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白禅寺水电站面板坝的设计
1? 概述
??? 白禅寺工程位于遂宁市境内,为涪江梯级开发的第十七级。工程以发电为主,是兼有防洪、灌溉、养殖等功能的综合性水利枢纽。正常蓄水位262.5 m,正常水位下的总库容为6 920万m3,电站装机容量为48 MW,多年平均发电量2 262亿kW·h。工程主要由拦河闸坝和引水发电系统组成。拦河闸坝由13孔泄洪闸和长约600 m的非溢流坝组成,面板坝为非溢流坝的一部分,另一部分为位于左岸一级阶地上的粘土心墙坝。面板坝全长327.8 m,其右端与13孔泄洪闸相连,左端与粘土心墙坝相连。最大坝高25 m,采用总方量为27万m3的砂卵石填筑。
2? 坝体设计
2.1? 坝基覆盖层
??? 面板坝坝址区为第四系全新统河流冲积层,厚5~15 m。上部为亚砂土或粘土,厚1~5 m,下部为卵砾石夹砂层,厚4~12 m。坝址中部位置有一古河道深槽,该深槽内砂卵石厚达15m。砂卵石下部基岩为粉砂质泥岩或泥质粉砂岩。经试验得知,河漫滩砂卵石天然密度为2.14~2.16 t/m3,天然含水量为5.3%~8.7%,相对密度0.70~0.87。坝基砂卵石具有较大的透水性,基本属自由透水,渗透系数为2.32×10-2~1.31 cm/s。坝基砂卵石压缩系数范围值aV0.1~0.2=0.015~0.035 MPa-1,压缩模量ES0.1~0.2=5.81~11.56 MPa-1,属低压缩性。同时,砂卵石坝基具有较高的抗剪强度,C=0.158~0.199 MPa,φ=44.8~46.9°。坝基砂卵石层的各项指标均能满足设计对基础的要求,故决定保留河床砂卵石层,在挖除上部砂土层后,直接在砂卵石覆盖层上建坝。
2.2? 筑坝材料
??? 筑坝材料选用坝址附近的河滩砂卵石料及泄洪闸施工的基础开挖料。根据试验,砂卵石筑坝料的最大密度为2.19~2.30 t/m3,最小干密度为1.83~1.96 t/m3。渗透系数为5.18×10-1~2.89 cm/s,能够满足堆石料自由排水的要求。砂卵石堆石料属低压缩性,在饱和状态下其压缩系数aV0.1~0.2=0.016~0.029 MPa-1,压缩模量E=42.8~78.8 MPa。三轴固结不排水剪成果显示,筑坝砂卵石料具有较高的抗剪强度,φ=44.65~47.19°,C=0.135~0.228 MPa。
2.3? 坝体结构及分区
??? 根据稳定计算,坝体上下游边坡均采用1∶1.6。坝顶无交通要求,根据拉模施工宽度确定坝顶宽度为5 m,上游侧采用3.2 m高的“L”型钢筋混凝土防浪墙。坝体剖面见图1。
??? 坝体分为垫层区、特殊垫层区和主堆区。由于天然砂卵石堆石料渗透系数为5.18×10-1~2.89 cm/s,基本上属自由排水。故本工程坝体未设置专门的烟囱式排水区。
??? 垫层区水平宽度3 m,设计要求最大粒径为100 mm,小于5 mm以下含量为30%~40%,小于0.1 mm以下含量<5%,渗透系数为1×10-3~1×10-4cm/s,设计干密度2.18 t/m3,铺填厚度40cm。
??? 为尽量利用天然砂卵石料作为垫层料,设计进行了相应的试验研究。试验发现天然垫层料缺少0.5~5 mm粒径范围,属典型的间断级配,其粗细约束关系不好,抗渗强度低,易产生管涌破坏。故设计要求在天然料中掺入0.5~5 mm的人工料以改善其级配,使其级配连续,粗细充填关系好,提高其抗渗强度以满足设计对垫层料的要求。
??? 特殊垫层区设于周边缝附近,由垫层料筛除40 mm以上颗粒后获得,最大粒径40 mm,铺填厚度15 cm。
??? 主堆区要求为:最大粒径300 mm,5 mm以下含量小于25%,0.1 mm以下含量小于5%,其设计干密度2.15 t/m3。渗透系数大于1×10-2 cm/s,基本上采用河滩砂卵石料直接上坝,铺填厚度80 cm
??? 由于坝体在实际运行中,下游水位变幅大,且经试验研究,砂卵石堆石料中的细粒易被带走,故沿下游坝坡最高水位以下均设置反滤层。
3? 基础防渗
3.1? 坝基覆盖层处理
??? 在覆盖层上修建面板坝,按规范要求趾板应尽量置于基岩上。考虑到本工程的面板坝为低水头河床式电站的挡水建筑物,不同于其他蓄水水库的大坝。若按传统设计将趾板置于基岩上,一是开挖工程量大,不经济;二是施工期较长,施工导流及渡汛均存在一定难度。为方便施工,避免大面积开挖,决定基础防渗采用混凝土防渗墙,面板与防渗墙用水平趾板连接。
??? 国内外已建类似工程大多采用混凝土槽孔防渗墙进行坝体基础防渗。经技术经济比较,结合施工进度等方面的考虑,本工程采用局部开挖后立模浇筑混凝土防渗墙的方案。防渗墙宽度为1 m,高度最浅处3 m,最深处约15 m,底部与基岩相接。施工时,用反铲开挖
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