杨柳水库混凝土面板堆石坝设计

2016-04-07 17:08李龙波
四川水利 2016年4期
关键词:趾板铜片堆石

李龙波

(四川水利职业技术学院工程勘查设计院,四川 都江堰,611830)

杨柳水库混凝土面板堆石坝设计

李龙波

(四川水利职业技术学院工程勘查设计院,四川 都江堰,611830)

杨柳水库混凝土面板堆石坝坝高56.97m,坝体填筑料弱风化及新鲜钙质粉砂岩,按照变形控制、渗流控制、施工等要求进行堆石体分区,充分利用开挖料作为坝体填筑料,大大节约了工程投资。面板设计采用聚丙烯纤维钢筋混凝土面板,可以有效减少收缩和裂缝的发生,提高混凝土的抗渗能力。止水设计采用铜止水材料,封堵了压力水的渗漏通道,且自身不会被水击穿,从而大大提高了止水铜片的抗绕渗性能。

杨柳水库 止水 混凝土面板堆石坝 设计

1 工程概况

杨柳水库位于宜宾市珙县珙泉镇,坝址位于小溪沟右岸一级支流杨柳沟下段,距珙县县城约16km,距珙泉镇约4.5km,工程对外交通方便。杨柳水库枢纽开发的主要任务是灌溉,同时兼有供水、人畜饮水等综合效益。水库总库容447.74万m3,控制灌溉面积306.93hm2。水库坝址以上控制集水面积9.8km2,多年平均流量0.242m3/s,多年平均年径流量762万m3。

坝址枢纽区河段位于大湾头河段,该段河流沿东西流向,略呈S型,进入坝区后较为顺直。坝址为横向河谷,区内地貌形态主要表现为侵蚀堆积地貌。河谷宽度20.0m~30.0m,河床宽2.5m~16.0m,河床高程424.20m~418.90m,纵坡比降11‰。两岸地形较对称,山顶高程511.70m~588.20m。

水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放空隧洞、联通隧洞组成。根据坝址地形地质条件,枢纽布置为混凝土面板堆石坝,左岸设开敞式溢洪道、放水隧洞、联通隧洞连接漂水岩水库。

2 混凝土面板堆石坝设计

2.1 大坝剖面设计

混凝土面板堆石坝坝顶高程462.30m,河床趾板基础最低高程405.33m,最大坝高56.97m,坝顶长123.66m,坝顶宽6.0m。坝顶上游设“U”型防浪墙,墙顶高程463.50m,墙底高程460.00m,高度3.5m。坝体填筑料为弱风化及新鲜钙质粉砂岩,根据筑坝材料性质和已建工程经验,大坝上游坝坡坡比选用1∶1.5,下游坝面在440.96m高程设2m宽马道,下游坝坡坡比1∶1.6。

2.2 坝体分区设计

2.2.1 分区原则

根据面板堆石坝的受力特性和工作机理,确定以下分区原则:

(1)变形控制。坝轴线上游部分堆石体是承受水荷载的主体,尽量采用压缩模量较大的材料,以最大限度地减小变形量。坝轴线以下堆石体的压缩模量可适当降低;

(2)渗流控制。各分区材料应满足水力过渡要求,渗透系数从上游至下游递增,以便尽快降低堆石体内的浸润线,保证渗漏水能通畅地排向下游;

(3)各分区最小尺寸应能满足机械化施工要求,方便施工;

(4)尽量利用坝区开挖料,节约工程投资。

2.2.2 分区设计

坝体分区从上游到下游分别为盖重区、上游铺盖区、垫层区、特殊垫层区、过渡层区、主堆石区、下游堆石区(次堆石区)和下游排水棱体。

(1)上游粉土铺盖区(1A)。粉煤灰加细沙作为铺盖辅助防渗,铺盖顶部高程429.00m,顶宽2.0m,上游坡度1∶1.5;

(2)盖重区(1B)。采用任意开挖料填筑,顶部高程429.00m,顶宽4.0m,上游坡度1∶2.5;

(3)垫层区(2A)。垫层区水平填筑宽度3.0m,以1∶1.5的坡等厚布置。材料采用漂水岩料场级配砂岩料,设计干密度2.32g/cm3,渗透系数为5×10-3cm/s~5×10-4cm/s。垫层料级配连续,最大粒径控制为80mm~100mm,小于5mm含量在30%~40%之间,小于0.075mm含量在5%~8%之间,填筑层厚40cm~50cm,振动碾压密实。垫层区填筑标准以孔隙率为设计控制指标,孔隙率控制在15%~20%。碾压层厚0.4m,碾压6遍,适量加水。坡面碾压密实后,再喷5cm厚混凝土处理成平整、坚硬的表面,以满足面板施工及临时渡汛的要求;

(4)特殊垫层区(2B)。为减少周边缝的位移,在趾板与面板相接处设特殊垫层区(2B),利用最大粒径小于40mm且内部稳定的连续级配细反滤料,薄层碾压;

(5)过渡区(3A)。过渡层区介于垫层区与主堆石区之间,要求对垫层料起反滤保护作用,同时还起到将水推力传递至主堆石的作用。因此,要求其料级配连续,具有低压缩性和高抗剪强度,并具有自由排水性能。该区水平填筑宽度4.0m,等厚布置,材料为级配砂岩料,设计干密度2.27g/cm3,渗透系数为1×10-1cm/s~1×10-2cm/s。过渡料最大粒径控制为300mm,小于5mm含量不大于10%~20%。过渡区填筑标准以孔隙率为设计控制指标,孔隙率控制在18%~22%,碾压6遍,加水量25%;

(6)主堆石区(3B)。坝体主堆石区位于过渡层区、下游堆石区之间,为坝体主体受力结构,是承受水荷载的主要支撑体,一般要求压实后能自由排水,有较高的压实密度和变形模量,这就要求堆石料具有良好的级配。本工程主堆石料最大料径控制为600mm~800mm,小于5mm含量不大于15%,小于0.075mm含量不大于5%。设计干密度2.23g/cm3,渗透系数为5cm/s~1×10-1cm/s。主堆石区的填筑标准以孔隙率为设计控制指标,孔隙率控制在20%~25%,填筑层厚度0.8m,碾压6~8遍,加水量25%;

(7)下游堆石区(次堆石区)(3C)。即下游堆石区下游最高静水位以上部分,由于其变形对坝体和面板变形影响不大,采用溢洪道开挖料填筑。最大粒径1m,设计干密度20.6kN/m3,孔隙率25%,填筑层厚度1m,碾压6~8遍,加水量25%。

次堆石区位于主堆石区后,该区主要起维持坝体稳定的作用,并承受少量上游传来的水荷载。该区要求具有较好的透水性,能把上游的渗水顺利排往下游。下游坝壳堆石料的填筑标准可适当放宽,可利用枢纽建筑物开挖的强弱风化料碾压填筑。次堆石区的填筑标准以孔隙率作为设计控制指标,孔隙率控制在23%~28%。填筑下游坝壳时不得发生粗骨料集中架空现象,石渣料透水性良好,渗透系数不小于5.0×10-3cm/s。填筑层厚度1m,碾压6~8遍,加水量25%;

(8)下游排水棱体。在下游堆石区底部河床部位高程420.00m以下,布置堆石排水区及排水棱体。排水棱体顶宽2.0m,内外边坡分别为1∶1、1∶1.5,排水带及棱体采用弱风化及新鲜粉砂岩堆石填筑。排水体由四层组成,自下至上依次铺设15cm厚砂(d=0.25mm~1mm)、150cm厚碎石(d=1mm~5mm),200cm厚碎石(d=5mm~30mm),最外层砌筑干砌石。

3 坝体防渗结构设计

3.1 面板设计

面板是坝体防渗的主体结构,其厚度应满足防渗和耐久性要求,根据《混凝土面板堆石坝设计规范》,中低坝可采用0.3m~0.4m等厚面板。本工程采用0.4m等厚面板,以提高其柔性,适应坝体的变形,同时便于施工,只需制备一种规格的侧模即可。

面板总面积为6305m2,根据有限元分析结果,面板厚度0.4m,面板能适应应力和变形。按此规律,结合左、右岸的地形地质条件,面板中部垂直缝(压性)间距为12m,两岸坡垂直缝(张性)间距为6m。面板混凝土设计强度等级C25,抗渗等级W8,抗冻等级F50。

根据《混凝土面板堆石坝设计规范》要求,面板顶部厚度宜取0.3m,并向底部逐渐增加,在相应高度的厚度按以下公式计算确定:

t=0.3+(0.002~0.0035)H

式中:t——面板厚度(m);

H——计算断面至面板顶部的垂直距离(m)。

根据计算成果,面板的厚度为0.3m~0.44m。面板采用单层双向配筋,各向配筋率0.4%。

为了减少混凝土收缩裂缝,提高混凝土的抗渗能力,面板采用聚丙烯纤维混凝土,掺入聚丙烯,可以在混凝土塑性阶段、变形模量较低时,有效减少收缩和裂缝的发生,在硬化后期也可以使干缩裂缝得到一定程度的抑制,从而使裂缝细化。

3.2 趾板设计

趾板既是面板的底座,也是防渗帷幕灌浆的压重板,与面板共同形成坝基以上的防渗体。本工程趾板布置采用“平趾板”方案,趾板厚0.6m,宽度按岩石地基容许水力梯度确定,趾板置于弱风化岩石上部,地基容许水力梯度取10,趾板宽度为5.0m。趾板每隔12m设一条伸缩缝,并用φ25mm锚筋插入岩石与基岩相连接,锚筋间距1.5m,排距1.5m。

趾板混凝土设计强度等级C25,抗渗等级W8,抗冻等级F50。趾板表面配置单层双向钢筋,纵、横向钢筋均为0.4%。

3.3 接缝止水设计

面板垂直缝分压性缝和张性缝。岸坡段张性缝,设底部“W”型止水铜片及水泥砂浆垫层,缝面均涂刷沥青乳剂,顶部柔性填料充填加有机复合盖板保护;河床段压性缝,设底部“W”型止水铜片及水泥砂浆垫层,缝面均涂刷沥青乳剂。坝顶防浪墙设置垂直缝,间距10m,缝间设置一道“W”型止水铜片。

位于面板和趾板之间的周边缝宽度为12mm,缝内用沥青木板充填,设置一道止水,下部“F”型铜片止水,上部柔性填料止水加有机复合盖板保护。

位于面板与防浪墙之间的水平缝宽度为12mm,缝内沥青木板充填,上部采用柔性填料止水加PVC遮盖带保护,底部“F”型铜片止水。周边缝缝面均涂刷沥青乳剂,缝中均充填沥青木板,以减少施工期混凝土面板因应力集中而损坏。

趾板与趾板之间设置一道止水,将“W”型铜片止水设置于中部,并伸入面板约2m左右。

4 坝基处理

4.1 坝基开挖

河床趾板下游20m范围(约0.3倍坝高)内清至基岩弱风化顶部,其余下游部分坝基,原则上应将基础面上的草皮、树根、表层砂卵石覆盖层及全风化层岩石清除干净。坝基开挖轮廓范围内不得有反坡,应避免出现台阶,均应挖成顺坡。

趾板以上左右岸开挖边坡,根据地质资料,左岸为1∶1.5、1∶2.3。右岸为1∶0.8、1∶0.6。

4.2 趾板基础处理

趾板置于基岩弱风化顶部,趾板地基和坝基范围内均无需特别处理的断层破碎带及软弱夹层。

趾板上、下游各布置一排固结灌浆孔,孔距2m,孔深5m。趾板中部设二排帷幕灌浆孔,孔距1.8m,其深度按深入相对不透水层(ω<5lu)5m以上控制。趾板帷幕与右岸坝肩和左岸溢洪道基础帷幕相连接,形成完整的地下防渗帷幕。

5 结语

5.1 周边缝止水设计,采用有机复合盖板塑性填充材料止水,可以提高止水铜片的抗绕渗性能。

5.2 面板采用聚丙烯纤维混凝土,可以减少混凝土收缩裂缝,提高混凝土的抗渗能力。

5.3 杨柳水库面板堆石坝设计,充分利用开挖料作为坝体填筑料,节约了工程投资。

〔1〕张昌龄.水工设计手册第四卷土石坝[M].北京:水利电力出版社出版,1984.

TV

B

2095-1809(2016)04-0052-03

李龙波(1981-),男,工程师,四川威远人,学士学位,从事水利水电工程设计工作。

猜你喜欢
趾板铜片堆石
水工建筑物止水紫铜片施工渗漏防治
兴仁县尖山水库大坝趾板基础处理设计
混凝土预制块模板在堆石混凝土坝中的应用
老挝Nam Khan 2面板堆石坝趾板优化设计与实践
土豆做电池
基于CATIA的面板坝趾板三维设计研究
混凝土面板堆石坝趾板的三维设计方法研究
高混凝土面板砂砾石(堆石)坝技术创新
自密实堆石混凝土在水库大坝尾留续建工程的应用
堆石混凝土应用前景浅议