魁龙水库硬岩＋软岩钢筋混凝土面板堆石坝设计.pdf

魁龙水库硬岩+ 软岩钢筋混凝土面板堆石坝设计 毛廷贵韩天福 ( 余庆县水利局贵州 余庆5 6 4 4 0 0 ) 摘要 _ ．T - t -／ ~计中选择恰当的大坝填筑材料对工程投资非常重要。近年来， 钢筋混凝土面板堆石坝已 成为大坝建筑结构 中的主流坝型。本文以余庆县魁水库工程钢筋混凝土面板堆石坝主堆石区及 下游堆石区采用砾岩筑坝为例， 阐述硬岩 +软岩钢筋混凝土面板堆石坝设计。 关键词 水工设计； 面板堆石坝 中图分类号： T V 6 4 1 ． 4 + 3 文献标识码 ： B 1工程概况 魁龙水库工程位于贵州省余庆县小腮镇 境内，是一座以余庆县城供水和白泥镇工业 园区供水的中型水库。水库坝址以上集雨面 积 3 9 ．4 k in ，总库容 1 1 5 2万 1T I ，正常库容 9 7 9 万 I"ll ， ， 兴利库容为 9 0 7万 ， 设计供水 能力 1 1 7 0 万 m 年。 工程主要构筑物由钢筋 混凝土面板堆石坝、竖井旋流泄洪系统及引 水系统构成，拟建大坝最大坝高为5 8 ． 5 0 m ， 属中坝， 工程等别Ⅲ等。 2坝体设计 2 ． 1坝型选择 根据坝址地质和可开采料场条件选择坝 型有三种坝型可供选择：①土坝。坝址区附 近天然建筑材料主要为第三系( E ) 砾岩及约 8 k in以外灰岩料， 可利用的天然土料较缺乏， 且质量不均 ， 其储量及开采条件不具备修建 土坝的条件。 ②重力坝、 拱坝。 坝基为砾岩地 层， 层间每 1 0 m～1 5 m夹有一层泥质胶结层 ， 厚 3 e ra～1 5 c m， 岩层倾下游， 缓倾左岸， 建刚 性坝坝基及坝肩抗滑稳定均不利，不具备修 建重力坝、拱坝条件。③钢筋混凝土面板堆 石坝。其对坝基地质无特别要求，且具有大 坝稳定性好 ，不易溃坝等优点。鉴于灰岩料 场距坝址较远， 交通不便 ， 就近有大量砾岩一 软岩可供开采及坝址地质等综合因素 ，确定 魁龙水库大坝选择硬岩 +软岩钢筋混凝土 面板 堆石坝 。 2 ． 2坝型结构 钢 筋混凝土面板 堆石 坝结构主要控 制指 标有： 坝体结构尺寸 、 上下游坝坡坡 比， 钢筋 混凝 土面板厚 度及大坝垫层堆石 区结 构。 坝体结构尺寸由库容 、工程运行条件及 坝址地貌 确定 ，魁龙水 库水库最 大坝高 5 8 ． 5 0 m， 坝顶宽 7 ． 0 m， 坝顶长 1 9 0 ． 0 0 m， 坝顶 高程 6 3 3 ． 5 0 m， 上游设高 3 ． 6 0 m的“ L ， 型防浪 墙 ， 最 大坝底宽 1 7 0 ． 6 6 m。 坝坡坡比在国内的大部分混凝土面板堆 石坝一般采用经验值 ，当筑坝材料为硬岩堆 石料 时 ，上 、下 游坝坡 可采用 1： 1 ． 3～ 1： 1 ． 4， 软岩堆石体的坝坡适当放缓。 依照已 建坝成功经验及面板堆石规范，魁龙水库上 游 坝 坡坡 比取 1： 1 ． 4 0 ，下 游 坝 坡 坡 比取 1 ：1 ． 4 0 、 1 ：1 ． 5 O。 面板厚度依照规范 0 ． 3 m～O ． 4 m，综合 考虑水库建坝材料 ， 魁龙水库钢筋混凝土防 渗面板厚度取 0 ． 4 5 m。面板下端与趾板相 接， 趾板厚 0 ． 5 0 m， 宽 5 ． 0 m～ 4 ． 0 m， 置于弱风 化层上部岩基上，为了延长趾板基础渗径 ， 在趾 板下游 基础采 用挂 网喷 C 2 0砼 支护 ， 喷 砼厚度 1 0 0 m m 。面板采用 C 2 5钢筋混凝土， 混凝土抗渗等级为 W8 ， 为防止面板开裂 。 面 板设单层双向钢筋 ， 水平 向配筋率为 0 ． 3 ％， 竖向配筋率为 0 ． 4 ％，在岸坡周边缝及附近 适 当配置增强 钢筋 。 趾 板采 用 C 2 5钢筋 混凝 土 ，设单 层双 向钢筋 ，水平 向配筋 率为 O ． 3 ％， 竖向配筋率为 0 ． 4 ％， 趾板设 2 5砂 浆锚杆( 单根长 4 ． 5 m) 与基岩连接 ， 锚人基 岩 4 ． 0 m， 间距 1 ．5 m。 大坝垫层堆石区结构按面板坝结构标准 类比确定，面板后设水平宽 3 ．O r n的垫层， 垫 层后设水平宽 4 ． 0 m的过渡层 ， 过渡层后( 坝 体 6 2 6 ． 0 0 m～ 5 8 3 ． 0 0 m高程段 ) 设坚向排水区 和( 坝底 5 7 8 ． 0 0 m～ 5 8 3 ． 0 0 m高程段 ) 水平排 水区，坚向排水区后和水平排水区以上为主 堆石区( 干燥 区 ) ， 下游坝面 为干砌块石护 面。 大坝结构详见图 1 。 2 - 3 填坝材料 水库大坝筑坝材料采用人工砂石料 ， 主 要由垫层料 、 过渡料、 主堆石区料及下游堆石 区料 、 下游特殊垫层料、 上游铺盖区料构成， 总填筑量 4 6 万 m 。大坝填筑料指示由材料 物 理 力学 实 验 和 现场 碾 压 实 验确 定 。 2 0 1 3年5月 2 0日在实验场完 成了碾 压实验 ， 2 0 1 3年 8 月 2 0日在南京水科院完成了材料 物理 力学实验 ， 其筑 坝指示如下 ： 太 黛 嵌葫霄目}： ! ＼ 滁 ＼ ／-． ， q 口 霜 I b L - _ ～龋， b j^ I l艘 b： 0 躐 t ⋯一 攥目 罄 釉 r 孵 { 精 l 辔 潮 一 嘲 辔 皤孵 ⋯ ⋯ ⋯ 一 面一 f 图 1 大坝横剖面示意图 表 1 填坝材料分区特性表 填筑设计参数 压实标准 分区名称 采用材料 铺筑层厚 最大粒径 碾压机械 碾压 干容重 孔隙率 f m) ( mm) 遍数 ( t ／ m’ ) ( ％) 垫层区 灰岩料 0 - 4 8 0 2 2 t 振动碾 6 2 ． 2 0 1 5 过渡区 灰岩料 O ．4 3 0 0 2 2 t 振动碾 6 2 ． 1 5 2 0 排水 区 灰岩料 0 ． 8 6 0 O 2 2 t 振动碾 8 2 ． 1 O 2 4 主堆石 区 ( 干燥 区) 砾岩料 0 - 8 8 0 0 2 2 t 振动碾 8 2 ． 0 O 2 0 特殊垫层区 灰岩料 0 ．2 4 0 手扶振动碾 6 2 ． 1 5 表 2 各种工况下坝坡稳定计算 计算工况 计算坝坡 安全系数 允许安全系数 ① 下游坝坡 1 ． 7 6 1 - 3 O ② 下游坝坡 1 ． 5 3 1 ．2 0 ③ 上游坝坡 1 ． 4 8 1 - 3 O ④ 上游坝坡 1 ．4 3 1 ． 3 0 ⑤ 上游坝坡 1 ． 5 6 1 ． 2 0 ( 1 ) 垫层区。 水平宽 3 ． 0 m， 采用灰岩骨 料， 铺筑层厚 0 ． 4 m， 最大粒径 8 0 ra m， 粒径 小于 5 ra m的含量宜为 3 0 ％～ 4 0 ％，小于 O ． 1 m m 的含量 宜控制在 5 ％左右 。为 了减 少上游面斜坡碾施工难度和提高施工速 度及质量，在上游坝增设一道 c 5 挤压砼 墙后 ， 再采用 8 t 振动碾压， 压实后应具有 内部渗透稳定性、 低压缩性 、 高抗剪强度 ， 干容重 2 ． 2 0 t ／ m ，空隙率 1 5 ％，渗透系数 1 1 0 ～1 0 ％ m ／ s 。 ( 2 ) 过 渡区。 水 平宽 4 ． 0 m， 采用灰岩骨 料， 铺筑层厚 O ． 4 m， 最大粒径 3 0 0 ra m， 且级 配连续， 采用 2 2 t 振动碾压， 压实后具有低 压缩性 、 高抗剪强度 、 自由排水性能， 干容 重 2 ． 1 5 t／ m 3 ，空隙率 2 0 ％，渗透系数 > l 1 0 ％m／ s。 ( 3 ) 排水区。坝体 6 2 6 ． 0 0 m～ 5 8 3 ． 0 0 m 高程段设坚 向排水 区，水平 宽 4 ． 0 m一 1 1 ． 2 0 m， 并在 河床坝 底 5 7 8 ． 0 0 m～5 8 3 ． 0 0 m 高程段设水平排水区， 排水区均采用灰岩 骨料。 铺筑层厚 0 ． 8 m， 最大粒径为 6 0 0 m m， 采用 2 2 t 振动碾压， 压实后能 自由排水、 有 较高的压实密度 和变形 模量 ，干容重 2 ． 1 0 t ／ m ] ，空隙 率 2 4 ％，渗 透 系 数 > 1 1 0 ～ c m／ s。 ( 4 ) 主堆石 区及 下游 堆石 区料。采用 砾 岩石料 ，铺筑层 厚 O ． 8 m，最大粒径 8 0 0 m m， 采用 2 2 t 振动碾压 ， 压实后具有较 低 的压缩性和一定的抗剪强度。干容重 2 ．0 t／m ’ ，空 隙 率 2 0 ％ ，渗 透 系 数 > 1 1 0 e m／ s。 ( 5 ) 周边缝下游侧特殊垫层料。采用 最大粒径小于 4 0 m m灰岩料，且内部稳定 的反滤料。 薄层碾压密实， 铺筑层厚 0 ．2 m ， 采 用 手扶 振 动 碾 压 ，压 实 后 干 容重 2 ． 1 5 t ／ m ， 以尽量减少周边缝的位移， 同时 对周边缝表面铺设的粉细砂 、 粉煤灰等起 反滤作用 。 ( 6 ) 上游铺盖区。采用粉土、 粉细砂 、 粉煤灰等材料 ， 上游盖重区采用土石渣填 料。填坝材料分区特性见表 1 。 3大坝稳定 水库上游坝坡为 1： 1 ．4 0 ，下游坝坡 为1： 1 ． 4 0、 1： 1 ． 5 0 ， 坝顶宽 7 ． 0 m， 最大坝 底宽 1 7 0 ． 6 6 m 。 根据《 混凝土面板堆石坝设 计规范)) ( S L 2 2 8 — 9 8 ) 规定 ， 由于大坝部分 主堆石和下游堆石材料采用砾岩， 属软岩 堆石坝， 大坝坝坡稳定分析采用二维线性 计算。依据 《 碾压式土石坝设计规范》 ( S L 2 7 4— 2 0 0 1 ) 坝坡稳定分析方法 ， 采用 水利水电科学研究院土石坝坝坡稳定程 序( S T A B )) 简化版中的有效应力法计算， 滑 裂面为圆弧( 毕肖普法) 。 选取面板堆石坝 典型断面进行计算， 排水区堆石体完全透 水， 不考虑面板作用。 计算工况 ： ①水库正 常蓄水位 6 3 0 ． 0 0 m时下游坝坡 ； ②水库校 核洪水位 6 3 2 ． 4 8 m时下游坝坡； ③水库死 水位 6 0 2 ． 0 0 m时上游坝坡； ④水库水位从 正常蓄水位骤降至死水位高程时的上游 坝坡；⑤ 水库竣工后未蓄水时上游坝坡。 成果见表 2 。 根据计算成果分析 ， 魁龙水库大坝上 下游坝坡在正常运行和非常运行情况下 坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范规程 要求 。 4结 语 硬 岩 +软 岩钢 筋混 凝 土 面板 堆石 坝 在国内施工钢筋混凝土面板堆石中相对 较少， 余庆县魁龙水库通过材料物理力学 实验和现场碾压实验确定大坝上游坝坡 为 1 ． 4 O ， 下游坝坡为 1 ．4 O 、 1 ． 5 0 ， 经稳定计 算 ， 抗滑抗剪满足要求 ， 可以筑坝。 余庆县 魁龙水库采用硬岩 +软岩钢筋混凝土面 板堆石坝方案比硬岩钢筋混凝土面板堆 石坝方案节约投资 1 3 0 0万元 ，同时提高 筑坝施工强度 ， 缩短了工期 3 6 0天 ， 取得 了良好的经济效益。秧西球 列 参考文献 [ 1 ] 蒋 国澄， 赵增凯．中国砼 面板 堆石坝 2 O 年[ M] ．北京： 水利出板社， 2 0 0 5 ． [ 2 ]蒋国澄， 傅志安， 风家骥． 砼面板工程 史[ M] ． 武汉： 湖北科技学术出版社， 1 9 9 7 ． ( 责任编辑 ： 黄灵芝) 0 J C 、、 一 C ( ) C 0