巖土工程師

1.設(shè)計基本資料

1.1　基本概況

高鳥橋電站位于榕江縣西北面、平永河上游，距榕江縣城35公里，地處縣內(nèi)平江鄉(xiāng)與平永鎮(zhèn)交界。距平永鎮(zhèn)所在地4公里，平江鄉(xiāng)所在地15公里。壩址以上集雨面積為240Km2，多年平均年徑流量為1.832億m3，多年平均徑流5.81m3/S，多年最枯日平均流量0.7m3/S.由于流域植被較好，兩岸大部分都是基巖，故除短暫洪水期外，河水清澈，含泥量較少。高鳥橋電站工程設(shè)計水頭為15米，攔河壩高28.77 m，工程等別為四等，攔河壩為Ⅳ級建筑物。

1.2　水文氣象資料

1.2.1　水庫特性

本方案電站壩址選在上軸線。按電站工程洪水計算規(guī)范，校核洪水取200年一遇，設(shè)計洪水取30年一遇進行計算。壩址下游無防洪要求，溢流壩堰頂不設(shè)閘門，故取正常蓄水位與堰頂高程一致。經(jīng)計算，其特征水位及相應下泄流量。

1.2.2　氣象資料

本流域位于雷公山暴雨中心邊緣，系黔東南地區(qū)穩(wěn)定多雨區(qū)，年平均降雨量約為1345.6㎜，多年平均徑流深655㎜，年平均氣溫16.4℃，極端最低氣溫-7.6℃，極端最高氣溫37.5℃，年平均相對濕度80%，無霜期282天。全年氣候溫和，雨量充沛，屬中亞熱帶濕潤季風氣候。

1.3　壩址地質(zhì)條件

擬建壩址為陡立型橫向河谷，巖層傾向上游，持力層巖石堅硬，強度高，基巖節(jié)理裂隙雖然比較發(fā)育，但傾角都比較大，未發(fā)現(xiàn)緩傾裂隙的存在，對大壩穩(wěn)定影響不大;壩址下游雖然存在一小斷層F4，但未發(fā)現(xiàn)其貫穿庫區(qū)，對水庫的影響不大;此外，河床比較狹窄，覆蓋層較薄。根據(jù)提供的地質(zhì)報告資料，壩址巖石摩擦系數(shù)f為0.5～0.65，內(nèi)聚力C為0.25～0.3㎏/㎝2。不足之處是壩肩巖體卸荷裂隙比較發(fā)育，風化程度較深，開挖量較大;斷層F4延伸至壩址左岸山體，若建拱壩對左壩肩的穩(wěn)定可能有一定影響。

1.4　天然建筑材料

本區(qū)附近只有一處天然砂場，在弄子口寨腳河道轉(zhuǎn)彎處，距工地約500米，該砂場儲量較小(約1000立方米)，且砂礫中含軟弱顆粒及含泥較重，質(zhì)量較差，建議不用。在壩址上游約100米及300米處，下游約150米處，基巖裸露，分布著厚至塊狀變余砂巖和中厚層粉砂質(zhì)板巖，巖石堅硬，強度較高，可供開采塊石及機械加工砂石料，其儲量豐富，可以滿足工程建筑材料的需求。建議壩址上游石場開采4000立方米左右，其余的在壩址下游石場開采。

1.5　水庫淹沒

重力壩溢流堰高15米，蓄水后，淹沒農(nóng)田1.33畝，旱地0.25畝，林地118.66畝，浸沒公路涵洞、橋梁基礎(chǔ)各一座，需加固處理;淹沒區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)具有經(jīng)濟價值和開發(fā)價值的礦產(chǎn)及文物古跡分布，水庫淹沒損失較小。

2.樞紐總體布置

2.1　壩軸線選擇

在壩址地形圖上選兩條壩軸線，即上壩軸與下壩軸進行比較。通過比較，上壩址基巖傾向上游，兩岸基巖裸露，河床覆蓋深在6米以內(nèi)，滲漏問題不嚴重。根據(jù)釬探資料，河床覆蓋層最厚6米，最薄0.3米，清基工程量不大。該壩址河流順直，水流條件好，下泄水流離主河道左岸彎曲段遠。綜合上述地質(zhì)、地形、水流等方面的條件，上壩軸線較下壩線條件優(yōu)越，故采用上壩線作為本工程壩軸線。

2.2　壩型選擇

根據(jù)上述所提供的地形、地質(zhì)條件及水文氣象資料，進行綜合分析如下：

電站擬選壩址河谷呈“U”型，寬高比達3.1以上，拱的作用小，兩岸山體穩(wěn)定性較差，并因洪水流量大，泄洪建筑物較難布置，故放棄拱壩設(shè)計方案。電站附近，筑壩土料缺乏，同時壩址位置較窄，無法布置溢洪道，如布置溢洪道，還需對左壩肩進行大面積的開挖，有可能造成壩體穩(wěn)定性差，工程量大，造價高，也是不可取的。

若采用重力壩方案。其筑壩材料可用砼和漿砌石兩種材料，能使該工程充分利用現(xiàn)有的自然條件，且泄洪建筑物容易布置，施工導流易于解決。居于漿砌石和純混凝土兩種壩型而言，漿砌石重力壩雖然水泥用量少，投資小，但不能實現(xiàn)機械化施工，人工砌筑，壩體質(zhì)量難以控制，工期長，是不可取的;另外，隨著改革的深入，施工質(zhì)量和進度都將受到合同和國家法律的約束。因此，唯有混凝土重力壩才是較理想的壩型，它能滿足由于施工工藝、組織管理和機械設(shè)備使用水平的迅速提高而使工程早日完工的要求。

重力壩按壩體的結(jié)構(gòu)形式，可分為實體重力壩、寬縫重力壩和空腹重力壩三種。實體重力壩的結(jié)構(gòu)形式簡單，設(shè)計施工方便，其問題是揚壓力大，材料抗壓強度不能充分發(fā)揮?？崭怪亓?、寬縫重力壩則可以利用空腹和寬縫排除壩基的滲透水流，有效減少揚壓力，較好地利用材料的抗壓強度，可減少10%～30%的工程量，可降低工程造價，但其模板用量大，施工工藝復雜，需專業(yè)隊伍進行施工。

綜合上述多方面因素，實體壩雖然工程量大，但由于其體型簡單、施工方便、工期短，工程可提前發(fā)揮效益，從而使工程投資可以得到補償，混凝土實體重力壩有利條件較多，故擬定為本工程的最優(yōu)壩型。

3.工程布置與壩體構(gòu)造

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，大壩工程等級為四等，主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別5級。大壩防洪標準按30年一遇洪水設(shè)計，200年一遇洪水校核。攔水壩為實體重力壩，壩頂總長62米，最大壩高28.77m，主要由非溢流壩段、溢流壩段和兩側(cè)導流墻組成，其建筑材料均為C15混凝土澆筑。

3.1　非溢流壩結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

根據(jù)前述，非溢流壩壩頂高程為356.17m，擬定壩頂寬3m，上游壩坡為垂直面;下游壩坡在高程356.17m～349.82m段為垂直面，351.42m以下坡度為1：0.6.重力壩根據(jù)工程地形地質(zhì)條件，未考慮設(shè)排水溝和防滲帷幕，壩頂不設(shè)防浪墻。工程不考慮地震及冰凍作用，其抗滑穩(wěn)定計算按分項系數(shù)極限狀態(tài)法計算;應力分析計算采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法。經(jīng)計算，穩(wěn)定及應力均滿足規(guī)范要求。

3.2　溢流壩結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

溢流壩段位于河床中間，有利于泄洪時水流順暢，主河槽基巖好，抗沖能力強。結(jié)合實際情況，本工程壩頂溢流采用不設(shè)閘門的壩面溢流形式，堰頂高程與正常蓄水位齊平，即堰頂高程為349.82m，堰寬40米，堰上最大水頭5.39m.溢流堰上游堰頭曲線采用三圓弧形曲線，堰面曲線采用冪曲線，曲線末接1：0.6的直線段，其末端則以挑角15o、曲線半徑為3.8m的反弧鼻坎。溢流壩最大堰高22.42m，最大底寬16.5mm(基礎(chǔ))，堰頂最大下泄流量為1079.9m3/s.根據(jù)鼻坎應高于下游水位1m左右的要求，確定挑流鼻坎高程為▽坎=337.4m.

4.導流墻

導流墻是溢流壩邊墩的延長，其作用是分隔溢流壩和非溢流壩，通過水力計算決定出其高度和長度，最后按結(jié)構(gòu)要求擬定出厚度。

本方案不考慮洪水對壩下建筑物的影響，水流壅高及超高取1.53m，鼻坎處導流墻高度為3.0m，導流墻在鼻坎處坎頂高程為340.4m.經(jīng)計算，堰頂外側(cè)邊緣末高程為349.28m，導流墻高度為3.0m，根據(jù)溢流面曲線特征，則壩面導流墻高度與壩面法向高度為3米，即按壩面線平移3米得出導流墻邊緣線，其下游與鼻坎處導流墻相交。據(jù)此得壩頂導流墻高程為352.52m.最終擬定導流墻頂厚0.5m，迎水坡度1：0，背水面坡度1：0.3.

結(jié)論：通過對高鳥橋電站混凝土重力壩的選型及方案比較，所確定的混凝土壩為當前應用較普遍的壩型，其穩(wěn)定及應力計算是大壩設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過采用分項系數(shù)極限狀態(tài)法和概率極限狀態(tài)法計算的大壩穩(wěn)定及應力設(shè)計值均已滿足規(guī)范要求。在今后的工作實踐中，如何合理擬定壩體尺寸，有效確定分項系數(shù)及結(jié)構(gòu)系數(shù)等基本參數(shù)將是我們值得研究和探討的主要課題。

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