龍馬水電站面板堆石壩設計

1、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(jù)壩料特點進行了分區(qū)設計；對壩料進行了室內(nèi)試驗及現(xiàn)場碾壓試驗，根據(jù)試驗結(jié)構(gòu)確定了壩體填筑標準。 關(guān)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

2、.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(jù)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(jù)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(jīng)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

3、而減小面板和止水系統(tǒng)遭到破壞的可能性。根據(jù)料源及對壩料強度、滲透性、壓縮性、施工方便和經(jīng)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    2007-04-29    

4、60;   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(zhì)，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(jù)工程經(jīng)驗和試驗結(jié)果確定，最大粒徑80mm，特殊墊層

5、料最大粒徑30mm。小于5mm含量30%50%，小于0.075mm含量不大于8%。經(jīng)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(jù)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   &

6、#160;2007-04-29        20%。經(jīng)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(chǎn)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

7、部高程據(jù)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(cè)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(chǎn)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

8、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(jù)工程經(jīng)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(jù)壩料室內(nèi)試驗及現(xiàn)場碾壓試驗結(jié)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    2007-04-

9、29        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）2.2418801×10-31×10-440062特殊墊層區(qū)料（2B）    2007-04-29        2.2418301×10-31×10-440063過渡料（3A）2.1820300>2.36×10

10、-140084主堆石區(qū)（3B）2.16218001×100800    2007-04-29        85次堆石區(qū)（3C）2.17218001×10-180086粘土料（1A）    300 7任意料（1B）    600     2007-04-29     &

11、#160;  8塊石護坡（P）  1500   4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?。ó呅て辗ǎ?。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(jù)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)強度指標(度)(度)1墊層料2.242.4255.1013.522過

12、渡料2.182.3854.5112.293堆石料2.162.3851.6710.954上游圍堰2.162.3851.6710.955堆石料(軟巖)2.162.3851.6710.956基  巖2.452.50700 表3            壩坡穩(wěn)定計算成果序  號計  算      2007-04-29       

13、0;工  況安全系數(shù)允許安全系數(shù)1正常運行期下游壩坡1.7591.302正常運行期下游壩坡7度地震1.6281.20  圖4      正常運行期7度地震下游壩坡穩(wěn)定計算簡圖     4.2壩體應力和變形分析 計算應用軟件為清華大學編制的土石壩計算程序“EFESD”，計算模型采用E-B模型。壩料計算參數(shù)依據(jù)堆石壩石料試驗成果整理而成。計算過程分竣工期及正常運行期。計算最終結(jié)果匯總于表4，詳細成果參見壩體應力位移等值線圖。表4   

14、60;     壩體應力和變形計算成果工況壩體位移最大值（m）堆石體應力最大值（MPa）水平位移豎直沉降大主應力小主應力竣工期-0.13(向上游)0.33(向下游)0.801.950.70運行期-0.08(向上游)0.34(向下游)0.802.000.70 從壩體位移等值線圖可以看出，壩體的變形符合一般規(guī)律。由于上游圍堰與壩體結(jié)合部分先期填筑，壩軸線兩側(cè)并不呈對稱分布，向下游側(cè)變形大一點，最大值位于下游側(cè)壩殼1/3    2007-04-29        壩高處。從壩體應力等值線圖中可以看出，主應