大庆地区防洪工程青肯泡主坝护坡设计要点
2011-06-08冯金友
冯金友
(大庆地区防洪工程管理处,黑龙江大庆 163311)
大庆地区防洪工程青肯泡主坝护坡设计要点
冯金友
(大庆地区防洪工程管理处,黑龙江大庆 163311)
青肯泡滞洪区位于肇东、安达两市交界处,为天然大泡子,由于泡底宽平,岸坡较陡,形成天然有利的滞洪区,总控制面积2 524 km2,该滞洪区保护下游农田3.6万hm2,草原2万hm2,村屯200多个。青肯泡主坝是堆土坝,防洪标准低,此区域多年没有发生大水,根据黑龙江省西部地区的降雨特性,发生大水的几率越来越大,为了更有效的保护下游居民的财产和人身安全,修建青肯泡主坝提高护坡防护强度意义重大。
青肯泡;护坡;混凝土板;稳定
1 青肯泡主坝概况
1998年对青肯泡滞洪区主坝进行了整修加固,根据土坝设计标准,水库枢纽工程为Ⅱ等,主要建筑物为二级,设计标准为:50 a一遇洪水设计,100 a一遇洪水校核。主坝长7 100 m,坝顶高程为146.90 m,最大坝高5.0 m,迎水面坡比为1∶4,背水面坡比为1∶3,护坡为种草护坡。青肯泡滞洪区特性见表1。
表1 青肯泡滞洪区特性表
2 地理资料
青肯泡泄洪区所在地区属于我国松嫩平原和半干旱区,该区地面高程123~143 m,地形坡降1/200~1/6 000,地形四周高陡,中间低平,唯在东南部有一低洼条带,地区坡降一般在1/200~1/3 000。
该区四季变化明显,冬季干湿不均,冷热悬殊。年平均气温2℃ ~4℃,一般从10月20日至翌年4月7日的平均气温≤0℃,历年最高气温为38℃,最低气温达-37℃,最大冻深2.1 m。多年平均降雨量在400~450 mm,降雨量年内分配不均匀,7~9月占60% ~70%,4~6月占20%~30%。该区春季风大而干燥,4月份平均风速5 m/s左右,最大风速能达到35 m/s。
3 地质资料
3.1 地貌及物理地质现象
本区位于松嫩沉降带中东部,按成因类型可分为3种地貌单元:剥蚀堆积台地,堆积一级阶地和堆积河漫滩。
3.1.1 剥蚀堆积台地
台地分布于青肯泡东侧,范围小,地面高程145~180 m,与一级阶地界限明显,高差一般2~6 m。
3.1.2 一级阶地
分布于青肯泡~朱详屯,地面平坦开阔,高程为123~143 m,其上有闭流洼地等微地形,与河漫滩呈缓坡相接,相对高差为2~6。
3.1.3 河漫滩
分布于朱详屯以下河段,滩面较平坦,高程116~123 m。本区物理地质现象主要有:盐渍化、沼泽化,台地及一级阶地上发育冲沟,分布范围及规模较小。
3.2 地层岩性
本区分布着厚度为20~40 m的第四系,自老至新为:中更新统冰水洪积层,上更新统,全新统。
3.2.1 中更新统冰水洪积层
分布于台地及一级阶地地下部,主要由灰色、黑灰色低液限黏土及含砾低液限黏土构成,夹级配不良砾透镜体,厚度>10 m。
3.2.2 上更新统
3.2.2.1 哈尔滨组冰水洪积层
分布于台地表层,岩性主要为黄~灰黄色低液限黏土、含砾低液限黏土及级配不良砂、砾等构成,厚度2~7 m。
3.2.2.2 顾乡屯组冲积层
分布于一级阶地表层,岩性主要为黄、黄褐色低液限黏土,夹级配不良砂等透镜体,厚度5~10 m。
3.2.3 全新统
3.2.3.1 湖沼沉积层
分布于一级阶地上的闭流洼地内,岩性为灰黑色低液限黏土,夹级配不良砂透镜体,厚度1~3 m。
3.2.3.2 冲积层
分布于呼兰河漫滩地,岩性为低液限黏土、级配不良砂、砾等,揭露厚度>10 m。
4 土坝稳定分析
根据实测断面,现有土坝上游坝坡不规整,平均边坡为1∶4左右,下游坡为1∶3左右,坝顶宽度为5 m。本次设计对上游坡进行修坡,以使上游坡规整,设计上游边坡为1∶3,下游坡度不变,故对主坝进行稳定分析计算。
4.1 滞洪区调洪
依据《肇兰新河整修加固工程初步设计报告书》:不考虑东湖调节作用,按20 a一遇以内洪水不放流,50 a一遇洪水泄洪50 m3/s,100 a一遇洪水自由泄流。调洪结果见表1。
表1 调洪成果表
4.2 坝体稳定分析
利用“土石坝稳定分析系统HH-sloper1.2(黄委设计研究院,河海大学力学工程系)”对大坝稳定性进行复核计算。
选取标准断面进行稳定分析计算,断面形式见图1。
图1 稳定分析标准断面图
表2 坝体填筑力学指标表
按毕肖普有效应力法,复核计算设计情况、校核情况、及水位降落期上下游坡比最小稳定安全系数。按Ⅱ等二级建筑物计算,计算公式为:
式中:K为坝坡抗滑稳定系数;b为土的分条重;u为作用与土条底面的空隙水压力;Φ为土的饱和快剪内摩擦角;G为土的饱和快剪黏聚力。
坝坡稳定计算结果表明:上游坝坡1∶3、下游坝坡1∶3,在上述各种计算情况时,设计坝坡均能满足最小允许安全要求,设计坝坡合理。计算成果见坝坡稳定计算成果表3。
综上所述,从安全、美观角度选取混凝土板尺寸2 m×1.5 m×0.12 m,既每块延坝轴方向长2 m,延坝坡方向长1.5 m,厚度为0.12 m。
5 其他设计
5.1 垫层
混凝土板与上游坡体之间设置垫层,采用碎石垫层,厚度为100 mm;碎石下铺设400 g/m2土工布1层。
5.2 分缝
混凝土块之间分缝,采用混凝土分缝,其厚度为10 mm。
5.3 固脚结构设计
固脚采用混凝土结构,其形式为矩形断面,底宽0.5 m,高1.0 m。固脚每10 m分缝,采用混凝土分缝板。
6 施工方法
用推土机或挖掘机自上而下削去表层腐殖土,将坡面按1∶3修整平顺,削坡土方堆于坝脚,施工完毕要将多余土方整理推平,固脚回填土要均匀夯实,压实度>95%;坝坡整型回填土压实度>98%。将土工布顺坝坡方向铺设,土工布厚度为400 g/m2沿坡面用人工在土工布上铺筑碎石料,使坡面平整均匀。
[1]黑龙江省大庆地区防洪工程管理处.大庆防洪工程资料汇编[G].大庆:黑龙江省大庆地区防洪管理处,2005.
[2]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.肇兰新河整修加固工程初步设计报告[R].哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院,1998.
[3]宋祖诏.土力学[M].北京:水利电力出版社,1980.
TV861
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1007-7596(2011)04-0143-02
2011-03-25
冯金友(1976-),男,黑龙江肇源人,工程师,主要从事工程管理、预算编制工作,注册造价工程师,注册咨询工程师。