糯扎渡工程直心墙堆石坝方案选择

糯扎渡工程直心墙堆石坝方案选择

这座虚拟水库的高度是821.5米，最大地基高度为560.0米，最大水库高度为261.5米。在可行性研究设计阶段，深入地比较、研究了直心墙堆石坝和斜心墙堆石坝两种方案。1坝体坝坝设计直心墙堆石坝坝轴线布置于Ⅱ勘探线，坝顶长608.16m，宽18m。心墙采用农场土料场土料掺加35%人工碎石后的砾质土料填筑，为中央直立心墙布置形式，顶部高程820.5m，顶宽10m，上、下游坡度均为1∶0.2。为保护心墙土料，根据反滤设计原则，心墙两侧均设置了Ⅰ、Ⅱ两层反滤层，上游两反滤层的宽度均为4m，下游两反滤层的宽度均为6m。反滤层以外为堆石体坝壳，主要采用溢洪道、引水发电系统进口、左岸泄洪洞进口的明挖可用料，不足部分从石料场开采。根据坝坡稳定性要求及抗震要求，确定上、下游坝坡坡度分别为1∶1.9和1∶1.8。斜心墙堆石坝坝轴线布置于Ⅱ勘探线下游35m处，坝顶长为626.60m，宽为18m。采用斜心墙布置形式，820.5～791.5m高程范围为直心墙，上、下游坡度均为1∶0.2，从791.5m高程以下开始，心墙转折倾向上游，上、下游坡度分别为1∶0.6和1∶0.2。以下从基础条件、抗震性能、施工方便性、工程造价等方面简述两方案的比较研究成果。2心墙基础方案比选糯扎渡坝址区河谷地形基本呈“V”形，两岸坡度约45°。坝基主要岩性为华力西晚期～印支期花岗岩体（γ43～γ51）及后期侵入的花岗斑岩（γπ）、石英岩（q）、辉绿玢岩（Vπ）和隐爆角砾岩等岩脉，左岸约800m高程以上为三叠系中统忙怀组下段（T12m）砂泥岩。坝址区结构面按产状分为两组：(1)N10°～30°E,NW60°～80°，即基本上横河向，主要有F1、F3、F5、F14等断层；(2)N10°～40°W,SW50°～70°，基本上顺河向，主要有F11、F12、F13、F25等断层。由于受构造、风化、蚀变等因素的综合影响，在F12与F13断层之间形成了右岸构造软弱岩带，顺河方向延伸约650m，地表出露高程约650～740m，倾向山里。尤其在F12、F13、F25与F14、F5断层交汇带，风化及蚀变作用强烈，岩体破碎严重，是心墙基础必须避开的部位。直心墙堆石坝坝轴线布置于Ⅱ勘探线，该处地形平顺，距上、下游冲沟均有一定距离，且心墙基础范围内风化较浅，右岸构造软弱岩带宽度最小，同时避开了F12、F13、F25与F14、F5断层交汇带的影响（见图1）。斜心墙堆石坝由于心墙倾向上游，为避开右岸F5、F14与F12、F13及F25断层交汇带，坝轴线向下游移了35m，但心墙基础仍距断层较近（见图1b）。同时由于坝轴线下移，离下游冲沟较近，风化加深，坝基右岸中、上部高程相对不透水界线（q<1Lu顶线）埋藏很深，致使坝体开挖工程量增加约77万m3、填筑工程量增加76.3万m3、灌浆工程量增加1.86万m，心墙基础的渗透稳定性亦较直心墙堆石坝差。因此，从坝址区地形、地质条件及基础处理方面比较，直心墙堆石坝方案较优。由于两方案坝轴线仅相差35m，枢纽其他建筑物的布置均相同。3设计渗流计算成果根据平面及三维渗流分析成果，直心墙堆石坝与斜心墙堆石坝在设计渗控措施条件下，防渗及渗透稳定性均满足要求。两方案的三维渗流计算成果对比见表1、2。对比表明，总渗流量、坝体坝基和断层内的渗透比降等均无本质差别，仅在数值上有微小差别。4坝坡安全系数分析直心墙堆石坝和斜心墙堆石坝的坝坡稳定分析成果见表(6)工况(1)遭遇8度地震3、4。由表3、4可知,线性分析时,除库水位由正常水位骤降至死水位时斜心墙堆石坝上游坝坡安全系数较小外,其他工况由于滑弧均较浅,安全系数相差很小;非线性分析时,直心墙堆石坝上游坝坡安全系数较大,尤以库水位骤降工况最明显,下游坝坡安全系数两者相差不大,以斜心墙堆石坝略大。因此,从坝坡稳定安全性评价,库水位骤降工况下,直心墙堆石坝的安全余度要大于斜心墙堆石坝,直心墙堆石坝较优。5斜心墙堆石坝心墙抗水力人工力分析根据最大坝剖面的平面有限元应力应变计算成果，无论是直心墙堆石坝还是斜心墙堆石坝，竣工期和蓄水期的坝体位移和应力分布均符合一般规律，无异常情况出现。直心墙堆石坝和斜心墙堆石坝总体上无本质差别，但各有特点。(1）无论竣工期还是蓄水期，无论心墙还是坝壳，斜心墙堆石坝指向上游的水平位移比直心墙堆石坝略大，而指向下游的水平位移要比直心墙堆石坝略小；竖向位移均较直心墙堆石坝大。(2）和直心墙堆石坝相比，斜心墙堆石坝心墙内的大、小主应力都有所增加，上游面应力梯度有所降低，这表明斜心墙堆石坝心墙抗水力劈裂性能略好。但以有效应力法和总应力法判断，直心墙堆石坝均不会发生水力劈裂破坏。因此，从坝体应力和变形的角度，直心墙堆石坝和斜心墙堆石坝无本质差别，直心墙堆石坝坝体变形略小，而斜心墙堆石坝对于心墙抗水力劈裂稍有利。6坝体加速度反应和长期变形规律根据动力有限元计算分析成果，直心墙和斜心墙堆石坝，坝体动力反应均符合一般规律，在地震作用下坝体总体上是稳定和安全的。直心墙堆石坝和斜心墙堆石坝的加速度反应和永久变形总体上相当，无本质差别。从具体计算数据来看，直心墙堆石坝的加速度反应和永久变形均略小于斜心墙堆石坝，直心墙堆石坝的抗震性能略优。7两方案的工程工况由于两方案的枢纽布置基本相同（仅坝轴线相差35m，斜心墙堆石坝的工程量略大），因此两方案的施工导流布置、施工工艺、上坝道路布置、坝料利用、第一台机组发电工期及总工期均相同。但斜心墙堆石坝的施工强度比直心墙堆石坝略大，且其放样、填筑施工也不如直心墙堆石坝方便。8坝体填筑量结果分析斜心墙堆石坝工程量要大于直心墙堆石坝，其中土石方明挖量大75.62万m3，坝体填筑量大76.25万m3，帷幕灌浆量大1.86万m。根据投资估算，直心墙堆石坝静态投资为16.86亿元，斜心墙堆石坝静态投资为17.65亿元。因此，从大坝工程量及投资角度分析，直心墙堆石坝要明显优于