水利工程论文-沙牌碾压混凝土拱坝设计.doc

水利工程论文-沙牌碾压混凝土拱坝设计摘要：较为详细地介绍了坝高130m的沙牌碾压混凝土拱坝的设计和特点，主要包括枢纽布置、拱坝布置、混凝土设计和筑坝材料、结构设计、温度控制措施和基础处理。关键词：碾压砼拱坝设计特点沙牌水电站1工程概况沙牌水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内，是岷江支流草坡河上游的一个梯级龙头电站。电站采用蓄、引相结合的开发方式，坝址位于草坡河上沙牌村牛厂沟附近，厂址在其下游约5km的克充台地，电站尾水汇入已建成的草坡水电站水库。坝址距草坡河口约19km，距汶川县城约47km，距成都约136km。沙牌水电站水库正常蓄水位为18660m，死水位为18250m，总库容018亿m3。电站总装机容量36MW，年发电量179亿kWh，年利用小时数为4791h。工程为三等工程，主要建筑物为3级建筑物，设计洪水标准按50年一遇，校核洪水标准按500年一遇，地震基本烈度为7度。枢纽工程主要由碾压混凝土拱坝、右岸2条泄洪洞及右岸发电引水隧洞、发电厂房等建筑物组成。碾压混凝土拱坝高130m，是目前国内外最高的碾压混凝土拱坝。沙牌水电站分两期建设：一期工程采用引水式开发，建低闸临时取水，于1995年11月开始施工，1997年5月发电；二期工程采用高拱坝挡水，形成具有季调节性能的水库，于1997年6月16日开工建设，2002年5月30日碾压到坝顶。拱坝于2003年5月8日下闸蓄水，工程将于2003年12月全面竣工。2枢纽布置沙牌水电站坝址处河谷深切，两岸基岩裸露，河谷形状为V形，基本对称，其宽高比约为17，适合于修建混凝土拱坝。坝基岩体主要为花岗闪长岩，岩体完整性好，风化卸荷不强；在坝基中上部高程出露有花岗闪长岩夹片岩，对片岩进行混凝土置换处理后，可以满足拱坝建基面的要求。根据坝址区自然条件，并考虑到采用碾压混凝土筑坝技术等因素，拱坝体型设计为三心圆单曲拱坝，拱坝坝身不布置泄洪建筑物。在拱坝右岸布置2条泄洪隧洞，1号泄洪洞进水口底高程为18460m，结合导流洞的利用，洞身采用涡漩式内消能竖井泄洪洞，最大泄流量为242m3s；2号泄洪洞进水口底高程为18050m，洞身采用长陡坡，坡度为10，最大泄流量为211m3s。发电引水系统布置在拱坝右岸，进水口底板高程为1818m，引水隧洞全长350092m，洞径3m，引用流量156m3s。调压井布置在下厂址草坡河右岸的山体中，为圆筒阻抗式，直径45m，高9936m。调压井后为埋藏式压力管道，2台机共用1根总管，管径2m，支管直径12m。厂房布置在草坡河左岸的克充阶地上，主厂房长26m、宽185m、高3155m，安装2台单机容量为18万kW的混流式机组。主体工程施工期采用断流围堰挡水、隧洞导流、坝体全年施工的导流方案。枢纽布置见图1。该枢纽布置较大地简化了碾压混凝土拱坝结构，为碾压混凝土快速施工创造了极为有利的条件。3碾压混凝土拱坝布置拱坝建基面确定在基岩弱风化下段下限，即坝基开挖至微风化顶板，坝基主要为类岩体，局部位于两岸的中、上部高程2类岩体上。当建基面上出现Sc密集带时，要进行混凝土置换处理，同时加强坝基固结灌浆，增强坝基整体性和均匀性。碾压混凝土拱坝设计应满足安全和经济的目的，同时应充分发挥碾压混凝土快速施工的优势，并容易保证施工质量。经比较论证，三心圆单曲拱坝体型形状简单，有利于简化坝体构造，更便于碾压混凝土施工及保证施工质量。从国内外施工技术水平和实践经验出发，为积极稳妥地推动高碾压混凝土拱坝建设的顺利发展，沙牌拱坝体型设计采用三心圆单曲拱坝。为改善拱坝坝体应力，合理利用地形条件，减轻河床深槽下部开挖和施工难度，在河床底部设置垫座。拱坝体型参数特征值见表1。4拱坝混凝土设计强度及筑坝材料沙牌拱坝混凝土设计强度采用90天龄期的20MPa碾压混凝土。在基本荷载组合作用下，混凝土抗压安全系数取40。应力控制标准和混凝土抗压强度安全系数见表2。根据拱梁分载法坝体应力分析表明，在基本组合及特殊组合工况下，坝体应力、位移分布规律合理，应力状态良好，满足控制标准。碾压混凝土在施工期的水化热温升对高碾压混凝土拱坝应力将产生不利影响，主要可通过合理的分缝及在高温季节埋设冷却水管予以解决。在筑坝材料上，水泥采用阿坝州白花水泥厂生产的白花425号中热水泥；粉煤灰采用华能成都电厂电吸层粉煤灰和关口电厂风选粉煤灰，粉煤灰品质达到国家级灰标准；骨料采用长河坝沟口的花岗岩人工骨料。通过多方案的试验研究比较，按高铁、低铝的原则调整水泥配方，研制开发出低脆性延迟微膨胀专用水泥；采用具有硅质界面胶结作用的花岗岩作为人工骨料，优化配制了具有低弹性模量、高极限拉伸值及大徐变度等高抗裂性能的碾压混凝土。混凝土设计配合比见表3，混凝土材料性能见表4。5坝体结构设计51混凝土分区沙牌碾压混凝土拱坝基本上是按全碾压混凝土模式设计。混凝土分区主要围绕碾压混凝土施工、防渗、坝内孔洞结构的特点设计。（1）坝体碾压混凝土设计强度均采用90天龄期的20MPa，坝体主要采用三级配碾压混凝土。因坝体防渗的需要，在坝体上游部位采用二级配碾压混凝土，以减少施工中的骨料分离现象，达到防渗的目的。（2）垫座采用掺MgO微膨胀碾压混凝土，其微膨胀量控制在70106，可以达到取消垫座分缝、加快施工进度的目的。（3）坝内廊道及竖井均采用预制混凝土成型，可避免立模对施工的干扰。（4）在上、下游坝面、坝与基岩接触部位、坝内孔洞配筋部位，均采用改性混凝土。52坝体分缝为减小温度对坝体的不利影响，防止温度裂缝的发生，保证拱坝的安全，并保证碾压混凝土快速施工，结合施工进度计划安排，拱坝结构分缝方案设计采用两条诱导缝和两条横缝的组合方案：2号和3号缝为诱导缝，1号和4号缝为横缝。碾压混凝土拱坝分缝结构，既要保证缝的作用，又要保证全断面通仓碾压、连续上升的实现，最大限度地减少对施工的干扰。沙牌拱坝设计采用了预制混凝土重力式模板成缝新技术，该技术的特点是：（1）事先在仓面以外将混凝土成缝模板预制成