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浅谈黄章水库主坝初设阶段防渗选型

来源:核心论文发表 所属分类:理工论文 点击:次 时间:2020-07-06 08:07

  摘 要:本文以广西玉林市黄章水库主坝为例,简述了土坝在初步设计阶段大坝防渗的设计思路。

  关键词:水库工程;土坝;大坝防渗设计;水工设计

浅谈黄章水库主坝初设阶段防渗选型

  1工程概况

  黄章水库总库容2811万m3,水库工程等别为Ⅲ等,属中型水库。黄章水库主要建筑物有主坝副坝,库外引水系统,供水系统等组成。本次主要探讨主坝在防渗选型中的设计思路。

  2大坝选型

  根据选定主坝坝址的地形为宽U字型河床,坝址两侧山体未土质山体,无岩石出露,岩层埋深较深,所以坝址处不适宜修建拱坝;坝址区域为丘陵地带,坝址处方圆14km均无石料开采场,修建面板堆石坝需要大量的石材,所以修建面板堆石坝不经济不合理。主坝坝址处基础强风化带岩体破碎,承载力低,弱风化岩层较完整,承载力较大,但左岸山体基岩埋深大于53.8m,右岸山体弱风化岩层埋深大于31m,因此修建重力坝需要从远距离开挖大量的土石料,弃渣较多,地基承载力不满足要求,坝址处地质条件不适宜修建刚性坝型,且当地材料缺乏,所以修建埋石砼重力坝或浆砌石重力坝既不经济也不合理。综合分析后坝址处仅适宜修建土坝,土坝能充分利用当地材料,土料从坝址附近开采。

  3大坝防渗方案

  根据所选土料场试验数据得知,各料场土料渗透系数均大于1×10-4cm/s,料场土不满足修建均质土坝的要求,须设防渗措施,本阶段坝体防渗结构设计通过以下三个方案进行比较,确定最优防渗方案。

  (1)方案一塑性混凝土心墙土坝方案:本方案主坝布于鲤鱼湾水库灌区干渠上游135m处,坝前正常水位133.70m,设计洪水位134.77m,校核洪水位135.24m,经计算确定坝顶高程137.30m,最低建基面高程98.80m,最大坝高38.5m,坝顶长196m,坝顶宽7.00m。大坝上游坝坡坡比为1:3,下游坡由上至下分两级,坡比分别为1:2.75、1:3,变坡高程为123.30m,在变坡高程处设马道一条,宽3m。下游111.30m高程以下至坝脚设置堆石排水棱体,排水棱体长104.2m,顶宽3.0m,顶高程为111.30m,内、外坡比均为1:1.5。本次设计坝体填筑残坡积粘土和全风化土,根据地质资料,料场土渗透系数相对比较大,均大于1×10-4cm/s,不满足填筑均质土坝的要求,本方案防渗体采用塑性砼心墙防渗,即先分层填筑碾压好坝体,然后再沿坝轴线钻造槽孔建造混凝土防渗墙,混凝土防渗墙与坝体同步升起,形成可靠的防渗体,可满足大坝的防渗问题。实践表明,除险加固工程实例中,混凝土防渗墙可与坝体有机结合在一起而形成一个防渗整体,但新建土石坝工程项目中,采用塑性砼心墙防渗的工程实例极少,防渗效果如何尚未可知,且新建土坝沉降尚未稳定,塑性砼心墙变形能力差,开裂后不可自愈,且补救困难。

  (2)方案二沥青混凝土心墙土坝方案:本方案大坝坝轴线、上下游坝坡、坝顶结构及坝脚排水棱体设计与方案一均相同。主坝沥青砼心墙轴线位于坝轴线上游3.0m处,全长196.0m,最大墙深38.5m,心墙顶高程为136.00m,高于校核洪水位135.24m,满足规范要求,沥青砼心墙顶部与坝顶防浪墙连接,并与护肩相连。根据《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》SL501-2010第6.2.3条规定,心墙底部最大厚度为宜为最大坝高的1/110~1/70,心墙顶部的最小厚度不宜小于0.4m。主坝最大坝高为42.0m,最厚处墙体计算厚度为38cm~60cm,本阶段初拟主坝心墙厚度高程117.00m以下为80cm,高程117.00m以上厚度为50cm。

  沥青混凝土是用沥青将天然或人工矿物骨料、填充料及各种掺加料等胶结在一起所形成的一种人工合成材料,单位容重为2.36t/m3,最大骨料粒径不大于15mm,混凝土配合比(%)为21:59.6:10.9:8.5(石子:砂:矿粉:沥青)。它具有良好的柔性,能较好的适应结构的变形;其次它具有优越的耐久性和防渗性;再则在严寒地区、高山或潮湿多雨地带都可迅速施工;另外当温度达到一定范围时,它又近于熔融状态,很便于修补。因此,非常适应做水工结构的防渗体。防渗墙渗透系数可达到10-8cm/s以上,防渗效果极佳。

  (3)方案三粘土心墙土坝方案:本方案大坝坝轴线、上下游坝坡、坝顶结构及坝脚排水棱体设计与方案一均相同;坝体填筑粘土质砂及含砂粘土,填土物理力学参数均与方案一相同;防渗体采用粘土心墙防渗,采用碾压式粘土心墙,粘土心墙渗透系数为10-5~10-6cm/s,粘土心墙与大坝填土同时碾压形成可靠的防渗体,可满足大坝的防渗要求。主、副坝全部采用粘土心墙坝,共需粘土料约9.5万方,工程区方圆35km内均无大型粘土料场,仅有少数山头表层所有1~3m厚的粘土可开采,但容量远远不够用于防渗心墙,且很难剥离,采取过程无法保证粘土质量。筑坝需要大量的粘土料,须从兴业县卖酒镇开采,运距约35km。

  根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)中的规定,心墙底厚度应大于水头的1/4,顶高程高于校核洪水位135.24m,且高于设计洪水位与安全加高(0.6m)的和135.37m。

  本次设计主坝粘土心墙在坝轴线上游3.0m,心墙顶高程为136.00m,最大墙高37.2m,心墙顶宽3.5m,两侧坡比为1:0.2,最大底宽为18.38m,满足规范要求。

  粘土心墙是一种柔性结构,能与大坝土料完美结合,且防渗效果亦较好。为了保护粘土心墙的稳定性,在粘土心墙两侧设级配砂砾料反滤层,反滤层右3层颗粒大小不同的砂、碎石做成,顺着水流的方向颗粒逐渐增大,任何一层的颗粒都不允许穿过相邻较粗一层的孔隙,同一层的颗粒也不能产生相对移动。粘土心墙与基础防渗墙形成一道整体防渗屏幕。

  4大坝防渗方案比选

  三个方案主坝地形、地质条件、枢纽布置条件分析、交通条件、施工条件基本相同,所以方案比较主要从工程投资分析。主坝工程从下表1中三方案投资对比可知,方案三最少,方案最优。估本次推荐方案三,粘土心墙坝防渗方案。

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  5结束语

  综上所述,大坝防渗方案有多种型式,实际工程中,应当根据大坝地形、地质条件、枢纽布置条件分析、交通条件、施工条件以及投资等考虑,选择最优方案进行。——论文作者:钟景松

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