壩型選擇設(shè)計

1、1.4 工程選址及壩型比選1.4.1 壩型選擇壩址區(qū)為黃土丘陵階地，因當?shù)赝亮?、砂礫料、石料豐富，根據(jù)就地取材的原則，本次壩型設(shè)計選擇土石壩的方案進行比較。斜墻壩與心墻壩可在有覆蓋層上的壩基修建，兩種壩型造價相差不大，優(yōu)缺點也無顯著差別，但斜墻壩與心墻壩相比適應(yīng)不均勻變形的能力和抗震性能不強，且斜墻壩防滲體的粘土用量和壩體的總工程量較大，基礎(chǔ)處理范圍較大，深度要求也較大，不經(jīng)濟。故首先舍棄粘土斜墻壩。根據(jù)工程地質(zhì)條件，擬建壩型初步選擇粘土心墻壩和均質(zhì)土壩兩種壩型。1.4.1.1 粘土心墻壩 (1)壩體斷面設(shè)計對于土質(zhì)防滲體的心墻壩：當上游壩殼采用堆石時，常用坡率為1:1.71:2.7； 采用土

2、料及砂礫料時.常用坡率為1:2.51:3.5。當下游壩殼采用堆石時，常用坡率為1:1.71:2.7； 采用土料及砂礫料時.常用坡率為1:2.01:3.0。由于該壩最大壩高為37.5m，大于30m，最終確定上游壩坡為1:3.0，下游設(shè)兩級邊坡，坡比分別為1：2、1：2.5、1：2.5。壩頂高程410.5m，壩頂寬6.0m，長210m。下游壩坡設(shè)二級馬道，馬道寬3.0m，一級馬道高程398.5m，二級馬道高程386.5m。(2)防滲體設(shè)計大壩采用粘土心墻做為壩體防滲體。根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范(SL274-2001)的規(guī)定，土質(zhì)防滲體斷面應(yīng)滿足滲透比降、下游浸潤線和滲透流量的要求。頂部的水平寬度不

3、宜小于3.0m，防滲體應(yīng)自上而下逐漸加厚，底部厚度應(yīng)按土料允許滲透坡降來確定。心墻兩側(cè)與壩殼之間應(yīng)設(shè)置足夠厚度的過渡層。心墻兩側(cè)邊坡多在1:0.151:0.3之間，心墻頂部應(yīng)高出設(shè)計洪水位0.30.6m，且不低于校核洪水位，心墻頂部應(yīng)設(shè)保護層，且不小于1.0m。本次設(shè)計心墻位于壩體中央。心墻頂部寬度取3m，粘土心墻壩坡的心墻坡度為1:0.2，心墻底部寬度為18m，心墻兩側(cè)設(shè)0.6m的粗砂層。心墻頂部高程不低于校核洪水位409.15m，最終取墻頂高程409.3m，心墻頂部設(shè)1.0m厚砂礫石保護層，壩頂設(shè)20cm現(xiàn)澆C20砼路面，最終壩頂高程為410.5m。 (3)護坡及壩體排水設(shè)計因大壩的上游坡

4、面要遭受波浪等多種外界自然因素的危害，大壩的上游坡面需設(shè)置護坡，本次設(shè)計上游護坡采用干砌石護坡，下設(shè)碎石墊層，厚0.3m。 下游壩坡應(yīng)設(shè)置縱橫連通的壩面排水溝系統(tǒng)，下游壩坡面排水溝采用砼結(jié)構(gòu)，沿大壩與岸坡連接處設(shè)豎向排水溝，在大壩軸線0+085、0+145處設(shè)2條豎向排水溝，直接排水至馬道縱向排水溝中。壩下游坡腳修建排水棱體。排水棱體地面以上高2.0m，地面以下1.1m，頂寬2.0m，底寬6.8m，內(nèi)坡比1:1.5、外坡比1:2。從外到內(nèi)依次為干砌塊石、碎石（2060mm）、砂礫料（220mm）和粗砂（0.52mm），砌筑石塊應(yīng)力求緊密嵌緊。(4)壩基及壩肩處理根據(jù)鉆探揭露，河床表層Q4pal

5、 級配良好礫層厚4.807.00m。兩岸階地Q3pal卵石混合土層厚4.5012.40m，其下為Q1al低液限粘土。本次設(shè)計對河床表層的Q4pal 級配良好礫層及兩岸階地的Q3pal卵石混合土層不做處理，將心墻底部穿透壩基Q4pal 級配良好礫層及壩肩Q3pal卵石混合土層，嵌入下層的低液限粘土層2m。(5) 筑壩材料的選擇筑壩材料的設(shè)計與土壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工方法及工程造價有關(guān)，一般力求壩體內(nèi)的材料分區(qū)簡單，就地就近取材，因材設(shè)計。a. 防滲體土料根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范(SL274-2001)的規(guī)定，防滲體應(yīng)滿足下列要求:滲透系數(shù)，心墻壩k不大于1×10-5cm/s。水溶鹽含量不大

6、于3%；有機質(zhì)含量不大于2%(按質(zhì)量計)具有較好的可塑性，以適應(yīng)壩體和壩基的變形而不產(chǎn)生裂縫；同時具有較好的滲透穩(wěn)定性。本次設(shè)計土料場位于壩址處左岸上部的黃土臺上，屬黃土臺塬前緣，土料場指標滿足規(guī)范要求。土料場土料質(zhì)量評價表序號項目質(zhì)量指標試驗指標心墻壩土料范圍值平均值1粘粒含量1530%為宜10.625.0%.18.50%2塑性指數(shù)101710.212.811.23滲透系數(shù)碾壓后1×10-5cm/s9.30×10-79.37×10-6 cm/s3.74×10-6cm/s4水溶鹽含量3%0.050.08%0.06%5天然含水率與最優(yōu)含水率或塑限接近者為優(yōu)

7、6.015.5%10.70%6pH值77.57.67.67最大干密度宜大于天然密度1.621.70g/cm31.67g/cm38最優(yōu)含水率14.0516.57%15.58%b. 壩殼填筑料使用于壩殼的填筑料應(yīng)滿足：填筑的壩殼料應(yīng)有較好的透水性，以減小壩體內(nèi)孔隙壓力和滲透力。具有較強的抗剪強度以減小壩體工程量。具有一定抗?jié)B穩(wěn)定性，不易發(fā)生管涌，級配要好，不均勻系數(shù)宜大些。應(yīng)有較好的抗震穩(wěn)定性，不宜遇震發(fā)生液化流動。基于以上考慮要求，根據(jù)本次地質(zhì)勘察報告，壩殼材料采用工程場區(qū)附近不均勻系數(shù)較大的砂卵石渣土作為壩殼填筑料。c. 過渡層料根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范(SL274-2001)的規(guī)定，心墻過渡

8、層料應(yīng)符合下列要求：質(zhì)地致密，抗水性和抗風化性能滿足工程運用條件的要求；具有要求的級配；具有要求的透水性。基于以上考慮要求，心墻過渡層料采用粗砂料。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，工程區(qū)天然砂料缺乏，所需砂料從平陸縣茅津砂場購運。砂料場距壩址約20km，現(xiàn)正在開采使用，屬商用砂場，質(zhì)量和儲量滿足工程要求。1.4.1.2 均質(zhì)土壩(1)壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，最大壩高37m，壩頂高程410.0m，壩頂寬6.0m，長210m。上游壩坡坡比1：3，下游壩坡設(shè)二級馬道，坡比分別為1：2、1：2.5、1：2.5，馬道寬3.0m，一級馬道高程398.0m，二級馬道高程386.0m。均質(zhì)壩壩體的絕大部分是均一的土料

9、或相對均一的弱透水性材料組成，壩體的整個斷面起防滲和穩(wěn)定作用。這種壩要求土料的滲透系數(shù)較小，一般小于1×10-4 cm/s。由于土壩的抗剪強度較小，所以這種壩型較適用于中低壩。根據(jù)地質(zhì)報告顯示，土料場位于壩址處左岸上部的黃土臺上，屬黃土臺塬前緣。根據(jù)土工試驗結(jié)果該層低液限粘土滿足大壩所需填筑土料要求。(2)護坡設(shè)計根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范(SL274-2001) ，本次設(shè)計壩體上游護坡采用干砌石護坡，護坡上部自壩頂起，下部至壩腳。護坡下設(shè)碎石墊層0.2m，砂墊層0.20m。(3)壩基及壩肩處理本次設(shè)計采用多種防滲方案結(jié)合，即壩軸線處開挖截水槽，上游回填鋪蓋，下游級配良好礫石層全部清除

10、，根據(jù)上堵下排的原則，下游設(shè)水平排水層。1.4.2 壩型方案比選本階段從地形地質(zhì)、筑壩材料、壩體防滲、施工及工程投資等方面進行了綜合比較。具體如下：(1)地形地質(zhì)條件根據(jù)五龍廟工程地質(zhì)勘察報告，五龍廟水庫上壩址位于原降龍大壩下游，兩岸山體雄厚，左岸山坡度4050°，局部直立，右岸山高程405.50m以上坡度相對較陡，坡度一般3040°，局部直立。兩岸均發(fā)育有階地。壩址區(qū)被大面積松散層覆蓋，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造跡象。粘土心墻壩適應(yīng)變形的條件較好，特別是當兩岸壩肩很陡時，是應(yīng)優(yōu)先選用的壩型。其作用原理是：心墻與壩殼比較具有較高的壓縮性，因此沿著心墻邊界接觸面出現(xiàn)的剪應(yīng)力會使心墻有效垂

11、直應(yīng)力大幅度下降，即產(chǎn)生所謂拱效應(yīng)。碾壓式均質(zhì)土壩對地形地基要求較低，在任何地基上都可以建壩，只需做到與地基結(jié)合緊密即可。五龍廟水庫上壩址兩岸山體較陡，粘土心墻壩與均質(zhì)壩均適合此類地形。 (2)筑壩材料粘土心墻壩土質(zhì)防滲體滲透系數(shù)較小，一般不大于1×10-5cm/s，防滲體土料要求粘粒含量為15%30%或塑性指數(shù)為1017的粘土。有機質(zhì)含量不大于2%，水溶鹽含量小于3%。碾壓式均質(zhì)土壩要求土料的滲透系數(shù)，一般小于1×10-4 cm/s。土料要求粘粒含量為10%30%或塑性指數(shù)為817的粘土。有機質(zhì)含量不大于5%，水溶鹽含量小于3%。根據(jù)地質(zhì)報告顯示，土料場位于壩址處左岸上部

12、的黃土臺上，屬黃土臺塬前緣。根據(jù)土工試驗結(jié)果該層低液限粘土滿足粘土心墻壩土質(zhì)防滲體的填筑要求，同時也滿足碾壓式均質(zhì)土壩兩種不同的壩型所需填筑土料的要求。粘土心墻壩壩殼料應(yīng)有較好的透水性，級配要好，不均勻系數(shù)宜大些，并有較好的抗震穩(wěn)定性。壩殼材料采用不均勻系數(shù)較大的砂卵石渣土。心墻過渡層料采用粗砂料。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，工程區(qū)天然粗砂料缺乏，心墻過渡層所需粗砂料從平陸縣茅津砂場購運。砂料場距壩址約20km，運距較遠，運輸所需費用較大。(3)壩體防滲碾壓式均質(zhì)土壩壩體的絕大部分是由大體上均一的土料或相對均一的弱透水性材料組成，壩體的整個斷面起防滲和穩(wěn)定作用，適應(yīng)地基不均勻沉陷，壩的穩(wěn)定性較高，壩體傳給地

13、基的壓力比較均勻。粘土心墻壩的土質(zhì)防滲體位于壩體中間而不依靠在透水壩殼上，其自重通過本身傳到基礎(chǔ)，依靠心墻填土自重。受壩殼沉降影響較小。碾壓式均質(zhì)土壩由于大壩填筑料均為土料，相比粘土心墻壩土質(zhì)防滲體來說，需要的土料工程量大。但過薄的心墻不適于防裂和抗震，若心墻較厚對壩的穩(wěn)定和施工不利，壩殼與防滲體之間需設(shè)過渡層，過渡層要求較高，一旦破壞會導致心墻土料穿過壩殼發(fā)生滲透變形。 (4)壩基及壩肩防滲粘土心墻壩依靠壩體中央的土質(zhì)防滲體進行防滲，壩基防滲要求心墻底部穿透壩基Q4pal 級配良好礫層及壩肩Q3pal卵石混合土層，嵌入下層的低液限粘土層2m，開挖邊坡為1:1.0。碾壓式均質(zhì)土壩采用多種防滲方

14、案結(jié)合，即壩軸線處開挖截水槽，上游回填鋪蓋，下游級配良好礫石層全部清除，根據(jù)上堵下排的原則，下游設(shè)水平排水層。粘土心墻壩壩基接觸面的心墻底寬18m，與均質(zhì)壩相比壩基及壩肩處理范圍較小，但心墻壩的土質(zhì)防滲體容易與結(jié)合面產(chǎn)生集中滲流。 (5)施工經(jīng)驗粘土心墻壩由于各個環(huán)節(jié)施工均要求較高，壩體包括土質(zhì)防滲體、壩殼以及心墻過渡層等分區(qū)，施工較為復雜。并且心墻壩要求心墻與壩殼大體同時填筑，干擾大，一旦建成，很難修補。碾壓式均質(zhì)土壩壩體材料單一，施工機械、施工方法比較簡單，相對于粘土心墻壩施工容易。 (6)工程投資本次設(shè)計對兩種壩型工程部分投資進行了同等深度的比較，經(jīng)投資概算，粘土心墻壩方案大壩工程投資為

15、1322.6萬元，均質(zhì)土壩方案大壩工程投資為1312.0萬元。僅從大壩工程投資來看，粘土心墻壩與均質(zhì)土壩投資相比多出10.6萬元，投資情況見下表。兩種壩型投資比較編號項目單位數(shù)量單價(元)合計(元)粘土心墻壩 一大壩工程13226101 1大壩壩體9736527 挖土m320146 10.98 221203 填土（渣土）m3271936 8.00 2175488 填土（渣土外運）m3145279 17.31 2514779 心墻填土m382247 17.31 1423687 過渡層m315666 121.38 1901539 清基m322680 11.87 269212 干砌塊石m32725 147.93 403109 碎石墊層m31850 40.69 75277 草皮護坡m214821 5.00 74105 壩基重夯m224550 17.36 426188 挖除砂卵石m341798 4.00 167192 現(xiàn)澆C20砼路面(20cm)m21260 67.26 84748 2排水溝119796 現(xiàn)澆C15砼排水溝m3193 376.29