摘要：因壩址處河谷較寬，壩頂軸線弧線較長，是目前國內弧高比最大的碾壓混凝土拱壩。其兩岸山體地形不對稱，且受工程調度運用方式特殊性的影響，對大壩體形設計提出了較高的要求。文章介紹了某水電站碾壓混凝土大壩的設計思路和一些特點，為壩高突破的碾壓混凝土拱壩的設計施工提供一定參考。

　　關鍵詞：水電工程師評職范文,水電站,碾壓混凝土,大壩設計

　　1、工程概況

　　某水電站壩址河床為薄層石灰巖,巖石破碎,巖石中有軟弱頁巖夾層, 對壩的抗滑穩定及變形極為不利,兩岸山體有數條溶洞,如建127m高拱壩,水庫防滲堵漏、壩基處理難度和建設的風險都很大,因此,在重新論證該電站建設規模時,把水庫正常蓄水位從335m降為282m,壩高由原來127m降為78.5m,電站裝機容量由160MW變為50MW,年發電量由5.41×108kW·h 變為1. 97×108 kW·h。壩址以上流域面積4630km2, 多年平均流量109 m3/s, 水庫正常蓄水位282.00m,水庫總庫容0.49億m3。攔河大壩為碾壓混凝土單曲拱壩,加上墊層的高度,最大壩高為78.5m,壩頂高程288.50m,壩頂弧長212.60m,壩頂通車寬度6.0m,壩底厚21.2 m, 拱壩厚高比0.27。泄洪建筑物布置在壩頂的中部,采用5個溢流表孔,閘門用液壓啟閉機啟閉�？坑野秹紊碓O置1個水庫放空底孔及預留一個灌溉孔。采用挑流加“三坎式水墊塘”的消能方式。

　　2、體形設計與優化

　　根據不對稱寬河谷地形條件下建拱壩的設計理念，單曲重力拱壩的拱端推力及拱端變位均小于雙曲拱壩。因此，首先考慮采用單曲重力拱壩形式，但壩踵處的拉應力不易滿足規范要求;之后采取雙曲拱壩體形設計進行對比，應力得到了很大程度的改善，且體形優化調整的效果好，自由度大。當單曲拱壩和雙曲拱壩的體形均調整至壩體應力小于規范允許應力時，單曲拱壩低水位的拉應力范圍較大，壩體工程量較多。從施工條件上比較，單曲拱壩高峰強度較大，資源投入亦較大;從工程投資上看，單曲拱壩比雙曲拱壩增加約13%。故，最終確定選用碾壓混凝土雙曲拱壩。經多次優化總結，寬谷拱壩特別需要拱圈剛度，又考慮到兩岸不對稱的地形特點，技施階段對雙曲拱壩體形又進行了優化和調整，將中間層拱冠厚度減小，適當增加拱端厚度，將拱冠梁適當前移，并采用分層擬合的三次拋物線作為曲率半徑方程，減小壩體底部拱的曲率半徑，增強拱作用，增大上部拱的曲率半徑，使拱壩壩體應力和拱端推力方向更趨合理。從壩體應力計算成果看，拉應力分布范圍減小;特殊荷載組合時，壩體最大拉應力下降了17%，工程量也略有減少。

　　3、大壩應力分析

　　3.1拱壩的應力分析

　　拱壩的應力、應變分析采用拱梁分載法進行,分析時將拱壩分為9拱17梁, 考慮拱梁分載及徑、切、扭三向調整。工況1的計算成果為:

　　(1) 壩體上游面: 主拉應力主要分布在拱端,最大拉應力為0.737MPa,出現在820m高程左拱端;主壓應力以拱冠周圍為較大,其中以拱冠800m高程的4.727MPa為最大。

　　(2) 壩體下游面: 主拉應力主要分布在拱冠周圍,最大為1.168MPa;主壓應力以拱端周圍為最大,但最大主壓應力5.117MPa出現在738.5m高程的拱冠。

　　(3) 拱壩最大徑向變位為3.02cm, 位于820m 高程。工況2的計算成果在本文中省略。計算成果表明, 在基本組合及特殊組合工況下,壩體的應力及位移分布規律合理, 其最大值均在允許范圍內。

　　3.2重力壩的應力分析

　　左岸重力壩除自身作為擋水建筑物外,還要作為拱壩左拱端的基礎, 故壩體承受的荷載有水荷載、揚壓力、自重和拱壩左拱端的推力。由于結構受力的獨特性及材料力學法的局限性, 所以采用三維有限元來計算和分析其應力狀態, 計算范圍包括左岸重力壩及壩基巖體。從計算結果看: a.壓應力較小(一般為0.5~2.1MPa),但下游面底部角點有2.40MPa的壓應力,拱端的壓應力達4.20MPa; b.重力壩中部873~ 850m 高程的下游面及沿岸坡周邊有0.7~1.2MPa的拉應力, 而其余部位的拉應力均較小。從應力水平上看,拉應力較低,滿足規范要求。

　　4、大壩基礎處理設計

　　4.1防滲及排水

　　4.1.1 防滲

　　壩體防滲體采用二級防滲配碾壓混凝土，該種防滲方式施工方便，干擾少，施工質量較易保證，是國家“八五”科技攻關項目最重要的研究成果之一。壩體防滲體頂部高程為3302.0m 采用厚度2.0m，向下逐步加寬，防滲體上游面鉛直為壩體上游面，下游面逐步加寬，在3157.00 m 高程寬度為12m。為了高壩的安全性，在死水位3235.00m 以下還采用LJP 型合成高分子防水涂料作為壩體輔助防滲措施。為壩基滲透穩定，在拱壩基礎進行帷幕灌漿。在拱壩基礎3240.0m 高程以下高程防滲采用雙排孔灌漿帷幕，在河床中間段帷幕最大深度30m，左岸岸坡段帷幕最大深度80m，右岸岸坡段帷幕最大深度60m。帷幕灌漿孔排距1.5m，孔距2.0 m。在拱壩基礎3240.0 m 高程以上高程防滲采用單排孔灌漿帷幕，左、右岸岸坡段帷幕最大深度60m，灌漿孔孔距2.0m。帷幕灌漿可通過布置在3150.0 m，3195.0m，3240.0m 和3280.0m 高程4層的灌漿平洞和兩壩肩的灌漿平洞內進行。

　　4.1.2排水

　　為及時降低壩體滲透壓力，排除滲透水流，在壩體內設排水系統。壩體排水管設在二級防滲配碾壓混凝土后，設計采用無砂混凝土排水管。排水管將壩體排水匯集到基礎灌漿及排水廊道的集水井內，用水泵將集水抽排到壩體外。為減小壩基揚壓力，提高壩基穩定性，在灌漿帷幕后設置排水孔，排水孔孔距2.0m。在河床中間段排水孔最大孔深20m，在左岸岸坡段排水孔最大孔深50m，在左岸岸坡段排水孔最大孔深40 m。

　　4.2壩體結構

　　根據灌漿、大壩觀測、排水及交通需要，按照簡化壩體、集中布置的原則，分別在3150m3195m，3240m和3280m 高程布置4 層多功能水平廊道，在壩內設置2.0m×2.0m 的方形交通豎井與各層水平廊道連同。水平廊道設置在二級配防滲碾壓混凝土后，在壩體內3195m，3240m 和3280m 高程，其功能為觀測、排水及交通的洞段，其斷面為2.0m×2.5m，其與壩坡灌漿平洞相連接。3150m 高程和兼顧灌漿功能的洞段，其斷面為3.0m×3.5m。由于壩體較高，考慮在交通豎井內設電梯1部，以方便交通。

　　4.3不良地質條件處理

　　(1) 左岸重力壩基礎: 原則上將壩基上的P2w1地層挖除,使重力壩置于弱風化P1q+ m厚層灰巖上;對穿過重力壩基礎的斷層破碎帶進行挖槽回填混凝土塞,并進行深孔固結灌漿處理。為提高建基面的抗滑穩定安全度,在固結灌漿孔內布置插筋, 并將插筋的外露部分與重力壩基礎墊層混凝土錨固。對于溶蝕帶部位要加深固結灌漿孔,先進行砂漿回填后再進行固結灌漿處理。為提高重力壩淺層抗滑穩定的安全度,對靠近拱端位置也要布置鋼筋樁進行加固處理。

　　(2) 壩基建基面上開挖出現的斷層、溶洞和溶蝕帶,需作掏槽開挖并回填混凝土(塞),然后進行固結灌漿處理。對于斷層與防滲帷幕相交處,可加強帷幕灌漿和固結灌漿,必要時可局部加大混凝土塞的深度和加深固結灌漿的孔深。

　　(3) f3 斷層: 該斷層穿過右岸拱端,為了減小f3斷層對右拱端基礎壓縮變形的影響,在818m高程帷幕灌漿隧洞內沿f3斷層在拱端70m范圍內布置施工支洞, 沿斷層破碎帶上、下分別進行孔深約30m的深孔固結灌漿處理,以減小拱端推力作用對壩肩基礎的壓縮變形。

　　4.4溫控設計

　　根據壩址處的水文氣象條件和工程進度目標的安排,碾壓混凝土設計安排在10月份至次年4月份期間施工,合理安排施工計劃與澆筑強度,加強養護。不需采取特殊溫控措施。

　　 5、溫控措施

　　(1) 采用中低熱水泥, 高摻粉煤灰(二級配摻55% ,三級配摻60%),盡可能地降低碾壓混凝土絕熱溫升。

　　(2) 采用水溫介于7~23e的右岸下游地下河水拌合混凝土。

　　(3) 已碾壓完成或暫停碾壓的壩體采用遮陽麻袋布及時覆蓋,并勤于噴水養護, 以免太陽暴曬,保持倉面濕潤。

　　(4) 壩體設計未布置有埋設冷卻水管和混凝土未摻有MgO。

　　6、結語

　　碾壓混凝土拱壩采用通倉澆筑薄層上升,與常態混凝土相比,在南方山區中小型大壩的溫控方面有簡單處置的適用優勢,不用摻MgO,傳統的骨料風冷或水冷和埋設冷卻水管均可取消,只需相應做好大壩混凝土施工時段的合理安排,優化的混凝土配合比設計和科學養護,能取消專門溫控設施。某水電站碾壓混凝土拱壩嘗試成功,豐富了碾壓混凝土拱壩在我國南方建壩實踐經驗。