榆樹溝溢流混凝土面板堆石壩設計與施工

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摘 要 榆樹溝面板堆石壩壩高67m，壩頂長300m，壩坡為1：1.4，壩體填筑方量57萬m³。其設計特點為：1、采用了布置在壩體上的溢洪道進行泄洪，簡化了樞紐布置；2、堆石壩體全部采用樞紐開挖料填筑，未設專門的料場。因此，加快了施工進度，取得了顯著的經濟效益。本文將對壩體溢洪道有關研究成果、設計和施工問題予以簡要介紹。 關鍵詞 溢流混凝土面板堆石壩 壩體溢洪道 溢洪道   榆樹溝水庫位于新疆哈密地區(qū)榆樹溝河中游河段上，距哈密市50km，是一項以工業(yè)供水、灌溉并兼顧改善生態(tài)環(huán)境的中型水利工程。樞紐由混凝土面板堆石壩、壩體溢洪道、導流兼輸水洞等建筑物組成。   1  水文、地質條件 壩址區(qū)多年平均徑流量為0.49×10^８m³，多年平均流量為1.57m³/s,年內分配變化較大。設計洪水重現(xiàn)期為50年，相應洪峰流量126m³/s；校核洪水重現(xiàn)期為1000年，相應洪峰流量398 m³/s 。水庫正常蓄水位：1994.7m；死水位：1953m，調節(jié)庫容848×10⁴m³ ；總庫容：1072×10⁴m³ 。 水庫處于高山峽谷區(qū)，兩岸山勢陡峻，山體雄厚，河谷深切，河道縱坡較大。壩址區(qū)主要出露的地層巖性為粉砂質凝灰?guī)r及凝灰質粉砂巖，巖層產狀340°～355°NE∠60°～80°。工程區(qū)屬北天山向斜褶皺帶，測區(qū)內構造運動強烈，溝谷發(fā)育，表明工程地質構造較復雜。有大小斷層20余條，對建筑物穩(wěn)定影響不大，但需采取工程措施進行處理。 通過補充地質測繪確認壩址右岸Ⅲ階地（1965～1971m）以上是一規(guī)模較大滑塌體，高程為1965～2080m，底部距河床約30m，分布范圍上至壩軸線上游100m，下至壩軸線下游154m，底寬254m，呈圓錐形。對防滲和穩(wěn)定都是不利的。樞紐區(qū)地震設計烈度為7°。   2  工程概況 2.1  樞紐布置 榆樹溝水庫工程由混凝土面板堆石壩、壩體溢洪道和導流輸水洞組成。為避免溢洪道布置在基巖上引起高邊坡的開挖，將溢洪道布置在右岸階地以上填筑密實的堆石壩體上，這不僅降低了溢洪道的落差。同時，也為避免導流輸水洞與溢洪道工作時的交叉干擾，將導流輸水洞調整布置在河的左岸。這樣的樞紐布置（圖1）運行管理方便，安全可靠，減少施工干擾，可降低工程投資。 圖1  樞紐平面布置圖 2.2  混凝土面板堆石壩 混凝土面板堆石壩最大壩高67.5m，壩頂高程1998.50m，防浪墻頂高程1999.70m，平寬度3m；在壩軸線以下設利用料區(qū)，以充分利用壩區(qū)各種開挖料。 混凝土防滲面板在1970.00m高程以下為40cm等厚，1970.00m以上為30cm等厚；在河床部位9塊較長板塊采用鋼筋混凝土面板，在兩側階地上壩高小于40m的壩段上，一律采用素混凝土的分離式面板。面板和趾板采用強度標號：C45級高性能混凝土，抗凍標號：F300，抗?jié)B標號：S10。大壩最大特點是結合滑塌體的處理，全部采用清除滑塌體的開挖料填筑壩體，不必另設料場。 2.3  導流輸水洞 導流輸水洞布置在左岸，為臨時工程與永久工程相結合的建筑物。導流輸水洞洞徑2m，總長293.38m，正常放水流量為4m³/s，遇校核洪水時參加泄洪,閘門全開時其最大泄流量為68m³/s。在導流期間為無壓洞，臨時進口高程為1937.50m。運用期為有壓洞，流量控制閥門設在洞的出口，采用兩臺直徑為1.0m的錐形閥, 進水口高程為1953.00m，并設平塞式檢修門兩扇。導流輸水洞出口高程1935.00m，洞身縱坡1/200?？紤]到洞身圍巖較破碎，旁山巖體較薄，故采用厚度為50cm雙層鋼筋的襯砌，并加強固結灌漿。   3  壩體溢洪道 3.1  壩體溢洪道設計應遵循的幾項基本準則 壩體溢洪道是建筑在以松散介質為材料，人工碾壓填筑的堆石體上，同時又經受高速水流的作用，這無疑給溢洪道帶來負面的影響。在認真研究當地材料壩，特別是混凝土面板堆石壩的建設經驗，深入總結布置在軟基上溢洪道經驗教訓基礎上，設計壩體溢洪道時應遵循以下基本準則： 3.1.1 選好筑壩材料，嚴格控制填筑密度，以提高堆石體的垂直變形模量和水平變形模量，最大限度的控制作為溢洪道地基的壩體的絕對變形量；
    圖2  壩體典型橫剖面 3.1.2  對溢洪道的平面布置和縱橫向體型，應力求緩變、平順和規(guī)整，以防止折沖水流的發(fā)生，并減小動水荷載（含拖曳力、脈動壓力和沖擊力等）對設置在堆石體上泄槽的不利影響，防止結構失穩(wěn)情況的出現(xiàn)； 3.1.3  選擇合理的摻氣結構，以防止空蝕所造成的局部破壞； 3.1.4  作好出口段的消能，防止溯源破壞的發(fā)生； 3.1.5 壩體溢洪道的底板和邊墻在結構上均應適當分段，并采用搭接-鉸接連接，以消除因填筑壩體的變形而產生的超靜定應力，防止出現(xiàn)結構斷裂； 3.1.6  做好接縫止水，以嚴格防止動水壓力（如脈動壓力、射流沖擊壓力、拖曳力等）傳入泄槽底板下形成頂托力，造成結構破壞； 3.1.7  合理設計堆石體的排水能力，以消除泄槽底板下的浮托力； 3.1.8  強化溢洪道與堆石體錨固結構，以增加其間的連接強度，提高泄槽斜坡穩(wěn)定性,加大系統(tǒng)的整體性； 3.1.9  選擇合理的溢洪道結構、體型和尺寸，使其自振頻率遠離高速水流脈動的基頻，避免因共振導致結構失穩(wěn)； 3.1.10 選擇高性能混凝土材料，提高泄槽自身抗空蝕破壞能力，并提高限裂抗裂能力。 3.2  壩體溢洪道地基變形控制和滲流控制 3.2.1 壩體溢洪道地基壩料的選擇： 由于溢洪道是布置在堆石壩體上的混凝土結構，它對地基的變形非常敏感，因此堆石壩體填筑時必須達到合適的相對緊密度，使其具有較大的變形模量，以控制溢洪道的變形在安全的數量級內。表1 給出了一些工程的原型觀測成果，它表明： （1）堆石壩體施工時的沉降量很小，蓄水期的沉降量更小。如以沉降量與壩高之比表示相對沉降，一般的工程施工期均不超過0.5%，而運行期僅接近或小于0.1%，但也有例外，如阿里亞壩盡管采用玄武巖等硬巖填筑，施工期相對沉降量達2.23%，蓄水期相對沉降量為0.13%；

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