东涌水库主坝设计

1、东涌水库主坝设计108 中国农村水利水电 ?2007 年第 6 期文章编号 :10072284(2007)06 010802东涌水库主坝设计王秋(深圳市水利规划设计院,广东深圳 518036)摘要 :东涌水库是深圳市拟建的一座中型水库 ,简要介绍了水库主坝的主要设计特点 .主坝为粘土心墙坝 ,坝顶宽 8m,最大坝高 56m,坝长 337m.粘土防渗心墙顶宽为 6.0m,上游坡比为 1:0.2,下游坡比为 1:0.2,在粘土心墙与坝壳之间 ,设砂反滤层和碎石砂过渡层 .选取典型断面 ,采用理正系列软件的 渗流分析软件 进行渗流计算及渗透稳定分析 ;土石坝边坡稳定分析软件 直接读入渗流计算成果 ,

2、采用简化毕肖普法自动搜索不同滑弧中心和滑弧半径 ,求得最小安全系数的滑动面即为最危险滑动面 .关键词 :东涌水库 ;坝体结构 ;渗流 ;坝坡稳定中图分类号 :TV641 文献标识码 :B东涌水库是多年调节供水水库,正常蓄水位 51.6m,相应正常库容 1023.4 万 m3,校核洪水位 54.72m,总库容 I190.99万 m3.按水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252 2000)规定 ,东涌水库属中型水库 ,工程等别为等 ,各主要建筑物的级别为 3 级,次要建筑物的级别为 4 级 .经坝型比较 ,主坝采用粘土心墙坝 .1 主坝坝体结构设计1.I 横断面设计主坝为粘土心墙坝 ,坝顶宽 8

3、m,坝顶高程 56.Im,最大坝高 56m,坝长 337m.坝顶设 C20 混凝土面 (层厚 0.25m),碎石垫层 (厚 0.25m),上游侧设高 I.2m 的钢筋混凝土防浪墙 , 墙底与粘土心墙可靠连接 ,防浪墙顶高程 57.3m,下游侧设置边石 .坝顶设斜向下游的横坡 ,坡度 0.2.坝顶设置环保节能的太阳能灯具 .粘土防渗心墙顶宽为6.0m,上 ,下游坡比均为 I:0.2,在粘土心墙与坝壳之间 ,以水平宽度均为 I.5m 的砂反滤层和过渡料过渡 .上游坝坡在 36.Im 高程处设变坡点 ,以上坡比为 I:75,以下坡比为 I:3.0,以预制混凝土块护坡 ,预制混凝土块尺寸为 2mX2m

4、X0.25m.下游坝坡在 36.Im 高程处设一级马道 ,马道宽 2m,以上坡比为 I:2.5,以下坡比为 I:2.75,以草皮护坡 ,并设置喷灌系统 ,保证草皮的良好生长 .下游坡面设置纵横联结的排水收稿日期 :200704 一 IO作者简介 :王秋 (1975 一),女,工程师 .沟 ,每隔 150m 设置一道横向排水沟 ,纵向排水沟设置在马道内侧 ,在每段中间设置分流坡度 0.15.沿大坝与岸坡的结合处设置排水沟 ,收集山坡雨水 .下游坝脚设排水堆石棱体 ,棱体顶高程 16.1m,内坡比为 I:I.0, 外坡比为 I:I.5. 棱体外侧设通向坝外的排水沟 ,并设置水槽 ,以便观测 .1.

5、2 坝基处理坝址处地层主要由残坡积粉质粘土,全微风化基岩构成 ,局部有人工填土及冲洪积砂土层 ,淤泥层 .在心墙部位将残坡积 ,人工填土 ,淤泥层及冲洪积层等全部清除 ,心墙底部坐落至全风化土层上线以下 3m;坝壳部位将人工填土 ,淤泥层 ,冲洪积的可塑状冲积粉质粘土全部清除,在残坡积 ,冲洪积沙层及全风化土层处清基厚2m.坝基全线对强风化岩及弱风化岩作帷幕灌浆防渗处理,灌浆上限为全风化土下限以上2m,下采用地勘推荐灌浆下限成果 .帷幕厚度根据坝基地质条件,设计采用单排布孔 ,孔距 c 一2.0m,帷幕厚度约为孔距的0.7O.8 倍,约为 I.5m,实际孔距可通过灌浆试验确定 .坝肩帷幕灌浆范

6、围据地质勘察资料 ,主坝右坝肩地下水位较高 ,在坝肩以外约 24m 处正常蓄水位与地下水位相交 .因此右坝肩帷幕灌浆范围为坝肩以外 24m.主坝左坝肩地下水位较为平缓 ,正常水位与地下水位交点较远 ,布置范围采用水利水电工程地质手册中的经验公式确定 :SH/3+C式中 :S 为自岸边至帷幕终点距离 ;H 为承受水头 ,左坝肩处现状地下水位约 33m,水库正常蓄水位 51.6m;C 为经验值 ,与地层岩性有关 ,当 H100m 时,C=823m.东涌水库主坝设计王秋109则 S 左=14.2 29.2m考虑到左坝肩山体在坝头以外约50m 范围为单薄分水岭 ,左坝肩 S 一 50m.帷幕厚度同坝基

7、部分 . 2 主坝结构计算2.1 大坝渗流及坝坡抗滑稳定计算大坝渗流计算采用理正系列软件的渗流分析软件 中的有限元分析法计算 ,该软件以渗流计算原理及应用 ,土工原理与计算 ,有限单元法原理与应用等为编制依据 .可计算坝体浸润线 ,渗流量 ,坝体 ,坝基各点的压力水头值 ,总水头值 ,水力比降值 ,绘制压力水头等值线 ,彩色云图 ,总水头等值线 ,彩色云图及各点水力比降彩色云图等.坝坡抗滑稳定计算采人渗流计算成果 .该程序按照水工建筑物抗震设计规范,碾压土石坝设计规范编制.计算采用计及条块间作用力的简化毕肖普法计算公式 ,用优选方式连续计算出一个具有最小安全系数的圆弧 ,土体的抗剪强度采用有效

8、应力法计算 .主坝为粘土心墙土石坝 ,心墙填土为全风化土 ,坝壳填土为强风化碎石土 ,排水棱体为新鲜弱 ,微风化岩 .左坝肩及河床段地基地层由上到下依次为 :全风化土 ,强风化土 ,弱风化岩及微风化岩 ;右坝肩段地基地层由上到下依次弱风化岩 ,微风化岩 .据碾压式土石坝设计规范 ,土石坝的各种计算工况下 , 土体的抗剪强度均采用有效应力法计算 ,施工期和库水位降落期同时采用总应力法计算 ,相应抗剪强度指标应采用三轴有效应力法试验成果值 .根据 东涌水库工程地质勘察报告 成果 ,用理正系列软件的 土石坝边坡稳定分析软件计算 ,可直接读主坝坝壳填土,心墙及坝基岩土层物理力学指标见表1.表 1 主坝

9、体物理力学指标主坝渗流计算将坝体横截面 ,坝体坝基土层特性 ,水位等参数输入理正渗流分析软件 ,选取有限元分析法计算.计算单宽渗流量为0.96rn3/d.渗透稳定分析 :主坝的渗透稳定分析选取河床段最大坝高断面及右坝肩段 ,基处风化土层 ,冲洪积卵粒石层以经验允许渗透比降值与实际渗透比降相比较,判断渗流出口有无管涌或流土破坏,以及渗流场内部有无管涌等.实际渗透比降的计算工况同坝坡稳定计算的7 种工况.计算成果中 ,设计洪水稳定渗流期工况坝体坝基实际渗流比降值最大 .渗透稳定分析成果详见表2.表 2 渗透稳定分析成果由表 2 可见 ,各土体实际渗透比降值均小于允许的渗透比降值 ,坝体 ,坝基均不会发生渗流破坏.坝坡抗滑稳定计算选取河床段最大坝高断面进行计算.将各计算参数读人土石坝边坡