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1、水电站设计DHPS第19卷第4期2003年12月沙牌水电站拱坝基础处理研究赵永刚(国家电力公司成都勘测设计研究院,四川成都610072)摘要:针对沙牌拱坝特有的工程和水文地质情况及坝基应力特点,采用数值分析和模型试验等手段,通过技术经济比较论证,设计出包括河床RCC垫座、混凝土置换处理、接触灌浆、固结灌浆、防渗帷幕和排水系统等基础处理方案,其可行性和合理性已在实践中得到验证。关键词:碾压砼拱坝;基础处理;灌浆;帷幕;排水;坝肩稳定;沙牌水电站中图法分类号:TV22313文献标识码:B文章编号:1003-98
2、05(2003)04-0064-051前言沙牌水电站是岷江支流草坡河上游的一个梯级龙头电站,拦河大坝为三心圆单曲拱坝,大坝左、右岸水平嵌深分别为2610m和1711m。坝址区两岸谷坡比较陡峻,临河坡高在200m以上,两岸谷坡30°～60°,大致成对称“V”型河谷。河谷宽高比约为117。在牛厂沟下游约250m处,河道的流向由N50°E急转弯为S55°E方向流出。左岸为凹型坡,右岸为单薄山脊。拱坝坝基(肩)岩体主要由晋宁～澄江期花岗岩、花岗闪长岩及后期侵入的角岩、片岩组成。坝址区坝基岩体地质构造简单,无顺河向断层
3、发育。坝址区地震基本烈度为7度。2主要工程地质问题沙牌坝基(肩)Ⅱ级岩体变形模量为10～12GPa,面积约3899m2,占整个建基面面积的6714%;Ⅲ-1级岩体变形模量为8～10GPa,面积约为1557m2,占整个建基面面积的2515%;Ⅳ-2级岩体变形模量为3～5GPa,面积约为414m2,占整个建基面面积的711%。见图1。211主要软弱岩带Sc片岩透镜体是坝基主要地质缺陷。Sc片岩透镜体一般带宽013～710m,片理发育,遇水易软化,变形模量很低,完整性差,透水性较弱,因属拱端持力层,对拱坝坝肩稳定
4、、变形、渗透均可能产生不利影响,需研究采取工程处理的必要性和可靠的处理措施。主要软弱岩带见图1。图1拱坝建基面地质平面收稿日期:2003-08-26作者简介:赵永刚(1964-),男,四川宜宾人,高级工程师,主要从事坝工设计工作。212坝基渗漏坝区地下水主要为裂隙潜水,由大气降雨及河水补给。地下水位平缓,与河水位接近,两岸地下水位随高程和水平埋深增加而逐渐抬高。坝基岩体受风化卸荷等因素的影响,透水性从浅表至深部由强变弱。两岸相对不透水层较浅,但在河床90～100m深度内未揭露出Lu值小于1的相对不透水层。虽然
5、坝基岩体主要为花岗岩、花岗闪长岩,两岸相对不透水层埋深较浅,但河床部位相对不透水层大于100m,埋深大。因此,为降低渗压、提高坝肩稳定安全度,必须对坝基渗漏问题进行研究,并采取必要的可行的处理措施。3处理研究311变形稳定为了全面深入分析坝基不利地质缺陷对坝体应力、位移的影响,采用拱梁分载法程序、有限单元法程序,进行了Sc软弱岩带对坝体变形、应力影响的分析研究。31111拱梁分载法分析根据拱坝基础地质情况,考虑置换混凝土处理后的效果计算综合变形模量。应力分析表明:坝体应力、位移分布规律合理,上游主拉应力为-0
6、151～-1122MPa,下游主压应力为3138～5142MPa,最大应力均满足应力控制标准,坝体应力状态良好;坝体最大径向位移2194cm,坝体最大切向位移0167cm,基础最大径向位移0186cm,基础最大切向位移0161cm,对比坝体位移在可接受范围。根据上述计算成果,可初步判断在对建基面出露的Sc软弱岩带采取置换处理和固结灌浆处理后,坝基岩体能够满足拱坝应力和变形的要求。31112线弹性有限元分析拱梁分载法程序中采用的变形模量是按应变能相等原理计算得出的综合变形模量,未能真实反映地基中Sc软弱岩带对坝
7、体应力和变位的影响。为较好地模拟地基条件,合理地考虑整体拱坝和基础的相互作用,采用三维有限元对Sc软弱岩带置换混凝土和河床垫座混凝土进行分析,以研究经基础处理后的坝体应力和位移规律,以及垫座的应力状态,为最终基础处理设计方案的确定提供依据。计算表明:地基经全面处理后,在基本荷载组合和特殊组合作用下,坝体应力分布规律合理,应力状态良好,最大主拉应力、主压应力均满足应力控制要求,说明地基经全面处理后,改善了地基刚度的不均匀性,拱坝受力性态与同规模的坝体大体一致,处理方案是合理的。除垫座上游的应力条件稍差外,其余
8、部分均满足要求,垫座的设置对改善坝体上游坝踵的拉应力集中有显著的效果,垫座设计是合理的。312抗滑稳定沙牌拱坝坝肩稳定是工程设计的关键技术问题,为全面评价坝肩稳定性,主要采用三维刚体极限平衡法和非线性有限元法,对坝区地质结构面进行控制性结构面、滑动模式和滑块,以及敏感性分析。31211刚体极限平衡法坝肩抗滑稳定分析成果表明:当抗剪(断)强度指标取平均值时,即使排水100%失效,左、右岸最小纯摩安全系
