盖下坝水电站混凝土椭圆双曲拱坝设计.pdf
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1、水 力 发 电 第 3 7 卷第 2 期 2 0 1 1年 2月 盖 下 坝 水 电 站 混 凝 土 椭 圆 双 曲 拱 坝 设 计 张喜武 ,李润伟 ,王晓丽 ,夏 辉 ,韩 韬 ( 中水东北勘测设 计研 究有 限责任公 司,吉林长春1 3 0 0 2 1 ) 摘要:盖下坝水电站工程拱坝属于典型的窄谷拱坝。在设计过程中,充分考虑窄谷山高、坡陡、河床下切的特点, 根据实际地质地形条件 ,左坝肩采取洞挖形式 ,最大程度减少对坝顶 以上边坡的扰动 。采用厚高 比为 0 1 0 6的椭圆 双 曲拱坝体形 ,减小 了拱坝中心角 ,实现 了既扁叉尽可能薄的扁平化拱坝设计 ,改善拱 端应力条件 ,减少拱坝
2、混凝 土工 程 量 。 关键词 :窄谷拱坝 ;椭 圆双曲拱 坝;拱肩洞挖 ;拱坝扁平化 ;盖下坝水 电站 De s i g n o f El l i p ti c a l Do u b l e - c u r v a t u r e Co n c r e t e Ar c h Da m f o r Ga i x i a b a Hy d r o p o we r S t a ti o n Zha n g Xi wu,L i Ru n we i ,W a n g Xi a o l i ,Xi a Hu i ,Ha n Ta o ( C h i n a Wa t e r N o r t h e a
3、 s t e r n I n v e s t i g a t i o n , D e s i g n& R e s e a r c h C o , L t d , C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 1 , J i l i n , C h i n a ) Abs t r a c t :The Ga i x i a b a Da m i s a t y pi c a l a r c h d a m i n a na r r o w va l l e y Ac c o r di ng t o t h e g e o l o g i c a l a nd t o p o g r
4、a p hi c a l c o n d i t i o n s o f s t e e p s l o p e a n d c o r r a d i n g r i v e r b e d a t d a m s i t e ,t h e l e ft a b u t me n t e x c a v a t i o n w a s d e s i g n e d t o c o n d u c t f r o m t u n n e l t o mi n i mi z e t h e d i s t u r b a n c e t o t h e s l o p e a b o v e
5、t h e d a m c r e s t T h e d e s i g n e d d a m s h a p e w i t h a r a t i o o f t h i c k n e s s t o h e i g h t o f 0 1 0 6 c a n r e d u c e t h e c e n t r a l a n g l e t o a c h i e v e t h e d a m fl a t t e n i n g , a n d c a n i mp r o v e t h e a b u t me n t s t r e s s a n d r e d u
6、 c e c o n c r e t e v o l ume Ke y W o r d s :a r c h d a m i n a n a l T O W v a l l e y ;e l l i p t i c a l d o u b l e c u r v a t u r e a r c h d a m;a b u t me n t e x c a v a t i o n f r o m t u n n e l ;d a m fl a t t e n i n g ; Ga i x i a b a Hy d r o p o w e r S t a t i o n 中图 分 类 号 : T
7、V6 4 2 4 ( 2 71 9) 文献 标 识 码 : A 文章 编 号 : 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 5 0 - 0 4 0 引言 盖 下 坝 水 电 站 大 坝 为 混 凝 土 椭 圆 双 曲 拱 坝 ,最 大 坝 高 1 6 0 O 0 m, 坝 顶 高 程 3 9 4 0 0 n 1 ,坝 轴 线 长 1 5 3 2 i n ,坝顶 中心 线弦 长 1 3 2 5 4 I 1 ,厚高 比 0 1 0 6 。 水 库 总 库 容 3 5 4亿 i n , 电 站 总 装 机 容 量 1 3 2 Mw , 最 大 坝 高 1 6 0 in
8、( 含 垫 座 1 9 1 1 3 ) 。 大 坝 及 泄 水 建 筑 物 为 1级 建 筑 物 , 消 能 建 筑 物 为 3级 建 筑 物 。最 大 泄 量 4 0 9 1 m3 s 盖 下 坝 坝 址 位 于 老 鸭 峡 峡 谷 区 河 谷 狭 窄 ,地 形 陡 峭 。鉴 于 一 般 窄 谷 拱 坝 经 常 存 在 顺 河 向 或 与 河 流 交 角 甚 小 的 陡 倾 角 卸 荷 裂 隙 同 时 考 虑 到 过 大 的 拱 端 上 游 开 挖 会 对 岩 体 造 成 扰 动 在 体 形 设 计 时 应 尽 量 减 小 中 心 角 ,宜 布 置 既 扁 又 尽 可 能 薄 的 扁 平 化
9、 拱 坝 。河 谷 底 部 谷 坡 的 岩 体 尽 量 少 挖 ,并 应 仔 细 研 究 坝 顶 以 上 谷 坡 稳 定 、 岩 体 地 貌 地 质 情 况 ,及 对 拱 圃W a t e r P o w e r V o 1 3 7 N o 2 坝 和 枢 纽 中 其 他 建 筑 物 的 影 响 。 窄 谷 拱 坝 由 于 河 谷 狭 窄 ,泄 洪 水 流 对 水 垫 塘 及 其 边 坡 的 冲 刷 问 题 将 变 得更 加 敏感 ,应适 当调 整泄 洪结 构 形式 ,避免 经 常 性 泄 水 造 成 强 雾 化 、 强 降 雨 、水 流 冲 刷 岸 坡 和 高 陡 岸坡 崩塌 阻塞河 道等
10、问题 。 本 文 结合 盖 下 坝水 电站 设 计 介 绍 盖下 坝 的地 质 条 件 、拱 坝 体 形 设 计 及 优 化 、 高 陡 岸 坡 开 挖 及 处 理 、泄 洪布 置等 ,为窄谷 拱坝设 计及 施工 提供参考 。 1 坝址 区地形地质条件 盖 下 坝 坝 址 谷 底 宽 3 0 in 呈 狭 窄 的“ V” 形 河 谷 ,坝 址 处 无 阶 地 。 设 计 正 常 蓄 水 位 3 9 2 m 处 ,谷 收稿 日期 :2 0 1 0 1 2 0 2 作者简介 :张喜武 ( 1 9 7 6 一 ) ,男,吉林永吉人,工程师 ,主要从 事 水利 水 电 丁程 设 计 第 3 7卷第 2
11、期 张喜武 , 等 : 盖下坝水电站混凝土椭 圆双曲拱坝设计 宽 约 1 4 0 I T I 。原 始 河 道 宽 高 比约 为 l 。 坝 址 两 岸 地 形 高 耸 陡 峻 , 基 岩 裸 露 , 两 岸 谷 坡 坡 度 为 6 0 8 0 。 , 山 体 6 0 0 7 0 0 m 高 程 ,地 面 到 山顶 相 对 高 差 为 1 5 0 300 I D - 。 坝 址 区 出露 的 基 岩 主 要 为 中 薄 层 互 层 状 石 灰 岩 夹 泥 质 白云 岩 和 角 砾 状 灰 岩 。 灰 岩 呈 层 状 构 造 ,岩 质 较 坚 硬 ,抗 风 化 能 力 较 强 。 坝 址 区 节
12、 理 裂 隙 以 岩 层 层 面 裂 隙 为 主 ,极 为 发 育 ,节 理 面 多 较 平 直 光 滑 , 少 数 起 伏 粗 糙 , 分 布 连 续 性 较 差 。 坝 址 区 表 部 岩 体 卸 荷 裂 隙 较 发 育 , 以 坝 址 下 游 侧 最 为 发 育 , 河 谷 以 上 卸 荷 裂 隙 分 布 较 为 连 续 。 自 山顶 向河 谷卸 荷 宽 度逐 渐 变 窄 ,张开 宽 度 一 般 为 0 0 3 0 3 m,局 部 达 0 4 0 6 11 +1 ; 岩 体 水 平 强 卸 荷 带 深 度 一 般 下 部 为 5 8 m, 上 部 为 8 l 2 m。 河 床 坝 基 岩
13、 体 中 等 风 化 带 厚 度 一 般 为 1 0 2 5 m 两 岸 为 2 2 32 IT I 。 2 拱坝体 形设计 2 1 拱 坝体 形设 计理 念 盖 下 坝 坝 址 位 于 老 鸭 峡 峡 谷 区 , 河 谷 狭 窄 , 地 形 陡 峭 ,尤 其 是 左 岸 天 然 岸 坡 角 大 于 8 0 。 ,近 乎 直 立 岸 坡 在 拱 坝 设 计 过 程 中 应 尽 最 大 努 力 减 少 高 边 坡 开 挖 和 支 护 量 , 减 少 工 程 建 设 对 原 生 态 环 境 的 影 响 和 破 坏 。 经 比较 ,左 岸 拱 肩 槽 采 用 窄 槽 开 挖 方 案 , 坝 顶 以
14、上 采 用 洞 挖 方 案 与 上 坝 交 通 洞 相 通 :右 岸 天 然 岸 坡 相 对 较 缓 岩 石 条 件 相 对 左 岸 较 差 右 岸 采 用 宽 槽 开 挖 方 案 ,坝 顶 以 上 采 用 大 开 挖 方 案 。 坝 址 处 无 阶 地 ,河 床 深 切 , 覆 盖 层 厚 3 0 m 左 右 , 在 2 5 3 1 1 1 高 程 以 下 河 床 岩 面 线 宽 约 2 4 m设 计 采 用 2 5 3 0 1T I 高 程 以 下 人 工 回填 垫 座 方 案 。垫 座 高 1 3 IT I 、宽 约2 0 m、 长 约4 5 I n 。 人 T 回 填 垫 座 可 以
15、减 少 大 坝 开 挖 量 ,避 免 施 工 干 扰 , 加 快 施 工 进 度 。 在 进 行 垫 座 开 挖 和 浇 筑 过 程 中 不 影 响 两 边 坝 段 混 凝 土 浇 筑 。 同 时 ,人 工 回 填 垫 座 可 以 解 决 左 岸 坝 肩 由 于 断 层 切 割 引 起 的 坝 肩 稳 定 问 题 , 阻 断 左 岸 2 5 3 13 1高 程 以 下 滑 块 的 滑 动 通 道 。 拱 坝 体 形 优 化 过 程 中 尽 量 减 小 顶 拱 中 心 角 , 实 现 拱 坝 扁 平 化 , 有 利 于 拱 坝 坝 肩 稳 定 , 同 时 可 减 小 左 岸 坝 顶 洞 挖 跨
16、度 ,有 利 于 左 岸 坝 顶 高 陡 边 坡 的 稳 定 。 2 2拱 坝体 形优 化 老 鸭 峡 峡 谷 狭 窄 , 地 形 完 整 ,坝 址 基 岩 为 石 灰 岩 ,属 硬 岩 中硬 岩 ,岩 体 完 整 性 、均 一 性 较 好 , 岩 石 溶 蚀 作 用 轻 微 ,建 筑 物 断 层 少 , 规 模 也 不 大 , 两 岸 坝肩 无 缓倾 角断 层 ,缓倾 角节 理 亦 少 见 ,因此 坝 肩 抗 滑 稳 定 条 件 较 好 , 是 较 好 的 拱 坝 坝 址 。 坝 址 基 岩 岩 质 坚 硬 ,岩 体 风 化 带 和 卸 荷 带 的 厚 度 均 不 大 为 满 足 拱 坝 建
17、 基 面 位 于 弱 风 化 岩 中 下 部 至 微 风 化 岩 上 部 的 要 求 ,将 坝 基 范 同 内 的卸 荷 带 全 部 挖 除 为 了 增 加 左 岸 拱 问 槽 的 边 坡 稳 定 在 平 面 上 采 用 了 窄 式 梯 形 槽 开 挖 。 为 了 减 小 坝 肩 开 挖 平 面 开 口 宽 度 , 同 时 减 小 左 岸 3 9 4 m 高 程 洞 挖 的 跨 度 , 以 减 少 对 坝 顶 以 上 山 体 的 扰 动 ,将 左 岸 3 5 0 3 9 4 1 T I 高 程 拱 端 嵌 入 深 度 减 小 ,其 中 3 9 4 1 3 3高 程 由 原 来 的 嵌 入 1
18、2 6 0 13 1减 小 至 9 7 1 m, 并 将 卸 荷 带 挖 除 。 坝 顶 槽 挖 开 口宽 度 南 原 来 的 2 3 0 8 m 减 小 到 1 4 6 1 m。 左 坝 头 开 挖 平 面 布 置 见 图 l 。 图 1 39 4 0 m 高 程 开 挖 平 面 布 置 拱 坝 体 形 设 计 采 用 拱 坝 分 析 与 优 化 程 序 ( ADAS O) 初 选 体 形 通 常 大 坝 的 工 程 量 主 要 取 决 于 坝 体 混 凝 土 量 ,ADAS O 以 大 坝 的 体 积 作 为 目标 函 数 同 时 将 几 何 约 束 、应 力 约 束 等 作 为 约 束
19、函 数 ,寻 求 理 想 的 拱坝 体形 。 ( 1 ) 几 何 约 束 条 件 。 综 合 考 虑 坝 址 的 地 形 地 质 条件 及 坝体 泄 洪 建 筑 物 的布 置 等要 求 拱 坝体 形 设 计 的 几 何 约 束 条 件 为 : 拱 坝 中 心 线 方 位 为 NW2 9 5 。 3 0 0 0 ” ; 坝 顶 厚 度 6 1 T I ; 坝 体 上 下 游 倒 悬 度 0 3 ( 水 平 比铅 直 ) ; 拱 圈 的 半 中心 角 约 束 5 0 。 ; 拱 圈 的中心 角约束 9 5 。 。 ( 2 ) 应 力 约 束 条 件 。 可 研 设 计 应 力 约 束 按 DI J
20、 T 5 3 4 6 - 2 0 0 6 混 凝 土 拱 坝 设 计 规 范 的 有 关 要 求 进 行 控 制 ,坝 体 应 力( 静 力 ) 控 制 标 准 应 满 足 规 范 要 求 。 2 3拱坝 体 形优化 成 果 我 国 最 近 的研 究 成 果 表 明,从 拱 端 应 力 条 件 出 发 , 窄 谷 拱 坝 采 用 圆 拱 或 椭 圆 拱 比较 好 。 盖 下 坝 水 电 站 窄 谷 拱 坝 采 用 了 混 凝 土 椭 圆 拱 双 曲 拱 坝 坝 形 。 在 体 形 设 计 中 遵 循 应 尽 量 减 小 中 心 角 , 实 现 既 扁 又 尽 可 能 薄 的 扁 平 化 拱 坝
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- 盖下坝 水电站 混凝土 椭圆 拱坝 设计
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