柏叶口水库面板堆石坝趾板结构设计
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
成的。根据常规做法，趾板体型设计一般采用“X”线作为趾板 基准线，“X”线为面板底面延伸至趾板底面上所得的交线。趾
δ
②
z
α
①
Xx
③
5m
④ L1
板基准线供趾板施工使用（该线常用于趾板开挖）。趾板施工 完毕后，起作用的是面板基准线“Z”线，“Z”线是面板底面与 趾板下游斜面的交线（见图 1），面板按此基准线施工，此用于 趾板的模板架设和止水定位。但在狭窄河谷地区的面板堆石 坝的趾板轴线与河谷中心线的交角一般都较小，甚至会出现 “X”线超出趾板区以外的情况，不便于施工定线。为此本工程 趾板定线以“Z”线定线。
根据地形、地质条件确定各段趾板的“Z”线转角点，结合 坝顶防浪墙的布置，“Z“线起始高程比趾板底面最低高程高 84.50 m，河床段“Z”线高程高于趾板底面高 1.0 m. 1.2 趾板宽度的确定
趾板采取“5.0+L1”的布置方式（图 1）。为满足多排帷幕 灌浆施工要求趾板开挖宽度均为 5.0 m，根据水头大小确定 挂网喷混凝土区防渗所需渗径大小 L1. 这样可使开挖宽度尽 可能小，减小因趾板开挖而引起的边坡开挖量。 1.3 趾板厚度的确定
在完成解析几何求解的同时，又采用 CAD 中的三维空 间作图法进行了校核。经验证比较上述公式是正确的。
（下转第 94 页）
第 4 期（总第 182 期） 2011 年 11 月
山西水利科技 SHANXI HYDROTECHNICS
No.4（Total No.182） Nov.2011
3.5 切实做好监督保护工作，控制人为水土流失 近年来，全市各级水保部门依法履行职责。从 1995 年
赵琦彦：柏叶口水库面板堆石坝趾板结构设计
No.4（Total No.182） Nov.2011
行固结和帷幕灌浆处理。沿趾板中部布置单排帷幕灌浆，孔 距为 2 m，河床段深入基岩 50 m，两岸深入基岩 30 m，左岸帷 幕灌浆沿溢洪道底板向外延伸 30 m，右岸坝头帷幕灌浆沿坝 轴线向外延伸 30 m.沿趾板帷幕上下游侧各布置一排固结灌 浆，灌浆深度 10 m，梅花形布置，孔距为 3 m.对横穿趾板的节 理密集带 20 m 宽范围内帷幕灌浆进行了局部加密，布置 3 排帷幕灌浆。
key wods：harmonious Jincheng soil-water conservancy Jincheng City
①趾板；②面板；③基岩；④挂网喷混凝土 图 1 趾板断面图
2 趾板地基处理 为提高基岩的整体性和抗渗能力，对趾板的岩石地基进
［收稿日期］2011-07-15 ［修回日期］2011-08-26 ［作者简介］赵琦彦，男，1978 年生，2008 年获兰州交通大学硕士学位，工程师。
·3·
第 4 期（总第 182 期） 2011 年 11 月
晋城市水土保持工作经过多年的努力已经取得较大的 收获，但是，也应清醒地看到，随着经济社会的快速发展，挖
煤、开矿、冶炼、修路等造成的水土流失十分严重，保护生态 环境的任务十分艰巨。因此，必须继续加大水保监督保护工 作，加大水保监测网络与信息系统建设，综合运用行政、法律 和经济的手段，加强对现有植被和治理成果的保护，突出抓 好开发建设项目水土保持“三同时”制度的落实。
坝轴线走向为 N63.23°E，坝顶宽 10 m，坝顶长 310 m，从 河床中趾板底面最低高程算起最大坝高 88.3 m. 坝坡的选择 是根据已建工程采用类比法确定的，上下游坝坡均为 1：1.4.
本工程在设计中进行了全面的优化，同时对趾板结构设 计进行了新的探讨。
1 趾板结构设计
1.1 趾板定线 趾板的定线也就是基准线的定线，是由一系列的直线组
TIAN Yin-e AN Lin-Ping
Abstract：Constructing harmonious Jincheng City is the unremittingly pursued construction target in recent years.But there are few of people study what relation that exists between constructing harmonious Jincheng City and soil-water conservancy.Proceeding from the present situation of Jincheng’s soil-water conservancy,the paper analyzes the damage of soil -water conservancy on construcing harmonious Jincheng,comfirms certain achieve－ ments that have been abtained on Jincheng’s soil-water conservancy job,discusses the effect to promote harmo－ nious Jincheng construction due to strengthening soil -water conservancy ecology construction,thereby indicates the dialectical relationship between the construction harmonious Jincheng and soil-water conservancy construc－ tion.
第 4 期（总第 182 期） 2011 年 11 月
1006-8139（2011）04-03-02
山西水利科技 SHANXI HYDROTECHNICS
No.4（Total No.182） Nov.2011
柏叶口水库面板堆石坝趾板结构设计
赵琦彦
（山西省水利水电勘测设计研究院 太原 030024）
摘 要：叙述了柏叶口水库混凝土面板堆石坝的趾板结构设计，并且通过三维几何的方法推
HI= mn 姨n2- m2
cos∠AIH= m 姨1+n2 n 姨1+m2
因此得到 α 角与 θ 角的函数关系：
cosα= m 姨1+n2 n 姨1+m2
sinθ= m n
当 θ→0 时，n→∞，cosα= m ，趾板位于河床段， 姨1+m2
面板底线的仰角等于大坝的倾角；当 θ→90°时，n→m， cosα=1，此时趾板线垂直于坝轴线，趾板面与面板平行。此公 式比《混凝土面板堆石坝》（曹克明，汪易森，徐建军，刘斯宏 著）一书中的公式[1]更为简单。
趾板厚度 δ，考虑了满足自身稳定、满足固结和帷幕灌浆 盖重、满足温度应力及施工多方面要求，按薄趾板设计。根据 坝址区地质条件，河床段趾板的建基面落至微风化的顶线高 程。经计算趾板厚度定位 0.6 m. 1.4 趾板布置
趾板布置分河床和岸坡两种情况，趾板基础面布置形式 为：河床段为水平布置；岸坡段为便于趾板施工、钻孔及灌浆 的机械化施工要求，在平面上趾板的水平方向与它的基准线 垂直。趾板纵缝采用连续、不设永久缝的布置方式，可减少伸 缩缝中的止水与周边缝止水连接的施工难度。为防止连续趾 板施工期间出现施工裂缝，采取跳块浇筑的施工方法，跳块 间经施工缝处理后浇筑低热微膨胀混凝土。
起，出台了《晋城市水土保持预防监督管理实施办法》等 10 余部规范性文件，同时初步建立起以市水土保持监督总站为 龙头的市、县、乡三级水保监督执法网络，全市共有专、兼职 水保监督执法人员 156 人。十余年来，水保执法人员大力开 展了水土保持法律法规的宣传活动，加大了水保规费征缴力 度，成立了水保监督监察总站，在重点企业和重点工矿区及 重点治理区设立监测点，为水保生态建设提供了良好的发展 环境。
导了趾板线与面板倾角的函数关系，同时与采用 CAD 的三维空间作图法结果进行校核，验
证了公式的正确性。
关键词：柏叶口水库；混凝土面板堆石坝；趾Байду номын сангаас；基准线
中图分类号：TV222
文献标识码：B
柏叶口水库混凝土面板堆石坝方案枢纽主要建筑物由 大坝、溢洪道、泄洪发电洞、发电站等组成。工程区位于文峪 河中上游，大部分河谷较为开阔，坝址区河谷底宽约 120 m， 河谷断面呈“U”型。两岸群山连绵，沟谷发育。坝址区岸坡陡 峻，河谷两岸冲沟切割较深。区内大面积出露下太古界界河 口群变质岩，岩性以混合花岗岩、变粒岩为主。逯家岩村以北 出露岩浆岩，岩性为花岗岩。河床覆盖层主要为卵石混合土、 混合土卵石层。
坝轴线
1∶m
θ=90° n=m 1∶n
θ
θ=0 图 2 趾板定线平面图
建立“Z”线与面板底面（上游坝坡面）的三维几何图（如 图 3）。假设□ABDC 为面板底面所在平面，即大坝上游坝坡 面。线 BC 为某一岸坡段趾板“Z“线，其在水平面上的投影为 BE。□OBDE 为水平面，□AOEC 为垂面。上游坝坡的坡度为 1：m，“Z”线坡度为 1：n，其与坝轴线的水平夹角为 θ。坝轴 线∥AC∥BD，则∠DBE=θ.
∴AG= 姨n2- m2 ；AH= 姨1+n2- m2
姨1+n2- m2
姨n2- m2
同理△BAC∽△BFA∽△ABI，
∴AF= AC ×AB= 姨n2- m2 × 姨1+m2
BC
姨1+n2
AI= BC ×AB= 姨1+m2 × 姨1+n2 ；
AC
姨n2- m2
∵AH⊥△BOC ，FG 位于△BOC 内，∴AH⊥FG，即 AG⊥
FG，△AGF 是直角三角形，
∴cos∠FAG= AG =
姨1+n2
=cos∠HAI；
AF 姨1+n2- m2 × 姨1+m2
在△HAI 中，根据余弦定理有：
HI 2=AI 2+AH 2- 2·AI·AH·cos∠HAI
AH 2=AI 2+HI 2- 2·AI·HI·cos∠AIH
两个方程联立求解得：
C
1
E
n
F
α
D
I
θ
A G1 HO
m B
图 3 三维几何图
令 CE=AO=1，则根据坡度的关系可知，BE=n，BO=m； 过 A 作线 AF⊥BC，AG⊥CO，AF 的延长线与 BD 交于 I 点，AG 的延长线与 OE 交于 H 点。 ∵BO⊥□AOEC，AH 位于□AOEC 内，∴ AH⊥BO； 又 ∵AH⊥CO，∴ AH⊥△BOC，∴AH⊥BC；
3 趾板体型的关键几何关系
趾板布置方式有三种方案：趾板面等高线垂直于趾板定 线（本工程为“Z”线），即平趾板方案；趾板面等高线垂直坝轴 线的斜趾板方案；趾板面等高线适应开挖后岩面的斜趾板方 案。本工程采用平趾板方案。
面板堆石坝的趾板为一空间结构，在进行趾板结构设 计时，结构控制点较多，一般采用解析几何求解控制点坐 标。垂直于“Z“线的趾板断面与面板交线的仰角是 α（见图 1），“Z”的水平投影与趾板坝轴线的夹角是 θ 角（见图 2），α 角是随 θ 变化的，对此我们专门做了公式推导。α 与 θ 角的 关系推导如下：
·4·
又 ∵AI⊥BC，∴BC⊥△AIH.
根据前面的定义“垂直于“Z”线的趾板剖面与面板交线
的仰角是 α”，可知∠AIH=α.现在已知的条件是为 AO=1， BO=m，BE=n，求∠AIH.
根据勾股定理很容易求得
AB=姨1+m2 ，BC=姨1+n2
AC=姨n2- m2 ，CO=姨1+n2- m2 . ∵△AGO∽△OAC∽△AOH， ∴AG/AC=AO/CO，AH/AO=CO/AC
趾板岸坡一般是变化的，根据不同岸坡不同的 θ 角求出 与之相对应面板底线的仰角 α 角，再考虑到面板厚度和填筑 厚度的要求以及趾板上帷幕灌浆最小工作尺寸要求等因素 即可定出趾板的断面结构尺寸。因为此断面（图 1）与基准线 （图 2、图 3）是垂直关系，在基准线控制坐标和趾板断面形式 已定的情况下，据上述几何关系，趾板断面上各点的坐标也 就定了下来。
4 结论
晋城市水土保持工作经过多年的努力已经取得较大的 收获，但是距离和谐晋城生态建设的目标还有一定的差距， 这就要求全市加强水土保持生态环境建设促进生态和谐， 为实现全面协调可持续发展这个全社会的共同责任，不懈 努力。
On the Relation between Construting Harmonious Jincheng City and soil water Conservancy
δ
②
z
α
①
Xx
③
5m
④ L1
板基准线供趾板施工使用（该线常用于趾板开挖）。趾板施工 完毕后，起作用的是面板基准线“Z”线，“Z”线是面板底面与 趾板下游斜面的交线（见图 1），面板按此基准线施工，此用于 趾板的模板架设和止水定位。但在狭窄河谷地区的面板堆石 坝的趾板轴线与河谷中心线的交角一般都较小，甚至会出现 “X”线超出趾板区以外的情况，不便于施工定线。为此本工程 趾板定线以“Z”线定线。
根据地形、地质条件确定各段趾板的“Z”线转角点，结合 坝顶防浪墙的布置，“Z“线起始高程比趾板底面最低高程高 84.50 m，河床段“Z”线高程高于趾板底面高 1.0 m. 1.2 趾板宽度的确定
趾板采取“5.0+L1”的布置方式（图 1）。为满足多排帷幕 灌浆施工要求趾板开挖宽度均为 5.0 m，根据水头大小确定 挂网喷混凝土区防渗所需渗径大小 L1. 这样可使开挖宽度尽 可能小，减小因趾板开挖而引起的边坡开挖量。 1.3 趾板厚度的确定
在完成解析几何求解的同时，又采用 CAD 中的三维空 间作图法进行了校核。经验证比较上述公式是正确的。
（下转第 94 页）
第 4 期（总第 182 期） 2011 年 11 月
山西水利科技 SHANXI HYDROTECHNICS
No.4（Total No.182） Nov.2011
3.5 切实做好监督保护工作，控制人为水土流失 近年来，全市各级水保部门依法履行职责。从 1995 年
赵琦彦：柏叶口水库面板堆石坝趾板结构设计
No.4（Total No.182） Nov.2011
行固结和帷幕灌浆处理。沿趾板中部布置单排帷幕灌浆，孔 距为 2 m，河床段深入基岩 50 m，两岸深入基岩 30 m，左岸帷 幕灌浆沿溢洪道底板向外延伸 30 m，右岸坝头帷幕灌浆沿坝 轴线向外延伸 30 m.沿趾板帷幕上下游侧各布置一排固结灌 浆，灌浆深度 10 m，梅花形布置，孔距为 3 m.对横穿趾板的节 理密集带 20 m 宽范围内帷幕灌浆进行了局部加密，布置 3 排帷幕灌浆。
key wods：harmonious Jincheng soil-water conservancy Jincheng City
①趾板；②面板；③基岩；④挂网喷混凝土 图 1 趾板断面图
2 趾板地基处理 为提高基岩的整体性和抗渗能力，对趾板的岩石地基进
［收稿日期］2011-07-15 ［修回日期］2011-08-26 ［作者简介］赵琦彦，男，1978 年生，2008 年获兰州交通大学硕士学位，工程师。
·3·
第 4 期（总第 182 期） 2011 年 11 月
晋城市水土保持工作经过多年的努力已经取得较大的 收获，但是，也应清醒地看到，随着经济社会的快速发展，挖
煤、开矿、冶炼、修路等造成的水土流失十分严重，保护生态 环境的任务十分艰巨。因此，必须继续加大水保监督保护工 作，加大水保监测网络与信息系统建设，综合运用行政、法律 和经济的手段，加强对现有植被和治理成果的保护，突出抓 好开发建设项目水土保持“三同时”制度的落实。
坝轴线走向为 N63.23°E，坝顶宽 10 m，坝顶长 310 m，从 河床中趾板底面最低高程算起最大坝高 88.3 m. 坝坡的选择 是根据已建工程采用类比法确定的，上下游坝坡均为 1：1.4.
本工程在设计中进行了全面的优化，同时对趾板结构设 计进行了新的探讨。
1 趾板结构设计
1.1 趾板定线 趾板的定线也就是基准线的定线，是由一系列的直线组
TIAN Yin-e AN Lin-Ping
Abstract：Constructing harmonious Jincheng City is the unremittingly pursued construction target in recent years.But there are few of people study what relation that exists between constructing harmonious Jincheng City and soil-water conservancy.Proceeding from the present situation of Jincheng’s soil-water conservancy,the paper analyzes the damage of soil -water conservancy on construcing harmonious Jincheng,comfirms certain achieve－ ments that have been abtained on Jincheng’s soil-water conservancy job,discusses the effect to promote harmo－ nious Jincheng construction due to strengthening soil -water conservancy ecology construction,thereby indicates the dialectical relationship between the construction harmonious Jincheng and soil-water conservancy construc－ tion.
第 4 期（总第 182 期） 2011 年 11 月
1006-8139（2011）04-03-02
山西水利科技 SHANXI HYDROTECHNICS
No.4（Total No.182） Nov.2011
柏叶口水库面板堆石坝趾板结构设计
赵琦彦
（山西省水利水电勘测设计研究院 太原 030024）
摘 要：叙述了柏叶口水库混凝土面板堆石坝的趾板结构设计，并且通过三维几何的方法推
HI= mn 姨n2- m2
cos∠AIH= m 姨1+n2 n 姨1+m2
因此得到 α 角与 θ 角的函数关系：
cosα= m 姨1+n2 n 姨1+m2
sinθ= m n
当 θ→0 时，n→∞，cosα= m ，趾板位于河床段， 姨1+m2
面板底线的仰角等于大坝的倾角；当 θ→90°时，n→m， cosα=1，此时趾板线垂直于坝轴线，趾板面与面板平行。此公 式比《混凝土面板堆石坝》（曹克明，汪易森，徐建军，刘斯宏 著）一书中的公式[1]更为简单。
趾板厚度 δ，考虑了满足自身稳定、满足固结和帷幕灌浆 盖重、满足温度应力及施工多方面要求，按薄趾板设计。根据 坝址区地质条件，河床段趾板的建基面落至微风化的顶线高 程。经计算趾板厚度定位 0.6 m. 1.4 趾板布置
趾板布置分河床和岸坡两种情况，趾板基础面布置形式 为：河床段为水平布置；岸坡段为便于趾板施工、钻孔及灌浆 的机械化施工要求，在平面上趾板的水平方向与它的基准线 垂直。趾板纵缝采用连续、不设永久缝的布置方式，可减少伸 缩缝中的止水与周边缝止水连接的施工难度。为防止连续趾 板施工期间出现施工裂缝，采取跳块浇筑的施工方法，跳块 间经施工缝处理后浇筑低热微膨胀混凝土。
起，出台了《晋城市水土保持预防监督管理实施办法》等 10 余部规范性文件，同时初步建立起以市水土保持监督总站为 龙头的市、县、乡三级水保监督执法网络，全市共有专、兼职 水保监督执法人员 156 人。十余年来，水保执法人员大力开 展了水土保持法律法规的宣传活动，加大了水保规费征缴力 度，成立了水保监督监察总站，在重点企业和重点工矿区及 重点治理区设立监测点，为水保生态建设提供了良好的发展 环境。
导了趾板线与面板倾角的函数关系，同时与采用 CAD 的三维空间作图法结果进行校核，验
证了公式的正确性。
关键词：柏叶口水库；混凝土面板堆石坝；趾Байду номын сангаас；基准线
中图分类号：TV222
文献标识码：B
柏叶口水库混凝土面板堆石坝方案枢纽主要建筑物由 大坝、溢洪道、泄洪发电洞、发电站等组成。工程区位于文峪 河中上游，大部分河谷较为开阔，坝址区河谷底宽约 120 m， 河谷断面呈“U”型。两岸群山连绵，沟谷发育。坝址区岸坡陡 峻，河谷两岸冲沟切割较深。区内大面积出露下太古界界河 口群变质岩，岩性以混合花岗岩、变粒岩为主。逯家岩村以北 出露岩浆岩，岩性为花岗岩。河床覆盖层主要为卵石混合土、 混合土卵石层。
坝轴线
1∶m
θ=90° n=m 1∶n
θ
θ=0 图 2 趾板定线平面图
建立“Z”线与面板底面（上游坝坡面）的三维几何图（如 图 3）。假设□ABDC 为面板底面所在平面，即大坝上游坝坡 面。线 BC 为某一岸坡段趾板“Z“线，其在水平面上的投影为 BE。□OBDE 为水平面，□AOEC 为垂面。上游坝坡的坡度为 1：m，“Z”线坡度为 1：n，其与坝轴线的水平夹角为 θ。坝轴 线∥AC∥BD，则∠DBE=θ.
∴AG= 姨n2- m2 ；AH= 姨1+n2- m2
姨1+n2- m2
姨n2- m2
同理△BAC∽△BFA∽△ABI，
∴AF= AC ×AB= 姨n2- m2 × 姨1+m2
BC
姨1+n2
AI= BC ×AB= 姨1+m2 × 姨1+n2 ；
AC
姨n2- m2
∵AH⊥△BOC ，FG 位于△BOC 内，∴AH⊥FG，即 AG⊥
FG，△AGF 是直角三角形，
∴cos∠FAG= AG =
姨1+n2
=cos∠HAI；
AF 姨1+n2- m2 × 姨1+m2
在△HAI 中，根据余弦定理有：
HI 2=AI 2+AH 2- 2·AI·AH·cos∠HAI
AH 2=AI 2+HI 2- 2·AI·HI·cos∠AIH
两个方程联立求解得：
C
1
E
n
F
α
D
I
θ
A G1 HO
m B
图 3 三维几何图
令 CE=AO=1，则根据坡度的关系可知，BE=n，BO=m； 过 A 作线 AF⊥BC，AG⊥CO，AF 的延长线与 BD 交于 I 点，AG 的延长线与 OE 交于 H 点。 ∵BO⊥□AOEC，AH 位于□AOEC 内，∴ AH⊥BO； 又 ∵AH⊥CO，∴ AH⊥△BOC，∴AH⊥BC；
3 趾板体型的关键几何关系
趾板布置方式有三种方案：趾板面等高线垂直于趾板定 线（本工程为“Z”线），即平趾板方案；趾板面等高线垂直坝轴 线的斜趾板方案；趾板面等高线适应开挖后岩面的斜趾板方 案。本工程采用平趾板方案。
面板堆石坝的趾板为一空间结构，在进行趾板结构设 计时，结构控制点较多，一般采用解析几何求解控制点坐 标。垂直于“Z“线的趾板断面与面板交线的仰角是 α（见图 1），“Z”的水平投影与趾板坝轴线的夹角是 θ 角（见图 2），α 角是随 θ 变化的，对此我们专门做了公式推导。α 与 θ 角的 关系推导如下：
·4·
又 ∵AI⊥BC，∴BC⊥△AIH.
根据前面的定义“垂直于“Z”线的趾板剖面与面板交线
的仰角是 α”，可知∠AIH=α.现在已知的条件是为 AO=1， BO=m，BE=n，求∠AIH.
根据勾股定理很容易求得
AB=姨1+m2 ，BC=姨1+n2
AC=姨n2- m2 ，CO=姨1+n2- m2 . ∵△AGO∽△OAC∽△AOH， ∴AG/AC=AO/CO，AH/AO=CO/AC
趾板岸坡一般是变化的，根据不同岸坡不同的 θ 角求出 与之相对应面板底线的仰角 α 角，再考虑到面板厚度和填筑 厚度的要求以及趾板上帷幕灌浆最小工作尺寸要求等因素 即可定出趾板的断面结构尺寸。因为此断面（图 1）与基准线 （图 2、图 3）是垂直关系，在基准线控制坐标和趾板断面形式 已定的情况下，据上述几何关系，趾板断面上各点的坐标也 就定了下来。
4 结论
晋城市水土保持工作经过多年的努力已经取得较大的 收获，但是距离和谐晋城生态建设的目标还有一定的差距， 这就要求全市加强水土保持生态环境建设促进生态和谐， 为实现全面协调可持续发展这个全社会的共同责任，不懈 努力。
On the Relation between Construting Harmonious Jincheng City and soil water Conservancy