公伯峡水电站混凝土面板堆石坝设计

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1、公伯峡水电站混凝土面板堆石坝设计-工程设计简介：公伯峡水电站的拦河大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高139.0m。该坝的特点是：坝址处于高地震区且河谷极不对称，气候寒冷，日温差大、干燥，岩性变化复杂，开挖渣料质量差别大，两岸上游设有目前国内较高的混凝土高趾墙。在设计中充分考虑了这些特点，就坝体稳定、应力应变分析、坝体分区、坝料平衡、接缝止水结构设计、混凝土高趾墙等进行了深入研究和优化设计。关键字：混凝土面板堆石坝设计公伯峡水电站公伯峡水电站混凝土面板坝具有以下特点：面板坝处于极不对称河谷中，左右岸平均坡度分别为30°和60°；右岸1980.0m高程以上为阶地砂壤土及砂砾

2、石层，致使面板受拉缝范围大，右岸陡坡处周边缝剪切变位较大；由于两岸坝头分别为电站进水口及溢洪道，结合地形地质条件，两岸均需设高趾墙；坝址处于高地震区，基本烈度7度，坝体设防烈度8度；坝体大部分（2／3）利用枢纽工程开挖料填筑，枢纽工程开挖量大，岩性变化复杂，分区时虽考虑了渣料性能差别，但利用开挖料难度仍较大；气候寒冷，日温差大、干燥，因此面板防裂问题较突出。1坝体设计　　1.1坝顶高程和坝顶宽度　　水库正常蓄水位和设计洪水位为2005.0m，校核洪水位2008.0m。考虑了波浪爬高、风壅水面高、地震涌浪、地震沉陷及库区滑坡涌浪等情况，经计算坝顶高程由地震情况控制，防浪墙顶

3、高程为2011.3m，坝顶高程为2010.0m，防浪墙底高程高于正常蓄水位0.5m（即2005.5m）。为保证拉模施工平台宽度大于15.0m及满足坝顶交通要求，坝顶宽度确定为10.0m。　　1.2坝坡设计　　参考国内外已建和在建100m以上高混凝土面板坝的经验，结合本工程坝料的质量和分区以及处于高地震区的特点，经稳定计算分析后，确定上游坝坡为1∶1.4，下游坝坡（实坡）为1∶1.5～1∶1.3，综合坝坡1∶1.79。　　1.3坝体材料分区及坝料设计　　1.3.1坝体材料分区　　(1)坝体材料分区原则。坝体中应有畅通的排水通道且坝料之间应满足水力过渡的要求；坝轴线上游侧坝

4、料应具有较大的变形模量且从上游到下游坝料变形模量可递减，以保证蓄水后坝体变形协调，尽可能减小对面板变形的影响，从而减小面板和止水系统遭到破坏的可能性；充分合理利用枢纽的开挖料，以达到经济的目的。　　(2)坝体材料分区。根据分区原则，坝体从上游向下游依次分为：面板上游面下部土质斜铺盖（1A）及其盖重区（1B）、混凝土面板、垫层区（2A）、垫层小区（2B）、过渡区（3A）、主堆石区（3BⅠ、3BⅡ）及下游次堆石区（3C）（见图1）。堆石料较砂砾石有较大的抗剪强度和良好的透水性，故布置在上游侧，而堆石特别是次堆石与砂砾石压缩模量差别很大（主次堆石压缩模量为砂砾石的1／3～1／1

5、0），其分界线应有较大坡度（1∶0.5～1∶1），以使其变形有渐变的过程。除垫层和主堆石间设过渡料外，砂砾石料底部也设过渡料层防止砂砾石冲蚀。　　1.3.2坝体材料设计　　（1）垫层料（2A）。垫层料由微、弱风化花岗岩和片麻岩加工而成。最大粒径100mm，小于5mm的颗粒含量为35%～45%，小于0.1mm的颗粒含量为4%～7%。设计干密度2.23g／cm3，孔隙率16%，渗透系数K=1×10-3cm／s，允许渗透坡降J＞70。该区水平宽度3.0m，铺料厚度40.0cm。为了改善坝体与岸坡的连接，在坝基部位垫层向下游延伸0.3H（H为该处作用水头）。（2）过渡料（3A）

6、。过渡料位于垫层与主堆石区之间，为微、弱风化花岗岩。最大粒径300mm，小于5mm的颗粒含量为3%～17%，小于0.1mm的颗粒含量小于7%。设计干密度2.17g／cm3，孔隙率18%，渗透系数K=1×10-1cm／s，允许渗透坡降J＞30。水平宽度3.0m，铺料厚度40.0cm。在坝基与岸坡部位向下游延伸将垫层料包住。　　（3）主堆石料（3BⅠ）。主堆石料Ⅰ区为大坝主要支撑体的一部分，兼作坝体排水体。为微、弱风化花岗岩和片岩，其中片岩含量不超过30%。最大粒径800mm，小于5mm的颗粒含量小于8%，小于0.1mm的颗粒含量小于5%。设计干密度2.15g／cm3，孔隙率

7、20%，铺料厚度80.0cm。　　（4）主堆石料（3BⅡ）。为大坝主要支撑体的一部分，材料为砂砾石。最大粒径450mm，小于5mm的颗粒含量为15%～40%，小于0.1mm的颗粒含量小于7%。设计相对密度0.8，铺料厚度60.0cm。　　（5）次堆石料（3C）。次堆石料位于坝体下游干燥部位，为强风化花岗岩和弱风化片岩(试验表明强风化片岩不宜作为上坝料)。级配连续，最大粒径1000mm，小于5mm的颗粒含量小于35%，小于0.1mm的颗粒含量小于8%。铺料厚度100.0cm，15t振动碾碾压6～8遍。　　（6）垫层小区料（2B）