天花板碾压混凝土拱坝设计特点.pdf
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1、水 力 发 电 第 3 7 卷第 6 期 2 0 1 1 年 6月 天 花 板 碾 压 混 凝 土 拱 坝 设 计 特 点 苏 岩 ,王毅呜 ,林健 勇 ( 中国水 电顾 问集 团北京勘测设计研 究院,北京 1 0 0 0 2 4 ) 摘要 :天花板水 电站大坝采 用碾压混凝土双曲拱 坝,坝高 1 0 7 m。设计 中根据地形地质条件 ,确定了首部 枢纽布 置及坝型、两坝肩开挖方式及坝基建基面高程 ,采用了有利 于施工的拱坝结构分缝形式和布置,选择 了先进的混凝 土配合 比和大坝防渗形式 ,保证 了拱坝施工质量和进度 ,降低 了工程投资 ,保证 了工程的顺利进行。 关 键 词 :碾 压 混凝
2、土 拱 坝 ;设 计 ;天 花板 水 电 站 F e a t u r e s o f Ti a n h u a b a n RCC Ar c h Da m De s i g n S u Ya n , Wa n g Yi mi n g , L i n J i a n y o n g ( H y d r o C h i n a B e i j i n g E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n , B e i j i n g 1 0 0 0 2 4 , C h i n a ) A b s t r ac t : T he T i a n h ua b
3、a n Da m is a r o l l e r c o m p a c t e d c o n c r e t e do ubl e c ur v a t u r e a r ch d a m wi t h a he i g h t o f 1 07 m Ac c o r d i n g t o t h e t o p o g r a p h i c a n d g e o l o g i c c o n d i t i o n s , t h e l a y o u t o f h e a d r a c e s t r u c t u r e a n d d a m t y p e ,
4、 t h e e x c a v a t i n g me t h o d s o f t w o a b u t m e n t s a n d t h e e l e v a t i o n o f d a m f o u n d a t i o n i n t e r f a c e a r e d e t e r m i n e d , t h e s t r u c t u r e j o i n t t y p e a n d l a y o u t b e i n g c o n d u c i v e t o d a m c o n s t r u c t i o n a r
5、e a d o p t e d a n d t h e a d v a n c e d c o n c r e t e mi x p r o p o r t i o n a n d s e e p a g e c o n t r o l a r e a l s o s e l e c t e d i n t h e d e s i g n o f D a mT h e d e s i g n o f T i a n h u a b a n Da m g u a r a n t e e s t h e c o n s t ru c t i o n q u a l i t y a n d s c
6、h e d u l e ,r e d u c e s t h e i n v e s t me n t a n d e n s u r e s t h e s mo o t h p r o g r e s s o f p r o j e c t Ke y W o r d s : RC C arc h d a m; d e s i g n ; T i a n h u a b a n Hy d r o p o w e r S t a t i o n 中图分 类 号 : T v6 4 2 2 ( 2 7 4) ;T V 6 4 2 4 文献 标 识码 : A 文 章编 号 : 0 5 5 9 9 3
7、 4 2 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 0 0 6 - 0 3 1 工程概况 天 花 板 水 电 站 位 于 云 南 省 昭 通 市 境 内 ,是 金 沙 江 一 级 支 流 牛 栏 江 梯 级 开 发 的第 七 级 坝 址 距 昭 通 市 8 0 k m厂 址 位 于 坝 址 下 游 约 3 3 k m 处 ,是 一 座 以发 电为 主 的 水 电工 程 。 坝 址 位 于 天 花 板 峡 谷 进 口 段 两 岸 地 形 陡 峻 平 均 坡 度 为 6 0 0 8 0 。 , 河 谷 呈“ U” 形 。 坝 址 基 岩 为 震 旦 系 东 龙 潭 组 粉 晶 白 云 岩 和 富 藻 粉
8、 晶 白 云 岩 , 岩 层 平 缓 ,倾 向 上 游 ,单 轴 饱 和 抗 压 强 度 3 6 7 0 MP a , 为 中 硬 岩 。 右 坝 肩 主 要 发 育 有 陡 倾 角 断 层 f 1 、f 1 , 对 抗 滑 稳 定 有 不 利 影 响 需 进 行 工 程 处 理 :左 坝 肩 主要 为 顺 河 向 垂 直 裂 隙 ,需 作 处 理 。 天 花 板 峡 谷 具 有 良好 的修 建 拱 坝 的 地 形 地 质 条 件 。 天 花 板 水 库 正 常 蓄 水 位1 0 7 1 0 0 I T I , 死 水 位 1 0 5 0 0 0 m。水 库 总 库 容 0 7 8 7亿 n
9、l , ,最 大 设 计 坝 高 1 0 7 0 m。 电 站 总 装 机 容 量 1 8 0 Mw ,保 证 出力 4 3 5 MW ,多 年 平 均 年 发 电 量 8 2 9 5亿 k W h,年 利 用 小 时 数 4 6 0 8 h 。 天 花 板 水 电 站 主要 由碾 压 混 凝 土 圈W a t e r P o w e r V o 1 3 7 N o 6 拱 坝 、右 岸 引 水 隧 洞 及 地 面 发 电 厂 房 等 建 筑 物 组 成 。 工 程为 二 三 等 中型工 程 主要 建 筑 物按 3级 建筑 物 设 计 ,坝 址 区地 震 基 本 烈 度 为 度 。 工 程 于
10、 2 0 0 4年 开 展 前 期 设 计 工 作 2 0 0 7年 1 2 月 3 0 日实 现 大 江 截 流 2 0 1 1年 2月 底 首 台机 组 并 网 发 电 。 2 采用适应地形条件的坝型 天 花 板 水 电 站 坝 址 处 河 床 狭 窄 呈“ U” 形, 河 面 宽 3 0 4 0 m,正 常蓄 水 位 河 谷 宽 约 1 1 0 m,两 岸 山体 雄 厚 ,岸 坡 陡 峻 ,无 适 合 布 置 溢 洪 道 的 地 形 条 件 。 两 岸 岩 性 为 白 云 岩 ,岩 层 平 缓 , 倾 向 上 游 , 岩 石条件 好 ,适 合修建 拱坝 。但 由于温控 和抗裂 要求 ,
11、传 统 的 常 态 混 凝 土 拱 坝 需 分 块 跳 仓 浇 筑 ,其 施 工 分 缝 、封 拱 灌 浆 、 温 控 措 施 均 较 为 复 杂 ,难 以 加 快 施 收稿 日期 :2 0 1 1 - 0 4 一 l 1 作者简介 :苏岩( 1 9 6 3 一 ) ,女 ,陕西成阳人 ,教授级高工 ,天花 板项 目经理兼设总,主要从事水利水 电工程设计 第 3 7 卷第 6期 苏岩 , 等: 天花板碾压混凝土拱坝设计特点 工 进 度 , 而 碾 压 混 凝 土 拱 坝 具 有 施 工 速 度 快 、水 泥 用 量 少 、 水 化 热 温 升 低 、施 工 工 艺 简 单 等 特 点 对 于
12、百 米 级 的 大 坝 也 有 许 多 实 践 经 验 , 因 此 ,天 花 板 大 坝 采 用 碾 压 混 凝 土 双 曲 拱 坝 坝 型 根 据 坝 址 处 地 形 地 质 条 件 ,选 择 抛 物 线 、椭 圆 、 对 数 螺 旋 线 3种 拱 坝 拱 圈 形 式 进 行 了 比选 虽 然 在 满 足 规 范 要 求 的 应 力 控 制 标 准 的 前 提 下 ,对 数 螺 旋 线 和 椭 网 拱 坝 的 满 应 力 水 平 较 高 ,工 程 量 小 设 计 比 较 先 进 ,但 考 虑 天 花 板 坝 址 两 坝 肩 持 力 岩 体 不 甚 雄 厚 ,尤 其左 坝 肩 下游 侧 卸 荷
13、 裂 隙较 发育 、地 形 呈 倒 喇 叭 形 为 使 拱 端 推 力 更 好 地 向 山 里 偏 转 , 使 坝 肩 获 得 更 好 的 稳 定 性 和 不 敏 感 性 ,应 当 力 求 使 拱 形 扁 平 化 , 使 拱 端 推 力 角 小 一 些 。 由 计 算 可 知 , 抛 物 线 拱 坝 左 坝 肩 推 力 角 要 小 一 些 ,坝 肩 抗 滑 稳 定 性 能 最 好 ,安 全 储 备 较 大 ,且 抗 震 性 较 好 , 冈 此 天 花 板 拱 坝 拱 形 选 择 抛 物 线 拱 。 天 花 板 拱 坝 的 体 形 为 抛 物 线 型 双 曲拱 坝 ,最 大 坝 高 1 0 7
14、0 m,坝 顶 高 程 l 0 7 6 8 0 m, 最 低 建 基 面 高 程 9 6 9 8 0 m , 坝 轴 线 长1 5 9 8 7 m , 拱 冠 梁 顶 宽 6 0 0 5 I T I ,拱 坝 最 大 中心 角 9 3 - 3 。 ,拱 冠 梁 底 宽 2 2 6 4 3 l lfl ,拱 端 最 大 厚 度 2 4 0 8 6 m,厚 高 比 0 2 1 2 。 坝 体 混 凝 土 总 量 2 7 3万 m 其 中 碾 压 混 凝 土 约 2 0 2万 m , 强 度等 级 为 C 8 o 2 O;常 态 混 凝 土 约 7 1万 m ,强 度 等 级 为 C 2 5,局 部
15、 高 强 耐 磨 常 态 混 凝 土 强 度 等 级 为 C 9 o 4 o 。 因 坝 址 处 岸 坡 陡 峻 ,泄 洪 消 能 采 用 坝 身 泄 洪 方 式 ,3个 表 孔 、2个 中 孔 和 1个 排 沙 孔 相 结 合 布 , 泄 洪 轴 线 处 溢 流 前 沿 总 长 度 6 7 5 0 I T 。 3 根据地质条件选择坝肩开挖方式及坝基建 基面高程 根 据 天 花 板 大 坝 两 坝 肩 的 地 形 地 质 条 件 ,两 坝 肩 采 用 不 同 的 开 挖 方 式 。 左 坝 肩 岸 坡 陡 峻 强 风 化 层 较 浅 岸 坡 自身 稳 定 条 件 较 好 为 避 免 大 范 围
16、 开 挖 及 由 此 产 生 的 高 边 坡 ,对 左 拱 肩 槽 采 用 窑 洞 式 开 挖 方 式 。 首 先 清 除 表 层 风 化 及 卸 荷 岩 体 ,在 弱 风 化 岩 体 中 采 用 窑 洞 式 掏 挖 ;窑 洞 洞 脸 以 上 边 坡 为 1 : 0 2。 窑 洞 开 挖 时 利 用 左 岸 1 0 7 6 8 0 I T I 高 程 的 交 通 洞 一 直 掘 进 到 河 岸 临 空 面 ,然 后 按 要 求 从 上 至 下 进 行 坝 基 开 挖 , 坝 顶 高 程 处 窑 洞 段 洞 身 长 9 r n , 开 挖 宽 度 为 1 0 m净 宽 8 m 净 高 6 3 2
17、 IT 洞 口段 设 有 锁 口锚 杆 和 钢 筋 混 凝 土 衬 砌 。 窑 洞 开 挖 体 形 控 制 为 : 自坝 顶 1 0 7 6 8 0 r n高 程 以 下 按 拱 坝 体 形 厚 度 两 侧 各 预 留 1 0 0 c m 作 为 坝 体 混 凝 土 浇 筑 支 模 空 间 窑 洞 式 开 挖 范 围 为 从 坝 顶 至 9 6 9 8 m 高 程 左 坝 肩 由于 采 用 窑 洞 式 开 挖 ,大 大 减 少 了 开 挖 工 程 量 , 有 效 降 低 了 开 挖 边 坡 高 度 ,最 大 开 挖 坡 高 约 5 7 I n 。 采 用 窑 洞 式 开 挖 对 坝 肩 岩 体
18、 影 响 较 小 。有 利 于 拱 坝 坝 肩 及 坝 体 稳 定 。 右 坝 肩 岸 坡 略 缓 ,且 有 拱 端 上 游 3 5 r n处 布 置 有 电 站 进 水 口 ,结 合 引 水 系 统 进 水 口及 其 与 坝 肩 连 接 路 的 开 挖 ,尽 可 能 地 控 制 开 挖 坡 比 和 高 度 。 坝 顶 高 程 以 下 右 拱 肩 槽 内岩 体 相 对 较 为 破 碎 ,f 断 层 从 坝 肩 拱 端 近 轴 线 方 向 穿 过 , 同 时 分 布 有 一 系 列 陡 倾 角 的 、 断 层 等 ,完 整 性 较 左 坝 肩 要 差 。 为 了 减 少 高 边 坡 开 挖 以
19、及 对 拱 座 持 力 体 的 扰 动 ,右 拱 肩 槽 采 用 槽 挖 方 式 。 在 清 除 开 挖 影 响 范 【韦 内 的 表 层 覆 盖 层 和 岩 面 表 层 松 动 不 稳 定 体 及 风 化 程 度 较 强 的 部 位 后 , 依 照 拱 圈 体 形 ,两 边 缘 各 留 1 m 进 行 开 挖 槽 挖 部 分 高 度 为 3 0 m 左 右 。 天 花 板 大 坝 原 设 计 建 基 面 高 程 为 9 6 3 8 n , 大 坝 高 1 1 3 0 n l 随 着 大 坝 基 础 开 挖 的 揭 露 , 至 9 6 9 8高 程 附 近 岩 石 完 整 性 良 好 ,达 到
20、 I T l I I类 岩 石 水 平 , 结 合 声 波 测 试 成 果 , 确 定 已 歼 挖 的 坝 基 岩 体 质 量 经 工 程 处 理 后 可 基 本 符 合 修 建 百 米 级 高 坝 建 基 面 的 要 求 ;再 经 过 坝 体 应 力 分 析 , 在 基 本 不 调 整 拱 坝 体 形 的前 提 下 ,抬 高 建基 面 高 程 6 lq q 能满 足 大 坝 应 力 要 求 。 因 此 , 天 花 板 拱 坝 建 基 面 高 程 抬 高 至 96 9 8 m 。 对 拱 坝 坝 肩 开 挖 方 式 和 拱 坝 建 基 面 的 优 化 设 计 , 减 少 了 施 工 难 度 和
21、 工 程 量 为 天 花 板 水 电 站 顺 利 施 工 创 造 了 良好 条 件 。 4 采用有利于施工的拱坝结构分缝方案 天 花 板 抛 物 线 双 曲拱 坝 最 大 坝 高 1 0 7 0 m 坝 顶 上 游 面 弧 长1 5 9 8 7 m, 根 据 拱 坝 应 力 分 析 成 果 和 工 程 实 际 ,采用 了诱 导缝 和 横缝 组 合 方案 。为 充分 发 挥 碾 压 混 凝 土 快 速 施 工 的 优 越 性 坝 体 不 设 施 工 缝 , 采 用整 体 、薄层 、通仓 、全 断 面碾 压 浇筑 ,只在 坝 体 可 能 产 生 裂 缝 的 部 位 设 置 了 两 条 诱 导 缝
22、, l号 诱 导 缝 位 于 1号 表 孔 左 侧 , 2 号诱 导缝 位 于 排 沙 孔 右 侧 。 诱 导 缝 采 用 径 向 布 置 ,将 坝 体 分 成 3段 ,从 左 至 右 各 坝 段 的 间 距( 沿 上 游 面 弧 长 ) 分 别 为 4 2 6 5、 7 8 5 5、3 8 5 6 m。诱 导 缝 采 用 混 凝 土 预 制 块 形 成 ,使 其 在 坝 体 同 一 断 面 上 预 先 形 成 若 干 个 人 造 缝 隙 ,削 弱 该 断 面 的 有 效 受 拉 面 积 , 在 混 凝 土 预 制 板 内设 置 重 复灌 浆 系 统 ,诱 导 缝上 游 侧安 装 铜 止水 和
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- 天花板 碾压 混凝土 拱坝 设计 特点
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