结巴水库工程挡水大坝设计

－１　７　４－　商品与质量　工程建设　结巴水库工程挡水大坝设计　吕晓糖　马金　拉萨８５　Ｏ００９）　（西藏自治区水利电力规划勘测殳计研究院，西藏【摘要】随着水库建设规模的不断扩大，水库设计成为一项重要的研究部分。在进行结巴水库设计中，一项重要的组成部分就是大　坝设计，文章主要阐述了结巴水库工程大坝的设计要点。大坝设计是一一项非常复杂的工作，牵涉到的计算也非常复杂，要做好大坝设计，必须严　格遵守相关设计要求，严控大坝的稳定性，才能保证大坝的稳定与安全。　【关键词】结巴冰库；挡水大坝；结构设计；稳定性　文章编号：ｌ￥ＳＮ１　００６￣６５６Ｘ（２０１　４）０１　０—０１　７４—０２　一、工程概况　表１坝顶高程计算结果　拟建西藏山南结巴水库工程位于西藏山南地区乃东县境内，坝　址处地理坐标为东经９１。５２　３６”，北纬２９。３Ｏ　２５　，乡级公路自　泽当镇由南向北从结巴水库坝址区附近通过，坝址距乡级公路约４．　Ｏｋｒａ，距山南地区所在地乃东县泽当镇约４１ｋｍ，交通较为便利。　水库坝顶长３５５．Ｏｍ，坝顶高程４１７０．９０ｍ，最大坝高６２．４０ｍ。施　工导流洞洞长３７８．３２ｍ，无压隧洞，洞身段为城门洞型，洞身下部　直墙尺寸为２．３×１．８５ｍ（宽×高），洞身上部拱段尺寸为直径２．３ｍ　的半圆；输水隧洞洞长５２．１２ｍ，有压隧洞，洞身段为圆形，隧洞　直径２ｍ，输水闸门尺寸为２　ｘ　２ｍ（宽Ｘ高）。溢洪道为河岸正流　式溢洪道，堰顶高程为４１６８．２３ｍ，溢洪道总长度为４１３．Ｏｍ。根据《防　洪标准》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（ＳＬ２５２—２Ｏ０ｏ），经　复核，确定结巴水库工程属Ⅳ等小（１）型水利工程。　二、大坝设计　（一）坝型比选　坝址区河谷宽约３０３～３１　３ｍ，左岸为基岩山体，岩性为花岗　岩，属硬质岩类，强度高；右岸为坡积碎石土（Ｑ　），结构　松散～稍密。河床覆盖层厚约４５～４７ｍ，工程区附近块石料储量丰　富，运距近（坝下游约２．２ｋｍ处），质量好，开采运输条件较好，　适宜修建当地材料坝。　工程区海拔高，气候寒冷，混凝土易产生冻融破坏；通往工　程区的公路等级低，路况差，大量的水泥、钢筋等材料运输成本　高；坝基覆盖层厚度较大（厚约４５～４７ｍ）；混凝土骨料运距较　远（距离坝址区３６ｋｍ），选用混凝土重力坝造价高。　可行性研究阶段，综合考虑地形地质条件、筑坝材料、枢纽布置、　抗震性能和运行条件、施工条件、工期、破坏修复方面、工程量和投　资等因素，本阶段推荐碾压式沥青混凝土心墙堆石坝为代表坝型。　（二）坝体结构设计　挡水建筑物选定为碾压式沥青混凝土心墙堆石坝，选定坝轴线　控制点坐标为ＢＺ１（Ｘ＝５３６６２７．９８８５，＂Ｙ＝３２６５６８７．１５３５）、ＢＺ２（ｘ＝５３６２６６．　０４５４，Ｙ＝３２６５７３４．２９３２）０坝顶高程４１７９．３５ｍ，坝顶长度３６５．Ｏｍ，最大　坝高６７．６０ｍ。上游坝坡为１：１．７，下游坝坡均为１：１．５。　坝壳料采用块石料，高程４１６４．８３ｍ以上采用抗震土工格栅，上下　游护坡采用干砌石护坡。防渗体采用碾压式沥青混凝土心墙，上下游　各设３．５ｍ宽砂砾石过渡层。坝基覆盖层采用混凝土防渗墙，基岩采　用灌浆帷幕。　（三）坝顶高程确定　根据《碾压式土石坝设计规范》（ＳＬ２７４—２００１）５．３．３条，坝　顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，按不同运用条件计算，并取　其最大值，依据ＳＬ　２５２—２０００《水利水电工程等级划分及洪水标准》　的规定，对于４级坝，正常运用安全加高为０．５ｍ，非常运用安全　加高为Ｏ．３ｍ，地震工况应计入地震涌浪高度，同时应计入地震沉陷　高度。由于本工程地震设计烈度较高，根据《水工建筑物抗震设　计规范》（ＳＬ２０３—９７）的有关规定，并参考已建类似工程，地　震涌浪高度设计采用０．５ｍ；地震沉陷高度按坝基覆盖层厚度与大坝　坝高之和的１％计算，地震沉陷高度采用Ｏ．６５ｍ。计算结果见表１　计算工况　水库静水　设计波　最大风壅　浪爬高　水面高度　安全加　地震涌　地震沉　防浪墙项高　浪高度　陷高度　程计算值　坝顼高程计　位（ｍ）　（ｍ）　（ｍ）　高（ｍ？　（ｍ）　（ｍ）　（ｍ）　算值（ｍ）　设计洪水工况　４１７７．８４　１．ＯＯｌ５　ｏ．００７７　０．５Ｏ　０　Ｏ　４１８０　５４９２　４１７９．３４９２　正常蓄水工况　４ｌ７６，６５　ｔ瑚ｌＳ　Ｏ姗７　０．５Ｏ　０　Ｏ　４１７９３Ｓ９２　４ｌ１８　１Ｓ９２　校核洪水工况　４１７８　２２　ｏ．２９７　ｏ００３４　ｏ．３０　０　０　４１８０．０２０４　４１７８．８２０４　正常蓄水位＋地震　４１７６．６５　ｏ　２９７　ｏ．００３４　０　３Ｏ　ｏ．５０　ｏ６５　４１７９．６００４　４１７８．４０１１４　工况　根据上述计算，坝顶高程由设计洪水工况控制，最终确定防浪　墙顶高程为４１８０．５５ｍ，坝顶高程为４１７９．３５ｍ。　（四）大坝渗流分析　依据《碾压式土石坝设计规范》，结合本调蓄水库的运行特　点，大坝渗流按以下５种工况计算：　工况一：上游正常蓄水位与下游相应最低水位。　工况二：山南水库上游水位为正常蓄水位，下游水位为最低水位　时，取消灌浆帷幕，其中分花岗岩地层不同渗透系数情况，逐一取消。　工况三：结巴水库蓄水至正常蓄水位（４１７６．６５ｍ），历经６．Ｏｄ，水　位降至死水位（４１　１９．６７ｍ），降速约１０ｍｉｄ，计算这一工况情况下，浸　润线随库水位骤降时变化情况。　工况四：根据所指定的计算方案，上游设计洪水位与下游相应　的水位情况，计算此时渗流场分布特征。　工况五：根据所指定的计算方案，上游校核洪水位与下游相应　的水位情况，计算此时渗流场分布特征。　利用数值计算软件对西藏山南结巴水库工程典型断面及三维渗流　模型进行了不同工况下渗流场分布特征数值模拟，其中不同工况下渗　流量及渗透破坏可能性见表２所示。　表２　不同工况下渗流场特征　工况　Ｑ１（ｍ３／ｍ．ｓ）　Ｑ２（ｍ’，ｙ）　Ｐ（％）　渗透破坏可能性　１　二维计算　１　５３￣１　０＿５　０．４６　较低　三维计算　２．１０ｘ１０５　０．６４５　２　１　：维计算　３ｌＯｘ１　０＿５　０．９５　较低　三维计算　４．８５ｘ１０５　１．４９　２－２　二维计算　９　８６￣１０－５　３　Ｏｌ　具有可能性　三维计算　２１５￣１０６　６　６２　２　３　二维计算　２　６３ｘ１　ｏ＿３　具有较大可能性　三维计算　６．１４￣１０６　１８．８９　４　二维计算　１．５６ｘｌ　ｏ－５　０．４８　较低　三维计算　２１５￣１０５　０　６６　５　＝维计算　１．５７ｘ１０－５　ｏ，４８　较低　三维计算　２１７￣１０６　０．６７　注：表中Ｑ１为＝维计算结果中的单宽渗流量，Ｑ２为三维计算中总体渗流量，Ｐ为占坝址多　年平均径流量百分比。工况Ｉ为正常蓄水位，采用设计渗控措施；工况２－１为取消５Ｌｕ线与　弱透水层之间灌浆帷幕；工况２－２为取消５Ｌｕ线与强透水层之间灌浆帷幕；工况２－３为取消　５Ｌｕ线与第四系地层问灌浆帷幕；工况４为设计洪水位，采用设计渗控措施；工况５为校核　洪水位，采用设计渗控措施。　由表２可知，对于西藏山南地区结巴水库，采用渗控措施可有　效的降低渗漏量和渗透比降，解决渗流稳定问题。采用委托方所提　供的灌浆层渗透系数，利用数值计算程序进行渗流场分析结果表明，　采用目前所设计渗控措施，在保证工程施工质量的情况下，二维单　工程建设　商品与质量　工况　工况一　・１　７　５－　计算内容　宽渗流量类推三维渗流量及三维数值模型整体渗流量均小于坝址多年　平均径流量１％，可满足设计要求，但目前所分析结果以钻孔试验　所得渗透系数为基础，作为地下隐蔽工程，具有一定的不确定性。　此外，由工况２可知，取消５Ｌｕ线与弱透水层、５Ｌｕ线与强透水层　上游安全系数Ｋ　下游安全系数Ｋ　正常　１．４３９　１　３８２　允许安全　系数Ｋ　１　２５　１　１５　折减　１．２９７　ｌ　２４４　正常　１．２７２　折减　１．１４６　施工期　工况二　上下游坝坡　上游坝坡　及５Ｌｕ线与第四系地层间灌浆帷幕时，渗流量基本不满足设计要求，　稳定渗流期　工况三　即大于１％的控制要求。此外，由工况２计算结果类推可知，如果　防渗墙及灌浆帷幕质量控制较差，某一部位发生破坏后，对于结巴　水库水位降落期　工况四　正常运用遇地震　上游坝坡　上下游坝坡　０．６６１　０　５９５　１１４６　．１．１５　ｌ＿１２９　１．０１８　１．１Ｏ　水库蓄水及渗透稳定均将产生极为不利的影响，故而在设计及施工　中应充分考虑这一问题，科学设计，保证施工质量，并保留后续　ｌ　０３２　工程处理空间，如廊道等，对于确保结巴水库工程可安全运行极为　重要。　坡浅表层的稳定基本上没有特别大的意义，当考虑下游护坡等措施　后，浅表层的坝坡稳定问题基本上不存在问题。　另外，当考虑大坝材料参数的９０％折减情况下，坝坡浅层滑动　稳定安全系数有所降低，在折减后，除稳定渗流期工况以及施工完　范要求。　２）大坝坝坡深层滑动计算结果　（五）大坝稳定分析　１、计算原理　安全系数的公式为：　计算坝坡稳定时，采用国内外使用相当普遍的简化毕肖普法。　建工况上游坝坡满足规范要求完，其他情况下坝坡稳定均不满足规　’瓦１．一一ｂ，（　“一　）　示？　ｓｉｎａ　各工况条件下大坝上、下游坝坡的抗滑稳定安全系数如表５所　。　２、稳定计算　表５各工况上、下游坝坡的抗滑稳定安全系数　各区堆石料计算参数见表３。　表３各区计算参数　序　号　各分区材料　坝壳堆石　１　工况　工况一　粘聚力Ｃ　（ＫＰａ）　重度ｖ（ＫＮ／ｍ３）　０　０　计算内容　上游安全系数Ｋ　正常　折减　１．５３９　下游安全系数Ｋ　正常　，　折减　Ｉ＿６３３　ｌｌ４７１　允许安全系数Ｋ　１　２５　上下游坝坡　１．７０７　内摩擦角　中（ｏ）　４０　３９　饱和重度　（ＫＮ／ｍ　）　工况二　工况三　工况四　上游坝坡　上游坝坡　１．６３０　１．１８４　１　４６８　１　０６７　１．２８３　１．３９６　１．２５８　１　１５　１．１５　１　１０　水上　水下　２５．０　２５０　２５　２　２５．２　上下游坝坡　１　４２５　坝壳堆石格　水上　栅区　水下　水上　心墙过渡层　水下　４０　３９　４０　３９　１００　１００　０　Ｏ　２５．０　２５Ｏ　２５　０　２５Ｏ　２５　２　２５．２　２５　２　２５　２　从上表可以看出各工况下上、下游坝坡的抗滑稳定安全系数都　大于允许安全系数，但是在水库骤降条件下，坝坡稳定安全系数较　２　３　４　沥青混凝土心墙　坝基砂卵石　２５　３５　２０ｏ　０　２３　７　１９　５　２３．７　２１　０　低，为１．１　８４。　另外，当考虑大坝材料参数的９０％折减情况下，坝坡浅层滑动稳　定安全系数有所降低，在折减后，除库水位骤降工况下得到的坝坡安　全系数不满足规范要求外，其他情况下坝坡稳定均满足规范要求。根　（２）计算结果　根据项目需要，在该部分计算中，进行了常用的简化毕肖普方　据本工程特点采取了６方面抗震措施：坝体填筑料采用堆石；坝体上、　法进行了坝坡在四种工况下的深层以及浅层滑坡稳定计算，另外，　在计算中还考虑了９０％的强度折减的情况。　１）大坝坝坡浅层滑动计算结果　示。　下游高程４１６４．８３ｍ以上设置抗震土工格栅；防渗体选用具有一定柔性　的沥青心墙；在确定安全超高时考虑了地震涌浪高度；下游坝坡采用　了压重设计；在心墙上、下游面设置了过渡层。　．　各工况条件下大坝上、下游坝坡的抗滑稳定安全系数如表４所　表４各工况上、下游坝坡的抗滑稳定安全系数　本上都大于允许安全系数，但是在水库骤降条件下，坝坡稳定安全　系数较低，为０．６６１，但是需要说明的是，在ＩＶ工程中，计算坝　参考文献：　［１］李莎．习水河杨家湾水电站工程挡水大坝设州．Ｉ】＿黑　Ｉ科技。２０１４（０２　ｌ　从上表可以看出各工况下上、下游坝坡的抗滑稳定安全系数基　戈闰　［２］西藏山南　．建　ｌ