白盆珠水庫主壩壩體穩定性分析

摘要：白盆珠水庫大壩加固工程建設的主要內容為主壩、副壩、防汛公路等水工建筑物的加固以及金屬結構的更換。為了確保水庫安全運行，結合白盆珠水庫加固工程，對主壩壩體穩定性進行分析探討。白盆珠水庫主壩為混凝土空心支墩重力壩，主要選取4#壩段和8#壩段作為典型壩段進行壩體穩定和壩基應力計算。經研究，白盆珠水庫主壩沿壩基面的抗滑穩定性均能滿足相關規范的要求。

關鍵詞：白盆珠水庫 壩體穩定 壩基 壓力

Stability Analysis of the Main Dam of Baipenzhu Reservoir

LIU Julian

Huizhou Baipenzhu Reservoir Engineering Management Bureau， Huizhou， Guangdong Province， 516341 China

Abstract： The main construction content of the reinforcement project for the Baipenzhu Reservoir dam includes the reinforcement of hydraulic structures such as the main dam， the auxiliary dam， the flood control road and the replacement of metal structures. In order to ensure the safe operation of the reservoir， the stability of the main dam is analyzed and discussed in combination with the Baipenzhu reservoir reinforcement project. The main dam of Baipenzhu Reservoir is a concrete hollow buttressed gravity dam. Section 4# and section 8# are selected as typical sections to calculate the stability of the dam body and the stress of the dam foundation. After research and analysis， the anti-sliding stability of the main dam of Baipenzhu Reservoir along the dam foundation can meet the requirements of relevant specifications.

Key Words：Baipenzhu reservoir; Stability of dam body;Base of dam; Pressure

惠州市白盆珠水庫大壩在第三次安全鑒定中被評定為三類壩。為盡快消除隱患，確保水庫安全運行，需要對水庫大壩進行除險加固。為使大壩壩體的加固設計符合結構安全性和穩定性的要求，須根據壩身的載荷量情況，來對壩體的穩定性進行計算，確保大壩安全可靠運行[1]。

1白盆珠水庫概述

白盆珠水庫位于惠東縣白盆珠鎮，西枝江上游，是粵港澳大灣區庫容最大的水庫。集雨面積856 km2，占西枝江流域面積的20.8%，總庫容為11.90億m3，是一座以防洪、供水為主，兼顧發電、灌溉、改善航運的大[Ⅰ]型水庫。

白盆珠水庫于1977年8月動工興建，1984年9月底下閘蓄水，1985年8月電站機組投入運行，1987年12月竣工驗收。

水庫集雨面積為856 km2，占西枝江流域面積的20.8%。水庫原設計正常蓄水位為75.0 m，500年一遇設計洪水位為83.90 m，主壩5000年一遇校核洪水位為85.80 m；土壩校核洪水標準為10 000 年一遇洪水的校核洪水位為87.90 m。

2白盆珠水庫布置與主壩現狀

工程主要水工建筑物包括1座主壩、2座副壩、1座壩后電站、1處灌溉涵管等，永久性主要建筑物級別為1級、次要建筑物級別為2級。

主壩位于惠東縣白盆珠鎮新庵區下游8 km的峽谷入口處，為混凝土空心支墩重力壩，分實體重力壩段5 個，支墩壩段11個。主壩高程88.20 m，壩頂長240 m，壩頂寬6 m，最大壩高66.20 m。主壩主要壩段為，電站廠房壩段、河床支墩溢流壩段、放水底孔壩段、左岸支墩壩段、右岸支墩壩段、左岸實體重力壩段、右岸實體重力壩段。壩中設有排洪堰閘1座2孔，跨②-④號壩段布置，堰面采用 WES 曲線，每孔凈寬12 m，邊墩厚度為1.5 m，中墩厚度為3 m，總寬度為30 m。堰頂高程73 m，上設9×12 m的弧形閘門，采用2臺BJQ-63t固定式卷揚機進行控制，單寬流量為108.46 m3/s，最大下泄流量為2 589 m3/s（P=0.02%時）。下游采用溢流壩下接長護坦梯形差動式鼻坎挑流式消能。壩后式主廠房設置在⑤、⑥號壩段，副廠房設置于主廠房右側，主廠房規模44.60 m×15.40 m×30.0 m，副廠房規模分別為8.50 m×44.60 m和23.90 m×7.60 m。電站引水壓力鋼管進水口中心高程58.70 m，直徑為3.40 m，設有攔污柵、一扇平板檢修鋼閘門、二扇平板快速鋼閘門3.4 m×2.7 m，快速鋼閘門用二臺固定式卷揚啟閉機BJQ2×25 t控制，檢修鋼閘門用一臺移動式卷揚啟閉機2×5 t控制。

在主壩④號壩段設有放水底孔一個，采用壩內壓力管接明渠泄水道形式，明渠出口是用連接式鼻坎挑流消能。放水底孔進口底坎高程42.0 m，全長97.45 m，明渠泄水道長度為80.0 m，壓力管長度為17.45 m。在壓力管出口設有1扇弧形閘門（4.0 m×4.0 m），中間設有1扇事故檢修閘門（4.60 m×5.50 m），弧形閘門在壩內用螺桿式啟閉機75/40 t控制，事故檢修閘門在壩頂用固定式卷揚機QPQ-2×80 t控制。主壩壩后式電站裝機兩臺，裝機容量為2×15 MW，多年平均發電量7900萬kWh。

3.1壩基抗滑穩定及壩基應力復核

3.1.1計算方法

根據《混凝土重力壩設計規范》（SL 319—2018）的要求[2]，分別采用材料力學法、剛體極限平衡法對砼壩沿建基面的壩基應力和穩定進行復核。分別選取4#壩段（雙支墩擋水壩段，寬度為18.0 m，單個支墩寬度為4.0 m）和 8#壩段（單支墩壩段，寬度為15.0 m，支墩寬度為6.0 m）作為典型壩段進行穩定和應力復核[3]。

剛體極限平衡法選用抗剪斷參數，計算公式如下。

式（1）、式（2）中：為壩體與壩基接觸面的抗剪斷 摩擦系數；為壩體與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數，單位為kPa；A為接觸面的截面積，單位為m2；為作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，單位為kN。

壩踵、壩趾法向應力計算公式：

式（2）中：為作用于壩體上全部荷載（包括揚壓力）對滑動平面的法向分值，單位為kN；為作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，單位為kN；為計算截面上全部荷載對截面形心的力矩之和，以使上游面產生壓應力者為正，單位為kN·m。

3.1.2荷載計算方法

穩定應力分析中考慮的荷載包括壩體自重、上下游靜水壓力、淤沙壓力、揚壓力、風浪壓力、地震慣性力、地震動水壓力。各種荷載的計算方法如下。

式（3）中：為壩體材料容重；根據混凝土天然容重在2.41g/cm3～2.43g/cm3 之間，計算中取2.41g/cm3；V為壩體體積，單位為m3；計算中扣除壩段空腔及灌漿廊道的體積。

式（4）中：為水容重，單位為kN/m3；為水深，單位為m。

根據《混凝土重力壩設計規范》（SL 319—2018）的相關規范[4]，壩基揚壓力的計算方法如下。假定壩底面上游（壩踵）處的揚壓力作用水頭為，下游（壩趾）處為，其間依次以直線連接各段。

根據截止2008年11月31日的水位監測數據，白盆珠水庫上游最高水位為1997年8月5日的78.42 m，而目前已有的揚壓力監測數據對應的上游最高水位僅76.47 m，此時的揚壓力監測成果表明：13個壩段17條測壓管揚壓力折減系數均小于規范要求的25%，右重1#無揚壓力監測記錄。故本次復核滲透壓力強度系數仍按規范取值：河床壩段0.25，岸坡壩段 0.35。

式（5）中：為淤沙的浮重度，取8.0 kN/m3；為壩前的淤沙淤積厚度，按 100 年淤沙高程42.0 m計；為淤沙的內摩擦角，按15°計。

浪壓力是指作用于鉛直迎水面的建筑物，當和時，在單位長度上的浪壓力值按下式計算。

式（6）、式（7）、式（8）中：為平均波長，單位為m；為波高（是累積頻率為1%），單位為m；為擋水建筑物迎水面的水深，單位為m；為波浪中心線至計算水位的高度，單位為m；為使波浪破碎的臨界水深，單位為m。

（6）地震慣性力。

沿建筑物高度作用于質點i的水平向地震慣性力，采用擬靜力法計算地震效應[5]，按下式計算。

式（9）、式（10）中：為水平向設計加速度，單位為m/s2；為折減系數，取0.25；為集中在質點i的重力；為質點i的動態分布系數；為質點總數；為壩高，單位為m；、分別為質點i、j的高度，單位為m。

自上至下把壩體分成八段計算壩體的地震慣性力。

（7）地震動水壓力。

式（11）中：為水平向設計加速度，單位為m/s2；為折減系數，取0.25；為水的容重，單位為kg/m3；為水深標準值，單位為m。

3.1.3計算結果

白盆珠水庫主壩4#壩段和8#壩段加固后的壩體穩定應力計算結果如表1和表2所示，應力計算結果以壓為正，以拉為負。

4 結語

白盆珠水庫主壩壩基抗滑穩定和應力計算結果表明，在各種水位情況下，壩踵未出現拉應力，壩趾最大壓應力為1.11 MPa，小于混凝土的抗壓強度，沿壩基面的抗滑穩定性均能滿足相關規范的技術要求。

參考文獻

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