峽口拱壩體型優(yōu)化設(shè)計(jì) - 工程設(shè)計(jì)

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1、峽口拱壩體型優(yōu)化設(shè)計(jì)-工程設(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)省了壩基開挖及壩體混凝土工程量。關(guān)鍵詞：壩基開挖線優(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1.36億m3，電站總裝機(jī)3萬kw，工程等級(jí)為

2、Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型。水庫(kù)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2002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6.5m，高7.5m，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85.8m，壩頂高程267.70m，壩底高程181.90m，壩頂厚7m，底厚18m，壩頂弧長(zhǎng)191.8m，中心角96.825°。壩體混凝土方量13.1萬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壩基開挖線優(yōu)化設(shè)計(jì)

3、在進(jìn)行拱壩體形優(yōu)化前，應(yīng)先對(duì)壩基開挖線進(jìn)行優(yōu)化。壩基開挖線優(yōu)化牽涉面廣，對(duì)后續(xù)工作影響大，而目前國(guó)內(nèi)外還沒有公認(rèn)合理、簡(jiǎn)單可行的優(yōu)化程序，因此主要通過對(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

4、，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。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)，

5、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)上述壩址地質(zhì)條件，在進(jìn)行壩基開挖線的優(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)的開挖深度較小，而中等強(qiáng)度和變形的砂巖區(qū)的開挖深度則相對(duì)較大，從而保證壩基坐落于新鮮巖層或微風(fēng)化巖層上；另一方面盡量使開挖線輪廓基本對(duì)稱，消除局部過大的凸凹，保證了壩體不致出現(xiàn)過大的局部應(yīng)力集中，并減少開挖量。圖1為優(yōu)化后的壩基開挖線。從圖中可以看出，最后確定的開挖線很好的滿足了以上條件。圖1壩基

6、開挖線優(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?？紤]到以下兩方面的因素，在技施設(shè)計(jì)階段，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，270.0m高程河谷寬142.5m，常水位河面寬50m，河谷寬高比1:1.6，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

7、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。“ADASO”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

8、近龍洞河上的龍洞水電站拱壩設(shè)計(jì)中均使用過，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)（1）體型參數(shù)拱冠