簡(jiǎn)析某水電站碾壓混凝土大壩設(shè)計(jì)

1、<p>　　簡(jiǎn)析某水電站碾壓混凝土大壩設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：因壩址處河谷較寬，壩頂軸線弧線較長(zhǎng)，是目前國內(nèi)弧高比最大的碾壓混凝土拱壩。其兩岸山體地形不對(duì)稱，且受工程調(diào)度運(yùn)用方式特殊性的影響，對(duì)大壩體形設(shè)計(jì)提出了較高的要求。文章介紹了某水電站碾壓混凝土大壩的設(shè)計(jì)思路和一些特點(diǎn)，為壩高突破的碾壓混凝土拱壩的設(shè)計(jì)施工提供一定參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：水電站;碾壓混

2、凝土;大壩設(shè)計(jì) </p><p>　　Abstract: Because of the dam site is located in the valley is wide, the longer axis arc, is currently the largest camber ratio of RCC arch dam. The two sides of topography asymmetry, and pr

3、oject scheduling using special way, put forward a higher request to the dam bodily form design. This paper introduces the design idea of a hydropower station RCC dam and some characteristics, to provide a reference for d

4、esign and construction of RCC arch dam high breakthrough. </p><p>　　Key words: hydropower station; roller compacted concrete dam design; </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>&l

5、t;b>　　1、工程概況 </b></p><p>　　某水電站壩址河床為薄層石灰?guī)r,巖石破碎,巖石中有軟弱頁巖夾層, 對(duì)壩的抗滑穩(wěn)定及變形極為不利,兩岸山體有數(shù)條溶洞,如建127m高拱壩,水庫防滲堵漏、壩基處理難度和建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)都很大,因此,在重新論證該電站建設(shè)規(guī)模時(shí),把水庫正常蓄水位從335m降為282m,壩高由原來127m降為78.5m,電站裝機(jī)容量由160MW變?yōu)?0MW,年發(fā)電量由5.4

6、1×108kW·h 變?yōu)?. 97×108 kW·h。壩址以上流域面積4630km2, 多年平均流量109 m3/s, 水庫正常蓄水位282.00m,水庫總庫容0.49億m3。攔河大壩為碾壓混凝土單曲拱壩,加上墊層的高度,最大壩高為78.5m,壩頂高程288.50m,壩頂弧長(zhǎng)212.60m,壩頂通車寬度6.0m,壩底厚21.2 m, 拱壩厚高比0.27。泄洪建筑物布置在壩頂?shù)闹胁?采用5個(gè)溢流表孔

7、,閘門用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉。靠右岸壩身設(shè)置1個(gè)水庫放空底孔及預(yù)留一個(gè)灌溉孔。采用挑流加“三坎式水墊塘”的消能方式。 </p><p>　　2、體形設(shè)計(jì)與優(yōu)化 </p><p>　　根據(jù)不對(duì)稱寬河谷地形條件下建拱壩的設(shè)計(jì)理念，單曲重力拱壩的拱端推力及拱端變位均小于雙曲拱壩。因此，首先考慮采用單曲重力拱壩形式，但壩踵處的拉應(yīng)力不易滿足規(guī)范要求；之后采取雙曲拱壩體形設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，應(yīng)力得到了很大程度的

8、改善，且體形優(yōu)化調(diào)整的效果好，自由度大。當(dāng)單曲拱壩和雙曲拱壩的體形均調(diào)整至壩體應(yīng)力小于規(guī)范允許應(yīng)力時(shí)，單曲拱壩低水位的拉應(yīng)力范圍較大，壩體工程量較多。從施工條件上比較，單曲拱壩高峰強(qiáng)度較大，資源投入亦較大；從工程投資上看，單曲拱壩比雙曲拱壩增加約13%。故，最終確定選用碾壓混凝土雙曲拱壩。經(jīng)多次優(yōu)化總結(jié)，寬谷拱壩特別需要拱圈剛度，又考慮到兩岸不對(duì)稱的地形特點(diǎn)，技施階段對(duì)雙曲拱壩體形又進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)整， 將中間層拱冠厚度減小，適當(dāng)增加拱端

9、厚度，將拱冠梁適當(dāng)前移，并采用分層擬合的三次拋物線作為曲率半徑方程，減小壩體底部拱的曲率半徑，增強(qiáng)拱作用，增大上部拱的曲率半徑，使拱壩壩體應(yīng)力和拱端推力方向更趨合理。從壩體應(yīng)力計(jì)算成果看，拉應(yīng)力分布范圍減?。惶厥夂奢d組合時(shí)，壩體最大拉應(yīng)力下降了17%，工程量也略有減少。 </p><p><b>　　3、大壩應(yīng)力分析 </b></p><p>　　3.1拱壩的應(yīng)力分析

10、 </p><p>　　拱壩的應(yīng)力、應(yīng)變分析采用拱梁分載法進(jìn)行,分析時(shí)將拱壩分為9拱17梁, 考慮拱梁分載及徑、切、扭三向調(diào)整。工況1的計(jì)算成果為: </p><p>　　(1) 壩體上游面: 主拉應(yīng)力主要分布在拱端,最大拉應(yīng)力為0.737MPa,出現(xiàn)在820m高程左拱端；主壓應(yīng)力以拱冠周圍為較大,其中以拱冠800m高程的4.727MPa為最大。 </p><p>

11、　　(2) 壩體下游面: 主拉應(yīng)力主要分布在拱冠周圍,最大為1.168MPa；主壓應(yīng)力以拱端周圍為最大,但最大主壓應(yīng)力5.117MPa出現(xiàn)在738.5m高程的拱冠。 </p><p>　　(3) 拱壩最大徑向變位為3.02cm, 位于820m 高程。工況2的計(jì)算成果在本文中省略。計(jì)算成果表明, 在基本組合及特殊組合工況下,壩體的應(yīng)力及位移分布規(guī)律合理, 其最大值均在允許范圍內(nèi)。 </p><p

12、>　　3.2重力壩的應(yīng)力分析 </p><p>　　左岸重力壩除自身作為擋水建筑物外,還要作為拱壩左拱端的基礎(chǔ), 故壩體承受的荷載有水荷載、揚(yáng)壓力、自重和拱壩左拱端的推力。由于結(jié)構(gòu)受力的獨(dú)特性及材料力學(xué)法的局限性, 所以采用三維有限元來計(jì)算和分析其應(yīng)力狀態(tài), 計(jì)算范圍包括左岸重力壩及壩基巖體。從計(jì)算結(jié)果看: a.壓應(yīng)力較小(一般為0.5~2.1MPa),但下游面底部角點(diǎn)有2.40MPa的壓應(yīng)力,拱端的壓應(yīng)力

13、達(dá)4.20MPa； b.重力壩中部873~ 850m 高程的下游面及沿岸坡周邊有0.7~1.2MPa的拉應(yīng)力, 而其余部位的拉應(yīng)力均較小。從應(yīng)力水平上看,拉應(yīng)力較低,滿足規(guī)范要求。 </p><p>　　4、大壩基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì) </p><p><b>　　4.1防滲及排水 </b></p><p><b>　　4.1.1 防滲 <

14、;/b></p><p>　　壩體防滲體采用二級(jí)防滲配碾壓混凝土，該種防滲方式施工方便，干擾少，施工質(zhì)量較易保證，是國家“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目最重要的研究成果之一。壩體防滲體頂部高程為3302.0m 采用厚度2.0m，向下逐步加寬，防滲體上游面鉛直為壩體上游面，下游面逐步加寬，在3157.00 m 高程寬度為12m。為了高壩的安全性，在死水位3235.00m 以下還采用LJP 型合成高分子防水涂料作為壩體輔助

15、防滲措施。為壩基滲透穩(wěn)定，在拱壩基礎(chǔ)進(jìn)行帷幕灌漿。在拱壩基礎(chǔ)3240.0m 高程以下高程防滲采用雙排孔灌漿帷幕，在河床中間段帷幕最大深度30m，左岸岸坡段帷幕最大深度80m，右岸岸坡段帷幕最大深度60m。帷幕灌漿孔排距1.5m，孔距2.0 m。在拱壩基礎(chǔ)3240.0 m 高程以上高程防滲采用單排孔灌漿帷幕，左、右岸岸坡段帷幕最大深度60m，灌漿孔孔距2.0m。帷幕灌漿可通過布置在3150.0 m，3195.0m，3240.0m 和328

16、0.0m 高程4層的灌漿平洞和兩壩肩的灌漿平洞內(nèi)進(jìn)行。 </p><p><b>　　4.1.2排水 </b></p><p>　　為及時(shí)降低壩體滲透壓力，排除滲透水流，在壩體內(nèi)設(shè)排水系統(tǒng)。壩體排水管設(shè)在二級(jí)防滲配碾壓混凝土后，設(shè)計(jì)采用無砂混凝土排水管。排水管將壩體排水匯集到基礎(chǔ)灌漿及排水廊道的集水井內(nèi)，用水泵將集水抽排到壩體外。為減小壩基揚(yáng)壓力，提高壩基穩(wěn)定性，在灌

17、漿帷幕后設(shè)置排水孔，排水孔孔距2.0m。在河床中間段排水孔最大孔深20m，在左岸岸坡段排水孔最大孔深50m，在左岸岸坡段排水孔最大孔深40 m。 </p><p><b>　　4.2壩體結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　根據(jù)灌漿、大壩觀測(cè)、排水及交通需要，按照簡(jiǎn)化壩體、集中布置的原則，分別在3150m3195m，3240m和3280m 高程布置4 層多功能水平廊道，

18、在壩內(nèi)設(shè)置2.0m×2.0m 的方形交通豎井與各層水平廊道連同。水平廊道設(shè)置在二級(jí)配防滲碾壓混凝土后，在壩體內(nèi)3195m，3240m 和3280m 高程，其功能為觀測(cè)、排水及交通的洞段，其斷面為2.0m×2.5m，其與壩坡灌漿平洞相連接。3150m 高程和兼顧灌漿功能的洞段，其斷面為3.0m×3.5m。由于壩體較高，考慮在交通豎井內(nèi)設(shè)電梯1部，以方便交通。 </p><p>　　4.

19、3不良地質(zhì)條件處理 </p><p>　　(1) 左岸重力壩基礎(chǔ): 原則上將壩基上的P2w1地層挖除,使重力壩置于弱風(fēng)化P1q+ m厚層灰?guī)r上；對(duì)穿過重力壩基礎(chǔ)的斷層破碎帶進(jìn)行挖槽回填混凝土塞,并進(jìn)行深孔固結(jié)灌漿處理。為提高建基面的抗滑穩(wěn)定安全度,在固結(jié)灌漿孔內(nèi)布置插筋, 并將插筋的外露部分與重力壩基礎(chǔ)墊層混凝土錨固。對(duì)于溶蝕帶部位要加深固結(jié)灌漿孔,先進(jìn)行砂漿回填后再進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。為提高重力壩淺層抗滑穩(wěn)定的安

20、全度,對(duì)靠近拱端位置也要布置鋼筋樁進(jìn)行加固處理。 </p><p>　　(2) 壩基建基面上開挖出現(xiàn)的斷層、溶洞和溶蝕帶,需作掏槽開挖并回填混凝土(塞),然后進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。對(duì)于斷層與防滲帷幕相交處,可加強(qiáng)帷幕灌漿和固結(jié)灌漿,必要時(shí)可局部加大混凝土塞的深度和加深固結(jié)灌漿的孔深。 </p><p>　　(3) f3 斷層: 該斷層穿過右岸拱端,為了減小f3斷層對(duì)右拱端基礎(chǔ)壓縮變形的影響,在

21、818m高程帷幕灌漿隧洞內(nèi)沿f3斷層在拱端70m范圍內(nèi)布置施工支洞, 沿?cái)鄬悠扑閹?、下分別進(jìn)行孔深約30m的深孔固結(jié)灌漿處理,以減小拱端推力作用對(duì)壩肩基礎(chǔ)的壓縮變形。 </p><p><b>　　4.4溫控設(shè)計(jì) </b></p><p>　　根據(jù)壩址處的水文氣象條件和工程進(jìn)度目標(biāo)的安排,碾壓混凝土設(shè)計(jì)安排在10月份至次年4月份期間施工,合理安排施工計(jì)劃與澆筑強(qiáng)度,

22、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。不需采取特殊溫控措施。某水電站碾壓混凝土拱壩設(shè)計(jì)允許和施工實(shí)際發(fā)生的碾壓混凝土各月最高澆筑溫度見表1。 </p><p>　　表1 某水電站拱壩碾壓混凝土澆筑溫度表 </p><p><b>　　5、溫控措施 </b></p><p>　　(1) 采用中低熱水泥, 高摻粉煤灰(二級(jí)配摻55% ,三級(jí)配摻60%),盡可能地降低碾壓混凝土

23、絕熱溫升。 </p><p>　　(2) 采用水溫介于7~23e的右岸下游地下河水拌合混凝土。 </p><p>　　(3) 已碾壓完成或暫停碾壓的壩體采用遮陽麻袋布及時(shí)覆蓋,并勤于噴水養(yǎng)護(hù), 以免太陽暴曬,保持倉面濕潤(rùn)。 </p><p>　　(4) 壩體設(shè)計(jì)未布置有埋設(shè)冷卻水管和混凝土未摻有MgO。 </p><p><b>　

24、　6、結(jié)語 </b></p><p>　　碾壓混凝土拱壩采用通倉澆筑薄層上升,與常態(tài)混凝土相比,在南方山區(qū)中小型大壩的溫控方面有簡(jiǎn)單處置的適用優(yōu)勢(shì),不用摻MgO,傳統(tǒng)的骨料風(fēng)冷或水冷和埋設(shè)冷卻水管均可取消,只需相應(yīng)做好大壩混凝土施工時(shí)段的合理安排,優(yōu)化的混凝土配合比設(shè)計(jì)和科學(xué)養(yǎng)護(hù),能取消專門溫控設(shè)施。某水電站碾壓混凝土拱壩嘗試成功,豐富了碾壓混凝土拱壩在我國南方建壩實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 </p>