峽口拱壩體型優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、峽口拱壩體型優(yōu)化設(shè)計(jì)　　簡(jiǎn)介：峽口水利站拱壩在技施設(shè)計(jì)階段，通過(guò)對(duì)壩址地形，地質(zhì)條件深入細(xì)致的研究，從拱壩壩基開(kāi)挖線優(yōu)化著手，將初設(shè)階段的等厚水平圓拱圈優(yōu)化為變厚的拋物線型拱圈的雙曲拱壩，在使壩體應(yīng)力水平滿足要求的前提下，節(jié)省了壩基開(kāi)挖及壩體混凝土工程量。關(guān)鍵詞：壩基開(kāi)挖線優(yōu)化等厚水平圓拱圈變厚的拋物線型拱圈關(guān)鍵字：壩基開(kāi)挖線拋物線型拱圈優(yōu)化設(shè)計(jì)1工程概況峽口水利水電樞紐工程位于湖北省南漳縣沮河上游峽口鎮(zhèn)西1km，距下游遠(yuǎn)安縣城50km。工程以防洪為主，兼有發(fā)電、灌溉等綜合效益。水庫(kù)總庫(kù)容億m3，電站總裝機(jī)3萬(wàn)kw，工程等級(jí)為Ⅱ等，工程規(guī)模為大型。水庫(kù)

2、設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。工程于XX年動(dòng)工，目前正在施工中。工程主要由混凝土雙曲拱壩、右岸引水式電站組成，采用壩身兩個(gè)中孔及三個(gè)表孔聯(lián)合泄洪。中孔每孔寬，高，表空每孔凈寬13m。初設(shè)階段推薦壩型為水平圓形拱圈的雙曲拱壩，最大壩高，壩頂高程，壩底高程，壩頂厚7m，底厚18m，壩頂弧長(zhǎng)，中心角°。壩體混凝土方量萬(wàn)m3。工程位于揚(yáng)子準(zhǔn)臺(tái)地中部，區(qū)域穩(wěn)定性好，地震基本烈度6度。2壩基開(kāi)挖線優(yōu)化設(shè)計(jì)在進(jìn)行拱壩體形優(yōu)化前，應(yīng)先對(duì)壩基開(kāi)挖線進(jìn)行優(yōu)化。壩基開(kāi)挖線優(yōu)化牽涉面廣，對(duì)后續(xù)工作影響大，而目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有公認(rèn)合理、簡(jiǎn)單可行的優(yōu)化程

3、序，因此主要通過(guò)對(duì)壩址地形及工程地質(zhì)條件，根據(jù)一些基本原則和工程經(jīng)驗(yàn)，由水工專業(yè)人員和地質(zhì)專業(yè)人員進(jìn)行深入研究、反復(fù)斟酌、多次比選和修改來(lái)完成。峽口水利水電樞紐工程壩區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，為單斜巖層，走向330°～355°，傾向240°～265°，傾角8°～15°；壩區(qū)斷裂較發(fā)育，多數(shù)為張性正斷層，走向NE10°～50°之間，橫切或斜切河谷，斷層錯(cuò)距小，破碎帶也很小，傾角一般60°～80°；右壩肩有F11、F12兩斷層，均為高傾角正斷層，斷層錯(cuò)距小，破碎帶0～20cm，均與岸坡大角度斜交，只要對(duì)拱壩軸線及中心線進(jìn)行微調(diào)，即可做到使拱推力方向與主要的斷層面基本正交

4、。分析表明，初設(shè)階段推薦的壩軸線是合理的。壩址區(qū)巖層為白堊系紅花套組和羅鏡灘組。紅花套組分布于峽谷出口兩側(cè)，巖性為紫紅色砂巖，粉沙巖；羅鏡灘組廣泛分布于壩址區(qū)，上段為紅色厚層礫巖夾紫紅色中厚層砂巖，中段和下段為紫紅色巨厚層礫巖。右岸236m以下，左岸228m以下均為羅鏡組第一段巨厚層礫巖；左岸236m～261m,右岸236m～247m為羅鏡組第二段紫紅色中厚層狀砂巖。礫巖具有強(qiáng)度高、變形低的特點(diǎn)，其抗風(fēng)化能力強(qiáng)，微風(fēng)化下限0～3m。砂巖抗風(fēng)化能力次之，局部有弱風(fēng)化，具有中等強(qiáng)度及變形。壩區(qū)巖溶不發(fā)育，僅局部具有溶蝕裂隙。河床覆蓋層厚度約8m。根據(jù)上述壩

5、址地質(zhì)條件，在進(jìn)行壩基開(kāi)挖線的優(yōu)化時(shí)，制定了兩條基本原則：一方面，使高強(qiáng)度和小變形的礫巖區(qū)的開(kāi)挖深度較小，而中等強(qiáng)度和變形的砂巖區(qū)的開(kāi)挖深度則相對(duì)較大，從而保證壩基坐落于新鮮巖層或微風(fēng)化巖層上；另一方面盡量使開(kāi)挖線輪廓基本對(duì)稱，消除局部過(guò)大的凸凹，保證了壩體不致出現(xiàn)過(guò)大的局部應(yīng)力集中，并減少開(kāi)挖量。圖1為優(yōu)化后的壩基開(kāi)挖線。從圖中可以看出，最后確定的開(kāi)挖線很好的滿足了以上條件。圖1壩基開(kāi)挖線優(yōu)化結(jié)果圖3拱壩壩型優(yōu)化設(shè)計(jì)峽口水利水電樞紐工程初設(shè)階段推薦的壩型為水平圓形拱圈的雙曲拱壩，在技施設(shè)計(jì)階段，對(duì)壩型進(jìn)行了優(yōu)化。考慮到以下兩方面的因素，在技施設(shè)計(jì)階段

6、，決定采用拋物線拱圈代替初設(shè)階段推薦的圓形拱圈。峽口壩址位于峽谷出口上游200m處，高程河谷寬，常水位河面寬50m，河谷寬高比1:，河道兩岸順直，左右山體雄厚，岸坡平直。左岸250m以下，基巖裸露；右岸255m高程以下基巖裸露，255m以上有植被覆蓋。兩岸295m高程以下邊坡陡峭，坡度70°～80°，呈左右基本對(duì)稱的典型“V”河谷。這種地形條件是技施設(shè)計(jì)階段決定采用拋物線拱圈的主要原因。同時(shí)，拋物線型變厚拱圈拱冠部分曲率大，拱端趨平緩，厚度從拱冠到拱端逐漸增厚，可以更好地降低壩體整體應(yīng)力水平，節(jié)省混凝土工程量，也更有利于壩肩穩(wěn)定。這是在技施設(shè)計(jì)階段決定

7、采用拋物線拱圈的重要原因。4拱壩體形優(yōu)化設(shè)計(jì)4．1體形優(yōu)化程序?yàn)榇_保優(yōu)化結(jié)果合理，并進(jìn)行互相比較，本次采用了中國(guó)水利水電科學(xué)研究院材料所編制的“ADASO”拱壩體型優(yōu)化程序和浙江大學(xué)水工結(jié)構(gòu)研究所編制的“ADAO”拱壩體形優(yōu)化程序進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算?！癆DASO”程序在我院先前設(shè)計(jì)的湖北宜都市境內(nèi)漁洋河中游的熊渡水電站拱壩和湖北宣恩縣城附近龍洞河上的龍洞水電站拱壩設(shè)計(jì)中均使用過(guò)，與觀測(cè)成果符合較好；“ADAO”程序界面友好、功能較全面。兩程序均為9拱19梁布置，采用相同的設(shè)計(jì)參數(shù)。4．2設(shè)計(jì)參數(shù)體型參數(shù)拱冠梁中心線曲線、拱冠梁厚度、拱端厚度以及拱冠梁中軸線的

8、曲率半徑等均用三次多項(xiàng)式方程擬合。拋物線形拱圈任一點(diǎn)i處的拱圈厚度用下列公式表達(dá)：式中，Ti為