高碾压混凝土重力坝设计方法.pdf

2 0 1 4年第 1 1期 ( 第 4 2卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 11 2 Ol 4 ( T o t a l N o 4 2 ) 文章编号 ： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 4) 1 1 0 0 5 5 0 3 高碾压混凝土重力坝设计方法 袁 晓华 ( 贵州省水利水电勘测设计研究院， 贵阳5 5 1 0 0 0 ) 摘要： 通过石桥水库工程概况 ， 分析碾压混凝土的重力坝设计特点， 并阐述碾压混凝土重力 坝和常态混凝土拱坝在工程施工中的应用。根据工程的实际情况 ， 对所用的坝型进行探讨 ， 分 析其相应的溢洪道设计方案， 选择溢洪道的消能方式， 并确保发电厂房的设计方案更加完善 ， 使其高碾压混凝土重力坝的设计方案更加合理。设计选择方案已经在石桥水库工程 中运用 ， 并取得了较好的经济效益。 关键词： 高碾压混凝土 ； 重力坝； 溢洪道 ； 设计方法； 方案选择 中图分 类号 ： T V 6 4 2 2 文献标识码 ： A Di s c u s s i o n o n De s i g n Me t h o d s o f Hi g h Ro l l e r Co mp a c t e d Co n c r e t e Gr a v i t y Da m YUAN Xi a o h u a ( G u i z h o u P r o v i n c e Wa t e r C o n s e r v a n c y& H y d r o p o w e r I n v e s t i g a t i o n ， D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s i t i t u t e ， G u i y a n g 5 5 1 0 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n t h e g e n e r a l d e s c r i p t i o n o f S h i q i a o Re s e r v o i r ， t h e c h a r a c t e r s o f r o l l e r c o mp a c t e d c o nc r e t e g r a v i t y da m i s a n a l y z e d，t h e a p p l i c a t i o n o f r o l l e r c o mpa c t e d c o n c r e t e g r a v i t y da m a n d c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e d a m i n c o n s t r u c t i o n a r e e x p o u n d e d I n t e r ms o f t h e r e a l s i t u a t i o n o f p r o j e c t ， t h e d a m t y p e i s d i s c u s s e d， t h e d e s i g n s c h e me o f s p i l l wa y a n d e n e r g y d i s s i p a t i o n a r e a n a l y z e d t o e n s u r e t h a t t h e d e s i g n o f p o we r p l a n t mo r e p e r f e c t a nd ma k e t h e d e s i g n s c he me o f h i g h r o l l e r c o mp a c t e d c o nc r e t e g r a v i t y d a m mo r e r e a s o n a b l e T h e d e s i g n p rin c i p l e s h a v e b e e n u s e d i n S h i q i a o R e s e r v o i r a n d r e a c h e d b e t t e r e c o n o mi c b e n e fit s Ke y wor ds： h i ig h r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e gra v i t y d a m ； s p i l l wa y； d e s i g n me t h o d； s c h e me s e l e c t i o n 1 工程概况 石桥 水库工程位 于贵州省 六盘水市盘县 石桥 镇 ， 距县政府所在地红果镇直线距离约2 0 k m。石桥 水库所在的红岩河为黄泥河 的支流。黄泥河为珠江 流域西江水系南盘江左岸的一级支流。工程区所在 地距盘县石桥镇约6 k m， 距威箐站5 k m( 坝址处最近 的火车站) ， 距红果的公路距离约为4 3 k m， 交通较为 方便。 枢纽布置根据水文、 地形地质条件 ， 推荐坝址采 用常态混凝土拱坝方案与碾压混凝土重力坝方案两 种坝型进行 比较。 枢纽建筑物主要考虑拦河大坝 、 泄洪建筑物 、 取 水设施及下放环境水设施等相互之间的协调及上坝 交通等。 2 碾压混凝土重力坝设计 根据 水 利 水 电工 程 等 级 划 分及 洪水 标 准 ( S L 2 5 2 -2 0 0 0 ) 第 2 1 1款的规定 ， 盘县石桥水库工 程总库容 3 0 ， 特殊组合抗剪断安全系数 2 5 。 实体重力 坝应力计 算采 用材料 力学法进 行计 算， 应满足下列要求： 1 ) 坝基面垂直正应力应小于砌体容许压应力 。 2 ) 坝基面最小垂直正应力应为压应力 。 3 ) 坝体混凝土采用 C I O三级配碾压混凝土 ， 其 允许承载力为3 3 8 MP a 。 4 ) 坝基开挖至微风化上部岩体 ， 其允许承载力 为3 MP a 。 3 碾压混凝土重力坝和常态混凝土拱坝在 施工中的应用 从工程建设条件 、 枢纽布置等方面对 中坝址两 布置方案进行对 比分析 ： 根据地表地质调查坝区岩体层间无软弱夹层分 布 。坝基岩体属于中硬岩类 。 P m 为 中厚层状的白 云质灰岩， 岩体裂 隙结构 面中等发育 ， 多闭合 ， 岩体 较完整 ， 强度较高 ， 抗滑、 抗变形能力较强 ， 坝址区不 存在缓倾角裂 隙面， 坝基抗滑稳定性较好。拱坝及 5 6 一 重力坝两种坝型各有一定优势， 但 差异不大 ， 均具备 建坝条件 。 拱坝的受 力特点 是两坝肩 岩体 为主要 的持力 层 ， 本工程坝址处左坝肩地形坡度约 3 04 O 。 ， 地层 岩性为二迭 系茅 口组 中至厚层状的 白云质灰岩 、 灰 岩 ， 基岩裸露 ， 为岩质边坡 ， 岩层产状 1 2 0L3 。 ， 属斜 向坡 ， 自然边坡总体稳定。 右坝肩地形坡度 3 0 5 0 。 ， 地层岩性为二迭系茅 口组 中至厚层状的 白云质灰岩 、 灰岩 ， 岩层产状 3 0 0 L6 。 ， 属斜 向坡 ， 自然边坡总体稳定 。 从地质角度 出发 ， 坝址区两坝肩的岩体完整 、 强 度较高 、 抗滑( 变形) 能力强 ， 对拱坝的抗滑稳定和抗 变形都有利 一 。常态混凝土拱坝方案与碾压混凝 土重力坝在施工中的对 比见表 1 。 表 1 常态混凝土拱坝方案与 碾压混凝土重力坝在施工中的对比 4溢洪道的设计与消能方式 从溢洪道的角度来看 ， 在常态混凝土拱坝方案 中， 结合挡水坝型为拱 坝， 对坝顶溢洪道优先考虑 。 从地形看坝身不宜布置过大的溢流宽度 ， 结合下游 河道走势及其它建筑物 的布置 ， 上游水库淹没影 响 等 ， 溢洪道采用 3孑 L 7 n l 5 I T I ( 宽 高) 的闸门控制 。 袁晓华： 高碾压混凝土重力坝设计方法 第 1 1期 溢流净宽为 2 1 m， 堰顶高程 1 5 3 9 m。溢洪道布置在坝 身河床段， 由上游面曲线、 下游面曲线和下游反弧挑 流消能段组成 ， 总长1 3 5 7 I l l 。 溢 流 堰 采 用 WE S幂 曲线 ， 曲线 方 程 为 Y = 0 1 2 3 X ， 下游采 用挑流消能 ， 反弧半 径为6 0 m， 挑射角为 1 0 0 。 ， 挑流鼻坎顶高程1 5 3 3 9 6 5 m。 表孔溢流面采取 C 3 0混凝 土浇筑 ， 闸墩 、 导墙 、 溢流头内部均采取 C 2 0混凝土 ， 闸墩顶部设 C 2 5混 凝土交通桥连接大坝两端 。 在碾压混凝土方案中 ， 根据地形地质条件 ， 将溢 洪道布置在坝身河床段， 在大坝的中部， 溢洪道采用 3孔7 m 5 m( 宽 高 ) 的闸门控制。溢流净 宽为 2 1 m， 堰顶高程1 5 3 9 m。溢洪道 由上游 面曲线 、 下游 面曲线和下游反弧挑流消能段组成 ， 总- 14 0 4 6 3 m。 溢流 堰 采 用 WE S幂 曲线 ， 曲线 方 程 为 Y = 0 1 1 5 9 X ， 下 游 采 用 挑 流 消 能 ， 反 弧 半 径 为 2 0 0 m，挑 射 角 为1 5 0 。 ，挑 流 鼻 坎 顶 高 程 1 5 1 4 8 2 1 m。 表孔溢流面采 取 C 3 0混凝土浇筑 ， 闸墩 、 导墙 、 溢流头 内部均采取 C 2 0混凝土 ， 闸墩顶部设 C 2 5混 凝土交通桥连接大坝两端。 5 碾 压混凝土重 力坝设计中的难点分析 拱坝施工 中为了防止坝体混凝土发生深层和贯 穿性裂缝 ， 除提高抗裂性能外 ， 施工时应通过实验确 定混凝土水灰和外掺剂 的用量 ， 以最 合理 的方式 降 低混凝土 的水化热。 在安排浇筑进度 时 ， 要 以较 理想的浇筑上升速 度均匀上升 ， 参考 国 内已建 成工 程 的经验 ， 一般 以 0 9 m1 5 m d 的速度较为理想。 选择最合适的开工 时期 ， 使坝体最厚部 位在低 温季节施工 ， 参考省 内已建工程 ， 黑龙江省较合适的 开工时期定为 1 O 3月。 计算中按不 同季节所浇的各层混凝土所达到 的 最高温度及最终稳定温度( 此项应根据实验数据进 行计算 ) 。以便 对 混凝 土 的施 工 温度 进 行 有效 控 制 ； 参考已建工程温度控制标准为 ： 1 ) 基础允许温差为 l 3l 8。 2 ) 内外温差为1 5 2 1。 3 ) 上下层温差为l 52 0。 本工程温控措施主要采用以下 3 方面来控制： 1 ) 减少混凝 土发热量 ： 采用发热量较低 的低热 水泥或 中热水 泥 ， 根 据试验结 果 ， 掺和适 量 的粉煤 灰 ， 减少水泥用量 ， 降低水化热 。 2 ) 降低混凝土入仓温度： 施工时尽可能利用 在秋、 冬、 春三个季节施工； 在高温季节采用洒水 降温 、 地漏取料等措施 ， 以降低混凝土人仓温度。 3 ) 采取加速混凝 土散热方式 ： 主要是采用 埋设 混凝土冷却水管， 施工时在混凝土浇筑层面埋设 02 5 m m的薄 钢 管 ， 钢 管水 平 间距按 1 5 m控 制 1 ， 混凝土层面按1 5 m控制 。在混 凝土浇筑 4 h 后开始 自下而上通水冷却 。 6 结语 石桥水库工程 的高碾 压混凝 土重力坝设计 中， 所包括 的几个重大技术问题 ， 如论溢洪道设计 、 论溢 洪道消能方式的选择、 发电厂房的优化设计等方面， 并在工程设计 中， 充分利用先进科技 ， 并对其施工经 验进行总结 ， 确保工程建设能够顺利进行 。 参考文献 ： 1 李松辉， 张国新， 张湘涛， 等 高碾压混凝土重力坝施工 度汛缺口坝段温控防裂措施研究 J 水利水电技术， 2 0 1 3 ， 4 4 ( 7 ) ： 5 6 5 9 2 袁慕勇， 陆廷春 ， 徐宝松， 徐彬 基于非概率方法的碾压 混凝土重力坝可靠度计算 J 三峡大学学报： 自然科学 版 ， 2 0 1 3 ， 3 5 ( 0 6 ) ： 2 93 4 3 相昆山寒冷地区碾压混凝土重力坝温控防裂仿真研究 J 水利与建筑工程学报， 2 0 1 2 ， 1 1 ( 0 5 ) ： 2 0 02 0 3 4 陈强， 廖桂英 ， 闰勇官地水电站碾压混凝土重力坝设计 简介 J 水电站设计 ， 2 0 1 3 ， 2 9 ( 0 3 ) ： 0 5一 O 8 5 贾金生， 汪洋 ， 冯炜， 常清睿 重力坝高压水劈裂模拟方 法与特高重力坝设计准则初步探讨 J 水利学报， 2 0 1 3 ( 0 2 ) ： 1 2 71 3 3 6 孙恭尧 高碾压混凝土重力坝设计方法研究 J 水力发 电， 2 0 0 1 ( 0 8 ) ： 1 01 1 7 陈能平， 龙起煌 光照水电站碾压混凝土重力坝设计 J 水利水电技术 ， 2 0 0 5， 3 9 ( 0 9 ) ： 5 55 8 8 黄悠悠 猫洞水库工程混凝土重力坝可研设计研究 J 科技创新与应用， 2 0 1 4 ( 1 4 ) ： 1 8 1 9 雷声军， 龙起煌 ， 陈能平 光照水电站碾压混凝土重力坝 设计 J 贵州水力发电， 2 0 0 5 ， 1 9 ( 0 1 ) ： 2 4 2 7 1 0 曹骏 哮天龙水库碾压混凝土重力坝设计 J 贵州水 力发电， 2 0 1 1 ， 2 5 ( 0 2 ) ： 1 71 9 1 1 陈康德 乐 昌峡碾压混凝土重力坝的实用设计与施工 J 广东水利水电， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 0 91 1