浅谈苏巴什水库工程混凝土面板坝设计
2019-02-14赵娜
赵 娜
(新疆水利水电勘测设计研究院,新疆 乌鲁木齐 830000)
苏巴什水库位于新疆阿克苏地区柯坪县境内的苏巴什河上,是新疆阿克苏地区柯坪县境内重要的水利控制项目。苏巴什水库坝址区河床基岩为第四系下更新统冰积砾岩,岩溶较发育,总体透水率较大,水库位于高地震区,存在严重的安全隐患。混凝土面板坝具有超干硬性、强度大等特点,对防止水库受阿克苏地区地质影响具有显著作用[1]。基于上述原因,本文对苏巴什水库混凝土面板坝进行设计分析。
1 工程概况
苏巴什水库属于典型的谷形水库,包括混凝土面板砂砾石坝、引水闸、混凝土重力坝、冲沙闸、泄洪闸。水库正常蓄水位1315.00 m,校核洪水位1315.46 m,总库容1561 万m3,最大坝高35.5 m。与两岸呈现出“V”字行,苏巴什水库的谷底宽度300 m~350 m,最宽处达370 m 左右,右岸分布Ⅰ级阶地,阶地界面高程约1290 m,河拔高度1 m~2 m,阶地面宽120 m~170 m。
坝址区左右岸,是构成坝址区的主要基岩。岩性为浅灰~深灰色薄—中厚层状灰岩,岩层较平缓,总体倾向上游,岩层产状25°~35°/NW∠25°~35°,岩层走向与河谷呈大角度斜交或近于垂直。
坝址区河床基岩为第四系下更新统冰积砾岩,以钙质胶结为主,属中硬岩,在河床总体呈现左厚右薄的分布形态,最厚可达约92 m。河床砾岩岩溶较发育,总体透水率较大,砾岩以上为厚度1 m~4 m 的第四系全新统冲洪积物。水库位于高地震区,场地基本烈度8 度。
2 面板坝设计
2.1 总体布置
苏巴什河出山口仅在河流弯道末端~河流出山口之间约500 m 范围内,河道顺直,河谷相对较窄、两岸山体边坡较陡且岩体较完整。根据坝址区地形地质条件,选定的坝轴线位距苏巴什河出山口0.86 km 处。
2.2 准备工作
经过计算,面板坝坝顶高程为1319.5 m,最大坝高35.5 m,面板坝全长359.4 m,
混凝土面板堆石坝呈现出明显的直线分布,其中坝轴线的方位角是N24°52'7″E。苏巴什坝分区上游到下游依次是上游粉煤灰覆盖区1A、上游石渣复重区1B、垫层区2A、混凝土面板F、过渡区3A、下游块石护坡P。苏巴什水库采用C25W8F100 混凝土。施工过程中,为了防止苏巴什坝体变形,施工单位应当在两岸设置垂直裂缝间距10.00 m. 确定大坝上游坝坡采用1∶1.5;下游坝坡为1∶1.5,下游1310.0 m 高程、1300.0 m 高程各设置1 级马道,宽度2 m[2]。
2.2.1 选材标准
1)上游盖重区:位于上游铺盖区上游,顶高程1292.0 m,顶宽10.0 m,上游坡度1∶2.5,采用开挖弃渣等任意粗粒材料;上游铺盖区:位于面板上游,顶高程1289.0 m,顶宽4.5 m,上游坡度1∶1.5,采用开挖土料进行施工。
2)垫层区:设于面板下游,水平宽度3 m,等宽布置,采用C1 砂砾石料场筛分获得,粒径要求d≤80mm,小于5 mm 含量为30%~50%,小于0.075 mm 含量宜小于8%,Dr≥0.85,渗透系数控制在10-3cm/s~10-4cm/s 数量级;过渡区:设于面板下游,水平宽度3 m,等宽布置,采用C3 砂砾石料场筛分获得,粒径要求d≤150 mm,小于5 mm 含量为30%~41%,小于0.075 mm含量宜小于8%,Dr≥0.85,渗透系数控制在10-2cm/s~10-3cm/s数量级;特殊垫层小区:位于周边缝下游,为底宽0.5m,下游坡度1∶0.5 的梯形小区,采用C1 砂砾石料场筛分获得,粒径要求d≤10 mm,Dr≥0.85。
3)主堆石区:位于垫层料下游,是面板的主要支撑结构。采用C3 场料砂砾石料,填筑相对密度Dr≥0.85,渗透系数控制在10-2cm/s~10-3cm/s 数量级;下游堆石区:位于主堆石下游,采用C3 场料砂砾石料和建筑物开挖砂砾石料,填筑相对密度Dr≥0.85,渗透系数控制在10-2cm/s~10-3cm/s 数量级。
4)排水棱体:采用砂砾石,粒径要求d≥80 mm。在垫层区的上游侧采用挤压式边墙坡面施工法,挤压式边墙为半透水混凝土墙,断面为梯形,宽度为10 cm,单层高度为40 cm,上游与坝坡相同。
2.2.2 坝料层间关系复核
按照相关规范要求,对大坝各分区坝料进行层间关系计算,计算结果显示坝壳料与河床覆盖层满足滤土要求,但排水性能略欠。
2.2.3 填筑标准
根据本工程大坝的等级、高度、河谷形状、地震烈度及料场特性等因素,并参考同类工程经验,确定筑坝材料的填筑标准。
2.3 结构设计
2.3.1 混凝土面板
混凝土面板采用C30W8F300,面板采用等厚面板,厚度为0.3 m。混凝土面板宽度:河床部位受压区面板宽12 m(24 块),岸坡部位受拉区板宽6m(左右岸共9 块)。垂直缝从坝顶沿坝坡一直延伸到周边缝,方向与坝轴线垂直,只在接近周边缝1m处转弯。面板中部设置单层双向钢筋,竖向配筋率为0.5%,水平向配筋率为0.4%,用以抵抗可能出现的拉应力,防止混凝土被挤压破碎而剥落。
2.3.2 趾板
苏巴什水库工程面板坝的趾板型式采用水平趾板。河床段趾板设置在细粒砂砾岩层上。趾板内设置锚筋,将趾板锚固在基岩上,取锚筋直径φ25 mm,间、排距1.5 m,伸入基岩4 m。趾板宽度高程1306 m 以上设为6.0 m,1306 m 以下设为3.0 m,趾板分缝宽度12 m,趾板厚度为0.5 m。在距趾板顶面15 cm 处布置一层双向钢筋,含钢率为0.3%。
2.3.3 正槽式溢洪道
苏巴什坝的溢洪道应当设置在右岸,整个溢洪道主要是由控制段、引渠段、消能段和泄槽段四部分组成。苏巴什坝的引渠段高741.6 m,净宽21 m,控制端有两个孔,净宽16 m。苏巴什坝的溢流堰采用的是WES 标准,其中堰面的高度为724.6 m,在堰的顶部设有交通桥,桥的宽度为10.0 m,桥与堰的顶部连接。苏巴什坝的泄槽段在控制端之后,其中一级陡坡,坡度为0.072,墙高度为4.26 m,厚度为0.6 m[3]。一级陡坡的高度为724.1 m,二级陡坡的坡度为0.714,横截面为矩形,边墙采用的是C25 钢筋混凝土。在水库的下游,设置有水平护坦,长12 m,厚度为1.0 m。挑流鼻坎段的边墙高为689.1 m,厚度为1.0 m。
2.3.4 大坝基础
(1)趾板基础开挖
河床及左岸趾板基础置于弱风化中上部岩层上,沿趾板宽度方向,趾板上游侧覆盖层开挖坡度取1∶1.5,岩层开挖坡度取1∶0.3~1∶0.5,趾板下游侧,为避免堆石体沉降变形时对混凝土面板产生较大的应力集中,开挖坡度缓于1∶3。
(2)坝体基础开挖
由于坝壳料与河床覆盖层砂砾料之间满足滤土要求,但河床覆盖层排水性略欠。同时河床覆盖层的主要物理力学指标(平均干密度、内摩擦角)均略低于坝壳料,且坝址区附近的河床覆盖层最大深度约2.1 m,因此,其余部分的坝基开挖,清除全部坝基范围内的覆盖层,使坝壳基础座落在下部基岩上。坝轴线上游其余部位将妨碍堆石压实的陡坎、倒悬体清除,或用混凝土、浆砌石等补成平顺边坡。
(3)固结灌浆
在建基面表层基岩的张开裂隙带或中等透水带进行固结灌浆的目的是提高表层基岩的整体性和提高帷幕灌浆的灌浆效果。面板坝在趾板范围内进行固结灌浆,2 排,孔距3.0 m,灌浆深度为5 m。
3 结语
苏巴什坝地理环境较复杂,尤其是水文地质,施工时需要对周围基岩体、坝肩岩体进行清理,对坝址区地址条件进行全方位考察,综合考虑当地的地理环境特点,优选混凝土面板堆石坝进行枢纽布置,遵照施工流程及技术要求进行项目施工。苏巴什水库工程于2015 年3 月开工建设,2016 年6 年建成并投入使用,面板坝大坝变形,基础渗漏等参数均在正常范围之内,面板坝设计较为成功,促进了我国混凝土面板堆石坝设计技术的发展。