混凝土重力壩結(jié)構(gòu)設(shè)計

混凝土重力壩結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要：文章介紹了某水庫進(jìn)行混凝土重力壩建造工程的設(shè)計過程，通過認(rèn)真研究壩型、樞紐布置和壩體結(jié)構(gòu)，從壩型選擇、樞紐建筑物布置、壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計、壩基施工處理等方面入手，并經(jīng)過詳細(xì)計算優(yōu)化，得出了最滿足工程要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，供相關(guān)人員參考借鑒。關(guān)鍵詞：水庫；混凝土重力壩；結(jié)構(gòu)布置；施工設(shè)計混凝土重力壩以其良好的整體性和高強(qiáng)度、密實性好的筑壩材料，能夠給水庫壩體帶來良好的防滲效果和適應(yīng)各種地形地質(zhì)條件的能力，越來越廣泛應(yīng)用于水利工程建設(shè)中。本文通過研究分析混凝土重力壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、適用、實用的目的，保證工程的順利建成，發(fā)揮水庫樞紐興利除害的作用，更好地服務(wù)于社會，造福一方百姓。1工程概況某水庫位于河道上游河段，水庫任務(wù)以灌溉、供水為主，設(shè)計灌溉面積820畝，設(shè)計總庫容24.6萬m3,根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)第2.1.1款的規(guī)定，水庫總庫容大于0.001億m3小于0.01億m3,灌溉面積小于5000畝，工程為小(2)型水庫，工程等別V等。2壩址地形地質(zhì)條件壩址地形為不對稱的“V”型河谷，兩岸壩肩岸坡較緩，邊坡穩(wěn)定，壩肩岸坡巖體出露，分別為白云巖：灰色，巖質(zhì)較硬，巖石完整，巖芯柱狀；泥質(zhì)白云巖：灰色，巖質(zhì)較硬，巖石較完整，巖芯呈塊狀和短柱狀；紫色薄層泥巖：巖質(zhì)較軟，巖石較完整，巖芯呈塊狀和短柱狀。根據(jù)鉆探情況：河床第四系覆蓋層為淤泥、紅粘土，厚度0-13.4m；出露基巖表層為強(qiáng)風(fēng)化，巖石較破碎，巖芯采取率較低，滲透性強(qiáng)；下部弱風(fēng)化巖石較完整，但受構(gòu)造的影響，存在一定的節(jié)理裂隙；大壩擬建于弱風(fēng)化層上，壩基和壩肩須進(jìn)行防滲帷幕灌漿處理。3混凝土重力壩結(jié)構(gòu)布置3.1壩址選擇經(jīng)地質(zhì)資料勘察及鉆孔資料分析，壩址選在下圖中所示的不對稱的“V”型河谷中。兩岸壩肩巖體出露，壩基覆蓋層約3米，較薄，清除覆蓋層后，大壩建于弱風(fēng)化層上，壩基和壩肩進(jìn)行防滲帷幕灌漿處理。3.2混凝土重力壩樞紐平面布置從壩址區(qū)的地形地貌和地質(zhì)情況看，清除覆蓋層后壩址區(qū)基巖出露，巖性以白云巖和泥質(zhì)白云巖為主，左壩肩上部約300m處有白云質(zhì)灰?guī)r和灰?guī)r出露，根據(jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，適宜修建混凝土重力壩。同時，可以在壩上修建溢流面，充分利用混凝土重力壩壩身泄洪的優(yōu)點(diǎn)。水庫大壩樞紐由混凝土重力壩、大壩中部溢洪道、右岸取水兼放空管等組成，樞紐平面布置如圖1所示。圖1混凝土重力壩樞紐平面布置3.3主要水工建筑物設(shè)計3.3.1擋水建筑物大壩為混凝土重力壩，大壩壩軸線如上圖所示，其壩頂高程1273.5，壩頂寬5m，壩底寬31.0m，最大壩高29.2m。右岸非溢流壩段樁號從0+000—0+051.5，溢流壩段0—072.5.0—0+080.5；左岸非溢流壩段0+080.5—0+116.933，兩岸非溢流壩段總長106.933m。上游壩坡從1273.5m至1259m為垂直段，1259m至1246.5m為1：0.2；下游壩坡從1273.5m至1270.74m為垂直段，1270.74m至1246.5m為1：0.8。上游側(cè)為C20W6防滲混凝土，防滲墻厚度按1/20-1/30倍水頭考慮，防滲墻底厚1.5m，頂厚0.5m，防滲墻嵌入基巖1—1.5m，壩體內(nèi)部采用C10埋石混凝土（埋石體積率20%）。為降低壩基揚(yáng)壓力，在防滲帷幕的下游2.5m處設(shè)置壩基排水。3.3.2溢洪設(shè)施溢洪設(shè)施布置于大壩中部，為壩體的溢流壩段，其樁號為0+072.5—0+80.5.設(shè)1個表孔，表孔寬度5m，堰頂高程1271.5m，邊墩厚1.5m，溢流前沿寬5m。溢流堰采用曲線型實用堰，堰面方程為y=0.362x1.85。壩頂設(shè)交通橋，堰面采用1：0.8的斜坡相連，反弧半徑R=7m，出口采用挑流消能，挑流鼻坎最低點(diǎn)高程1256.16m，挑流鼻坎高程1257.00m，挑角20°最大下泄流量為12.8m3/s。為防止水流對溢洪道的沖刷，使溢洪道能滿足抗沖要求，溢洪道溢流面板采用C20鋼筋砼現(xiàn)澆，挑流段至消力池底板。開挖到設(shè)計高程后，在基巖面上現(xiàn)澆C20砼防沖，每隔10m設(shè)一沉降縫；導(dǎo)水邊墻采用C20鋼筋混凝土澆注，溢洪道總長22m。3.3.3取水兼放空管取水口位于壩體右側(cè)，取水口壩軸線樁號為0+36.5，取水口底板高程為1259.21m，取水型式為壩內(nèi)埋管，取水管管徑為①800，壩內(nèi)埋管管長35m，在取管進(jìn)口設(shè)置攔污柵及檢修閘門，取水管出口設(shè)①800工作閘閥。放空沖砂底孔布置在壩體中部，沖沙底孔壩軸線樁號為0+51.5，沖沙底孔進(jìn)口底板高程為1258.00m，閘門井型式為塔式，進(jìn)口設(shè)一道檢修鋼閘門和一道工作鋼閘門，閘門井外包C20鋼筋砼（尺寸6x6m）。底孔斷面型式為矩形，孔口尺寸1.0x1.0m（bxh），底孔采用C20鋼筋混凝土澆注，C20鋼筋混凝土厚0.5m，全長35m，最大沖沙流量2.8m3/s。4混凝土重力壩結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計計算4.1大壩壩頂高程該水庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（P=0.5%）洪水位為1272.6m，最大下泄流量12.8m3/s，校核標(biāo)準(zhǔn)（P=5%）洪水位為1272.3m，最大下泄流量8.28m3/s，水庫總庫容24.6萬m3。根據(jù)來水及用水調(diào)節(jié)計算，水庫正常高水位1271.5m，溢流堰頂高程與正常高水位一致為1271.5m，設(shè)計洪水位1272.3m，校核洪水位1272.6m。計算風(fēng)速正常情況取W=21m/s，校核情況取W=14m/s，計算吹程D=300m，壩頂高程按正常運(yùn)用情況和非常運(yùn)用情況分別計算得壩頂高程成果如表1所示。表1壩頂高程計算成果表表1可知，校核洪水位情況下防浪墻頂高程為1274.1m，設(shè)計洪水位防浪墻頂高程為1274.5m。根據(jù)規(guī)范壩頂高程不低于校核洪水位1273.1m，經(jīng)比較，取壩頂高程為1273.5m，防浪墻頂高程為1274.7，防浪墻高1.2m。防浪墻采用C10砼，頂寬0.5m，底寬0.5m，總長為117.0m。4.2大壩壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算大壩筑壩材料為埋石混凝土，容重2.35t/m3，由于地質(zhì)報告分析不存在深層構(gòu)造軟弱帶，因此壩體抗滑穩(wěn)定主要分析壩體沿壩基接觸面的抗滑問題。采用剛體極限平衡法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計算成果如表2所示。表2大壩壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算成果表2可知，大壩穩(wěn)定計算安全系數(shù)均大于規(guī)范要求的1.05要求，壩體應(yīng)力不會發(fā)生塑性破壞，壩體抗滑穩(wěn)定滿足要求。4.3壩體帷幕灌漿防滲處理壩基及壩肩滲漏主要是風(fēng)化層及巖體裂隙產(chǎn)生的滲漏。根據(jù)鉆孔壓水試驗情況，應(yīng)對壩基及壩肩一帶進(jìn)行防滲處理。根據(jù)壩區(qū)滲漏的具體情況、巖性及鉆孔壓水試驗成果，建議帷幕線左壩肩沿壩址至右壩肩布置，左壩肩沿長15m，右壩肩沿長15m。單排布孔，兩壩肩終孔間距為3m，壩基段終孔間距為2m，終孔間距為1.5m，壩基帷幕深度以達(dá)到弱風(fēng)化層內(nèi)呂榮值不大于8Lu為限，左、右壩肩帷幕以穿過強(qiáng)風(fēng)化層呂榮值不大于10Lu為下限，部分地段以巖性控制帷幕下限。設(shè)計帷幕線沿壩軸線方向布置，左壩肩延伸15m，右壩肩延伸15m，設(shè)計帷幕線長120m，單排布孔，兩壩肩終孔間距為3m,壩基段終孔間距為2m,在斷層破碎帶終孔間距為1.5m,排距為3m,設(shè)計布孔60個，另設(shè)6個檢查補(bǔ)強(qiáng)孔(未計入工程量)，合計進(jìn)尺2079m，基巖灌漿1933m。造孔和灌漿分三序次進(jìn)行，一序孔終孔間距為12m，二序孔終孔間距為6m，三序孔終孔間距為3m，灌漿采用自上而下，分段灌注的方法，段長為5m，并采用孔底循環(huán)的方式。灌漿材料基巖選用425#普通硅酸鹽水泥進(jìn)行灌注，當(dāng)吸漿量較大，超過規(guī)定值時可加少量水玻璃或細(xì)砂。整個灌漿工藝應(yīng)符合《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》DL/T5148-2001?？卓趬毫Ρ恚刂圃?.4?0.6MPa，當(dāng)單位吸漿量較小時，可采用一次加壓，或讓其自行升壓，如由于壓力較大，而出現(xiàn)地表冒漿，孔口返漿或單位吸漿量突然增大等情況，則適當(dāng)降低壓力，壓力達(dá)到設(shè)計值后，當(dāng)注入率不大于0.4L/min，持續(xù)60分鐘不變，則可結(jié)束灌注。5施工經(jīng)驗總結(jié)結(jié)合工程特性，經(jīng)現(xiàn)場踏勘和計算分析，優(yōu)化設(shè)計獲得安全、經(jīng)濟(jì)、適用、實用的設(shè)計方案。經(jīng)多方面分析，結(jié)合壩址地形地質(zhì)條件，本工程壩址適宜修建混凝土重力壩。根據(jù)壩址地形地質(zhì)條件，結(jié)合大壩建基面、工程區(qū)附近建筑材料及現(xiàn)場施工等因素，經(jīng)設(shè)計方案的優(yōu)化調(diào)整，水庫樞紐總體布置方案為：C10埋石混凝土壩體(上游面層防滲混凝土)+壩面溢洪道、放空沖沙底孔+取水管道。大壩為砼砌毛石重力壩，最大壩高29.2m。溢洪道的曲線型實用堰，布置在壩體中部；壩內(nèi)埋DN800鋼管，取水口位于壩體右側(cè)。經(jīng)多次方案優(yōu)化調(diào)整和抗滑穩(wěn)定性計算復(fù)核，壩體各結(jié)構(gòu)特性均滿足設(shè)計規(guī)范要求，為工程安全可靠施工建設(shè)提供了重要技術(shù)指導(dǎo)。6結(jié)語綜上所述，