某混凝土双曲拱坝建基面选择研究.pdf

水利水电技术第 4 6卷2 0 1 5 年第 4期 某混凝土双曲拱坝建基面选择研究 罗纬邦，卢冰华 ( 新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 ) 摘要：拱坝建基 面选择主要决定于坝基岩体的承载力和滑动稳定性。本3 - 程基岩裸露 ，岩体呈整体 块状结构，强度高，但坝基范围内岩体岩性不一致，导致基岩强度不 同。根据地形地质条件 ，对拱坝 建基面的可利用岩体进行 多方案论证研 究，同时对坝体应力、坝肩稳定、整体稳定等进行 大量分析及 模型试验，最终确定合理经济的坝体建基面。 关键词 ：双曲拱坝；花 岗片麻岩；建基面；坝肩稳定；坝体应力；新疆 中图分类号 ：T V 2 2 3 ( 2 4 5 ) 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 0 6 0 0 4 S t u d y o n s e l e c t i o n o f f o u n d a t i o n s u r f a c e f o r a c o n c r e t e d o u b l e - c u r v a t u r e a r c h d a m L UO W e i b a ng， LU Bi n g h u a ( X i n j i a n g S u r v e y a n d D e s i g n I n s t i t u t e o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r ， U r u m q i 8 3 0 0 0 0 ， X i n j i a n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e s e l e c t i o n o f f o u n d a t i o n s u r f a c e f o r c o n s t r u c t i o n o f a r c h d a m i s ma i y d e t e r mi n e d b y t h e b e a r i n g c a p a c i t y a n d t h e a n t i - s l i d i n g s t a b i l i t y o f t h e f o u n d a t i o n r o c k S o f a r a s t h e p r o j e c t m e n t i o n e d h e r e i n i s c o n c e r n e d ， t h e b e d r o c k i s u n c o v e r e d a n d s h o ws a n o v e r a l l ma s s i v e s t ruc t u r e wi t h h i g h e r s t r e n g t h，n e v e r t h e l e s s ， t h e l i t h o l o g i c a l c h a r a c t e r s o f t h e r o c k s wi t h i n t h e a r e a o f t h e d a m f o u n d a t i o n a r e n o t s o c o n s i s t e n t w h i c h l e a d t o v a r i o u s s t r e n g t h s o f t h e b e d r o c k I n a c c o r d a n c e wi t h t h e t o p o g r a p h i c a n d g e o l o g i ca l c o nd i t i o n t h e r e i n，t h e r o c k a v a i l a b l e f o r t h e f o u nd a t i o n s ur f a c e i s de mo n s t r a t e d wi t h s e v e r a l s c he me s，me a n wh i l e，a l a r g e a mo u n t o f a n a l y $ e s a n d mo d e l e x p e r i me n t s f o r t h e d a m s t r e s s ， a b u t me n t s t a b i l i t y， o v e r a l l s t a b i l i t y ，e t c a r e ma d e ，t h u s a r e a s o n a b l e a n d e c o n o mi c f o u n d a t i o n s u r f a c e f o r t h e d a m c o n s t r u c t i o n i s f i n a l l y d e t e r mi n e d Ke y wo r d s ： d o u b l e c u rva t u r e a r c h d a m； g r a n i t i c g n e i s s ； f o u n d a t i o n s u r f a c e ； a b u t m e n t s t a b i l i t y ； d a m s t r e s s ； X i n j i a n g 1 工程概况 新疆 B R 山口水利枢纽是 B R J 河最后一个梯级， 其主要任务是调节控制山 口断面径流 ，具有灌溉和发 电等综合效 益，是 B R J河的控制性 工程 之一 。枢纽 工程由混凝土双曲拱 坝、坝身泄水建筑物 、水垫塘 、 发电引水建筑物、岸边地面厂房等组成。 坝址处河道顺直，地形完整，两岸山体雄厚 ，基 岩裸露 ，岸坡 陡峻，河谷宽 高比约为 2 3 1 ，呈基本 对称“ V” 型峡谷 。坝址 区河床及两岸坝肩地基岩体 主 要为灰 白色花岗片麻岩和灰黑色黑云母斜长片麻岩 ， 分别属于 A 、B 类岩体 ，坝基范 围内断层不发育 ， 无制约性的断层和节理 ，仅左岸发育一组断续延伸的 缓倾角裂隙，倾向下游偏向岸里 ，走向山内，不存在 构成坝肩的滑动组合体 ，坝肩抗滑稳定是受表层混凝 6 0 土与岩体 、岩体与岩体接触面抗剪强度控制。坝基岩 体无影响整体稳定 的贯穿性结构面。坝址区地震基本 烈度 7 。 。 拱坝是一个超静定结构 ，对建基面的要求较高。 建基面的选择受到地形 、地质 、坝体结构 、施工条件 等多种因素制约。大坝建基面的选择 ，直接影响建筑 物的安全 、施工工期及工程投资 。如过分强调拱坝建 基面岩体的新鲜完整，使坝基深嵌深挖 ，将导致坝体 工程量增加 ，水压荷载增大，加重坝肩抗滑稳定的负 担，同时还可能带来坝肩高边坡开挖问题。因此，拱 坝建基面的确定 ，既要保证建筑物的安全 ，又要使方 案经济合理 ，在满足拱坝对建基面基本要求的前提下， 收稿 日期 ：2 0 1 4 1 2 - 1 9 作者简介 ：罗纬邦 ( 1 9 6 5 一 ) ，男 ，教授级高级工程师 ，供水所所长 。 Wa t e rRe s o u r c e s a n dHy d r o p o w e rEn g i n e e r i n g Vo 1 4 6 No 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 坝基岩石 ( 体 ) 物理力学参数 罗纬邦， 等某混凝土双曲拱坝建基面选择研究 饱 和抗剪断 风化 天然密度 饱和抗压 允许承载力 纵波速度 泊松 变形模量 弹性模量 岩性 混凝土 岩 鼍， 程度 g c m一 MP a MP a m s 比灿 G P a GP a C M P a t C MP a 花 岗片麻岩 弱 2 6 9 5 7 4 O 3 0 0 0 3 8 0 0 O 2 5 7 O 1 3 0 9 5 0 8 5 1 1 1 O ( D 2 a I 4 ) 新鲜 2 6 9 6 7 5 O 4 0 0 0 5 5 0 0 O 2 2 1 0 1 8 1 0 O 9 O 1 2 1 1 黑云母斜长片麻 岩 弱 2 6 8 3 3 3 O 2 5 o o一 3 3 0 0 O 3 0 5 O 9 0 O 8 5 0 7 5 1 O 0 9 O ( D 2 a D2 a 一 ) 新鲜 2 6 8 4 8 4 O 3 5 o o 4 5 0 0 O 2 5 8 O 1 5 0 9 5 0 8 0 1 1 0 9 5 表 2坝址结构面抗剪断 强度 建议值 产状 连通率 饱和抗剪断 组 号 走 向 ( 。 ) 倾 向 倾角 ( 。 ) l| C MP a I 3 1 0 3 4 0 N E或 S W 3 05 O 5 0 6 0 S E或 N W 5 0 8 O 3 54 5 O 7 0 3 2 0 3 5 S E或 N W 6 0 8 0 2 53 5 7 08 0 S E或 N W 2 7 3 O 3 04 0 缓倾角裂隙 L 1 0 41 0 6 2 8 5 3 2 0 N W 2 5 3 O 基本连通 0 4 5 O 0 8 注 ：抗剪强度建议值 ，未考虑节理连通率 ；经验值 ，原位 试验 正在实施 中。 尽可能减少坝肩开挖深度 。 2坝址区主要地质条件 组成大坝河床地基岩体主要为中泥盆统阿尔泰组 ( D a ) 厚层一 巨厚层状灰 白色花 岗片麻岩 ，微 新 鲜岩体质量属 A 类 岩体 ；两岸为 ( D a ) 厚层一 巨 厚层状灰白色花岗片麻岩 ，局部为( D ， a ) 薄层一中 厚状灰黑色黑云母斜长片麻岩，微风化 新鲜岩体质 量属 A 、B 1 类。 根据左岸 f l 0 1 、f 吐、f l 0 3 、f ， 、f 1 l 0 中陡倾角断层 和 f l 、f l o 5 、f ， 嘶缓倾角断层 及 3组 节理产状 组合分 析 ，左坝肩不存在构成坝肩的滑动组合体 ，坝肩抗滑 稳定是受表层混凝土与岩体 、岩体与岩体接触面抗剪 强度控制 。根据右岸 f l l 2 、f l l 3 、f 1 1 4 断层和 3组节理产 状组合分析，右坝肩不存在构成坝肩的滑动组合体， 坝肩抗滑稳定是受表层混凝土与岩体 、岩体与岩体接 触面抗剪强度控制 。坝址 区岩石 ( 体 ) 主要物理力学 参数及变形指标见表 1 。 3 拱坝建基面确定原则 为使坝基岩体变形一致 ，稳定性好 ，在进行拱坝 布置时要求拱坝轴线以及各层拱圈建基面选择遵循 以 下原则 ： ( 1 ) 坝肩岩体稳定是拱坝安全的根本保证。坝肩 岩体抗力稳定性要好 ，以满足整体稳定要求。 ( 2 ) 坝基应具有足够 的整体性 和稳定性 ，同时应 水利水电技术第 4 6卷2 0 1 5 年第 4期 具有足够的强度和刚度 ，能承受 拱坝传递来的各种荷载 ，保证坝 基岩体有足够的抗滑稳定性 ，不 致因基础屈服或变形过大而导致 拱圈失去支撑或坝体产生超出容 许强度的应力。同时岩体应相对 均匀 ，避免左右岸及相邻高程软 硬相间的厚层岩体 。 ( 3 ) 拱坝建基 面形态应 和缓 平顺 ，不能有突变 ，不能有 台阶 状 ，以免坝基产生不利 的应力分布。 ( 4 ) 侧重于重 点部位 。尽 量使 主河床 坝段距 坝 基 1 3坝高以上部位 的各层拱 圈均 坐落在 良好 的灰 白色花 岗片麻 岩上 ( 能满 足 的拱 圈越多越 好 ，但 前 提是避免其他拱圈超挖) ；距坝基 1 3坝高以下部 位因接近建基面 ，拱端 基座 比较雄厚 ，且 拱端受力 处没有 临空面 ，故对这些位 置的拱 圈要 求可相对低 一 点( 见表 2) 。 4 建基面的优化确定 由于拱坝布置的整体性 ，就会导致有些拱圈位置 较好 ，有些拱圈可能 已经 由于嵌入太深而引起超挖 ， 甚至有些拱 圈会部分坐落在灰黑色斜长片麻岩上 。拱 坝建基面的确定受坝基地质条件和拱端稳定两大因素 的控制，同时 ，建基面的优化伴生着坝体体形 的优化 和坝体应力状态尽量达到优 良。 4 1 体形优化 体形优化遵循原则：结合工程地形地质条件，在 满足坝体强度 、应力要求的前提下 ，合理布置拱圈平 面形状与位置 ，使拱圈适当扁平化 ，尽量使拱端推力 指 向山体 内部 ，以改善坝肩 稳定 性 ；因拱 坝坝身开 孑 L ，坝体厚度不宜太薄 ，应具有足够的刚度 ，以保证 大坝整体稳定 ，同时有利于泄水孑 L 的布置；提高坝体 对基础变形模量的适应能力 ，考虑施工 ，严格控制坝 体倒悬。 6 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m