盤石頭水庫(kù)混凝土面板堆石壩次堆石區(qū)壩料設(shè)計(jì)

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1、盤石頭水庫(kù)混凝土面板堆石壩次堆石區(qū)壩料設(shè)計(jì)摘要：本文根據(jù)人型室內(nèi)壩料試驗(yàn)、計(jì)算和監(jiān)測(cè)成果，分析了盤石頭浞凝土而板堆石壩在下游次堆石區(qū)利用工程開(kāi)挖的軟弱頁(yè)巖堆石料和含泥灰?guī)r堆石料的可行性。研宂表明，該頁(yè)巖壩料雖然力學(xué)性質(zhì)軟弱，但仍適于壩體下游干燥區(qū)筑壩之用：含泥呈在10%以下的灰逬壩料無(wú)論是強(qiáng)度、變形和滲透性，均和不含泥的灰?guī)r堆石料接近，硬巖堆石料含泥最標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)放寬是合理的。關(guān)鍵詞：混凝土面板堆石壩；貞巖堆石料；含泥灰?guī)r堆石料在壩體分區(qū)和壩料設(shè)計(jì)中，充分利用當(dāng)?shù)刂尾牧虾凸こ涕_(kāi)挖料是土石壩包括混凝土

2、面板堆石壩設(shè)計(jì)的基本原則之一。對(duì)劣質(zhì)堆石料特別是軟巖料的利用，也是混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)屮普遍重視的問(wèn)題［1_3］。在國(guó)內(nèi)外混凝土面板堆石壩建設(shè)屮，薩爾瓦興娜(Salvajina)、紅樹(shù)溪(MangroveCreek)、袋鼠溪(KangarooCreek)等以及國(guó)內(nèi)的十三陵壩、株樹(shù)橋、大坳、魚跳等工程都使用了粉砂巖、泥巖、片巖、板巖和風(fēng)化安山巖等軟巖壩料［3’4］,為軟巖壩料的利用積累了經(jīng)驗(yàn)，但還未見(jiàn)在百米級(jí)高混凝土面板堆石壩建設(shè)屮人量使用軟弱泥質(zhì)頁(yè)巖的報(bào)道?；?guī)r壩料是良好的硬巖堆石料，混凝土面板堆

3、石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［5’61要求主堆石區(qū)硬巖堆石料的含泥量(小于0.075mm顆粒含量)不宜超過(guò)5%,次堆石區(qū)水位以上要求可放寬，但在含泥量對(duì)灰?guī)r堆石料物理力學(xué)性質(zhì)影響方面沒(méi)有可借鑒的資料。本文根據(jù)設(shè)計(jì)研宄和監(jiān)測(cè)成果［7"°］,對(duì)盤石頭混凝土面板堆石壩屮軟弱頁(yè)巖和含泥灰?guī)r堆石料的利用作簡(jiǎn)要的介紹。1工程概況盤石頭水庫(kù)位于鶴壁市西南約15km的淇河上，水庫(kù)總庫(kù)容為6.08億m3,是以防洪、工業(yè)及城市生活供水為主，兼顧農(nóng)田灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大型水利樞紐工程。盤石頭混凝土面板堆石壩壩頂高程275.7

4、m,最大壩高102.2m,上游壩坡1:1.4,下游綜合壩坡約1:1.5。壩體用灰?guī)r和部分工程開(kāi)挖軟弱頁(yè)巖料填筑。壩體總填筑工程量548萬(wàn)m3。壩體剖面分區(qū)從上游向下游依次為面板上游黏性土鋪蓋及其蓋重區(qū)、墊層區(qū)、過(guò)渡層區(qū)、主堆石區(qū)(上游灰?guī)r堆石區(qū))、頁(yè)巖堆石區(qū)、下游灰?guī)r堆石區(qū)。次堆石區(qū)包括頁(yè)巖堆石區(qū)和下游灰?guī)r堆石區(qū)。頁(yè)巖堆石區(qū)的布置主要考慮了工程開(kāi)挖頁(yè)巖料料物平衡、壩坡穩(wěn)定及施工期壩面過(guò)流等因素。在施工過(guò)程中，根據(jù)溢洪道和花尖腦補(bǔ)充灰?guī)r料場(chǎng)含泥量大于5%的灰?guī)r料較多的實(shí)際情況，為充分利用這部分含泥灰

5、巖料，減少棄料和堆存，結(jié)合壩體過(guò)流方案的調(diào)整，將含泥灰?guī)r料用于頁(yè)巖次堆石區(qū)和下游灰?guī)r堆石區(qū)。另外，為減少頁(yè)巖堆石區(qū)變形對(duì)上游壩體和面板的影響，頁(yè)巖堆石區(qū)和上游灰?guī)r主堆石區(qū)分界面坡度由1:0.1放緩至1:0.25,下游灰?guī)r堆石區(qū)分界面坡度亦相應(yīng)由1:1.2放緩至1:1.35。2次堆石區(qū)壩料設(shè)計(jì)盤石頭水庫(kù)壩址區(qū)廣泛分布有寒武系中統(tǒng)灰?guī)r、豹皮灰?guī)r和鮞狀灰?guī)r，其單軸飽和抗壓強(qiáng)度為87.12?103.IMPa,軟化系數(shù)0.92?0.94,為優(yōu)質(zhì)硬巖材料。觀及小區(qū)料均采用新鮮或微風(fēng)化灰?guī)r料，由工地砂石料加工系

6、統(tǒng)生產(chǎn)；過(guò)渡料采用微風(fēng)化?新鮮灰?guī)r爆破級(jí)配料；上、K游灰?guī)r堆石料均采用弱風(fēng)化?新鮮灰?guī)r爆破級(jí)配料。上述灰?guī)r壩料首先利用溢洪道等工程開(kāi)挖料，不足部分由灰?guī)r料場(chǎng)幵采。其中墊層料及小區(qū)料、過(guò)濾料和灰?guī)r主堆石料均按常規(guī)設(shè)計(jì)。大量利用工程開(kāi)挖的頁(yè)巖堆石料和含泥灰?guī)r料是盤石頭混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)之一。盤石頭水庫(kù)在高混凝土而板堆石壩中首先使用了軟弱頁(yè)巖堆石料，并對(duì)含泥灰?guī)r堆石料的含泥量影響進(jìn)行了研宄。2.1次堆石區(qū)頁(yè)巖堆石料貞巖堆石料為泄洪洞和溢洪道等工程的下寒武統(tǒng)弱風(fēng)化?新鮮頁(yè)巖、頁(yè)巖夾灰?guī)r開(kāi)挖石渣

7、。頁(yè)巖巖塊甲.軸飽和抗壓強(qiáng)度力17.8?35.6MPa,軟化系統(tǒng)0.73?0.85,該頁(yè)巖頁(yè)理發(fā)育，易沿層面開(kāi)裂，在干濕交替2?10次條件下，弱風(fēng)化頁(yè)巖的飽和抗壓強(qiáng)度為6.9?12.OMPa。當(dāng)巖塊試樣的主壓應(yīng)力方向與層面呈45°和60°角度時(shí)，弱風(fēng)化?微風(fēng)化試樣抗壓強(qiáng)度分別為2.5?7.OMPa和1.5?5.OMPa。上述試驗(yàn)結(jié)果［11］說(shuō)明了該頁(yè)巖的軟弱特性。為了解軟弱頁(yè)巖堆石料的工程特性并驗(yàn)證利用該頁(yè)巖料的設(shè)計(jì)分區(qū)的合理性，以壩址區(qū)工程開(kāi)挖數(shù)量最大也最有代表性的下寒武統(tǒng)第14層（厚42m）和

8、第17層頁(yè)巖（厚20m）為研究對(duì)象，進(jìn)行丫比較詳細(xì)的頁(yè)巖壩料室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)［8］,并進(jìn)行了三維應(yīng)力變形有限元計(jì)算［9］。試樣材料主要取自弱風(fēng)化帶上部頁(yè)巖，為了解頁(yè)巖堆存后性質(zhì)的變化，還安排了少量干濕循環(huán)交替后的頁(yè)巖壩料的試驗(yàn)。根據(jù)大型室內(nèi)壓縮試驗(yàn)結(jié)果，在0?3.2MPa垂直壓力范圍內(nèi)，第17層頁(yè)巖干料的壓縮模量為41.7?142.IMPa，遇水（飽和試樣）軟化后巖塊強(qiáng)度明顯降低，壓縮模量?jī)H為13.8?42.2MPa。第14層頁(yè)巖飽和試樣的壓縮模量?jī)H為13.8?51.3MPa。