【文章內(nèi)容簡介】 水性變化很大含水不均局部有帶狀裂隙承壓水兩岸基巖裂隙水由大氣降水補給排泄于玉帶河由于裂隙充填較多其透水性較河床基巖透水性為小 千枚巖夾砂巖為相對隔水層透水性很差但裂隙發(fā)育可含微量裂隙水其透水性不均一 河床砂粒層為極強透水層厚度 4m89m 根據(jù)中壩址兩個試坑抽水試驗降深為0315m051m 時滲漏系數(shù)為 432md523md 54 各壩軸線工程地質(zhì)條件 中壩址位單薄山梁傾伏倒轉(zhuǎn)背斜軸部巖層強烈褶皺斷裂發(fā)育壩基及壩肩兩岸均坐落于含炭砂質(zhì)板巖硅化灰質(zhì)礫巖及炭質(zhì)硅質(zhì)板巖上 壩址工程地質(zhì)條件復(fù)雜各壩址地質(zhì)條件如下 1ⅠⅠ線位于背斜軸部巖石擠壓破碎左壩肩坐落在滑坡體上處理困難右壩肩上方 8 余 m 其鉛直厚度達 48m 并有巖脈穿插強風(fēng)化層深達 364m 巖石透水性較強滲透途徑短為繞壩滲漏主要通道右壩肩下方有斷層通過硅化灰質(zhì)礫巖 組成山體單薄穩(wěn)定性差 2ⅡⅡ線左壩肩小凹溝有斷層的壓碎巖寬約 8m 壩腳坐落在滑坡體上不利壩肩穩(wěn)定強風(fēng)化層厚 9m12m 右壩肩正處硅化灰質(zhì)礫巖與炭質(zhì)硅質(zhì)板巖軟弱帶上近北東北東東向東向斷層發(fā)育于此交會構(gòu)成斷層交會帶巖石強度低穩(wěn)定性差并為繞壩滲漏通道 3ⅢⅢ線左壩肩發(fā)育有充填黏土的緩傾角裂隙且有層間擠壓破碎帶壩基有斷層斜交通過巖石透水性較強底板埋深大于 50m 為壩下滲透的主要通道右壩肩坐落于斷層交會軟弱帶上 第 6 章 樞紐布置 61 壩址選擇 中壩址與下壩址工程地質(zhì)條件比較見下表 表 61 壩址工程地質(zhì)條件比較表 中壩址 下壩址 地形地貌 河道形態(tài) 平直 轉(zhuǎn)彎 河床寬度 80100m 90100m 左岸坡度 3540 度 50 度 右岸坡度 45 度 30 度 河床覆蓋層 4m58m 24m9m 巖性 河床巖性 左半部軟右半部硬 右半部軟左半部硬 壩基巖石完整性 巖石較完整 巖石破碎 左壩肩 巖石軟強風(fēng)化層 821m 巖石硬強風(fēng)化層 13m 右壩肩 巖 石 硬 強 風(fēng) 化 層1036m 巖石軟 炭質(zhì)層分布 右岸分布厚度大 左岸不連續(xù)薄層狀 下游沖刷坑 巖石大部軟 巖石破碎 地質(zhì)構(gòu)造 褶曲 順壩線方向 河床偏左 斷層左壩肩 有 F4 應(yīng)處理 F7 應(yīng)處理 斷層右壩肩 F1F5F12 應(yīng)處理 有小斷層擠壓帶 裂隙 河床有緩傾角裂隙 河床有緩傾角裂隙 物理地質(zhì) 左壩肩 基巖石滑坡約 10 萬立方米風(fēng)化嚴重應(yīng)處理 局部構(gòu)造破碎應(yīng)處理 右壩肩 局部構(gòu)造破碎應(yīng)處理 風(fēng)化嚴重 通過上述綜合比較中壩址地質(zhì)較好故選擇了中壩址建壩 62 壩軸線選擇 各壩線的工程地質(zhì)條件中壩址位單薄山梁傾伏倒轉(zhuǎn)背斜軸部巖層強烈褶皺斷裂發(fā)育壩基及壩肩兩岸均坐落于含炭砂質(zhì)板巖硅化灰質(zhì)礫巖及炭質(zhì)硅質(zhì)板巖上 壩 址工程地質(zhì)條件復(fù)雜各壩址地質(zhì)條件如下 ①ⅠⅠ線位于背斜軸部巖石擠壓破碎左壩肩坐落在滑坡體上處理困難右壩肩上方孔附近斷層破碎帶密集 8余 m其鉛直厚度達 48m并有巖脈穿插強風(fēng)化層深達 364m 巖石透水性較強滲透途徑短為繞壩滲漏主要通道右壩肩下方有斷層通過硅化灰質(zhì)礫巖組成山體單薄穩(wěn)定性差 ②ⅡⅡ線左壩肩小凹溝有斷層的壓碎巖寬約 8m 壩腳坐落在滑坡體上不利壩肩穩(wěn)定強風(fēng)化層厚 9m12m 右壩肩正處硅化灰質(zhì)礫巖與炭質(zhì)硅質(zhì)板巖軟弱帶上近北東北東東向東向斷層發(fā)育于此交會構(gòu)成斷層交會帶巖石強度低穩(wěn)定性差并為繞壩滲漏通道 ③ⅢⅢ線左壩 肩發(fā)育有充填黏土的緩傾角裂隙且有層間擠壓破碎帶壩基有斷層斜交通過巖石透水性較強底板埋深大于 50m 為壩下滲透的主要通道右壩肩坐落于斷層交會軟弱帶上 通過上述比較ⅢⅢ線工程地質(zhì)條件比ⅠⅠⅡⅡ線略好初步設(shè)計選擇ⅢⅢ壩線但ⅢⅢ線巖石透水性較強仍需要進行地基處理 63 壩型選擇 比較重力壩拱壩土石壩三種壩型所要求的地形地質(zhì)條件和各自的優(yōu)缺點如下 重力壩對地形地質(zhì)條件適應(yīng)性強對地質(zhì)條件的要求也較拱壩低但由于體積大材料強度不能充分利用底部揚壓力大對穩(wěn)定不利由于體積大水化熱不易散發(fā)溫控要求高 拱壩對地形地質(zhì)條件要求比較高從本 次設(shè)計的地質(zhì)地形條件來看修建拱壩的難度是很大的因此不予考慮 土石壩廣泛應(yīng)用有諸多優(yōu)點 1 筑壩材料可以就地取材可節(jié)省大量鋼材和水泥免修公路 2 較能適應(yīng)地基變形對地基的要求比砼壩要低 3 結(jié)構(gòu)簡單工作可靠便于維修和加高擴建 4 施工技術(shù)簡單工序少便于組織機械化快速施工而且壩址附近石料充足能節(jié)省工程造價 通過上述比較我選擇應(yīng)用比較廣泛的土石壩 64 樞紐布置 銅錢壩水庫主要由擋水建筑物大壩泄水建筑物隧洞和溢洪道組成本次設(shè)計的樞紐布置為土石壩位于原河槽部位上游面上游面坡率 108 最大壩高 423m 大壩軸線總長 1429m 溢 洪道堰頂高程 597m 分五孔每孔凈寬 13m 底孔進口高程 580m孔口尺寸 3m 35m 大壩為心墻土石壩消能方式采用鼻坎挑流消能 第 7 章 建筑物設(shè)計 71 壩體設(shè)計 711 壩體斷面設(shè)計 基本資料 設(shè)計洪水位 P 1 上游 60506m 下游 57905m 校核洪水位 P 01 上游 60751 m 下游 58157 m 正常蓄水位 上游 605 m 下游 57901 m 死水位 588 m 多年平均最大風(fēng)速為 125 ms45kms 多年最大風(fēng)速為 20ms72kms 吹程 D 3km 地震基本烈度 7 度 壩頂高程的確定 壩頂高程等于水庫靜水位與超高之和分別按以下運用情況計算取最大值同時并保留一定的沉降值壩頂高程在水庫正常運用和非常①設(shè)計洪水位加正常運用情況的壩高②校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高 計算公式采用 Y ReA R 波浪的壩坡上的最大爬高 m e 最大風(fēng)壅水面高度即風(fēng)壅水面超出原庫水位高度的最大值 m A 安全加高 m 根據(jù)壩的等級及運用情況根據(jù)下表確定 運用情況 壩的級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ ⅣⅤ 正常 15 10 07 05 非常 07 05 04 03 根據(jù)本壩設(shè)計要求 采用Ⅲ級建筑故正常運用情況下 A 07m 非常情況下 A 04m e 0036 Vf 2 D cosα H ㎝ 式中 Vf———— 為風(fēng)速 ms D—— 為庫面吹程 kmD 3km α —— 風(fēng)向與壩軸線方向所成的夾角α 25176。 H—— 為壩前的水深 m 波浪的爬高可按下述公式計算 R 32K 2hl tanθ 式中 hl———— 為波高 K—— 為壩坡的粗糙系數(shù)塊石取 K 075～ 08 混凝土板取 K 09～ 10 本設(shè)計取075 θ —— 為上游的壩面坡角θ arctan 125 218o 2hl 00166Vf 54 D 13 Vf —— 當(dāng)計算為設(shè)計工況時風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)速的 15 倍當(dāng)計算為校核工況時風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)速 計算結(jié)果見下表 表 71 坡頂高程計算成果表 計算情況 計算項目 設(shè)計情況 校核情況 上游靜水位 m 60506 60751 河底高程 m 5659 壩前水深 H m 3916 4161 吹程 D km 3 風(fēng)向與壩軸線夾角 25 風(fēng)浪引起壩前高 e m 00004 00002 風(fēng)速 v ms 1875 125 上游壩面坡率 130 波浪沿壩坡爬高 m 0647 0493 安全加高 A m 07 04 地震涌浪高度 m 06 06 防浪墻高程 m 60701 609 取防浪墻頂高程為 609m 防浪墻壩頂超高12m 則壩頂高程為 6078m 竣工時壩頂高程預(yù)留 1 的壩高沉降量為 6082m 712 壩體滲流計算 滲流計算的水位組合情況如下 1 上游為正常蓄水位 60500m 下游水位為 57901m 2 上游為設(shè)計洪水位 60506m 下游水位為 57905m 3 上游為校核洪水位 60751m 下游水位為 58157m 心墻土料的滲流系數(shù) k1 0000005 壩殼土料的滲流系數(shù) k2 02 求得三種水位組合情況下通過心墻的滲流 量分別為 正常蓄水位情況下 q1 000000522 設(shè)計洪水位情況下 q2 000000523 校核洪水位情況下 q3 000000571 三種工況下通過心墻的滲流量與同類工程比顯然是很小的故壩的滲流滿足要求 713 壩體穩(wěn)定計算 對粘土心墻壩應(yīng)用瑞典圓弧法進行穩(wěn)定計算計算公式如下 瑞典圓弧法 式中 R 滑動圓弧半徑 b 條塊寬度 α 條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角 μω作用于條塊底面的孔隙水壓力 W 條塊實際重量 Q 作用在條塊重心上的水平向地震慣性力 V 作用在條塊 重心上的水平向地震慣性力 MC 水平向地震慣性力 Q 對滑動面圓心的力矩 Cφ壩體填料的凝聚力和內(nèi)摩擦角 黑河壩址區(qū)基本地震烈度為Ⅶ度按 SL20397《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定可不計算豎向地震慣性力 V 由于大壩主體填料為堆石故可不考慮孔隙水壓力μ和地震附加孔隙水壓力計算工況見表 7－ 6 計算成果見表 7－ 2 表 72 穩(wěn)定計算安全系數(shù) 工況 瑞典圓弧法 規(guī)范允許值 1 1752 15 2 1756 15 3 1759 13 計算結(jié)果表明壩體穩(wěn)定滲流期無論庫水位為正常蓄水位設(shè)計洪水位還是校核洪水位當(dāng) 遭遇 7 度地震時大壩的靜力穩(wěn)定性和抗震穩(wěn)定性都是安全的 72 溢洪道設(shè)計 721 設(shè)計條件 設(shè)計洪水位 P 1 上游 60506m 下游 57905m 校核洪水位 P 01 上游 60751m 下游 58157 m 正常蓄水位 上游 605 m 下游 57901 m 死水位 588 m 722 進水渠 為引流平順其進口形狀做成喇叭口為減小損失其長度不宜過長由于是在巖基上故引流段截面設(shè)計為接近矩形的梯形邊坡為 105 由于溢洪道位于破碎帶上F17 斷層由此經(jīng)過滲漏穩(wěn)定問題嚴重應(yīng)采用混凝土砌護兼作防滲鋪蓋一般厚03～ 05m 不設(shè)止水排水或錨筋本設(shè)計取襯砌厚為 04m 723 控制段設(shè)計 1 定型設(shè)計水頭 Hd 選擇 通過調(diào)洪演算溢流堰頂高程確定為 597m 堰上定型設(shè)計水頭 Hd＝ H 065～ 085 6832m～ 8934m其中堰上最大水頭 H＝ 60751－ 597＝ 1051m故可取堰上定型設(shè)計水頭 Hd＝ 7m 2 上游堰高確定 取流量系數(shù) m＝ 0499 則由堰高與流量系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系可查得故取＝ 7m 3 溢流孔口尺寸和閘墩邊墩等的擬定 a 弧形閘門 由調(diào)洪演算知溢流凈寬為 65m 閘孔數(shù) n＝ 5 閘門采用弧形閘門閘孔寬高為 R＝ 11～ 15h 故半徑 R 可取為 715～ 975m 初步擬定為 9 m b 閘墩 閘墩厚度設(shè)置為 15m 共設(shè)置 4 個 c 邊墩 邊墩厚度設(shè)置為 25m d 65415 71m e 控制段閘墩頂部高程的確定 閘墩頂部高程＝校核洪水位＋安全超高 ＝ 6075103＝ 60781m 4 確定堰面曲線 根據(jù)規(guī)范及工程經(jīng)驗堰頂上游采用三圓弧曲線下游 為冪曲線如圖 61 所示 冪曲線方程為 故可得冪曲線方程為 其中 R1 05Hd 350m R2 02Hd 140m R3 004Hd 028m L1 0175Hd 1225m L2 0276Hd 1932m L3 0282Hd 1974m 堰面曲線坐標表 X 050 1 150 2 250 3 350 4 450 5 550 563 Y 003 010 020 034 052 073 097 124 154 188 224 234 5 剖面銜接計算 ①直線段和堰面曲線切點 xcyc 確定 對 113 由 可以得到 xc 563 帶入冪曲線方程得 yc 234 泄槽坡度為 110 反弧半徑按 3～ 6 h 確定 R 984～ 1908m 取為 15m 其中 h 為校核洪水位閘門全開時反弧最低點的水深初步計算可近似用堰下收縮斷面的水深控制水深 堰下收縮斷面的水深計算公式為 試算得 h＝ 384m 其中 q 為起始計算斷面單寬流量 q＝ L 4238671＝ 597m3s 為起始計算斷面渠底以上總水頭 ≈ H 60751590 1751 為泄槽底坡坡角 為起始計算斷面流量系數(shù)取為 095 同理可計算設(shè)計洪水位下的收縮斷面水深控制水深 試算得 h 269m 公式中 q L 2814971 3965m3s≈ H 60506590 1506 其他參數(shù)不變 各典型點坐標計算示意圖見圖 71 圖 71 各典型點坐標 724 泄槽水面線確定 1 矩形斷面臨界水深 hk 和臨界坡降 可用下列公式計算 計算列表得 校核 714 52836 620 10426 00010 設(shè)計 543 38553 471 996 00011 泄槽的縱坡一般做成為大于臨界坡度的陡坡通常 i 1～ 5 有時可達 10～ 15