浅谈某中型水库其主坝的设计特点分析

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　　摘要:文中主要针对某中型水库其主坝设计的特点进行分析论述，仅供参考。
　　关键词:坝体结构；主坝设计；设计特点
　　概述
　　某水库是一中型水库，水库其正常的蓄水位是51.6 m，相应正常库容1023.4万m3，校核洪水位54.72 m，总库容1190.99万m3，文中主要针对其主坝设计的特点进行论述。
　　1 水库主坝坝体的结构设计
　　1.1 横断面设计
　　 主坝为粘土心墙坝，坝顶宽8 m，坝顶高程56.1 m，最大坝高56 m，坝长337 m。坝顶设C20混凝土面(层厚0.25 m)，碎石垫层(厚0.25 m)，上游侧设高1.2 m的钢筋混凝土防浪墙，墙底与粘土心墙可靠连接，防浪墙顶高程57.3 m，下游侧设置边石。坝顶设斜向下游的横坡，坡度0.2%。坝顶设置环保节能的太阳能灯具。
　　粘土防渗心墙顶宽为6.0 m，上、下游坡比均为1:0.2，在粘土心墙与坝壳之间，以水平宽度均为1.5 m的砂反滤层和过渡料过渡。
　　上游坝坡在36.1 m高程处设变坡点，以上坡比为1:75，以下坡比为1:3.0，以预制混凝土块护坡，预制混凝土块尺寸为2m X 2m X 0.25m。
　　下游坝坡在36.1 m高程处设一级马道，马道宽2 m，以上坡比为1:2.5，以下坡比为1:2.75，以草皮护坡，并设置喷灌系统，保证草皮的良好生长。下游坡面设置纵横联结的排水沟，每隔150 m设置一道横向排水沟，纵向排水沟设置在马道内侧，在每段中间设置分流坡度0.15 。沿大坝与岸坡的结合处设置排水沟，收集山坡雨水。下游坝脚设排水堆石棱体，棱体顶高程16.1 m，内坡比为1:1.0，外坡比为1:1.5。棱体外侧设通向坝外的排水沟，并设置水槽，以便观测。
　　1.2 坝基处理
　　坝址处地层主要由残坡积粉质粘土、全～微风化基岩构成，局部有人工填土及冲洪积砂土层、淤泥层。在心墙部位将残坡积、人工填土、淤泥层及冲洪积层等全部清除，心墙底部坐落至全风化土层上线以下3 m；坝壳部位将人工填土、淤泥层、冲洪积的可塑状冲积粉质粘土全部清除，在残坡积、冲洪积沙层及全风化土层处清基厚2 m。
　　坝基全线对强风化岩及弱风化岩作帷幕灌浆防渗处理，灌浆上限为全风化土下限以上2 m，下采用地勘推荐灌浆下限成果。帷幕厚度根据坝基地质条件，设计采用单排布孔，孔距c=2.0 m，帷幕厚度约为孔距的0.7～O.8倍，约为1.5 m，实际孔距可通过灌浆试验确定。
　　坝肩帷幕灌浆范围据地质勘察资料，主坝右坝肩地下水位较高，在坝肩以外约24 m处正常蓄水位与地下水位相交。因此右坝肩帷幕灌浆范围为坝肩以外24 m。主坝左坝肩地下水位较为平缓，正常水位与地下水位交点较远，布置范围采用《水利水电工程地质手册》中的经验公式确定:
　　S= H／3+ C
　　式中:S为自岸边至帷幕终点距离；H为承受水头，左坝肩处现状地下水位约33 m，水库正常蓄水位51.6 m；C为经验值，与地层岩性有关，当H<100 m时，C=8～23 m。则S左=14.2～29.2 m考虑到左坝肩山体在坝头以外约50 m范围为单薄分水岭，左坝肩S=50 m。帷幕厚度同坝基部分。
　　2 水库主坝的结构计算分析
　　2.1 大坝渗流及坝坡抗滑稳定计算
　　大坝渗流计算采用理正系列软件的“渗流分析软件”中的有限元分析法计算，该软件以《渗流计算原理及应用》、《土工原理与计算》、《有限单元法原理与应用》等为编制依据。可计算坝体浸润线、渗流量，坝体、坝基各点的压力水头值、总水头值、水力比降值，绘制压力水头等值线、彩色云图，总水头等值线、彩色云图及各点水力比降彩色云图等。坝坡抗滑稳定计算采用理正系列软件的“土石坝边坡稳定分析软件”计算，可直接读入渗流计算成果。该程序按照《水工建筑物抗震设计规范》、《碾压土石坝设计规范》编制。计算采用计及条块间作用力的简化毕肖普法计算公式，用优选方式连续计算出一个具有最小安全系数的圆弧，土体的抗剪强度采用有效应力法计算。主坝为粘土心墙土石坝，心墙填土为全风化土，坝壳填土为强风化碎石土，排水棱体为新鲜弱、微风化岩。左坝肩及河床段地基地层由上到下依次为:全风化土，强风化土，弱风化岩及微风化岩；右坝肩段地基地层由上到下依次弱风化岩、微风化岩。据《碾压式土石坝设计规范》，土石坝的各种计算工况下，土体的抗剪强度均采用有效应力法计算，施工期和库水位降落期同时采用总应力法计算，相应抗剪强度指标应采用三轴有效应力法试验成果值。根据“东涌水库工程地质勘察报告”成果，主坝坝壳填土、心墙及坝基岩土层物理力学指标见表1。
　　
　　
　　2.1.1 主坝渗流计算
　　将坝体横截面、坝体坝基土层特性、水位等参数输入理正渗流分析软件，选取有限元分析法计算。计算单宽渗流量为0.96 m3／d。
　　渗透稳定分析:主坝的渗透稳定分析选取河床段最大坝高断面及右坝肩段，基处风化土层、冲洪积卵粒石层以经验允许渗透比降值与实际渗透比降相比较，判断渗流出口有无管涌或流土破坏，以及渗流场内部有无管涌等。实际渗透比降的计算工况同坝坡稳定计算的7种工况。计算成果中，设计洪水稳定渗流期工况坝体坝基实际渗流比降值最大。渗透稳定分析成果详见表2。
　　
　　
　　 由表2可见，各土体实际渗透比降值均小于允许的渗透比降值，坝体、坝基均不会发生渗流破坏。
　　2.1.2 坝坡抗滑稳定计算
　　选取河床段最大坝高断面进行计算。将各计算参数读入“土石坝边坡稳定分析软件”，采用简化毕肖普法搜索不同滑弧中心和滑弧半径，求得最小安全系数的滑动面即为最危险滑动面。经计算本工程主坝的抗滑稳定最小安全系数见表3。
　　
　　
　　由表3可见，各工况下主坝坝坡的抗滑稳定系数均大于规范要求的最小安全系数，抗滑稳定满足要求。
　　3.结束语
　　该水库是一座中型拟建水库，文中主要简单描述了水库主坝的主要设计特点。水库其主坝为粘土心墙坝，坝顶宽8 m，最大坝高56 m，坝长337 m。粘土防渗心墙顶宽为6.0 m，上游坡比为1:0.2，下游坡比为1:0.2，在粘土心墙与坝壳之间，设砂反滤层和碎石砂过渡层。选取典型断面，采用理正系列软件的“渗流分析软件”进行渗流计算及渗透稳定分析；“土石坝边坡稳定分析软件”直接读入渗流计算成果，采用简化毕肖普法自动搜索不同滑弧中心和滑弧半径，求得最小安全系数的滑动面即为最危险滑动面
　　注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开
　　
　　
　　
　　
　　

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