一、引言
重力坝作为最古老的坝型, 结构简单, 工作可靠, 至今仍被世界各地广泛采用。重力坝主要依靠其自身重量在地基上产生的摩擦力和坝体与地基之间的凝聚力来抵抗坝前的水压力, 以保持抗滑稳定。
二、工程概况
新民水库位于贵州省黔南州贵定县新巴镇。水库径流汇集面积3.8km2, 总库容137万m3, 工程等别为Ⅳ等, 工程规模为小 (1) 型。水库工程任务是烟地灌溉和人饮供水。水库大坝为C15常态混凝土重力坝, 最大坝高27m。
三、坝区地质条件
坝区河流流向125°, 河床宽32~48m, 为不对称的“U”型走向谷。岩层倾向左岸, 倾角5~8°。正常蓄水位时, 河谷宽高比为6.38。
坝区河床覆盖层厚度为1.1~1.3m, 两岸基岩多裸露。坝区出露地层岩性为三叠系下统大冶群第二段 (T1d2) 薄层夹中厚层灰岩, 薄层灰岩单层厚4~13cm, 中厚层灰岩单层厚20~25cm, 层面起伏差1~4cm, 胶结紧密。
坝基弱风化灰岩为BⅣ1类。坝基岩体与大坝混凝土接触面抗剪断参数:f’=0.70~0.75, c’=0.50~0.55MPa;坝基岩体抗剪断参数:f’=0.65~0.70, c’=0.50~0.55MPa;岩层层面抗剪断参数:f’=0.62, c’=0.25MPa。
四、浅层抗滑稳定计算分析
根据《混凝土重力坝设计规范》 (SL319-2005) 规定, 采用抗剪断强度公式计算坝体建基面 (浅层) 抗滑稳定。计算公式如下:
式中:K'—抗滑稳定安全系数;
f''—滑裂面上的抗剪断摩擦系数,
c'—滑裂面上的抗剪断凝聚力;
A—坝基接触面截面积;
∑W—作用于计算截面以上坝体全部荷载 (包含扬压力) 对滑裂面的法向分值, k N;
∑P—作用于计算截面以上坝体全部荷载 (包含扬压力) 对滑裂面的切向分值, k N。
(1) 按常规重力坝设计
按照常规重力坝设计, 拟定坝体基本剖面如下图所示:
坝区为走向谷, 岩层倾向左岸, 倾角5~8°, 并且岩层层厚较薄, 岩层层面抗剪断参数远低于岩/岩、砼/岩抗剪断强度参数, 故大坝建基面 (浅层) 抗滑稳定计算时抗剪断参数采用岩层层面参数, 即f’=0.62, c’=0.25MPa。
在设计工况下, 对拟定不同基本剖面的坝体进行抗滑稳定计算。在满足现行规范要求的前提下, 同时使坝体断面最小, 最终选择坝体的基本剖面为:坝顶宽3.50m, 上游坝坡1:0.2, 折点高程1136.20m, 下游坝坡1:0.80, 折坡点高程为1140.63m, 最大坝高27.00m, 相应最大坝底宽度25.24m。
此方案大坝最大断面面积为332.38㎡, 坝基开挖总方量1.92万m3, 坝体C15混凝土浇筑总方量2.88万m3。
(2) 考虑抗滑齿槽设计
考虑抗滑齿槽设计, 拟定坝体基本剖面如下图所示:
岩层层面参数取为f1’=0.62, c1’=0.25MPa。偏安全考虑, 齿槽与重力坝坝体间的抗剪断强度参数取混凝土层面参数, 即f2’=0.95, c2’=0.50MPa。坝体沿建基面抗滑稳定计算的抗剪断参数为混凝土层面 (A1) 与岩层层面 (A2) 抗剪断参数指标的加权平均值, 加权值计算如下:
采用上述参数经过多次试算, 最终选择坝体基本剖面为:坝顶宽3.50m, 上游坝坡铅垂, 下游坝坡m=0.75, 折坡点高程为1140.33m, 最大坝高27.00m, 相应最大坝底宽度T=20.25m。坝踵处齿槽深度为3m, 底宽5.5m。在各种荷载组合工况下, 大坝建基面 (浅层) 抗滑稳定安全系数均满足现行规范要求。
此方案大坝最大断面面积为309.59㎡, 大坝坝基开挖总方量1.70万m3, 坝体C15混凝土浇筑总方量2.67万m3。
通过上述两种方案对比可知, 在坝踵处设置抗滑齿槽后, 最大坝体断面面积比不设置齿槽小22.79㎡, 大坝坝基开挖总方量少0.22万m3, 减少11.5%, 坝体C15混凝土浇筑总方量少0.21万m3, 减少7.3%。节约工程直接投资103.5万元。
五、结论
在满足规范要求的前提下, 新民水库重力坝设计采用坝踵齿槽方案对于提高坝基 (浅层) 抗滑稳定性效果较为明显, 坝体断面明显缩小, 效益显著。目前新民水库重力坝设计采用坝踵齿槽方案已通过专家审查并获得相关部分批复, 大坝正在施工中。
摘要：在设计重力坝时, 对于缓倾角岩基, 由于岩体层面参数较低, 重力坝浅层抗滑稳定往往不易满足规范要求, 仅靠增大坝体断面来满足抗滑稳定要求, 所需坝体断面往往较大, 必须采用其它的工程处理措施。
关键词：重力坝,缓倾角岩基,浅层抗滑稳定,齿槽
参考文献
[1] SL319-2005, 混凝土重力坝设计规范[S].
[2] 水工设计手册第5卷混凝土坝[M].第2版.北京:中国水利水电出版社, 2011.8.