拔贡水电站改扩建工程纵向混凝土围堰的设计

拔贡水电站改扩建工程纵向混凝土围堰的设计

1拔贡水利工程改扩建方案广西八公祠位于龙江上游的打沟河上。河池市八公乡附近。它是广西四个层面的转移。上游有下桥水库，下游有六甲水库，距离金朝河54公里。工程于1969年开工建设,施工过程中发生过左岸崩塌,目前仍有遗迹,由于地质情况复杂,且未进行基础处理,大坝建成后,漏水严重,最大漏水量达25.4m3/s,每年枯水期,因漏水影响发电达数月,严重影响电站的经济效益。根据原拔贡水电站运行的现状,依据充分利用水能资源的原则,在旧坝处理方案要可行并能安全实施,要彻底解决历史问题,不留安全隐患的思路下,拔贡水电站改扩建工程经过方案比较及论证,采用在旧坝下游约225m处新建大坝及厂房的改扩建方案。拔贡水电站改扩建工程是一座以发电为主的水电站工程,改扩建后水库总库容为0.214亿m3,可调节库容0.198亿m3,电站的装机容量为21MW,保证出力1.38MW,多年平均发电量0.6738亿kW·h,年利用小时3208h。主要建筑物从左向右依次布置左岸接头重力坝,厂房坝段,1号~6号自由溢流坝,右岸接头重力坝,整个坝线总长183.51m。2围堰径流方案拔贡水电站改扩建工程水库为中型,属于III等工程,电站为小(1)型,属IV等工程,故整个枢纽按水库和电站中按最高等别确定为III等工程。考虑到大坝较低,洪水不出河槽,失事后造成损失不大,和工程的历史延续性等因素,大坝、厂房等永久性水工建筑物级别降低一级为4级,次要建筑物按5级,相应临时性水工建筑物级别5级,根据DL5180-2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》及SL303-2004《水利水电工程施工组织设计规范》的规定,5级临时性水工建筑物采用的设计洪水标准分别为:当建筑物类型为混凝土时,洪水重现为5~3年。本工程坝址处河床宽度仅150m左右,场地狭窄,若采用全年围堰工程量较大,且不利于施工导流布置,因此采用枯水期围堰进行施工。围堰导流采用枯水时段为10月1日至次年3月31日P=20%洪水,相应导流流量Q=390m3/s。根据水文资料,结合枢纽地形特点、施工难易程度及施工总进度要求等因素,综合考虑后确定本工程采用束窄河床分两期导流方式,其中一期含两个枯水期,二期含一个枯水期。一期围堰围左岸,利用右岸疏通河道开挖扩宽加深形成的导流明渠过流,施工厂房、1号溢流坝段及左岸重力坝段。二期围堰围右岸,利用1号坝内2个导流底孔和1个冲砂孔过流,导流底孔尺寸为5m×6m(宽×高),冲砂孔尺寸为3m×5m(宽×高),施工剩余5段溢流坝及右岸重力坝段。3混凝土墙的垂直结构3.1纵向混凝土围堰基纵向混凝土围堰放在1号溢流坝和2号溢流坝之间,所处位置场地地形较平缓,堰基河床高程约211.55~215.72m,地面岩溶沟槽呈凹凸不平状。纵向混凝土围堰基置于浅部溶蚀风化岩体,以Ⅲ2B、ⅢC类岩石为主,经基础处理后岩石强度较高,满足坝基持力层强度要求。对局部强溶蚀带及破碎带岩体,采用适当深挖或进行注浆固结,使地基相对均匀。3.2上游水位分析一期导流流量Q=390m3/s,相应下游水位为217.76m,河水通过缩窄河道后上游水位雍高至218.33m。因此一期过流时纵向混凝土围堰下游段挡水水位为217.76m,纵向混凝土围堰上游段挡水水位为218.33m。二期导流流量Q=390m3/s,相应下游水位为217.76m,河水通过导流底孔和冲砂孔过流时,上游水位雍高至220.46m。因此二期过流时纵向混凝土围堰下游段挡水水位仍为217.76m,纵向混凝土围堰上游段挡水水位为220.46m。3.3垂直混凝土坝的结构类型3.3.1混凝土纵向围堰顶高纵向混凝土围堰上游段一期挡水水位为218.33m,二期挡水水位为220.46m,考虑到风浪雍高、安全超高,参考以往围堰修筑经验,纵向围堰上游段堰顶高程取221.50m。纵向围堰下游段挡水水位为217.76m,考虑安全超高,参考以往围堰修筑经验,纵向围堰下游段顶高程取218.70m。根据DL/T5087-1999《水电水利工程围堰设计导则》的相关规定,为满足施工需要和防汛抢险要求,混凝土纵向围堰顶宽为3~6m。考虑到本工程围堰等级较低,为节省投资,加快工程施工进度,混凝土围堰顶宽取3m。3.3.2定的埋深纵向混凝土围堰基础应落在基岩上,并有一定的埋深,防止水流冲刷。根据本工程的地形地质条件,确定上下游围堰堰底高程为210.70m,平均基础开挖深度约为3m。3.3.3游土石围堰布置纵向混凝土围堰长度应能满足主体工程基坑施工需要及上下游土石围堰布置所需范围需要。根据水工建筑物、上下游土石围堰布置及施工总布置的要求,本工程纵向围堰上游段长度为74.5m,纵向围堰下游段长度为73.5m。3.3.4纵向混凝土围堰本工程纵向混凝土围堰上游段一期过流挡水水头为7.63m,二期过流挡水水头为9.76m。纵向混凝土围堰下游段挡水水头为7.06m。围堰挡水水头不高,因此纵向混凝土围堰采用重力式C15素混凝土围堰,方便施工,加快进度,有利于本工程尽早蓄水发电。混凝土纵向围堰结构断面如图1~图2。4纵向混凝土坝的稳定计算4.1围堰稳定计算要求纵向混凝土围堰稳定计算需考虑以下荷载:堰体自重、静水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力等。因本工程新坝上游225m处即为老电厂厂房和坝址,吹程很短,且坝址处多年平均风速在0.9~1.3m/s之间,波浪爬高很小,浪压力可不予考虑。龙江流域大部分处于石灰岩地区,森林茂密,植被良好,森林覆盖率很高,水土流失少,河流含沙量较少,流域内已建的各级电站均未发现坝前有大量泥沙淤积,泥沙压力可不予考虑。围堰稳定计算主要考虑围堰自重W混凝土、堰体上水重W水、静水压力P、扬压力U。围堰采用C15素筋混凝土结构,混凝土容重取24kN/m3,水重为9.8kN/m3,围堰无帷幕灌浆,无排水孔渗压力无折减。根据地质资料,因围堰基础落在强风化基岩上,混凝土底板与基岩接触面抗剪摩擦系数f=0.55;抗剪断摩擦系数f′=0.65,抗剪断凝聚力c′=300kPa。取单宽1m为计算单元进行计算,围堰受力示意图如图3~图5。4.2抗滑稳定计算4.2.1基本组合ks值式中Ks——按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数。基本组合的Ks值采用1.05;∑W——作用于底板基础所有垂直力的代数和(含扬压力);f——接触面间的摩擦系数,取0.55;4.2.2确定压力—按抗剪断强度公式计算式中K′——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数。基本组合的K′值采用3.0;∑W——作用于计算段所有垂直力的代数和(含扬压力);∑P——作用于计算段所有水平力矢量代数和;c′——基底与基岩接触面的抗剪断凝聚力,取c′=300kPa;A——基础面的截面积,纵向围堰上游段底面积为9m2,纵向围堰下游段底面积为5m2。4.3最小垂直正应力堰基应力计算公式为:式中σmax/σmin——计算段基础面上的最大最小垂直正应力;∑Mx、∑My——分别为作用于计算段上的所有荷载对计算截面形心X、Y轴的力矩总和;不考虑沿坝轴线Y方向作用力,∑My=0;B——基础面的计算截面宽度,B=1m;A——基础面的计算截面积。4.4稳定安全系数kn抗倾覆计算公式:式中K0——抗倾覆稳定安全系数,基本荷载不小于1.5;∑MV——抗倾覆力矩,kN·m.;∑MH——倾覆力矩,kN·m.;4.5稳定决策流量围堰稳定和基底应力计算成果见表1。4.6未出现拉应力,建基面应力满足要求根据围堰稳定应力计算结果,纵向围堰上游段一期、二期过流时,抗滑稳定、抗倾覆稳定均满足要求,建基面未出现拉应力,建基面应力满足要求。纵向围堰下游段一、二期过流时,抗滑稳定、抗倾覆稳定也满足要求,建基面出现-39.01kPa拉应力,考虑到围堰经常处于低水位运行,出现最高水位时间较短,建基面允许有0.1kPa的拉应力,因此建基面应力也满足要求。5纵向混凝土围堰拔贡水电站改扩建工程于2011年1月1日正式开工建设,纵向围堰下游段混凝土于2011年2月23日开始浇筑,到2011年3月9日完成纵向围堰下游段混凝土浇筑,历时15天。纵向围堰上游段混凝土于2011年3月7日开始浇筑,到2011年3月20日完成