下岸水庫(kù)拱壩的體型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、下岸水庫(kù)拱壩的體型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下岸水庫(kù)拱壩的體型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)馬以超、尉高洋、顧錫春、陳舟、金文志【摘要】下岸水庫(kù)拱壩是一座建于較寬河谷的拱壩，其體型設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了優(yōu)化技術(shù)。下岸水庫(kù)大壩兼有擋水、泄洪、放水等功能，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的代表性。【關(guān)鍵詞】拱壩體型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.工程概況下岸拱壩位于浙江省仙居縣境內(nèi)的靈江流域永安溪干流上，樞紐工程屬二等工程，以防洪、灌溉(供水)為主，結(jié)合發(fā)電等綜合效益。壩址以上流域面積257km2，總庫(kù)容13504萬(wàn)m3，灌溉(供水)庫(kù)容8391萬(wàn)m3，防洪庫(kù)容3574萬(wàn)m3。正常水位208m

2、，相應(yīng)庫(kù)容10629萬(wàn)m3。設(shè)計(jì)灌溉面積10.03萬(wàn)畝；防洪6.8萬(wàn)畝，保護(hù)人口8.4萬(wàn)人；電站裝機(jī)2×8MW，多年平均年發(fā)電量3313萬(wàn)kW·h。圖1拱壩鳥(niǎo)瞰效果壩址河谷底寬70~115m，山坡坡度38~40°，兩岸基本對(duì)稱，壩基巖性為熔結(jié)凝灰?guī)r，壩區(qū)地震基本烈度小于6度?；炷凉皦螢閽佄锞€型雙曲變厚拱壩，最大壩高64m，大壩混凝土工程量約12.38萬(wàn)m3。2.體型設(shè)計(jì)2.1線型選擇下岸拱壩拱圈線型選擇拋物線。拋物線型中部拱度較大，對(duì)應(yīng)力條件有利，兩岸較平直，對(duì)壩肩穩(wěn)定有利。拋物線型在國(guó)內(nèi)成功應(yīng)用的實(shí)例較多，經(jīng)驗(yàn)也比

3、較豐富。2.2體型優(yōu)化思路下岸拱壩河谷底寬較大，寬高比達(dá)3.6，相對(duì)同等壩高較窄河谷的建壩條件，工程量要大一些，故經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)(壩體方量)的優(yōu)化顯得很有必要，另一方面，優(yōu)化中結(jié)合穩(wěn)定、施工等條件，以得出較優(yōu)的方案。在優(yōu)化中除遵循一般拱壩優(yōu)化原則，特別注意以下三方面因素的控制：1）控制底寬對(duì)于下岸較寬河谷條件，梁的作用相對(duì)強(qiáng)一些，故在優(yōu)化中易出現(xiàn)“掃帚形”，底寬可能較大，容易引起體型的高敏感性。所以適當(dāng)增加中上部剛度，或者稍微增加中心角，增大兩岸側(cè)曲率，拱的作用得到增強(qiáng)，梁的作用相對(duì)降低，可使底寬減少成為可能。另一方面，適

4、當(dāng)減少底寬同時(shí)減少了開(kāi)挖和下部混凝土工程量，這對(duì)合理安排施工計(jì)劃和設(shè)計(jì)壩體渡汛方案是有利的。下岸拱壩的體型在初設(shè)階段底拱厚度為19.68~21.42m，拱冠梁厚高比0.308；施工圖階段經(jīng)過(guò)優(yōu)化最后實(shí)施的體型底拱厚度為17.45~17.93m，拱冠梁厚高比0.273。其底寬之所以可以減少，是因?yàn)樵黾恿酥猩喜抗叭偠燃爸行慕恰⒁?jiàn)表1。2）控制中心角在優(yōu)化中，中心角越大對(duì)壩體應(yīng)力有利，拱的作用越強(qiáng)，但是另一方面對(duì)壩肩穩(wěn)定不利；而中心角減少雖然可改善穩(wěn)定，但由于拱的作用削弱，使梁的作用加強(qiáng)，對(duì)于下岸較寬河谷的情況，易出現(xiàn)“

5、掃帚形”。所以中心角的控制應(yīng)綜合考慮應(yīng)力及穩(wěn)定條件，在滿足穩(wěn)定條件的前提下，總體中上部中心角應(yīng)比下部大，因?yàn)閷?duì)大壩而言，中上部以拱作用為主，故中心角大一些，接近底部以梁作用為主，故中心角小一些。-9-下岸水庫(kù)拱壩的體型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于下岸建壩條件，由于河谷較寬，壩肩推力水平較一般窄河谷要大許多，所以穩(wěn)定條件的前提更應(yīng)引起重視。在施工圖階段，最后實(shí)施的拱壩體型各層中心角及用平面法計(jì)算的壩肩穩(wěn)定安全系數(shù)參見(jiàn)表1。-9-下岸水庫(kù)拱壩的體型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表1各層拱圈中心角及壩肩穩(wěn)定安全系數(shù)匯總表拱圈高程初設(shè)體型實(shí)施體型左半中心角右半

6、中心角左半中心角右半中心角左壩肩穩(wěn)定安全系數(shù)右壩肩穩(wěn)定安全系數(shù)工況一工況三工況一工況三21444.02°46.50°46.51°46.61°/9.4/9.720542.77°45.54°46.12°46.42°112.215.295.315.519540.31°44.58°44.77°45.63°21.513.428.115.418536.66°42.62°42.59°43.23°12.610.613.111.317532.02°38.89°38.27°40.05°8.77.511.88.316526.10°32.80

7、°31.47°35.39°6.66.37.46.815519.10°24.91°20.46°24.55°4.45.24.75.315011.75°18.46°9.68°13.04°////注：工況一指正常水位+溫降工況，屬基本荷載組合，允許安全系數(shù)3.25，工況三指校核水位+溫升工況，屬特殊荷載組合，允許安全系數(shù)2.75。1）工程量與安全度下岸水庫(kù)庫(kù)容較大，工程重要性強(qiáng)，故大壩安全度也是需考慮的重要因素，并非壩體工程量越小越好。故在優(yōu)化中如何把握好尺度也是需考慮的重要問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題，多目標(biāo)優(yōu)化方法可能是一個(gè)趨勢(shì)，即

8、優(yōu)化目標(biāo)并非單一經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)(壩體方量)，可以將壩體應(yīng)力水平(如強(qiáng)度失效率)等目標(biāo)引入，分配權(quán)重，再進(jìn)行優(yōu)化以得出合理的方案。但是多目標(biāo)優(yōu)化方法目前尚不成熟，離應(yīng)用尚有距離。在下岸大壩的優(yōu)化過(guò)程則以柔度系數(shù)C作為輔助評(píng)估安全度的參數(shù)。柔度系數(shù)：式中:C───柔度系數(shù)；A───壩體中面展開(kāi)面積；V───壩體方量；H───最大壩高。在合