藤子沟水电站混凝土拱坝设计.pdf
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1、西 北水 电 2 0 1 1年 第 3期 3 l 文章 编号 : 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 1 l 0 3 O 0 3 1 0 6 藤 子沟水 电站混凝 土拱坝设计 于 青 ( 中国水电顾 问集团华东勘测设计研 究院, 杭州3 1 0 0 1 4 ) 摘要: 藤子沟水电站大坝为混凝土双曲拱坝, 最大坝高1 2 4 0 m, 拱坝厚高比为0 1 7 1 , 目前为中国同等规模中最小。 文章结合藤子沟工程的地质特征 , 介绍了拱坝 总体布置 、 坝体应力及变位分析 、 坝肩抗 滑稳定分 析及 坝基地质缺 陷处 理等 。 关键词 : 藤子 沟水 电站 ; 软弱夹层 ; 基础处
2、理 ; 体形优 化 ; 混凝土置换 ; 卸荷带 中图分类 号 : T V 6 4 2 4 2 文献标识码 : A D e s i g n o f c o n c r e t e a r c h d a m f o r T e n g z i g o u h y d r o p o we r p r o j e c t Y U Q i n g ( H y d r o c h i n a H u a d o n g E n g i n e e ri n g C o r p o r a t i o n , C H E C C, H a n g z h o u 3 1 0 0 1 4 , C h i
3、n a ) Ab s t r a c t : A s t h e w a t e r r e t a i n i n g s t r u c t u r e o f T e n g z i g a o h y d r o p o w e r p r o j e e t , t h e c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e d o u b l e c u r v e a r c h d a m i s 1 2 4 0 m h i g h a t m a x i m u m, w i t h a h i g h - t h i c k r a t i o
4、o f 0 1 7 1 , t h e s m al l e s t i n s a m e s c al e p r o j e c t s i n C h i n a B a s e d o n t h e g e o l o g i c al f e a t u r e s o f t h e p r o j e c t , t h i s p a p e r p r e s e n t s t h e g e n e r al l a y o u t o f t h e a r c h d a m, d am b o d y s t r e s s a n d d i s p l a
5、c e m e n t a n a l y s i s , a b u t m e n t s t a b i l i t y a g a i n s t s l i d i n g a n aly s i s ,a n d t r e a t me n t o f d a m f o u n d a t i o n g e o l o g i c al d e f e c t s Ke y wo r d s : T e n g z i g o u h y d r o p o w e r p r o j e c t ;s o f t i n t e r l a y e r ;f o u n d
6、 a t i o n t r e a t me n t ;o u t l i n e o p t i mi z a t i o n; c o n c r e t e r e p l a c e me n t ;u n l o a d i n g Zn n P 1 工程概况 藤子沟水电站位于重庆市石柱县境 内龙河上游 河段 , 是龙河梯级规划中的龙头水库。拦河坝距下 游石柱县城约 2 7 k r n 。该工程 以发 电为主, 兼有梯 级调节 、 防洪和养殖等功能。坝址 以上控制流域面 积 5 9 l k m , 多年平均流量为 l 5 1 m s , 水库正常蓄 水位和校核洪水位分别为 7 7
7、5 O 0 I n和 7 7 6 7 2 1T I , 相应库容分别为 1 8 6亿 In 和 1 9 3亿 In 。电站装 机容量 7 0 MW, 多年平均发 电量 1 9 2亿 k Wh 。坝 址 区地震 基本 烈度 为 度 。根 据 水 工建 筑 物 抗 震 设计规范 的有关规 定 , 本工程各建 筑物的设计烈 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 0 3 1 5 作者简介: 于青 ( 1 9 6 8 一 ), 女 , 辽 宁省鞍 山市人 , 高级工 程师 , 主 要从事水利水电工程设计工作 度均为基本烈度。 藤子沟水 电站采用混合式开发方式 , 枢纽建筑 物 由挡水建筑物 、 泄洪消能建
8、筑物 、 引水建筑物和厂 区建筑物等组成 。根据 防洪标准 及 水利水电工 程等级划分及洪 水标准 的有关规 定 , 本工程为二 等工程 , 工程规模为大 ( 2 ) 型 , 挡水及泄水建筑物为 2级建筑物。挡水建筑物为常态 昆凝土双 曲拱坝 , 泄洪消能建筑物采用坝身泄洪表孑 L + 坝下水垫塘消 能形式。 工程于 2 0 0 2年 7月开工 , 2 0 0 5年 3月蓄水发 电 , 至 今运 行正 常 。 2坝址主要地形 地质特 征 该 工程坝址位于龙河藤子沟至大沟河段长约 4 7 5 In的“ V” 形峡谷 中, 河水 以 N W2 0 。 流人坝址上 游 的藤子 沟沟 口, 后 转 近
9、 S N 向 , 至 下 游 的大 沟 沟 口 3 2 于青 藤 子沟水 电站混凝 土拱 坝设计 以 N W2 0 。 方向流出。枯水期河水位高程为 6 6 5 5 6 6 8 4 r n , 相应河谷宽 6 0 7 0 m。正常蓄水位 7 7 5 0 m相应的河谷宽 2 7 2 0 m, 河谷宽高 比为 2 2 6 。河 谷两岸坡度约 6 0 。 , 两岸边坡呈不对称性 , 右岸坝顶 高程以上为陡壁地形 , 顶高程达 9 4 0 0 m; 左岸坝顶 高程以上呈缓坡 台地 , 台地高程为 8 0 0 0 m左右。 河床覆盖层厚约 81 1 1T I 。 坝址 区出露 地层 为侏 罗系 中统 上
10、 沙溪 庙 组 ( J 2 s ) 上亚组 61 0层, 由侏罗系中统 , 珐 , 灰白色中厚层长石石英砂岩和 J ; , ) , , 紫红色泥质粉砂岩 、 粉砂质泥岩组成 , 岩体 多呈 微 新鲜风化状态。长石石英砂岩较硬 , 湿抗压强 度为 6 07 0 MP a , 变形模量为 1 21 4 G P a ; 泥质粉 砂岩 、 粉砂质 泥岩较 软, 湿 抗压 强度 仅为 2 O2 5 MP a , 变形模量为 3 5 4 5 G P a ; 坝基岩层呈软弱相 间的互层结构。岩层问又发育有多层软弱夹层 , 如 R J , R J R J , R J : 等。软弱夹层 主要 由长石石英 砂岩
11、、 泥质粉砂岩 、 粉砂质泥岩在层间剪切作用下形 成的层问错动带 ( 构造带) , 由片状岩 、 岩块和泥化 带等组成 。软弱夹层产状与岩层产状基本一致。 图 1为坝址两岸岩层及软弱夹层分布示意图。 图 1 坝址两岸岩层及软弱夹层分布示意 图 坝址区位于石柱向斜南东翼 , 断裂构造不发育。 岩层为缓倾上游 、 倾右岸的近水平层理状 , 产状为走 向 N 1 5 。 3 5 。 E, 倾 向 N W, 倾角 1 0 。1 5 。 。由于岩 层倾上游 、 倾右岸, 故右岸为逆 向坡 , 呈陡崖状; 左岸 为顺向坡 , 呈缓坡状 , 卸荷现象较发育。 坝址 区共揭露 I 7条断层破碎带 , 左岸有
12、F , f 2 等 9条, 右岸 , f 等 6条, 河床为 f 断层 , 其中规模 较大的 F 断层 , 出露宽度 为 57 l la _ , 产状 为走向 N 2 0 。 3 5 。 E, 倾 向 N W, 倾 角 8 0 。 8 5 。 , 但仅在坝肩 上游边坡出露 , 延伸范围较小 ; 其它断层规模相对较 小。坝基岩体节理裂隙较发育 , 节理面多较平直 、 粗 糙 , 延伸长度较长 , 个别节理裂隙连通率 达 9 5 1 0 0 , 裂隙内充填岩屑和少量泥。 坝址左岸岩层为顺向坡 , 岩层走向近平行河流 , 岩体 中发育有 N N EN E和 N ww 向陡倾角结构面 , 纵向切割岸坡
13、岩体。同时左岸岩体 6 6 0 0 m高程以 上发育多条平行于岩层层面的软弱夹层, 从垂直方 向上平行切割岸坡 , 这样从空 间上形成 了岸坡岩体 应力释放的地质环境。在重力作用下岩体产生剪切 与张拉 , 使得左岸岸坡岩体呈“ 台阶式” 的卸荷变形 形式。坝址右岸为逆向坡, 卸荷现象不明显 , 仅局部 地段砂岩坐落在泥岩类软岩上 , 随着泥岩类岩石强 度的降低 , 引起压缩变形导致砂岩张拉而形成危岩 体 , 故在坝肩上、 下游附近有数处危岩体。 西 北水 电 2 0 1 1年 第 3期 3 3 3 拱坝总体布置 在综合分析坝址地形、 地质条件及影 响拱坝坝 肩稳定 的地质因素基础上, 确定拱
14、坝坝轴线位于藤 子沟沟口下游约 1 5 0 m处 。结合两岸地形条件和泄 洪建 筑 物 布 置 的要 求 , 确 定 拱 坝 中心 线 方 位 为 N W3 4 2 。 , 与泄洪中心线夹角 2 4 8 。 。 考虑到 本工程 校 核洪 水洪 峰流 量较 小 , 仅 为 4 6 1 0 m s , 因此泄 洪消能建筑物采 用坝身表孔 集 中泄洪+ 坝下水垫塘消能形式 , 分别在 8 , 9 , 1 0 , 1 1号 坝段顶部布设 3个泄洪表孔 , 均跨缝布置 , 孑 L 口尺寸 为 1 2 m1 3 m( 宽 高 ) 。3个表 孔堰 面为开 敞式 WE S实用堰 , 堰顶高程 7 6 4 0
15、m, 堰顶上游采用椭圆 曲线 , 曲线方 程为 + = , 下 接 WE S堰面曲线 , 曲线方程为 Y = 0 0 6 5 l x , 定型 设计水头 H =1 1 0 m。为使水舌纵 向拉 开以减 轻 下泄水流对水垫塘底板 的冲击压力 , 在 3个表孔出 口处设有不 同尺 寸、 不 同挑角 的齿坎。每个泄洪孑 L 均设置 1道 弧形 工作 门。坝 下水 垫 塘底 板 长度 1 0 2 0 5 m, 底板高程根据不同部位 和所受 冲击压力 情况分 别为 6 5 6 0, 6 5 1 5和 6 5 5 5 m, 底板 混凝 土 厚 2 5 1 T I 。水 垫 塘 底板 基 本 宽 度5 5
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