【正文】 我國混凝土面板堆石壩的發(fā)展與經(jīng)驗(yàn)混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)與施工第 32 卷第 4 期面板堆石壩裂縫機(jī)理及防裂措施 坎頂水面流速為鼻坎處平均流速的 11 倍鼻坎末端水深可近似利用泄槽末端斷面水深則 m 坎頂平均水深在鉛直方向的投影 坎頂至下游河床面的高差 583571 12m 沖坑系數(shù)根據(jù)《溢洪道規(guī)范》第 57 頁表 A42 可取為 11 鼻坎末端斷面單寬流量 上下游水位差 下游水深 m 計(jì)算列表得 校核 設(shè)計(jì) m 281 197 m 12 12 ms 2337 2214 597 3965 m 2594 2601 m 655 505 L m 6166 561 m 1263 1059 488 530 可見兩種情況均符合要求不會(huì)對(duì)壩 體安全造成影響故本挑流設(shè)計(jì)方案是安全的 按一般規(guī)定開始進(jìn)洞的位置洞頂覆蓋層厚度大于 3 倍的洞高方可進(jìn)洞 樞紐布置于河彎地段從地形上來看隧洞應(yīng)當(dāng)布置這樣不僅工程量省而且水力條件也較好從地質(zhì)來看這個(gè)山梁除表面有一層較深的風(fēng)化巖外下部大部分為堅(jiān)硬水力條件也較好從地質(zhì)來看這個(gè)山梁除表面有一層較深的風(fēng)化巖外下部大部分為堅(jiān)硬玄武巖強(qiáng)度較高巖體中夾雜著幾條破碎帶但走向大都與隧洞軸線成較大的角度因此將泄洪洞放空洞連同引水發(fā)電隧洞均布置于右岸凸出的山梁里面見圖 732 隧洞的體型設(shè)計(jì) 1 進(jìn)口建筑物 由于進(jìn)口岸坡地質(zhì)條件較差覆蓋層 較厚因而采用塔式進(jìn)口塔頂設(shè)置操作平臺(tái)隧洞設(shè)為無壓隧洞包含有較短的壓力段和較長的無壓段 a 隧洞的進(jìn)水口采用頂板河邊墻順?biāo)鞣较蛉媸湛s的平底矩形斷面以避免產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞同時(shí)還盡量減少局部水頭損失以提高泄流能力 喇叭口頂板橢圓方程為 式中 a1 H b1 H3H 為閘門處的孔口高度 3m 故設(shè)為采用橢圓長軸傾斜布置仰角為 邊墻橢圓方程為 式中 a2 B b2 1315BB 為閘門處的孔口寬度 3m 故也設(shè)為 深式無壓隧洞的進(jìn)水口為一短的壓力段根據(jù)我國 10 余個(gè)工程的統(tǒng)計(jì)其長度約為 1525倍閘門處的孔口高度本設(shè)計(jì)可 取為 45m75m實(shí)取 72m為使短管型進(jìn)水口具有良好的壓力分布檢修閘門槽前的頂板曲線應(yīng)有傾斜壓坡一般在 145110 之間本設(shè)計(jì)最終采用 154 檢修門槽前的入口段長度一般控制在 0810 倍的工作閘門處的孔口高度范圍內(nèi)最終設(shè)為 32m 檢修閘門槽與工作閘門之間的頂板布置成陡于曲線頂板末端的坡率多采用 14 本設(shè)計(jì)也采用此坡率壓坡段的長度應(yīng)滿足塔頂啟閉機(jī)的布置和閘門維修的要求可采用 36m 故取 3m 事故檢修門槽段采用矩形收縮型門槽其基本尺寸如圖 610 圖 73 底孔進(jìn)口俯視圖 平坡段平坡段斷面采用矩形其斷面尺寸設(shè)為 壓坡段壓坡段 坡度采用 140 求得壓坡段長度為 反弧段反弧段采用單圓弧式末端為挑坎反弧半徑取 20m 挑射角取 20176。 壩址斷層發(fā)育按其發(fā)育方向大致分為北西北北東北東東三組為主北東東向?yàn)閴盒詳鄬颖蔽髋c北東東為扭裂南北向?yàn)閴盒詳鄬? 壩址區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育根據(jù)壩肩平洞揭露其中以北北東北東東及北西西三組最為發(fā)育次為北西西組與壩址區(qū)構(gòu)造線方向基本一致 534 主要物理地質(zhì)現(xiàn)象及巖石風(fēng)化情況 規(guī)模較大的滑坡體有左壩肩滑坡體導(dǎo)流洞出口坍塌體右壩肩坍塌體左壩肩滑坡體對(duì)建筑物危害較大該滑坡體東以壓性斷層為界西以凹溝左壁為界 后緣位于 CH15號(hào)孔下方標(biāo)高 630m左右滑動(dòng)方向?yàn)楸?25m東西寬 80m南北長后緣位于 CH15 號(hào)孔下方標(biāo)高 630m 左右滑動(dòng)方向?yàn)楸?25m 東西寬 80m 南北長 85m鉆孔中接露厚為 20m24m 據(jù)水文二隊(duì)初步估算其方量達(dá) 10 萬 m3 為一基巖谷滑坡目前處于穩(wěn)定但坡腳破壞仍有復(fù)活可能 535 水文地質(zhì) 壩址區(qū)水文地質(zhì)條件較簡單地下水有基巖裂隙水和河床砂卵石層孔隙潛水 壩基及壩肩基巖含有微弱的裂隙水由于巖層裂隙發(fā)育連通性和巖石破碎程度不一使巖石透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(bǔ)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(duì)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(qiáng)透水層厚度 4m89m 根據(jù)中壩址兩個(gè)試坑抽水試驗(yàn)降深為0315m051m 時(shí)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(qiáng)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(dá) 48m 并有巖脈穿插強(qiáng)風(fēng)化層深達(dá) 364m 巖石透水性較強(qiáng)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(qiáng)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(huì)構(gòu)成斷層交會(huì)帶巖石強(qiáng)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(qiáng)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(huì)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(qiáng)風(fēng)化層 821m 巖石硬強(qiáng)風(fēng)化層 13m 右壩肩 巖 石 硬 強(qiáng) 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(yán)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(yán)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(qiáng)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(dá) 48m并有巖脈穿插強(qiáng)風(fēng)化層深達(dá) 364m 巖石透水性較強(qiáng)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(qiáng)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(huì)構(gòu)成斷層交會(huì)帶巖石強(qiáng)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(qiáng)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(huì)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(jì)選擇ⅢⅢ壩線但ⅢⅢ線巖石透水性較強(qiáng)仍需要進(jìn)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(diǎn)如下 重力壩對(duì)地形地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)對(duì)地質(zhì)條件的要求也較拱壩低但由于體積大材料強(qiáng)度不能充分利用底部揚(yáng)壓力大對(duì)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(duì)地形地質(zhì)條件要求比較高從本 次設(shè)計(jì)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(diǎn) 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(duì)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(kuò)建 4 施工技術(shù)簡單工序少便于組織機(jī)械化快速施工而且壩址附近石料充足能節(jié)省工程造價(jià) 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(jì)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(jìn)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(jì) 71 壩體設(shè)計(jì) 711 壩體斷面設(shè)計(jì) 基本資料 設(shè)計(jì)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(yùn)用情況計(jì)算取最大值同時(shí)并保留一定的沉降值壩頂高程在水庫正常運(yùn)用和非常①設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩高②校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高 計(jì)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(jí)及運(yùn)用情況根據(jù)下表確定 運(yùn)用情況 壩的級(jí)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(jì)要求 采用Ⅲ級(jí)建筑故正常運(yùn)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。軸部由含炭砂質(zhì)板巖地層組成褶皺強(qiáng)烈?guī)r石層倒轉(zhuǎn)傾角陡立翼部由硅化灰質(zhì)礫巖炭質(zhì)桂質(zhì)千枚巖等組成為一緊密同斜褶曲西翼巖層產(chǎn)狀北 2030 西傾南西傾 角 65176。東向被東東方向傾覆傾覆角 50176。上游略有變緩下游有一條深沖溝切割河床覆蓋層厚為 4m6m 河床及巖面略有起伏但仍較平坦未發(fā)現(xiàn)較大深槽 532 地層巖性 中下壩址均見有下元古界東房溝組及后期巖脈與第四紀(jì)地層其巖性略有差別元古界東房溝組 ①含炭砂質(zhì)板巖灰深灰色局部炭質(zhì)富集呈灰黑色礦物成分以石英絹云母為主其次為炭質(zhì)含少許黃鐵礦小晶體板理發(fā)育易風(fēng)化新鮮巖石 較堅(jiān)硬 ②硅化灰質(zhì)礫巖夾巖質(zhì)板巖深灰灰黑色礫石成分復(fù)雜以灰?guī)r砂巖火成巖為主次為板巖千枚巖次棱角狀及棱角狀礫石大小不一直徑一般為 3cm5cm 偶見大者達(dá) 2m 膠結(jié)物為鈣質(zhì)硅質(zhì)以基底膠結(jié)為主質(zhì)堅(jiān)脆石英脈發(fā)育地表見有輕微的溶蝕現(xiàn)象本層在中壩址變化較大 ③炭質(zhì)硅質(zhì)板巖灰黑色黑色風(fēng)化后呈灰白色以炭質(zhì)硅質(zhì)成分為主板狀構(gòu)造板理發(fā)育單層厚 3cm5cm 質(zhì)堅(jiān)脆易風(fēng)化 ④紫色千枚巖底部夾灰綠色千枚巖具千枚狀構(gòu)造質(zhì)軟易風(fēng)化 ⑤青灰色千枚巖具千枚狀構(gòu)造片理明顯質(zhì)軟易風(fēng)化 ⑥黃綠色千枚巖夾竹葉狀灰?guī)r砂巖風(fēng)化后呈灰黃黃褐色片理明顯易沿片理剝 落質(zhì)軟易風(fēng)化所夾砂巖竹葉狀灰?guī)r呈夾層或透鏡狀風(fēng)化面呈褐色質(zhì)堅(jiān) ⑦巖脈花崗閃長巖巖脈數(shù)條多沿破碎帶或順層侵入出露寬度一般 1m2m 左右最大厚度可達(dá) 7m 與圍巖接觸較好質(zhì)堅(jiān)難風(fēng)化 ⑧第四系全新統(tǒng)河床沖積砂卵石層卵石成分主要為砂巖次為板巖砂粒以石英長石巖屑為主砂巖比為 46 533 地質(zhì)構(gòu)造 中壩址為淺薄山脊為一傾覆倒轉(zhuǎn)背斜背斜軸向大致為 25176。山坡上發(fā)育有小沖溝左岸平洞上游岸邊河流側(cè)蝕沖刷谷坡陡峭基巖裸露右岸呈陡坡地形坡度 45176。水文二隊(duì)通過對(duì) 60 和 65 滑坡體驗(yàn)算最終她岸寬度分別為 90m和 81m而根據(jù)地質(zhì)剖面分析 65滑坡塌岸最終寬度可能達(dá) 100m以上曲尺溝口 30 滑坡有可能阻塞河道另陳家壩和許家壩附近有基巖滑坡幾處 524 固體徑流來流 庫區(qū)左家灣以上河床固體徑流主要漂石夾卵塊石來源于上游寒武奧陶系地層分布段左家灣至南溪灣溝段細(xì)碎物質(zhì)亦不多南溪溝以下僅有部分溪谷出口處有小型碎塊石組成的洪積扇輸沙量亦不大 庫段內(nèi)覆蓋層不發(fā)育基巖廣布植被良好固體徑流來源不多據(jù)水文二隊(duì)獲得的資料多年平均輸沙量為 772 萬 t849 萬 t 年固體徑流模數(shù)為 1115tkm2 53 壩址工程地質(zhì)條件 531 地形地貌 中壩址距下壩址 400余米玉帶河環(huán)繞單薄山脊呈 S形彎曲中壩址河段較平直河谷呈 U形谷流向北西西主流偏左岸河谷寬約 80m100m谷底平坦河床比降為 105