水利工程论文-中国已建成的最高坝-二滩双曲拱坝.doc

水利工程论文-中国已建成的最高坝-二滩双曲拱坝摘要：本文就二滩双曲拱坝的设计和施工技术特点，从拱坝体形设计、应力控制标准、坝肩稳定分析、泄洪消能布置、坝基处理和渗流控制、坝体混凝土设计、拱坝施工等方面作了比较全面的扼要介绍，同时也介绍了蓄水后拱坝安全监测的主要成果和拱坝工作性态的基本分析。关键词：二滩水电站双曲拱坝设计施工安全监测二滩水电站位于中国四川省西南攀枝花市境内的雅砻江下游、距雅砻江与金沙江的交汇口33km，是雅砻江干流上规划建设的21座梯级电站中的第一座。二滩水电站是一座以发电为主的大型水力发电枢纽。水库控制流域面积11.64万km2，正常蓄水位1200.0m，发电最低运行水位1155.0m，总库容58.0亿m3，调节库容33.7亿m3，属季调节水库。电站内装6台550MW的水轮发电机组，总装机容量3300MW，多年平均发电量170亿kWh，保证出力1000MW，是中国20世纪末建成投产的最大水电站。枢纽主要建筑物有混凝土双曲拱坝、左岸引水发电地下厂房系统、右岸两条泄洪洞等，双曲拱坝最大坝高240.0m，为中国已建成的最高坝。二滩水电站1991年9月14日开工，1993年11月大江截流，1998年8月18日第一台机组投产，11月第二台机组投入运行，1999年4月拱坝工程基本完工，其余4台机组在1999年内投产。二滩水电站自工程正式开工历时8年零3个月全部建成投产。1坝址地形地质条件二滩水电站坝址两岸谷坡陡峻、临江坡高300m400m，左岸谷坡坡度2545、右岸谷坡3045，呈大致对称的“V”型河谷。河床枯期水位1011m1012m，水面宽80m100m，河床覆盖层厚20m28m.枢纽区基岩由二迭系玄武岩和后期侵入的正长岩以及因侵入活动形成的变质玄武岩组成，均为高强度的岩浆岩、湿抗压强度在170210MPa之间。坝区岩体完整性较好，构造破坏微弱，断层不发育，无大的构造断裂及顺河断裂，小断层仅4条，延伸不长、以中高倾角与河床正交或斜交，破碎带宽0.1m0.6m，结构紧密。此外，右坝肩中部存在一条因热液蚀变和构造综合作用形成的绿泥石阳起石化玄武岩软弱岩带，带宽10m左右。坝址属较高地应力区，河床下部左岸高程954m至976m部位，实测最大应力50.065.9MPa，高程1040m附近18.838.4MPa.坝区岩石抗风化能力较强，风化作用主要沿结构面进行和扩展，总体风化微弱。拱坝建基面主要为弱偏微风化或微风化至新鲜的正长岩、变质玄武岩、微粒隐晶玄武岩和细粒杏仁状玄武岩，岩体多为块状至整体结构、局部为镶嵌至碎裂结构，结构面闭合。坝基水文地质条件简单、无集中涌水和渗水，基础岩体渗透性微弱、具有随深度增加而减弱的垂直分布特征，但不均一，相对不透水层的埋深变化较大。枢纽处在川滇南北向构造带的中段西部相结稳定的共和断块上，断块内不存在发震构造，历史上无强震记载、坝址区地震基本裂度为度。拱坝及枢纽主要建筑物按度设防。2拱坝体形二滩双拱坝最大坝高240m、拱冠顶部厚度11m，拱冠梁底部厚度55.74m，拱端最大厚度58。51m，拱圈最大中心角91.5，拱顶弧长774.69m.二滩拱坝体形为抛物线形双曲拱坝。平面上拱端曲率较小而趋扁平化，加大拱推力与岸坡的夹角、有利坝肩稳定，同时通过调整拱圈的曲率和拱厚使应力更趋均匀合理。由于坝址河床两岸地形并不完全对称，左半拱和右半拱采用不同的曲率半径，顶拱中心线曲线半径在349.19m981.15m范围。纵向曲率是考虑施工期独立悬臂坝块高度按允许产生的自重拉应力1.5MPa来控制，适当加大纵向曲率并保持坝面的连续性而使坝体获得较好的应力分布。相应的上游坝面最大倒悬度为0.18.坝体设置三层孔口：7个表孔、6个中孔和4个放水底孔。为满足大坝监测、灌浆、排水、交通等要求，在坝内沿高程设置了基础廊道，上、下检查廊道和交通廊道共4层廊道。拱坝共分39个坝段，不设纵缝，坝体混凝土通仓浇筑。3拱坝控制应力与坝肩稳定分析二滩拱坝坝体混凝土分成A、B、C三区，其设计强度分别为35MPa、30MPa、25MPa，设计龄期为180d.坝体应力分析按拱梁分载法，坝基变形特性采用伏格特地基模型。蓄水前对大坝的应力状态进行复核计算。基本荷载组合工况下，上游面最大主压应力6.66MPa，发生在1205m高程拱冠；最大主拉应力0.99MPa，发生在1130m高程右拱端。下游面最大主压应力8.82MPa，发生在1010m高程左拱端，最大主拉应力0.15MPa，发生在980m高程拱冠附近。在采用拱梁分载法进行坝体应力计算时，还进行了有限元地基取代伏格特地基的坝体应力计算和模拟施工过程的分析计算、有限元一等效应力法的应力分析以及三维非线性有限元分格和结构模型试验等。二滩拱坝坝基岩体岩性坚硬，多属块状和镶嵌结构。坝肩稳定分析采用刚体极限平衡法进行稳定计算，用敏感性浮值分析来判别稳定条件和影响失稳的主要因素。稳定分析的荷载主要考虑拱推力(含坝体自重)、岩体自重与渗透压力等，渗透压力按不考虑防渗排水作用时最大可能值的100%、50%、33%、25%四级浮动。各种分析方法成果均表明，渗透压力对拱座稳定的影响相当显著，对底滑面作用更突出，当渗透压力由最大可能值降至50%时，安全系数成倍增加。加强和做好排水措施至关重要。此外，在坝肩稳定分析中，还用三维有限元分析岩体内的点抗剪安全度进行校核，并分别用脆性破坏和塑性破坏岩体力学参数进行地质力学模型试验，综合评价坝肩的稳定条件。4坝基处理和渗流控制二滩拱坝坝基岩石条件较好，在满足拱坝结构应力和坝肩稳定的条件下，按不同部位分别对待，保留了部分经灌浆处理后可作为坝基的弱风化中段岩体。左岸拱座水平嵌深22m50m、平均32.6m；右岸拱座水平嵌深2659m、平均39.1m.对坝基中存在的部分软弱(破裂)岩石(面积约占10%)和断层破碎带按不同深度开挖(局部槽挖)后用混凝土进行置换。置换开挖的深度一般5m6m，绿泥石阳起石化玄武岩软弱带置换深度达15m.此外，由于坝基开挖爆破松动和开挖面暴露时间较长而引起岩体松驰的影响，对坝基进行了全面固结灌浆处理。坝基固结灌浆共13.7万m，按不同部位的岩体质量和坝踵、坝趾、防渗帷幕线等不同要求，分为三个常规灌浆区和三个特殊灌浆区。常规灌浆区布孔间排距3m3m，孔深8m18m，灌浆压力0.41.5MPa，使用525普通硅酸盐水泥；特殊灌浆区布孔间排距1.5m1.5m，孔深13m25m，其、序孔用525普通硅酸盐水泥，灌浆压力分别为0.71.5MPa和1.02.0MPa，序孔用比表面积69008300cm2/g的超细水泥浆液，灌浆压力1.53.5MPa.固结灌浆施工中，采用了无盖重灌浆和有盖重引管灌浆两种方式。有盖重引管灌浆是从灌浆孔预埋1英寸的水平灌浆钢管引至坝基外，待混凝土浇筑一定厚度后施灌。有盖重高压引管灌浆的目的是为了保证吃浆量低的部位和无压灌浆后，表层05m不满足要求部位的灌浆效果。引管灌浆压力24MPa，最高达4.5MPa.固结灌浆检查标准除压水试验吕荣值外，还用声波检查，并以声波检查值为主，其标准为：正长岩Vp4500m/s；玄武岩Vp5000m/s；表层5m局部范围Vp40