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新屯水库混凝土面板堆石坝方案

日期：2016-9-6 8:46:48　来源：转载　浏览数：
　

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    1 ·工程概况
    新屯水库位于望谟河右岸的一级支流纳过河上，属北盘江水系。工程任务以县城防洪为主，兼顾县城供水。坝址位于纳过河与望谟河的汇合口上游约850 m，坝址以上控制流域面积35 km2 ，多年平均径流量1 716 × 104 m3 ，多年平均流量为0. 544 m3 /s。水库正常蓄水位730. 00 m，防洪限制水位720. 00 m，死水位692. 00 m，总库容674 × 104 m3 ，防洪库容268 × 104 m3 ，兴利库容528. 8 × 104 m3 ，死库容31. 2 × 104 m3 ，保证率95% 城镇供水量为488 × 104 m3 ，下放生态用水量171. 6 × 104 m3。工程等别为Ⅳ等，属于小(Ⅰ)型水利工程［1 － 2］。
    2· 坝址地形地质条件
    坝址位于纳过河与纳坝河交汇处上游约750 m至纳过电站，坝长约600 m，河谷呈基本对称“V”型。左岸地形坡度40° ～ 50°，局部陡壁;右岸地形坡度25° ～ 35°，河床高程664 ～ 665 m，河床宽50 ～ 80 m，河床纵比降2% ～2. 5%。地层岩性为三叠系中统板纳组第一段(T2 b1 ):为青灰、灰绿色薄层粉砂岩、粉砂质页岩夹泥灰岩。主要发育新屯断层(F1)，位于坝址右岸坡一带，该断层为压性逆断层，产状为N50° ～ 70°W∠70° ～ 75°。断层破碎带宽76 m，主要由压碎岩、硅化岩石、方解石晶块及构造透镜体等组成，胶结较好。坝址区出露地层透水性总体较弱，主要含基岩裂隙水、孔隙水，地下水位由河谷向两岸逐渐抬升，地下水横向补给河水。
    3· 混凝土重力坝首部枢纽布置
    混凝土面板堆石坝枢纽布置方案为:混凝土面板堆石坝+ 左岸正槽式溢洪道+ 左岸取水兼泄洪放空系统(导流洞改造)。
    3. 1 混凝土面板堆石坝
    混凝土面板堆石坝坝轴线呈直线布置，坝轴线方位角为N8. 64°E，最大坝高78. 5 m，坝顶高程735. 00 m，防浪墙顶高程736. 00 m，坝顶宽度8. 0 m，坝顶长259. 17 m，坝底最大宽219. 7 m，河床段趾板建基面坐落于弱风化岩体上部，岸坡段趾板建基面坐落于强风化岩体下部，最低建基面高程656. 50 m。上游坝坡为1∶ 1. 407，下游坝坡为1∶ 1. 4，下游在710. 00、685. 00 m高程均设一马道，综合坝坡为1∶ 1. 457。坝体分区从上游到下游依次为上游石渣盖重区1B、上游黏土铺盖区1A、混凝土面板F、垫层区2A、过渡区3A、主堆石区3B、下游次堆石区3C、下游主堆石排水区3E、下游块石护坡3D 等区。混凝土面板采用C25W10F100混凝土，顶部厚0. 3 m，底部厚0. 6 m。面板设横缝，两岸受拉垂直张性缝间距8 m，中间受压垂直压性缝间距16 m。趾板采用平趾板型式，厚0. 6 m，趾板宽度统一取为5. 5 m，趾板与基岩间用Φ25(Ⅱ级) L = 5 m@ 2 × 2 m锚筋锚固。对基础进行固结灌浆处理，基础固结灌浆布置为两排，孔深均为5 m，间排距均为2 m。趾板基岩岩体为弱透水岩体，沿趾板进行帷幕灌浆处理，防渗处理范围河床坝基以相对隔水层作为底界(岩石的透水率是在3 Lu以下)，防渗底界606. 60 m高程，左岸坝肩防渗处理底界722. 40 m高程，右岸坝肩防渗处理底界692. 30 m高程。
    3. 2 正槽式溢洪道
    溢洪布置在大坝左岸，为岸边正槽式溢洪道，呈直线布置，轴线方位角为N41. 72°W，其平面布置图见图1。

    从图1 可知，溢洪道引渠段底板高程724. 00 m，净宽12 m，上设交通桥，桥宽7. 0 m。控制段分为二孔，每孔净宽5. 0 m。溢流堰采用WES 实用堰，堰面曲线为: y =0. 1x1. 85 ，堰顶高程727. 00 m，采用弧形闸门控制，闸门空口尺寸5. 0 m × 4. 0 m( 宽× 高)。泄槽段紧接控制段，坡降i = 0. 540 5，断面为矩形，底净宽12 m，边墙净高3. 0 m，为直立式挡墙，墙厚1. 0 m，底板厚度0. 5 m，边墙及底板均采用C40 钢筋混凝土衬砌。出口消能工采用底流消能方式，消力池长35 m，坎高4. 4 m，底板高程661. 60 m，厚1. 5 m，依上而下为厚0. 5 m的C40 钢筋混凝土和厚1. 0 m的C15 混凝土基础，侧墙净高8. 5 m，顶宽1. 5 m，底宽4. 05 m，内侧衬砌1. 0 m厚的C40 钢筋混凝土，外侧均采用C15 混凝土浇筑。
    3. 3 取水兼泄洪放空系统
    取水兼泄洪放空隧洞由导流洞改造而成，布置于河床左岸，分为引水段、塔式取水口、隧洞段及隧洞出口段组成。引水段总长29. 55 m，底板高程688. 50 m，净宽6. 5 m。塔式取水口总长10. 2 m，进口底板高程为689. 00 m。进口顶板及侧墙采用椭圆曲线型式，在进口设置一拦污栅，孔口尺寸为5. 5 m × 4. 7 m(宽× 高)，拦污栅后设一扇平板检修闸门，孔口尺寸3. 3 m × 3. 6 m( 宽×高)，工作闸门后设φ1 000的通气兼进入孔。隧洞段总长194. 89 m，洞身采用城门洞形，坡降i = 0. 073，净宽3. 3 m，净高3. 6 m，出口底板高程为675. 00 m。在隧洞进口后，经3. 0 m渐变段接φ1 100钢管，钢管一直沿隧洞的右侧铺设，左侧留出1. 6 m的交通及检修通道，钢管每隔5 m设置一支墩。
    4· 混凝土面板堆石坝结构优化设计计算
    4. 1 坝顶高程
    根据调洪计算成果，水库校核洪水位为733. 81 m，设计洪水位为731. 41 m，正常蓄水位为730. 00 m，上游死水位为692. 00 m，防洪高水位为731. 00 m，泥沙淤积高程为687. 57 m，计算吹程D = 0. 3 km，根据气象统计，多年平均最大风速12. 6 m/s。根据《碾压式土石坝设计规范》( SL274 － 2001)［3 － 4］，坡比系数m = 1. 407，计算得坝顶高程成果见表1。

    由表1 可知，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735. 00 m，防浪墙高出坝顶1. 0 m，防浪墙顶高程为736. 00 m。
    4. 2 坝顶标准剖面
    坝顶高程735. 00 m，河床趾板建基面高程656. 50 m，最大坝高78. 5 m，坝顶宽度8. 0 m，坝顶长259. 17 m。为减少坝体工程量，降低工程造价，坝顶上游侧设“U”型防浪墙，墙高5. 0 m，顶部高程为736. 00 m，高出坝顶1. 0 m。防浪墙上游底部设置1. 0 m宽的小道以利检查行走。大坝堆石料为厚层至块状灰岩，坝体填筑料大部分为新鲜或微风化岩石，少部分为弱风化岩石。上游坝坡1∶ 1. 407，下游坝坡1∶ 1. 4，下游在710. 00、685. 00 m高程设一马道，综合坝坡1∶ 1. 457。上游面为混凝土面板，顶部厚度为0. 3 m，并向底部逐渐增加，底部最大厚度为0. 6 m;下游面为干砌块石护坡，厚0. 6 m。面板坝典型横剖面见图2。

    坝体分区从上游到下游依次为上游盖重区1B( 顶部顶部水平宽3 m，坡比1∶ 2. 5，顶部高程679. 00 m)，上游铺盖区1A ( 顶部水平宽2 m，坡比1∶ 2. 0，顶部高程679. 00 m)，C25 混凝土面板F( 厚t = 0. 3 m + 0. 35 Hm)，特殊垫层区2B，垫层区2A(水平宽度5 m)，过渡区3A(水平宽度3 m)，主堆石区3B( 上游坡1∶ 1. 4，下游坡1∶ 0. 4)，次堆石区3C(顶部高程728. 00 m)，下游主堆石排水区3E(顶部高程670. 00 m)，下游块石护坡3D(厚0. 6 m)。
    4. 3 坝基处理
    4. 3. 1 基础开挖
    根据外业勘察，大坝左岸坝体与1# 崩塌堆积体有接触面，接触面长150 m，平均宽度30 m，结合钻孔资料揭露1#崩塌堆积体厚度为4. 3 m，结合物探成果综合分析该堆积体厚4 ～ 6 m;堆积体主要成分为砂泥岩，砂质黏土夹大块石、碎石组成，现状稳定。由于1# 崩塌堆积体厚度不厚，本次设计考虑把与坝体接触面的1# 崩塌堆积体全部清除，清除总体方量约2 × 104 m3。由于堆石体和地基因承受库水压力而产生的应力和变形主要分布在靠近上游1 /3范围内，余下2 /3范围内则较小，所以上游部分的坝基开挖，将趾板、垫层和过渡层设于强风化岩体下部，开挖深度5 ～ 19 m，开挖边坡为:弱风化基岩边坡1∶ 0. 5，强风化基岩边坡1∶ 0. 75，覆盖层边坡1∶ 1. 25。大坝中下游部分只将覆盖层清除即可。
    4. 3. 2 固结灌浆
    趾板与基岩连接部位，为了提高趾板基础的整体性，提高抗冲击能力，避免帷幕灌浆时破坏趾板，形成漏浆，灌浆时不起压，趾板地基需进行固结灌浆［5］。灌浆孔总共布置两排，在防渗帷幕的上下游各布置一排，孔距2 m，排距3 m，梅花型布置，孔深5 m，总进尺2 185 m。
    4. 3. 3 帷幕灌浆
    趾板在河床段建基面坐落于弱风化岩体上部，在岸坡段建基面坐落于强风化岩体下部，最低高程656. 50 m，宽5. 5 m，厚0. 6 m。根据地质勘测，坝址出露地层为T2 b1青灰、灰绿色薄至中厚层泥质粉砂岩、泥岩，岩体透水性弱，仅存在浅层的坝基裂隙性渗漏。两岸坝肩地下水位较高，强风化内岩体节理裂隙发育，水库蓄水后，可能存在绕坝渗漏，需进行防渗处理。按照《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL 228 － 2013) 对高坝的有关规定，防渗帷幕灌浆深度按岩石透水率q ≤3 Lu为控制原则确定。帷幕灌浆设计为一排，孔距2 m。根据地勘成果，防渗处理范围河床坝基以相对隔水层作为底界(岩石的透水率是在3 Lu以下)，防渗底界606. 60 m高程，左岸坝肩防渗处理底界722. 40 m高程，右岸坝肩防渗处理底界692. 30 m高程。库首防渗帷幕线伸入两岸至正常水位(730. 00 m) 与地下水位相交处。