水利工程論文-龍馬水電站面板堆石壩設計.doc

水利工程論文-龍馬水電站面板堆石壩設計摘要：龍馬水電站面板堆石壩最大壩高135m，其特點是壩址、料場岸坡陡峻，趾板開挖、料場開采、壩料運輸?shù)缆肥┕るy度大。壩料主要來源于料場和溢洪道開挖料，根據壩料特點進行了分區(qū)設計；對壩料進行了室內試驗及現(xiàn)場碾壓試驗，根據試驗結構確定了壩體填筑標準。關鍵詞：壩體分區(qū)壩坡穩(wěn)定應力和變形基礎處理面板堆石壩龍馬水電站1壩體分區(qū)設計龍馬水電站面板堆石壩最大壩高135m，壩頂長315m，壩頂寬10m，壩頂高程643.0m，上游設防浪墻。上游壩坡1:1.4，下游壩坡1:1.35，分別在603.0m、563.0m高程設兩臺2.5m寬馬道。上壩料為壩址下游左岸的舊家箐料場、右岸清水河料場和溢洪道開挖料，其主要成分為石英砂巖。面板頂部厚度0.3m，漸變至面板底部，厚度為0.7m。面板分縫分塊根據地形、有限元計算的壩體變形、施工條件進行分塊，垂直縫間距12m。根據運行期間對壩體各部位的要求，壩體材料進行分區(qū)設計。分區(qū)的原則是：對料場開挖料的特性認真研究，在保證工程安全、經濟的前提下，充分利用建筑物開挖的有用料；各區(qū)壩料從上游到下游滿足水力過渡要求，相鄰區(qū)下游壩料對其上游區(qū)有反濾保護作用；蓄水后壩體變形盡可能小，從而減小面板和止水系統(tǒng)遭到破壞的可能性。根據料源及對壩料強度、滲透性、壓縮性、施工方便和經濟合理等要求，將壩體從上游到下游分為墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游次堆石區(qū)，并在面板上游設壩前覆蓋料。2A區(qū)為面板下的墊層區(qū)，考慮施工機械設備施工需要的最小寬度，確定墊層水平寬度為3.0m；3A區(qū)為墊層下的過渡區(qū)，亦考慮施工要求，水平寬度為4.0m；3B區(qū)為主堆石區(qū)，為級配良好的砂巖堆石料；3C區(qū)為次堆石區(qū)，位于壩體下游部位，可利用建筑物開挖料和砂泥巖料。下游壩面塊石護坡，厚度1m。1A區(qū)為上游壩腳粘土鋪蓋區(qū)，1B區(qū)為上游壩腳回填石渣蓋重區(qū)。1.1墊層料工程區(qū)天然砂礫料儲量較小，墊層料采用料場弱風化以下巖體軋制而成。對墊層料的設計有如下要求：應有較高的變形模量及抗剪強度，能維持自身的穩(wěn)定，對面板起到良好的支撐作用；墊層料應具有半透水性質，在面板及接縫開裂破壞時，可以起到限制壩體的滲漏量并保持自身抗?jié)B穩(wěn)定，對細粒料起到反濾作用，滲漏發(fā)生時通過細粒料堵塞滲流通道自愈，起到一定的擋水作用；施工中不易分離，便于平整坡面，使面板受力均勻。墊層料的寬度按以上要求并考慮抗震、施工要求確定；級配根據工程經驗和試驗結果確定，最大粒徑80mm，特殊墊層料最大粒徑30mm。小于5mm含量30%50%，小于0.075mm含量不大于8%。經過試驗，壓實后滲透系數(shù)為（1.467.15）10-3cm/s，相對密度不小于0.8。墊層料設計干密度為2.24gcm3，孔隙率不大于18%。1.2過渡料在墊層料與主堆石料間設過渡料區(qū)，料源為料場開挖的弱風化以下巖石，物理力學指標要求與墊層料相近，即具有低壓縮性、高抗剪強度，對墊層料能起到反濾保護作用。根據墊層料的級配確定過渡料區(qū)的級配，最大粒徑為300mm，小于100mm含量大于15%，小于1mm含量不大于3%。過渡料設計干密度為2.18gcm3，孔隙率不大于20%。經過試驗，滲透系數(shù)為（2.365.7）10-1cm/s。1.3堆石料上游主堆石料區(qū)為水壓力的主要承載區(qū)，為避免面板產生較大的變形，要求有較高的壓縮模量及良好的透水性，筑壩石料應有較高的干、濕抗壓強度，在面板澆筑后，即使水庫蓄水壩體的變形增量也不大?？捎糜谥鞫咽瘏^(qū)的料源有弱風化、微風化及新鮮的砂巖。下游堆石料區(qū)位于上游堆石區(qū)下游，壩料要求較主堆石區(qū)低，為充分、靈活利用建筑物開挖料，下游堆石料分為三個區(qū)：底部要求與主堆石區(qū)底部類似并具有足夠的透水性，頂部高程據下游最高水位確定為550.00m；上部采用建筑物開挖的強風化砂巖料（濕抗壓強度應大于40MPa），對石料的抗壓強度要求稍低；下游區(qū)為維持壩坡穩(wěn)定，抵抗風化侵蝕，保護其上游側的軟巖料區(qū)，對石料的抗壓強度要求仍較高，采用弱風化及以下砂巖填筑。堆石料最大粒徑為800mm，小于5mm含量不超過15%，小于0.075mm含量不大于5%。堆石料設計干密度為2.16gcm3，孔隙率不大于21%。1.4壩前覆蓋料區(qū)面板上游的壩前覆蓋料區(qū)由堵縫材料和保護料組成，當面板較低部位（不具備檢修條件）出現(xiàn)裂縫、周邊縫止水破壞等原因產生大的滲漏水時，堵縫材料隨水流進入滲漏通道堵縫自愈。堵縫材料采用粘土，頂部高程由水庫放空的最低水位560.00m確定，寬度在滿足施工要求的前提下根據工程經驗確定為10m；保護料采用工程棄渣料，坡度由邊坡穩(wěn)定控制，確定為1:2.5。圖1面板堆石壩最大橫剖面圖2壩料試驗成果原巖物理力學試驗成果表明，溢洪道巖樣大部分巖石的節(jié)理、裂隙孔洞發(fā)育，巖石為弱風化及其上部，故孔隙率、最大吸水率偏大。舊家箐石料場巖石的抗壓強度值變化較大，粉砂質泥巖及泥質粉砂巖表現(xiàn)尤為明顯，這是由于巖石本身的不均勻性所引起的。密度試驗結果，過渡料最大干密度為2.16g/cm32.19g/cm3，平均2.18g/cm3；墊層料最大干密度2.24g/cm32.27g/cm3，平均2.26g/cm3，在滿足試驗級配條件下，密度值較大。壓縮成果表明，堆石料的壓縮系數(shù)值隨壓力增大而減小，相應壓縮模量值隨壓力的增大而漸增，但壓縮模量增加的幅度較緩，少部分有下降的情況，堆石料的壓縮性符合一般粗粒料的壓縮規(guī)律。墊層料的滲透系數(shù)為1.4610-3cm/s7.1510-3cm/s，屬半透水料。過渡料的滲透系數(shù)為2.3610-1cm/s5.7010-1cm/s，堆石料的滲透系數(shù)為110-2cm/s1100cm/s，過渡料及堆石料為透水性材料。各組料的滲透系數(shù)與其自身的顆粒組成及巖性一致，滿足設計要求。三軸試驗成果表明，墊層料CD剪在3=100kPa500kPa范圍內，有效強度cd為40.541.2；過渡料CD剪的有效強度cd為38.138.2；堆石料CD剪的有效強度cd為37.040.8，強度值較高。此外，鄧肯EB模型參數(shù)中，初始彈性模量K和體積模量都比較高。舊家箐石料場和溢洪道開挖的弱風化及以下的砂巖料，堆石料壓縮變形小，壓縮模量高，抗剪強度、初始彈性模量K和體積模量都比較大，其透水性、變形、強度及彈性模量能滿足龍馬水電站堆石壩筑壩材料的要求。以上石料浸水濕化后對其強度有一定影響，施工中應根據巖石情況分區(qū)使用。試驗成果與巖性、風化程度、密實度、試驗條件有關，與原巖的物理力學性成果基本一致。各石料的滲透性、壓縮指標及三軸試驗成果相互對應，成果平行關系好，反映了試驗材料的基本特性。圖2石料顆粒級配曲線3壩料填筑參數(shù)壩體填筑標準根據壩料室內試驗及現(xiàn)場碾壓試驗結果，并參考類似已建工程最終確定如表1。表1壩料填筑參數(shù)表序號壩料種類干密度g/cm3孔隙率%最大粒徑（mm）滲透系數(shù)(cm/s)鋪料厚度(mm)最少碾壓遍數(shù)1墊層料（2A）2.241880110-3110-440062特殊墊層區(qū)料（2B）2.241830110-3110-440063過渡料（3A）2.18203002.3610-140084主堆石區(qū)（3B）2.1621800110080085次堆石區(qū)（3C）2.1721800110-180086粘土料（1A）3007任意料（1B）6008塊石護坡（P）15004壩體計算4.1壩坡穩(wěn)定分析壩坡穩(wěn)定分析采用二維線性計算，采用STAB2000進行計算，滑裂面為圓弧（畢肖普法）。選取面板堆石壩典型斷面進行計算，堆石體完全透水，不考慮面板作用。壩料計算參數(shù)依據堆石壩石料試驗成果整理而成。表2壩坡穩(wěn)定計算參數(shù)壩料名稱(t/m3)s(t/m3