水库重力坝优化设计论文

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1碾压混凝土重力坝优化设计

1.1坝体布置

大坝为碾压混凝土重力坝，坝轴线成直线布置，坝轴线方位角为NE53°，坝顶长113.83m。右岸非溢流坝段由桩号坝0+000.00m～坝0+055.10m，左岸非溢流坝段由桩号坝0+063.10m～坝0+113.83m，两岸非溢流坝段坝顶总长105.83m，坝顶宽7.0m，坝顶高程1747.10m。非溢流坝段上游面铅直，下游坝坡m=0.7，起坡点高程1737.10m。坝体中部桩号坝0+055.10m～0+063.10m为溢流坝段，采用开敞式溢流表孔，堰顶高程1744.00m，溢流堰面按WES型剖面设计，下游面采用台阶式及底流联合消能，台阶高1.0m，宽0.7m，下游护坦长6m，护坦高程1711.76m。放空底孔与取水口采用上下重叠式布置，位于右坝段0+052.60m桩号处，冲沙底孔进口高程1712.30m，喇叭型进口，设置2.0m×2.0m(宽×高)事故检修闸门孔及相应的启闭设备;取水口进口高程1716.40m，进口为喇叭型，并设置固定式拦污栅，其后为1.5m×1.5m(宽×高)事故检修闸门孔及相应的启闭设备，取水口后接压力管道，管道中心高程为1716.65m，直径为0.5m，管道外用C20钢筋混凝土包裹。

1.2坝体结构

1.2.1坝顶结构坝顶高程1747.10m，顶宽7.0m，左右岸非溢流坝段分别长50.73、55.10m，上下游侧均设栏杆，溢流坝段设交通桥，右岸坝顶与顺龙公路连接。

1.2.2坝体材料工程区出露地层为峨眉山玄武岩，无可选料场，所选料场距坝址区约10km，由于运距远、人工费高、施工进度慢，故放弃了浆砌石筑坝方案。经对C15常态混凝土和C15碾压混凝土进行比较，前者施工机械较少，后者具有工艺简单、上坝强度高、工期短、适应性强等优点，大坝填筑总量30408m3。经综合比较，优选投资较低的C15碾压混凝土方案。

1.2.3坝基处理设计建基面的选择及坝基开挖要求:根据工程地质条件和大坝高度，大坝建基面置于弱风化中上部。对坝基存在的地质缺陷，如破碎带、夹泥裂隙等采用深挖回填混凝土的措施处理。固结灌浆:大坝基础开挖至弱风化基岩中上部，为了提高基础的整体性，减少基础变位、降低沿基础的渗漏，拟对大坝基础存在地质缺陷的地方进行固结灌浆处理;同时为加强帷幕灌浆的效果，在帷幕灌浆孔上下游范围内增设3排固结灌浆。固结灌浆孔距拟定为3m，梅花型布置。固结灌浆压力根据灌浆试验确定。初步拟定固结灌浆深入基础5m，总进尺725m。坝基防渗帷幕:最大设计坝高41.10m，根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319－2005)中的规定，结合工程地质条件，防渗下限深入岩体透水率不大于5Lu以下10m;两岸防渗自建基面进入山体36.7m作为防渗端点，底界伸入地下水位5～10.0m。防渗实施方案:推荐在坝顶实施帷幕灌浆，坝段帷幕线长111.0m，总进尺1724m，有效进尺878m。推荐投资较省的露天灌浆方式对大坝两岸进行防渗，两岸帷幕灌总进尺1267m，有效进尺769m。帷幕线全长约207m，防渗帷幕总进尺2991m，有效进尺1647m，帷幕灌浆布置为单排孔，孔距3.0m。

2大坝应力分析

2.1坝顶高程确定

大坝上游未设防浪墙，按《混凝土重力坝设计规范》(SL319－2005)，坝顶高程等于水库静水位加相应的坝顶超高，按“正常蓄水位+正常运用情况”和“校核洪水位+非常运用情况”两种情况进行计算。大坝超高及坝顶高程成。坝顶高程的控制情况为校核洪水位情况，最终选定的坝顶高程为1747.10m。

2.2大坝稳定及应力分析

2.2.1荷载组合抗滑稳定和应力计算的荷载组合分基本组合和特殊组合两种，3种荷载组合如下:基本组合1:自重+正常蓄水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力;基本组合2:自重+设计洪水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力;特殊组合1:自重+校核洪水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力。

2.2.2计算参数坝体高度41.10m，建基面高程1706.00m，混凝土容重24kN/m3，泥沙浮容重824kN/m3，混凝土与基岩抗剪摩擦系数0.5，混凝土与基岩抗剪断摩擦系数0.9，抗剪断凝聚力418.77kN，坝基排水折减系数0.5。坝基排水幕到上游面距离3.0m，地震系数0.05，上游地震动水压力折减角90°，下游地震动水压力折减角90°。

2.2.3计算结果分析坝体抗滑稳定按抗剪断强度公式计算。

2.3坝体应力计算

坝体应力计算采用材料力学法计算，根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319－2005)的规定，在各种荷载组合下，坝基面垂直正应力小于混凝土容许压应力和地基的容许承载力;坝基面最小垂直正应力为压应力，坝体最大主应力应小于混凝土容许压应力。坝体坝基应力计算成果。，C15混凝土的极限强度为13.3MPa，混凝土抗压安全系数，基本组合为4.0，特殊组合为3.5，则混凝土容许压应力基本组合为3.33MPa，特殊组合为3.8MPa;地基容许承载力2.0～2.5MPa。由表3计算成果可知应力计算成果和地基承载力满足规范要求。

3结语

1)根据坝址地形地质条件，在对坝型及浆砌石筑坝、C15常态混凝土、C15碾压混凝土3种筑坝材料进行综合比较分析后，推荐采用建坝成库条件好、工程量省、距受水区距离近的C15碾压混凝土重力坝最优供水方案。

2)坝身采用C15三级配碾压混凝土，迎水面采用C20二级配变态混凝土(厚0.5m)和C20二级配碾压混凝土防渗，抗渗标号W6。大坝基础设置1.0m厚的C15混凝土垫层。

3)根据建基面实际情况，采取局部深挖回填混凝土、固结灌浆、坝基防渗帷幕等措施，对坝基、两岸坝肩、坝体等进行处理，确保碾压混凝土重力坝具有较高安全可靠性和节能经济性。

4)大坝坝体抗滑稳定性、应力计算和地基承载力均满足规范要求。

作者：陈松林 单位：贵州新中水工程有限公司