2015年岩土工程师基础知识:电站混凝土重力坝

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　　1.设计基本资料

　　1.1　基本概况

　　高鸟桥电站位于榕江县西北面、平永河上游，距榕江县城35公里，地处县内平江乡与平永镇交界。距平永镇所在地4公里，平江乡所在地15公里。坝址以上集雨面积为240Km2，多年平均年径流量为1.832亿m3，多年平均径流5.81m3/S，多年最枯日平均流量0.7m3/S.由于流域植被较好，两岸大部分都是基岩，故除短暂洪水期外，河水清澈，含泥量较少。高鸟桥电站工程设计水头为15米，拦河坝高28.77 m，工程等别为四等，拦河坝为Ⅳ级建筑物。

　　1.2　水文气象资料

　　1.2.1　水库特性

　　本方案电站坝址选在上轴线。按电站工程洪水计算规范，校核洪水取200年一遇，设计洪水取30年一遇进行计算。坝址下游无防洪要求，溢流坝堰顶不设闸门，故取正常蓄水位与堰顶高程一致。经计算，其特征水位及相应下泄流量。

　　1.2.2　气象资料

　　本流域位于雷公山暴雨中心边缘，系黔东南地区稳定多雨区，年平均降雨量约为1345.6┨，多年平均径流深655┨，年平均气温16.4℃，极端最低气温-7.6℃，极端最高气温37.5℃，年平均相对湿度80%，无霜期282天。全年气候温和，雨量充沛，属中亚热带湿润季风气候。

　　1.3　坝址地质条件

　　拟建坝址为陡立型横向河谷，岩层倾向上游，持力层岩石坚硬，强度高，基岩节理裂隙虽然比较发育，但倾角都比较大，未发现缓倾裂隙的存在，对大坝稳定影响不大;坝址下游虽然存在一小断层F4，但未发现其贯穿库区，对水库的影响不大;此外，河床比较狭窄，覆盖层较薄。根据提供的地质报告资料，坝址岩石摩擦系数f为0.5～0.65，内聚力C为0.25～0.3┧/┩2。不足之处是坝肩岩体卸荷裂隙比较发育，风化程度较深，开挖量较大;断层F4延伸至坝址左岸山体，若建拱坝对左坝肩的稳定可能有一定影响。

　　1.4　天然建筑材料

　　本区附近只有一处天然砂场，在弄子口寨脚河道转弯处，距工地约500米，该砂场储量较小(约1000立方米)，且砂砾中含软弱颗粒及含泥较重，质量较差，建议不用。在坝址上游约100米及300米处，下游约150米处，基岩裸露，分布着厚至块状变余砂岩和中厚层粉砂质板岩，岩石坚硬，强度较高，可供开采块石及机械加工砂石料，其储量丰富，可以满足工程建筑材料的需求。建议坝址上游石场开采4000立方米左右，其余的在坝址下游石场开采。

　　1.5　水库淹没

　　重力坝溢流堰高15米，蓄水后，淹没农田1.33亩，旱地0.25亩，林地118.66亩，浸没公路涵洞、桥梁基础各一座，需加固处理;淹没区内未发现具有经济价值和开发价值的矿产及文物古迹分布，水库淹没损失较小。

　　2.枢纽总体布置

　　2.1　坝轴线选择

　　在坝址地形图上选两条坝轴线，即上坝轴与下坝轴进行比较。通过比较，上坝址基岩倾向上游，两岸基岩裸露，河床覆盖深在6米以内，渗漏问题不严重。根据钎探资料，河床覆盖层最厚6米，最薄0.3米，清基工程量不大。该坝址河流顺直，水流条件好，下泄水流离主河道左岸弯曲段远。综合上述地质、地形、水流等方面的条件，上坝轴线较下坝线条件优越，故采用上坝线作为本工程坝轴线。

　　2.2　坝型选择

　　根据上述所提供的地形、地质条件及水文气象资料，进行综合分析如下：

　　电站拟选坝址河谷呈“U”型，宽高比达3.1以上，拱的作用小，两岸山体稳定性较差，并因洪水流量大，泄洪建筑物较难布置，故放弃拱坝设计方案。电站附近，筑坝土料缺乏，同时坝址位置较窄，无法布置溢洪道，如布置溢洪道，还需对左坝肩进行大面积的开挖，有可能造成坝体稳定性差，工程量大，造价高，也是不可取的。

　　若采用重力坝方案。其筑坝材料可用砼和浆砌石两种材料，能使该工程充分利用现有的自然条件，且泄洪建筑物容易布置，施工导流易于解决。居于浆砌石和纯混凝土两种坝型而言，浆砌石重力坝虽然水泥用量少，投资小，但不能实现机械化施工，人工砌筑，坝体质量难以控制，工期长，是不可取的;另外，随着改革的深入，施工质量和进度都将受到合同和国家法律的约束。因此，唯有混凝土重力坝才是较理想的坝型，它能满足由于施工工艺、组织管理和机械设备使用水平的迅速提高而使工程早日完工的要求。

　　重力坝按坝体的结构形式，可分为实体重力坝、宽缝重力坝和空腹重力坝三种。实体重力坝的结构形式简单，设计施工方便，其问题是扬压力大，材料抗压强度不能充分发挥。空腹重力坝、宽缝重力坝则可以利用空腹和宽缝排除坝基的渗透水流，有效减少扬压力，较好地利用材料的抗压强度，可减少10%～30%的工程量，可降低工程造价，但其模板用量大，施工工艺复杂，需专业队伍进行施工。

　　综合上述多方面因素，实体坝虽然工程量大，但由于其体型简单、施工方便、工期短，工程可提前发挥效益，从而使工程投资可以得到补偿，混凝土实体重力坝有利条件较多，故拟定为本工程的最优坝型。