还剩11页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
公伯峡水电站混凝土面板堆石坝设计简介公伯峡水电站的拦河大坝为钢筋混凝土面板堆石坝,最大坝高该坝的特点是坝址处于高地震区且河谷极不对称,气候寒
139.0m冷,日温差大、干燥,岩性变化复杂,开挖渣料质量差别大,两岸上游设有目前国内较高的混凝土高趾墙在设计中充分考虑了这些特点,就坝体稳定、应力应变分析、坝体分区、坝料平衡、接缝止水结构设计、混凝土高趾墙等进行了深入研究和优化设计关键字混凝土面板堆石坝设计公伯峡水电站公伯峡水电站混凝土面板坝具有以下特点面板坝处于极不对称河谷中,左右岸平均坡度分别为和右岸高程以上为阶3060°;
1980.0m地砂壤土及砂砾石层,致使面板受拉缝范围大,右岸陡坡处周边缝剪切变位较大;由于两岸坝头分别为电站进水口及溢洪道,结合地形地质条件,两岸均需设高趾墙;坝址处于高地震区,基本烈度度,坝体设防烈度78度;坝体大部分利用枢纽工程开挖料填筑,枢纽工程开挖量大,岩性2/3变化复杂,分区时虽考虑了渣料性能差别,但利用开挖料难度仍较大;气候寒冷,日温差大、干燥,因此面板防裂问题较突出坝体设计1坝顶高程和坝顶宽度钢筋,缝面要求凿毛,并设道橡胶止水带L11坝基处理4基础开挖
4.1趾板建基于弱风化岩石上,趾板下游倍坝高范围内的基础开挖至
0.3强风化中、下部岩石上,开挖面应平坦,基础开挖面必须清洗干净其后至坝轴线基础,将表面覆盖及冲积层挖除至强风化岩石(松动层要挖除),不允许有高度大于
1.0m的陡坡和反坡,其间的连接坡度不陡于
11.4坝轴线下游部分的基础,将表面覆盖及冲积层挖除,露出基岩面即可坝轴线上游范围两岸要求削成平顺连续的岸坡,开挖边坡不陡于坝1:
0.5,轴线下游范围两岸要求削成不陡于的岸坡左右岸高趾墙基础均挖1:
0.3至弱风化岩石固结灌浆
4.2固结灌浆仅在趾板和高趾墙基础范围内进行,灌浆孔深入基岩
5.0m(位于左右岸高趾墙基础,灌浆孔深入基岩)孔排距梅花形
8.0m,
3.0m,布置帷幕灌浆
4.3帷幕灌浆沿趾板和高趾墙全线布置,位于趾板线上游主帷幕深X度按以下两个方面控制,取其大者为帷幕深度帷幕深度不小于坝高的30%;帷幕深度插入到基岩相对不透水层(co=3Lu)线下
5.0m经帷幕结构计算需在高程以下设副帷幕,深度为
1945.0m
10.0〜
15.0mo主、副帷幕的排距为孔距均为帷幕最大深度为
1.5m,
2.0m,
43.5m断层破碎带处理
4.4对于趾板基础、趾板下游倍坝高范围内基础和高趾墙基础遇到断
0.3层时,将断层破碎带及断层夹泥全部挖除,回填混凝土塞,处理深度当断层破碎带宽度加影响带宽度小于时,混凝土断层塞的深度为断层
2.0m宽度的倍,当断层破碎带宽度加影响带宽度大于时,应进
1.0〜
1.
52.0m行专门处理设计趾板部位的断层破碎带除进行开挖回填混凝土外,还进行固结灌浆并加深帷幕灌浆深度坝轴线上游堆石体基础遇到断层时,应清除断层表面的泥土,用厚度为的混凝土覆盖坝轴线下游堆石体20cm基础遇到断层时,在断层表面覆盖垫层料和过渡料加以保护原型观测设计5坝面位移观测
5.1坝面共设位移测点个,在坝顶布置个测点,下游坝面布置351512个测点,上游坝面正常蓄水位以上布置个,工作基点在左右岸共设组83采用极坐标法和水准测量的方法观测坝面(坝顶、上下游坝面)的水平位移和垂直位移坝体内部垂直位移和水平位移观测
5.2坝体内沿坝轴线方向布置个观测断面,各观测断面在不同高程布置3测点用水管式沉降仪、锢钢丝水平位移计及电磁式沉降仪(仅在最大断面布置),监测坝体内部垂直、水平位移及坝基沉降各测点埋设管路引至下游坝面观测室内进行监测面板变形(挠度)、应力应变观测
5.3采用斜坡测斜管及面板下埋设垂直、水平位移计(或固定式测斜仪)的方法进行面板挠度的监测,同时可监测面板有无脱空现象应力应变监测采用可同时监测面板温度的三向、两向应变计组、钢筋计及无应力计接缝位移观测
5.4接缝位移采用测缝计观测,其中周边缝为三向测缝计,面板接缝及面板与两岸高趾墙接缝为单向、双向差动电阻式测缝计渗透压力、渗透流量观测
5.5坝基及面板下渗透压力采用埋入式、差动电阻式渗压计进行监测在坝体下游设截水墙,布置监测坝体渗漏量用的量水堰地震反应
5.6在坝体横向观测断面处布置地震监测仪,由监测中控室内计算机记录坝体的地震反应情况上下游水位监测
5.7结合枢纽整体监测系统,在上下游各布置套自计水位计(周计或月1计),监测并记录上下游水位变化过程;在坝顶或两岸建筑物上设置温度、风速监测仪,记录气温、风速的变化过程水库正常蓄水位和设计洪水位为校核洪水位
2005.0m,考虑了波浪爬高、风壅水面高、地震涌浪、地震沉陷及库区滑
2008.0m o坡涌浪等情况,经计算坝顶高程由地震情况控制,防浪墙顶高程为20n.3m,坝顶高程为防浪墙底高程高于正常蓄水位即
2010.0m,
0.5m
2005.5m为保证拉模施工平台宽度大于及满足坝顶交通要求,坝顶宽度确
15.0m定为
10.0m0坝坡设计
1.2参考国内外已建和在建以上高混凝土面板坝的经验,结合本工100m程坝料的质量和分区以及处于高地震区的特点,经稳定计算分析后,确定上游坝坡为
11.4,下游坝坡实坡为
11.5〜
11.3,综合坝坡
11.79坝体材料分区及坝料设计
1.3坝体材料分区
1.
3.1坝体材料分区原则坝体中应有畅通的排水通道且坝料之间应满1足水力过渡的要求;坝轴线上游侧坝料应具有较大的变形模量且从上游到下游坝料变形模量可递减,以保证蓄水后坝体变形协调,尽可能减小对面板变形的影响,从而减小面板和止水系统遭到破坏的可能性;充分合理利用枢纽的开挖料,以达到经济的目的坝体材料分区根据分区原则,坝体从上游向下游依次分为2面板上游面下部土质斜铺盖(1A)及其盖重区(1B)、混凝土面板、垫层区(2A)、垫层小区(2B)、过渡区(3A)、主堆石区(3BI、3BII)及下游次堆石区((见图)堆石料较砂砾石有较大的抗剪强度和301o良好的透水性,故布置在上游侧,而堆石特别是次堆石与砂砾石压缩模量差别很大(主次堆石压缩模量为砂砾石的)其分界线应有较大坡1/3~1/10,度(
10.5-11),以使其变形有渐变的过程除垫层和主堆石间设过渡料外,砂砾石料底部也设过渡料层防止砂砾石冲蚀坝体材料设计
1.
3.2()垫层料()垫层料由微、弱风化花岗岩和片麻岩加工而12A o成最大粒径小于的颗粒含量为小于100mm,5mm35%〜45%,
0.1mm的颗粒含量为设计干密度孔隙率渗透系数4%〜7%
2.23g/cm3,16%,允许渗透坡降该区水平宽度铺料厚度K=lxl0-3cm/s,J
703.0m,
40.0cm为了改善坝体与岸坡的连接,在坝基部位垫层向下游延伸(为该
0.3H H般,VI
907.00△T
554.65V187LETJ^X处作用水头)图I坝体标点制面主堵石人(砂嶂石)\过渡料过渡料位于垫层与主堆石区之间,为微、弱风化花23A o岗岩最大粒径小于的颗粒含量为小于300mm,5mm3%〜17%,
0.1mm的颗粒含量小于设计干密度孔隙率渗透系数7%
2.17g/cm3,18%,允许渗透坡降水平宽度铺料厚度在K=lxlO-lcm/s,J
303.0m,
40.0cm坝基与岸坡部位向下游延伸将垫层料包住主堆石料主堆石料区为大坝主要支撑体的一部分,兼33B Io I作坝体排水体为微、弱风化花岗岩和片岩,其中片岩含量不超过30%o最大粒径小于的颗粒含量小于小于的颗粒含800mm,5mm8%,
0.1mm量小于设计干密度孔隙率铺料厚度5%
2.15g/cm3,20%,
80.0cm主堆石料为大坝主要支撑体的一部分,材料为砂砾石最43BIIo大粒径,小于的颗粒含量为小于的颗粒450mm5mm15%〜40%,
0.1mm含量小于设计相对密度铺料厚度7%
0.8,
60.0cm次堆石料次堆石料位于坝体下游干燥部位,为强风化花岗530o岩和弱风化片岩试验表明强风化片岩不宜作为上坝料级配连续,最大粒径小于的颗粒含量小于小于的颗粒含量小1000mm,5mm35%,
0.1mm于铺料厚度振动碾碾压8%
100.0cm,15t6〜遍8垫层小区料该区位于面板周边缝下游,该部位狭窄,应加62B o强人工夯实或采用平板震动器进行碾压材料为微、弱风化花岗岩和片麻岩最大粒径,小于的颗粒含量小于的颗粒含40mm5mm45%,
0.1mm量小于设计干密度孔隙率铺料厚度7%o
2.2g/cm3,17%,
20.0cm上游粉砂质壤土压坡为封堵面板裂缝和周边缝裂缝,在上71A o游高程以下面板上游侧设置粉砂质壤土压坡,顶宽上游
1940.0m
5.0m,坡度
11.65,其上游侧设置碎石盖重体加以保护土石方平衡
1.
3.3由于公伯峡坝址地质条件复杂,岩性变化规律性差,主体工程开挖后,实际可利用上坝的石渣料数量、质量均有很大变化根据年20023月底实际统计资料对坝体分区进行了调整优化,以尽可能提高开挖料的利用率,减小料场补充量图为调整后断面经调整后坝体总填筑量为1万利用开挖渣料万占总填筑量的其中垫
476.33m3,
318.97m3,
66.9%层、过渡料由药水沟料场开采,以保证其质量主次堆石利用开挖料达不足部分由溢洪道引渠局部扩挖补充,砂砾石由下游水车村料场开71%,采坝体应力应变分析2坝体三维应力应变分析的计算模型采用双屈服面弹塑性本构模型,混凝土材料采用线弹性参数,坝料采用非线性材料参数;动力分析采用等价非线性粘弹性模型进行计算;静力计算模拟大坝坝体填筑、面板浇筑和分期蓄水过程,分级进行仿真计算动力计算是在水库蓄水后遭遇地33震,按场地基岩地震加速度过程线年超越100概率)计算2%经计算坝体的最大沉陷量相当于坝高的坝体内的应力
140.9cm,1%,水平均小于说明坝体内的堆石体不会发生剪切破坏一期面板浇筑后,
1.0,在坝体继续填筑时,顶部左右面板可能脱空竣工及蓄水期面板
10.0m顺坡向应力绝大部分为压应力,轴向应力河槽部位为压应力(最大)两岸有一定拉应力区(最大)蓄水期面板最大
7.2MPa,
0.5〜
2.5MPa挠度为位于河床深槽部位,半坝高以上面板轴向位移由河谷两
28.5cm,岸向河槽中央变形,最大位移面板垂直缝仅主河槽部位受压,两
1.5cm侧约范围为张开区,最大张开变形为在一期面板顶部附近80%
7.4mm及右岸陡坡下部的周边缝位移较大(周边缝最大变位张开沉
11.5mm,陷剪切)两岸高趾墙的位移与应力状态较好
19.8mm,
24.8mm,动力计算结果表明,在遭受度地震的情况下,坝顶永久变形较大,8垂直沉降水平位移动力反应较大,坝顶垂直和顺河向
35.1cm,
25.3cm地震反应最大加速度达和地震反应加速度放大倍数
4.18m/s
27.34m/s2,达下游坝坡上部可能出现坍塌、滚石等局部破坏现象,但发生大范
3.7围滑坡的可能性不大在地震过程中,面板中动应力较大(最大振动拉应力达)不能排除面板有出现局部损坏的可能在动应力作用下,
7.0MPa,面板的垂直缝和周边缝变位均有所增加,但增加量不大(5〜18mm)计算分析得出的坝体与面板应力变形规律与已建坝观测结果相似,根据计算结果,在设计中采取了以下措施周边缝剪切变位较大,采用适应较大变形的止水结构型式;适当放缓下游坝坡并采用上缓下陡(
11.5~
11.3)的形式,下游坝坡上部采用加锚筋的浆砌石护坡,防止地震引起的局部破坏,面板垂直缝设条柔性压缝,以满足抗震要求;5为减小一期面板与垫层间脱空现象,一期面板施工时,要求坝体填筑高度高于面板顶以上
10.0m面板、趾板(高趾墙)及接缝设计3面板设计
3.1钢筋混凝土面板顶部厚度底部最大厚度控制最大水力梯
0.3m,
0.7m,度小于(为)面板总面积面板分缝宽度考虑河谷部200196,57528m2位压性缝范围较小,宽度均为面板采用单层双向钢筋(螺纹钢筋),
12.0m0每向配筋率为在周边缝及垂直缝侧面设置抗挤压钢筋(细
0.3%〜
0.4%钢筋),防止局部挤压破坏面板分二期浇筑,
一、二期面板混凝土标号分别为和为二级配混凝土为防止面板裂缝C25W12F100C25W10F300,除要求加强养护外,拟采用聚丙烯纤维混凝土(正进行试验研究)趾板(高趾墙)设计
3.2趾板是整个混凝土面板坝防渗系统的重要组成部分,可保证面板与坝基间的不透水连接趾板建基面座落在弱风化岩石上,趾板宽度按垂直于趾板控制线(X线)由地基允许渗流比降(JV15)确定趾板宽度分别为、、、趾板厚度分别为、
50607.
59.0m,
0.
50.
60.7m趾板在顶部布置单层双向钢筋,每向配筋率为钢筋与趾板锚筋相连
0.3%,沿趾板轴线每间距及在拐点两侧设永久伸缩缝,每间距设
30.0m
15.0m施工缝趾板混凝土为二级配混凝土,标号为C25W12F100o左右岸混凝土高趾墙直接关系到面板防渗的可靠性和大坝的安全右岸高趾墙最大墙高墙顶随坝坡降低,墙顶宽度墙底宽度
50.0m,4〜12m,
13.06〜
31.9m,墙背坡
10.6左岸高趾墙为溢洪道引渠边墙,墙顶高程墙高墙底宽度高趾墙在施工期要承受坝
2010.0m,
38.0m,
9.52〜
21.31m体堆石的侧向压力,在蓄水期还要承受几个方向巨大的水压力,为防止破坏上游面板和周边缝止水或拉裂高趾墙下的灌浆帷幕,墙体不允许产生较大的变位所以,高趾墙的受力以及在荷载作用下的工作状态较一般的重力坝、挡土墙复杂本工程用材料力学方法及有限元法对形态不同的高趾墙进行了整体分析计算根据计算结果,为保证墙体稳定及墙底应力要求,左右岸高趾墙均需做成整体底部设廊道进行接缝、帷幕灌浆并设排水,以减小基底扬压力接缝止水设计
3.3接缝止水设计的原则能适应接缝处的位移和满足防渗要求,有利于施工及保证质量,各道止水间应形成统一的防渗系统计算表明,周边缝变位较大,做好周边缝的止水是至关重要的参照国内外已建工程经验,结合本工程周边缝变位值,设道止水顶部3设塑性填料,外部用保护盖片(厚7)和压条(厚)SR-2SR mm PVC6mm保护,缝口设橡胶棒(直径50mm);中部设橡胶止水带(H2—861型);底部设形止水铜片与面板垂直缝底部铜止水相接,为适应较大剪切变形,F铜止水鼻宽和鼻高为和鼻内设橡胶棒,并用聚氨脂泡30mm105mm,30沫塑料充填周边缝内充填厚的沥青木板12mm面板张性缝设道止水顶部设塑性填料,外部用保护盖2SR-2SR片(厚)和压条(厚)保护;底部设形止水铜片,7mm PVC6mm W鼻子内设橡胶棒并用聚氨脂泡沫塑料充填,缝面刷沥青乳胶12面板压性缝位于河谷中部,且设置为柔性缝,其止水设置与张性缝相同,但缝内需设沥青木板面板与防浪墙间的伸缩缝设道止水顶部设塑性填料,外部2SR-2用保护盖片(厚)和压条(厚)保护;底部设形SR7mmPVC6mm W止水铜片(厚)并与防浪墙伸缩缝内的铜片止水相接,形止水铜1mm W片的鼻子内设橡胶棒并用泡沫塑料充填,缝面设厚沥青木板1212mm防浪墙墙体间的伸缩缝间距为缝内设铜片止水道,缝
10.0〜
20.0m,1面充填闭孔低发泡塑材板L-600趾板间的伸缩缝设道止水顶部设橡胶止水带;底部设铜片止2水(厚)趾板间伸缩缝缝面刷沥青乳胶1mm,趾板每设道施工缝,钢筋穿过缝,并设骑缝15m112@10cm。