壩肩

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壩肩的穩定是大壩安全的重要保障。壩肩應當滿足要求,否則會帶來危險。

介紹


壩肩
壩肩
壩肩岩體穩定是拱壩安全的根本保證。壩肩岩體失穩的最常見的形式是壩肩岩體受荷載后發生的滑動破壞。另一種情況是當壩的下游岩體中存在著較大的軟弱帶活斷層時,即使壩肩岩體抗滑穩定能夠滿足要求,但過大的變形仍會在壩體內產生不利的應力,同樣會給工程帶來危險,應當盡量避免。
1.1工程概況
爐坪水庫電站位於福建省閩清縣省璜鎮谷口村的梅溪上游。梅溪為閩江一級支流,幹流全長78.6km,全流域面積956km2。本電站壩址以上流域面積18.7km2,水庫總庫容216萬m3,電站總裝機1.2MW,攔河壩為漿砌石拋物線拱壩,壩頂弧長144.38m,壩頂寬2.5m,最大壩高31.88m,表孔自由溢流面凈寬30m,正常蓄水位478.00m,設計洪水位479.96m,校核洪水位480.38m,大壩為Ⅳ等工程4級建築物。攔河壩於2001年9月動工,2002年7月完工。
1.2壩址地形、地質條件
壩址河流流向為N20°E,地形呈“V”字型,左岸坡度為40~45°,右岸30~38°,正常蓄水位時,河寬85m。工程區位於福建省東部戴雲山脈東北部,福安南靖北東向斷裂帶東側,浦城永泰南北向斷裂東面8~12km,地質構造以微弱的垂直差異升降為主,壩址分佈地層為侏羅系上統南園組第二段英安質凝灰熔岩,右岸455.00~473.00m高程基岩出露,第四系坡殘積層分佈左、右岸473.00m高程以上。壩址主要發育斷裂構造有:產狀N20~40°E,NW∠70~80°,寬0.5~1.0m,充填構造角礫岩。節理主要為N15~20°W,NE∠65~70°,局部以節理密集帶形式出現,節理均有不同程度的張開,充填風化岩屑
1.3壩基開挖及問題提出
由於某種原因,初設時未進行工程鑽探,僅在左、右岸布置平硐及探槽進行揭示,2001年10月當壩基開挖揭露時,發現右岸473.00m高程以下(包括河床)岩石完整新鮮,岩體為Ⅰ~Ⅱ類,而右岸473.00m高程以上岩石相對破碎,且風化較嚴重。按原開挖圖往山體超挖2~3m,岩石仍無明顯改善,建基面僅達強風化下限~弱風化上限,呈Ⅲ~Ⅳ類岩體。就此情況,當時提出了兩種方案,一種是採用重力墩方案,一種則是對壩肩進行複核處理。為了節省投資、縮短工期,最終選用了複核處理方案。
2.壩肩穩定複核
2.1調整拱壩幾何尺寸
通常在擬定拱壩的幾何尺寸時,一般都是在邊界條件確定的情況下,通過計算壩體各點應力,使應力滿足規範要求的前提下,儘可能地減少壩體工程量。該工程由於右岸473.00m高程以上建基面為Ⅲ~Ⅳ類岩體,在調整壩體的幾何尺寸時,考慮以下因素,一是儘可能使之有利於壩肩的穩定複核及應力要求,根據拱中心角與推力關係曲線(《水工手冊》圖22-3-11),調整時擬定幾組中心角進行試算,試算結果顯示中心角在75~80°之間對壩肩推力最為有利;二是根據壩肩岩體承載力,拱壩肩考慮適當加厚,使之滿足岩體承載力。經應力計算,原壩體幾何尺寸調整如表1所示。
表1調整后拱壩主要參數
高程480.38478.00473.00467.00461.00455.00451.00448.50
拱冠厚度(m)2.52.84.1595.0185.5056.1176.8417.500
左拱厚度(m)2.52.84.7836.0226.8817.6468.5519.315
右拱厚度(m)2.52.84.3675.5206.6057.3407.8678.250
拱冠左曲率半徑(m)69.15069.00062.28254.93348.45042.92439.81838.125
拱冠右曲率半徑(m)69.15069.00062.76656.01450.14245.23942.55341.125
左中心角(°)41.32339.80639.58737.72834.66131.69022.50916.785
右中心角(°)40.71039.80639.47837.76933.50926.94921.19416.907
左中心弧長(m)67.91063.59256.87846.42336.00528.09816.96111.672
右中心弧長(m)66.18763.59257.06147.41735.48723.95616.90512.690
2.2右壩肩穩定複核
①穩定計算
根據開挖揭示,右壩肩473.00m高程以上建基面雖然相對破碎,但未發現有明顯的滑動面,而且本壩高不高,因此選用“所需堅岩線法”進行計算,計算成果見表2。
表2最小堅岩線長度表
高程480.38478.00478.00473.00473.00467.00467.00461.00461.00455.00455.00451.00451.00448.50
摩擦係數0.80.80.91.01.11.11.1
凝聚力(MPa)0.70.70.80.91.01.01.0
單位高推力合力(KN/m)1196.627779.1251844.5124395.1655942.2906264.0835436.021
拆減后張開面滲水壓力(KN/m.m)11.9036.9066.9096.69126.90146.90159.40
穩定安全係數4444444
最小堅岩線長度(m)α=05.8314.3659.67415.36317.48521.48624.387
α=56.5425.36710.02316.45119.96822.03125.763
α=107.8436.49511.30117.58619.96322.69526.841
α=158.4757.01311.96818.01320.75623.03527.151
α=209.0038.42712.03118.75621.05123.84327.654
表中計算公式為:
l=[KH-f’(V-U)]/c’
其中:l—計算所需堅岩線長度,m
K—穩定安全係數
H—計算滑動面切向力,KN
V—計算滑動面法向力,KN
U—張開面滲水壓力,KN
c’—凝聚力,MPa
②穩定分析
據表2計算結果,按比例分高程繪製在地形圖上即得所需堅岩線包絡圖(圖1~3),從圖1~3可見,包絡線均在基岩線內,故壩肩473.00m高程以上穩定滿足要求。
3.壩肩處理措施
根據穩定複核,右壩肩穩定滿足規範要求,但考慮到壩肩對拱壩的重要性,除了按常規採取帷幕、固結處理外,473.00m高程以上增加鋼筋砼墊座,鋼筋砼墊座厚900mm,上、下層配置Φ20@200的鋼筋網(見圖4),以增加該部的整體性,防止壩肩局部壓縮變形;同時沿壩肩的下游側設置二排Φ100排水孔(見圖4),間、排距均為1500mm,以減少壩肩的滲透壓力。經綜合處理,大壩自水庫蓄水以來尚未發現異常現象。
4.結束語
目前我國水利水電工程對拱壩的建基面要求是:高拱壩要求盡量置於新鮮或微風化岩體上,一般高拱壩和中等高拱壩盡量置於微風化或弱風化中部。而美國、日本及前蘇聯的規範中,沒有明確按基岩風化程度確定開挖深度。因此,筆者認為對於中等高以下的拱壩,其建基面只要滿足規範要求的穩定和承載力的安全係數前提下,經基礎處理,建基面可適當放鬆對岩體的要求。

參考資料


http://www.cnwwp.com/zazhicontent.asp?id=1196