)上、下壩址首部樞紐布置 根據(jù)上、下壩址的地形、地質(zhì)條件，并結(jié)合首部樞紐各水工建筑物的布置特點(diǎn)，上壩址適合布置拱壩，各類(lèi) 泄水、引水建筑物可緊湊布置在壩體上。下壩址適合布置砼面板堆石壩，可利用左岸的山梁布置溢洪道。 由于兩壩址相距較近，為了在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上有可比性，水位 用右岸引水的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)布置。 上壩址樞紐布置：大壩采用碾壓砼雙曲拱壩，為一變圓心、變半徑等厚的雙曲拱壩，壩頂高程 大壩高 94m，壩頂寬度 6m，壩底寬 28m。壩頂設(shè) 3孔泄洪表孔 ， 尺寸為 36m（寬高），采用挑流消能；壩身 2230m 高程設(shè) 1 孔泄洪排沙底孔，尺寸為 3 3m；壩身右側(cè) 2235m 高程設(shè)電站進(jìn)水口，壩后經(jīng)砼明涵進(jìn)入引水隧洞。施工期導(dǎo)流隧洞布置在右岸。 下壩址樞紐布置：大壩采用砼面板堆石壩，壩頂高程 大壩高 67m，壩頂寬度 8m，上游壩坡 1： 游壩坡 1： 合）；河床部位趾板底部設(shè) 0.8 m 厚的砼防滲墻伸入基巖，最大深度 23m。溢洪道為岸邊開(kāi)敞式，布置在左岸壩肩，消能方式為混合消能；發(fā)電引水隧洞進(jìn)水塔設(shè)在右岸，相鄰布置泄洪排沙洞，施工期作為導(dǎo)流洞，進(jìn)口高程 徑 141 (2)上、下壩址比較 上、下壩址相距 400m 左右，兩壩址地質(zhì) 條件基本相同，均未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模構(gòu)造出露。也未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的不穩(wěn)定變形巖體，均具備修建中等規(guī)模擋水壩的工程地質(zhì)條件。 上壩址地形適合修建砼拱壩，但左岸上游側(cè) #崩塌堆積體，距壩線(xiàn)較近，在拱壩基礎(chǔ)及壩肩開(kāi)挖中將觸及 #崩塌堆積體下游側(cè)緣，需結(jié)合壩肩開(kāi)挖，進(jìn)行一定的防護(hù)處理，開(kāi)挖處理量較大；上壩址河床覆蓋層厚 35m 左右，修建砼拱壩基礎(chǔ)開(kāi)挖量較大，同等規(guī)模工程壩高增加較大，也增加了工程設(shè)計(jì)、施工的技術(shù)難度。 下壩址地形地質(zhì)條件，適合修建當(dāng)?shù)夭牧蠅?。下壩址河床覆蓋層厚度 20m 左右，較上壩址覆蓋層淺，河床防滲體工程量小；上 游庫(kù)區(qū) #崩塌堆積體距壩線(xiàn)較遠(yuǎn)，對(duì)庫(kù)岸穩(wěn)定影響較?。蛔蟀秹渭缟搅狠^單薄，利用左岸山梁可布置溢洪道，下壩址滿(mǎn)足修建混凝土面板壩要求。 上壩址兩岸地形地質(zhì)條件好，樞紐布置簡(jiǎn)單緊湊，砼拱壩超載能力強(qiáng)，安全度高，但施工技術(shù)要求高，受氣候條件制約影響工期，需要人工骨料和人工制砂且運(yùn)距遠(yuǎn)（壩址下游約 15費(fèi)用較高。 下壩址砼面板堆石壩施工工藝簡(jiǎn)單，不受氣候條件的影響，風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度約為 前風(fēng)向到對(duì)岸的距離），計(jì)算風(fēng)向與壩軸線(xiàn)法線(xiàn)的夾角為 60，相應(yīng)季節(jié) 50 年重現(xiàn)期的最大風(fēng)速為 s，相應(yīng)洪水期最大風(fēng) 速的多年平均值為 15m/s。工期有保證，堆石料場(chǎng)在壩址下游 5，運(yùn)距相對(duì)較近，且還可利用開(kāi)挖料，費(fèi)用較低。 綜上所述，下壩址砼面板堆石壩具有施工簡(jiǎn)單、工期有保證、投資小等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)綜合比較后，選定下壩址為推薦壩址。 型選擇 根據(jù)選定下壩址的地形地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)上進(jìn)行壩型選擇。由于下壩址左壩肩巖體比較單薄，故不宜修建砼拱壩；且天然建材缺乏，宜采用當(dāng)?shù)夭牧蠅?，在?dāng)?shù)夭牧蠅沃?，又因粘土料缺乏。因此，在同一壩線(xiàn)上設(shè)計(jì)進(jìn)行瀝青砼心墻土石壩與砼面板堆石壩的比較。 壩型比較 （ 1）兩種壩型用同一壩線(xiàn)，地形 條件及場(chǎng)內(nèi)外交通條件基本相同； （ 2）壩體防滲：砼面板壩優(yōu)于瀝青心墻壩，瀝青砼施工工藝要求高，兩岸插入 142 岸坡巖石，施工復(fù)雜；面板位于堆石體的表面，面板與趾板連接，形成壩體防滲體系，施工質(zhì)量易保證。 (3)筑壩材料：筑壩材料均為堆石料，主堆石為開(kāi)采石料，次堆石為利用開(kāi)挖石料。面板壩工程量小，還可以充分利用溢洪道開(kāi)挖料。所以，砼面板壩優(yōu)于瀝青心墻壩。 (4)施工條件：面板壩優(yōu)于瀝青心墻壩，砼面板壩的壩體填筑與砼面板、趾板、基礎(chǔ)砼防滲墻、帷幕灌漿的施工，干擾小或不存在干擾。瀝青心墻壩，瀝青心墻與兩側(cè)過(guò)渡料一起同時(shí)上 升，瀝青心墻與基礎(chǔ)灌漿的施工相互干擾、壩體填筑與基礎(chǔ)砼防滲墻的施工工期存在干擾。 (5)運(yùn)行條件：砼面板壩水荷載直接作用于面板上，壩體為整體受力結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好，壩體無(wú)孔隙水壓力，抗震性能好。砼面板位于壩體上游表面，維護(hù)和檢修比較方便。 上述比較可以看出，砼面板壩工程量小，費(fèi)用低，安全性好，施工進(jìn)度有保證等優(yōu)點(diǎn)。因此，綜合比較后，選定砼面板堆石壩作為推薦壩型。 5 擋水建筑物設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)依據(jù) 工程等別及建筑物級(jí)別 達(dá)拉河口水電站工程開(kāi)發(fā)以發(fā)電為主，正常蓄水位 機(jī)容量 庫(kù)總庫(kù)容 1506 萬(wàn) 據(jù)水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（ 定，樞紐工程屬中型等工程。 樞紐主要建筑物有砼面板堆石壩、左岸側(cè)槽溢洪道、右岸泄洪排沙洞、引水建筑物及電站廠房。攔河壩為永久性主要建筑物，故屬于 3 級(jí)建筑物，廠房為 3 級(jí)建筑物，次要建筑物為 4 級(jí)，臨時(shí)建筑物為 5 級(jí)。 基本資料 基本資料 氣象、水文、洪水標(biāo)準(zhǔn)及特征水位見(jiàn) 2、 3 章。 壩體結(jié)構(gòu)布置 壩頂高程確定 根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（ 2001）推薦的官?gòu)d公式計(jì)算風(fēng)浪爬高 143 和風(fēng)壅水面高度。 221 (2 31 2(2 h 當(dāng) 220 250 時(shí) ,為累積頻率 5%的波高 h%5,m;當(dāng) 22501000 時(shí)，為累計(jì)頻率 10%的波高 h%10， m； W 計(jì)算風(fēng)速， m/s； D 風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度， m； 平均波長(zhǎng)， m； g 重力加速度，取 表 平均波高計(jì)算表 當(dāng) m， p(%) 5 的累積頻率下， m 波浪爬高計(jì)算公式： 當(dāng) m= Rm= 平均波浪爬高， m； m 單坡的坡度系數(shù)； K 斜坡的糙率參透性系數(shù)； K =混凝土或混凝土板 K = 經(jīng)驗(yàn) 系數(shù)。 m 運(yùn)用情況 設(shè)計(jì)風(fēng)速 w(m/s) 風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度 (風(fēng)浪要素 平均波高 hm(m) 波高 hp(m) 波長(zhǎng) Lm(m) 正常蓄水 計(jì)洪水 核洪水 15 144 無(wú)風(fēng)情況下，平均波高 ，光滑不透水護(hù)面（ K =1）的爬高值（ m=， 當(dāng) m ，可由 m m 計(jì)算值按內(nèi)插法確定。 表 波浪爬高計(jì)算表 當(dāng) ， p（ %） 1 的累積頻率下， R/ 風(fēng)壅水面高度計(jì)算公式 e= 式中： e 計(jì)算點(diǎn)處的風(fēng)壅水面高度， m； D 風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度， m； K 綜合摩阻系數(shù)，取 10 6 ； 計(jì)算風(fēng)向與壩軸線(xiàn)法線(xiàn)的夾角，（ 60 ）。 安全加高： 本設(shè)計(jì)中，砼面板堆石壩為 3 級(jí)建筑物。 1正常運(yùn)行時(shí)（即正常蓄水和設(shè)計(jì)洪水時(shí)） 安全加高為 非常運(yùn)行時(shí)（即校核洪水時(shí)） 安全加高為 頂高程計(jì)算公式： Y=R+e+A 運(yùn)用情況 m=的平均波浪爬高 Rm(m) m=的平均波浪爬高 Rm(m) m=的平均波浪爬高 Rm(m) 波浪爬高 R(m) 正常蓄水 計(jì)洪水 核洪水 145 式中： Y 表示壩頂超高（ m）， R 最大波浪在壩坡的爬高（ m）， e 最大風(fēng)壅水面高度（ m）， A 安全加高（ m）。 表 壩頂超高計(jì)算 表 運(yùn)用情況 庫(kù)水位(m) 壩前水深Hm(m) 設(shè)計(jì)風(fēng)速w(m/s) 風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度D(波浪爬高R(m) 風(fēng)壅水面高度 e(m) 安全加高 A(m) 壩頂超高 Y(m) 正常蓄水 2265 61 計(jì)洪水 核洪水 2268 64 15 壩頂高程計(jì)算表 運(yùn)用情況 庫(kù)水位 (m) 壩頂超高 Y(m) 蓄水后附加沉降 (m) 壩頂高程 (m) 正常蓄水 2265 計(jì)洪水 核洪水 2268 計(jì)算分析，并考慮地震沉降值等因素，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取 附加沉降量，在本設(shè)計(jì)中取 定壩頂高程 壩體材料分區(qū) 設(shè)計(jì) 壩體材料分區(qū)原則 (1) 滿(mǎn)足壩體各部位的變形協(xié)調(diào)，盡量減小壩體上游部位變形量； (2) 從壩體上游區(qū)各料區(qū)向下游區(qū)的材料滲透系數(shù)依次遞增，并符合料區(qū)間的水力過(guò)渡要求； (3) 劃分應(yīng)盡量簡(jiǎn)單； (4) 利用樞紐開(kāi)挖的石渣料。 壩料分區(qū) 考慮以上分區(qū)原則，依其工作性質(zhì)將壩體填筑體分成三個(gè)主要區(qū)域： 146 1 區(qū)：為防滲補(bǔ)強(qiáng)區(qū)，用防滲土料填筑而成，其目的是用于不透水土料去覆蓋周邊縫及高程較低處面板，當(dāng)面板出現(xiàn)裂縫和板間縫、周遍縫張開(kāi)時(shí)，防滲土料可以起輔助防滲作用，而松散細(xì)料將 隨水流進(jìn)入縫中，并受面板下墊層料的反濾作用而淤堵裂縫使其自愈而恢復(fù)防滲性能。設(shè)置 1 區(qū)造價(jià)增加不多，對(duì)加強(qiáng)防滲十分有利。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)大約取在壩高 1/3 處。 1 區(qū)包括 1X 趾板。 1A 為面板上游防滲土料。 1B 為土料上游的石渣防護(hù)，對(duì) 1A 起保護(hù)作用。 2 區(qū)：為墊層區(qū)，直接位于面板下部，是混凝土面板堆石壩中最重要的部位之一，它既是防滲面板的基礎(chǔ)，又是壩體防滲的第二道防線(xiàn)。 2 區(qū)包括 2F 面板。 2A 為墊層料區(qū)。 2B 為特殊墊層料區(qū) 3 區(qū)：為堆石區(qū)，該區(qū)是面板壩的主體，是承受水荷載的主要支撐體，通過(guò)它將水荷載傳遞到 地基中去，該區(qū)的沉降變形將直接影響到面板的可靠工作。因此，要求本區(qū)上游部分要用低壓縮性、級(jí)配良好的壩料填筑，并要求碾壓到足夠的密實(shí)度。下游部分的變形對(duì)面板影響較小，材料及壓實(shí)要求可適當(dāng)降低。 3 區(qū)又分為 3A、 3B、 3C、 3D 和 3 E 區(qū)，各區(qū)之間均應(yīng)滿(mǎn)足變形模量遞減和水力過(guò)渡的原則。 3A 區(qū)為過(guò)渡料區(qū)。 3B 區(qū)為主堆石料區(qū)。 3C 區(qū)為次堆石料區(qū)。 3D 區(qū)為大塊石組成的下游護(hù)坡。 3E 區(qū)壩基過(guò)渡反濾料區(qū)。反濾層是保護(hù)滲流出口，防止壩體和壩基發(fā)生管涌，流土等不利滲透變形的最直接，最有效的措施。 3F 區(qū)下游排水棱體 壩體材料分區(qū)設(shè)計(jì) (1)墊層料區(qū)（ 2A、 2B） 墊層料采用達(dá)拉河砂礫石料場(chǎng)的特別篩選的優(yōu)良級(jí)配料，在滿(mǎn)足水力梯度的要 147 求及施工機(jī)械所必須的寬度要求的同時(shí)，盡量減小墊層寬度；墊層區(qū)的水平寬度一般在 3m 左右，這是采用自卸汽車(chē)直接卸料，推土機(jī)鋪料，平整等施工工藝所要求的最小寬度。在本設(shè)計(jì)中墊層料水平寬度為 3m。 （ 2）過(guò)渡料區(qū)（ 3A） 過(guò)渡料區(qū)材料采用的細(xì)堆石料、經(jīng)篩選加工的級(jí)配連續(xù)細(xì)石料。過(guò)渡料區(qū)水平寬度 3m，在岸坡及壩基部位適當(dāng)加寬。 （ 3）主堆石料區(qū)（ 3B） 本工程此料區(qū)采用下游益道桑巴石 料廠開(kāi)采的質(zhì)地堅(jiān)硬的砂巖石料。為提高壩坡穩(wěn)定性及有利于排水，堆石體布置在壩體上游側(cè)。 （ 4）次堆石料區(qū)（ 3C） 任意料區(qū)位于壩體下游區(qū)，受水荷載影響很小，主要起穩(wěn)定壩坡的作用，可用任意料填筑。因此，該料區(qū)可充分利用左岸溢洪道開(kāi)挖料。 （ 5）下游壩坡護(hù)坡料區(qū)（ 3D） 該料區(qū)主要是利用大塊石采用機(jī)械和人工擺放整齊，防止下游壩坡被雨水沖刷。同時(shí)，又使壩下游面美觀堅(jiān)固。 （ 6）壩基反濾料區(qū)（ 3E） 該區(qū)為壩體基礎(chǔ)覆蓋層與壩殼料之間的反濾料，反濾的作用是濾土排，防止土工建筑物在滲流溢出處遭受管涌，流土等滲透變形的破壞 以及不同土層界面處的接觸沖刷，鋪筑厚度 2m。 （ 7）下游排水棱體（ 3F） 排水棱體位于壩體下游壩腳處，又稱(chēng)濾水壩趾。一般情況下，排水棱體頂寬不小于 1 m，頂面超出下游最高水位的高度，棱體內(nèi)坡根據(jù)施工條件決定，一般為 1:坡取為 1:1:本設(shè)計(jì)中排水棱體將壩體滲水排至壩外，保持下游壩體的干燥，該料區(qū)采用開(kāi)采粒徑較大石料填筑，排水棱體高 10m，頂寬 8m，頂高程 2216m，上游坡以 1:壩體相嵌，下游坡 1:壩體坡面。 (8)上游壓坡體料區(qū)（ 1A、 1B） 該料區(qū)布置 在壩踵部位，高度大約為壩高的 1/3。既上游鋪蓋區(qū) 1A 和蓋重區(qū) 1B，頂高程 寬均為 3m。 1A 區(qū)采用防滲土料，上游坡 1： 游側(cè)緊貼壩面和趾板； 1B 區(qū)采用石渣料壓坡，用于保護(hù)防滲土料，防止庫(kù)水沖蝕，上游坡 1： 148 2。上游壩坡壓坡體的作用是保護(hù)下部周邊縫及面板，并提高其防滲的可靠性。 壩材料和填筑標(biāo)準(zhǔn) 1 筑壩材料選用 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)可能用于筑壩的材料進(jìn)行必要的試驗(yàn)分析，結(jié)合壩體各部位受力特性，盡可能的利用施工開(kāi)挖的優(yōu)良石渣料，最大限度節(jié)省投資，降低成本。 墊層區(qū)應(yīng)選 用質(zhì)地新鮮，堅(jiān)硬且具有較好耐久性的石料，可以是經(jīng)過(guò)加工的開(kāi)采石料或天然砂礫石料；除壩坡表面的堆石必須堅(jiān)硬并耐風(fēng)化外，對(duì)堆石體巖塊質(zhì)量無(wú)明確要求。故根據(jù)壩址區(qū)料場(chǎng)勘測(cè)和試驗(yàn)結(jié)果， 墊層料 、過(guò)渡料是采用達(dá)拉河口砂礫料場(chǎng)的料、主堆石料采用益道桑巴石料場(chǎng)開(kāi)采的弱風(fēng)化石料，石料為中厚層砂巖，質(zhì)地堅(jiān)硬。該料抗壓強(qiáng)度為 95 198化系數(shù) 度 次堆石料可利用溢洪道開(kāi)挖料，剔除強(qiáng)風(fēng)化部分，主要為弱風(fēng)化的變質(zhì)砂巖夾長(zhǎng)石石英砂巖，該區(qū)石料抗壓強(qiáng)度為 70 110化 系數(shù) 度 2 壩料級(jí)配參數(shù) （ 1）墊層料： 墊層料應(yīng)具有連續(xù)級(jí)配，最大粒徑為 80 100徑小于 5顆粒含量為30% 50，小于 顆粒含量小于 8%，含泥量小于 6%。施工時(shí)填筑層厚度一般采用主堆石區(qū)鋪層厚度之半，以便與堆石體平起。本設(shè)計(jì)采用 40實(shí)干容重 （ 2）過(guò)渡料： 過(guò)渡料石料最大粒徑為 300徑小于 5顆粒含量為 20% 30，小于 顆粒含量小于 5%，級(jí)配連續(xù)。施工時(shí)填筑層厚度 40 3）主堆石： 主堆石料要求最大粒徑小于 800于 5 顆粒含量小于 10 20%，小于 顆粒含量小于 5%，級(jí)配連續(xù)。主堆石區(qū)硬巖的鋪筑層厚度一般為80 100 設(shè)計(jì)中填筑層厚度 80 壓實(shí)干容重 （ 4）次堆石料 本區(qū)主要利用溢洪道開(kāi)挖料，填筑層厚度 80 壓實(shí)干容重 149 坡穩(wěn)定計(jì)算 基本資料 （ 1）工程等級(jí)：大壩為 3 級(jí)建筑物 （ 2） 穩(wěn)定安全系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)： 表 壩坡抗滑穩(wěn)定安 全系數(shù) 運(yùn)行工況 最小安全系數(shù) 瑞典法 畢肖普法 正常運(yùn)用條件 常運(yùn)用條件 I 常運(yùn)用條件 3） 地震：設(shè)計(jì)烈度為度。 （ 4） 材料物理參數(shù) 壩坡穩(wěn)定計(jì)算材料參數(shù)，壩坡穩(wěn)定分析的關(guān)鍵在于獲得可靠的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，見(jiàn)附錄表 1。 計(jì)算工況： （ 1）正常運(yùn)行工況： （）穩(wěn)定滲流期正常水位運(yùn)行工況； （ 2）非常運(yùn)行期： （）施工期 （）正常運(yùn)行工況 +遇地震工況； （）校核洪水位運(yùn)行工況 由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間有限，穩(wěn)定計(jì)算 只做正常蓄水位工況下，下游壩坡任意三個(gè)滑弧。 算模型 計(jì)算斷面以河床最大橫剖面作為計(jì)算斷面，由于達(dá)拉河大壩建基在覆蓋層上，所以，計(jì)算壩坡穩(wěn)定時(shí)，計(jì)算剖面取大壩及基礎(chǔ)覆蓋層。壩體為沿河床最大剖面，基礎(chǔ)覆蓋層垂直方向到基巖面，深度 20m，水平方向沿壩趾向上游延伸 40m，壩腳下游延伸 40m，作為本次計(jì)算模型。 計(jì)算方法 壩坡穩(wěn)定計(jì)算，采用簡(jiǎn)單條分法 一方法在 150 我國(guó)應(yīng)用已有 80 年的歷史，積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。計(jì)算中采用總應(yīng)力分析法，對(duì)線(xiàn)性參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了計(jì) 算分析。 計(jì)算公式如下： ii s )c 表土條編號(hào)； l、 c 、 進(jìn)行總應(yīng)力分析時(shí)，略去其中含 u 的項(xiàng)，同時(shí)將 c 、 換成總 應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。當(dāng)土坡中有滲流水存在時(shí)，應(yīng)計(jì)入滲流對(duì)穩(wěn)定的影響。此時(shí)，在計(jì)算土條重量 W 時(shí)，對(duì)浸潤(rùn)線(xiàn)以下的部分取飽和容重，浸潤(rùn)線(xiàn)以上的部分取濕容重。 算成果及分析 壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果如下： 滑弧位置 1： 計(jì)算得： K c =足要求。見(jiàn)附錄表 4。 151 滑弧位置 2： 計(jì)算得： 足要求。見(jiàn)附錄表 5。 滑弧位置 3： 計(jì)算得： 足要求。見(jiàn)附錄表 6。 由于本次壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算未使用程序計(jì)算，且由于時(shí)間限制，所選取的三個(gè)滑弧位置不一定是最危險(xiǎn)的。 152 6 壩構(gòu)造設(shè)計(jì) 壩頂構(gòu)造 壩頂寬度 本工程壩頂無(wú)交通要求，僅考慮運(yùn)行，施工的需要，根據(jù)砼面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（ 98）有關(guān)規(guī)定，參考國(guó)內(nèi)已建工程，壩頂寬度采用 8m。 防浪墻高度 面板壩普遍在其頂部設(shè)置 L 形的鋼筋混凝土防浪墻，以利于節(jié)省壩體堆石量，墻高 4 6m。本設(shè)計(jì)中壩體設(shè)置“ L”型防浪墻，防浪墻底部高于正常蓄水位 墻底高程 頂以上墻高 部高程 游面為垂直面，上游側(cè)底部設(shè) 檢修人行道，底部翼緣與砼面板相接，下游面為“ L”型插入壩體內(nèi)部，墻高 防浪墻見(jiàn)圖 圖 馬道、邊坡設(shè)計(jì) 壩體邊坡及上壩道路。根據(jù)壩體邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算，本工程為建基基礎(chǔ)為砂卵礫石覆蓋層，且目前地質(zhì)和材料試驗(yàn)工作深度有限，類(lèi)比國(guó)內(nèi)已建工程一般多采用 1：1： 且 1： 1： 坡度具有 足夠的安全度。故選定砼面板壩上游面壩坡 1： 游壩面坡 1： 面板壩下游壩坡常沿高程每隔 10 30m 設(shè)置一條馬道，用以攔截雨水，防止沖刷壩面，同時(shí)也兼作交通、檢修、觀測(cè)之用，而 153 且馬道有利于壩坡的穩(wěn)定。在本設(shè)計(jì)中下游壩坡以高程每隔 15 18m 設(shè)置一條馬道。下游壩面結(jié)合施工道路布置四層 8m 寬施工馬道，下游面綜合坡 1： 壩體剖面圖見(jiàn)圖 圖 砼面板設(shè)計(jì) 砼面板是大壩防滲主體結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿(mǎn)足抗?jié)B要求，具有較 高的抗裂性和足夠的柔性；并具有低收縮性能，以承受不均勻變形和防止面板開(kāi)裂；具有足夠的耐久性，滿(mǎn)足抗凍、抗風(fēng)化等要求。 為了保證結(jié)構(gòu)要求上的最小厚度，即 以砼面板厚度采用變厚度，頂部厚度選用 下按公式 t=m)計(jì)算，其中 t 為面板厚度， H 為計(jì)算斷面至面板頂部的垂直距離。 砼面板內(nèi)配置單層雙向鋼筋，以承受砼的溫度應(yīng)力和干縮應(yīng)力。一般情況下各向配筋率為 本設(shè)計(jì)各向配筋率均按 慮，每方砼含筋量為 96kg/ 根據(jù)壩體變形及施工條件對(duì) 砼面板進(jìn)行分縫，面板設(shè)置垂直縫，間距一般為 1218 m，本設(shè)計(jì)中垂直縫間距河床部位受壓區(qū)采用 12m，兩岸岸坡壩段受拉區(qū)按 6m 分縫。面板砼的材料應(yīng)具有優(yōu)良的和易性、抗裂性、抗?jié)B性和耐久性。面板一般采用28 天強(qiáng)度 R=20 25 混凝土。故在本設(shè)計(jì)中砼強(qiáng)度等級(jí)選用 趾板設(shè)計(jì) 154 趾板是布置在防滲面板的周邊，座落在河床覆蓋層及兩岸基巖上的砼結(jié)構(gòu)。趾板與面板通過(guò)設(shè)有止水的周邊縫共同作用，形成壩基以上的防滲體。趾板的最小寬度，一般取為 3m，趾板的厚度一般取為 本設(shè)計(jì)中河槽部 位的趾板建基在河床覆蓋層上，采用一塊連接板、一塊趾板，厚度為 度均為 3m。連接板與面板相接，趾板與防滲墻連接；兩岸趾板建基在岸坡弱風(fēng)化基巖上，趾板厚度為 度為 4m?；鶐r上的趾板采用砂漿錨桿將趾板與基巖連成整體。 趾板與面板、趾板與防滲墻的連接見(jiàn)圖 趾板分縫結(jié)合面板分縫布置，考慮到面板周邊縫止水的施工工序，趾板縫與面板分縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)布置，趾板施工縫間距一般為 15m 左右，本設(shè)計(jì)中趾板分縫為 12m ，河床部位與面板縫丁字型錯(cuò)開(kāi)，兩岸趾板分縫與面板縫錯(cuò)開(kāi)布置。 趾板內(nèi)配置單層雙向鋼筋，單 向配筋率均按 慮，每方砼含筋量為 96kg/板砼材料要求同面板砼， 混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用 圖 接縫止水設(shè)計(jì) 周邊縫止水：為了防滲可靠，便于施工，面板與趾板相接的周邊縫設(shè)計(jì)為兩道止水?？p底部設(shè)“ F”型銅止水，頂部設(shè)“ 性止水。 155 板間縫止水：板間縫分為壓性縫和張性縫，均設(shè)兩道止水，底部采用“ W”型銅止水，頂部設(shè)“ 性止水。 趾板伸縮縫止水：趾板下游端設(shè)“ D”型銅止水，上游端設(shè)橡膠止水，表面設(shè)“ 性止水。 防滲墻與板接縫止水：同周邊縫止水。 防浪墻與面板的接縫，底部采用“ W”型止水，縫頂面采用“ 水材料鋪蓋接縫面，表層粘貼 水板。 7 地基處理 基礎(chǔ)開(kāi)挖 (1)趾板基礎(chǔ) 河床部位的趾板座