水利工程論文-中國(guó)已建成的最高壩-二灘雙曲拱壩.doc

水利工程論文-中國(guó)已建成的最高壩-二灘雙曲拱壩摘要：本文就二灘雙曲拱壩的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)特點(diǎn)，從拱壩體形設(shè)計(jì)、應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)、壩肩穩(wěn)定分析、泄洪消能布置、壩基處理和滲流控制、壩體混凝土設(shè)計(jì)、拱壩施工等方面作了比較全面的扼要介紹，同時(shí)也介紹了蓄水后拱壩安全監(jiān)測(cè)的主要成果和拱壩工作性態(tài)的基本分析。關(guān)鍵詞：二灘水電站雙曲拱壩設(shè)計(jì)施工安全監(jiān)測(cè)二灘水電站位于中國(guó)四川省西南攀枝花市境內(nèi)的雅礱江下游、距雅礱江與金沙江的交匯口33km，是雅礱江干流上規(guī)劃建設(shè)的21座梯級(jí)電站中的第一座。二灘水電站是一座以發(fā)電為主的大型水力發(fā)電樞紐。水庫(kù)控制流域面積11.64萬(wàn)km2，正常蓄水位1200.0m，發(fā)電最低運(yùn)行水位1155.0m，總庫(kù)容58.0億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容33.7億m3，屬季調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站內(nèi)裝6臺(tái)550MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量3300MW，多年平均發(fā)電量170億kWh，保證出力1000MW，是中國(guó)20世紀(jì)末建成投產(chǎn)的最大水電站。樞紐主要建筑物有混凝土雙曲拱壩、左岸引水發(fā)電地下廠房系統(tǒng)、右岸兩條泄洪洞等，雙曲拱壩最大壩高240.0m，為中國(guó)已建成的最高壩。二灘水電站1991年9月14日開(kāi)工，1993年11月大江截流，1998年8月18日第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)，11月第二臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行，1999年4月拱壩工程基本完工，其余4臺(tái)機(jī)組在1999年內(nèi)投產(chǎn)。二灘水電站自工程正式開(kāi)工歷時(shí)8年零3個(gè)月全部建成投產(chǎn)。1壩址地形地質(zhì)條件二灘水電站壩址兩岸谷坡陡峻、臨江坡高300m400m，左岸谷坡坡度2545、右岸谷坡3045，呈大致對(duì)稱的“V”型河谷。河床枯期水位1011m1012m，水面寬80m100m，河床覆蓋層厚20m28m.樞紐區(qū)基巖由二迭系玄武巖和后期侵入的正長(zhǎng)巖以及因侵入活動(dòng)形成的變質(zhì)玄武巖組成，均為高強(qiáng)度的巖漿巖、濕抗壓強(qiáng)度在170210MPa之間。壩區(qū)巖體完整性較好，構(gòu)造破壞微弱，斷層不發(fā)育，無(wú)大的構(gòu)造斷裂及順河斷裂，小斷層僅4條，延伸不長(zhǎng)、以中高傾角與河床正交或斜交，破碎帶寬0.1m0.6m，結(jié)構(gòu)緊密。此外，右壩肩中部存在一條因熱液蝕變和構(gòu)造綜合作用形成的綠泥石陽(yáng)起石化玄武巖軟弱巖帶，帶寬10m左右。壩址屬較高地應(yīng)力區(qū)，河床下部左岸高程954m至976m部位，實(shí)測(cè)最大應(yīng)力50.065.9MPa，高程1040m附近18.838.4MPa.壩區(qū)巖石抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，風(fēng)化作用主要沿結(jié)構(gòu)面進(jìn)行和擴(kuò)展，總體風(fēng)化微弱。拱壩建基面主要為弱偏微風(fēng)化或微風(fēng)化至新鮮的正長(zhǎng)巖、變質(zhì)玄武巖、微粒隱晶玄武巖和細(xì)粒杏仁狀玄武巖，巖體多為塊狀至整體結(jié)構(gòu)、局部為鑲嵌至碎裂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面閉合。壩基水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單、無(wú)集中涌水和滲水，基礎(chǔ)巖體滲透性微弱、具有隨深度增加而減弱的垂直分布特征，但不均一，相對(duì)不透水層的埋深變化較大。樞紐處在川滇南北向構(gòu)造帶的中段西部相結(jié)穩(wěn)定的共和斷塊上，斷塊內(nèi)不存在發(fā)震構(gòu)造，歷史上無(wú)強(qiáng)震記載、壩址區(qū)地震基本裂度為度。拱壩及樞紐主要建筑物按度設(shè)防。2拱壩體形二灘雙拱壩最大壩高240m、拱冠頂部厚度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，拱頂弧長(zhǎng)774.69m.二灘拱壩體形為拋物線形雙曲拱壩。平面上拱端曲率較小而趨扁平化，加大拱推力與岸坡的夾角、有利壩肩穩(wěn)定，同時(shí)通過(guò)調(diào)整拱圈的曲率和拱厚使應(yīng)力更趨均勻合理。由于壩址河床兩岸地形并不完全對(duì)稱，左半拱和右半拱采用不同的曲率半徑，頂拱中心線曲線半徑在349.19m981.15m范圍?？v向曲率是考慮施工期獨(dú)立懸臂壩塊高度按允許產(chǎn)生的自重拉應(yīng)力1.5MPa來(lái)控制，適當(dāng)加大縱向曲率并保持壩面的連續(xù)性而使壩體獲得較好的應(yīng)力分布。相應(yīng)的上游壩面最大倒懸度為0.18.壩體設(shè)置三層孔口：7個(gè)表孔、6個(gè)中孔和4個(gè)放水底孔。為滿足大壩監(jiān)測(cè)、灌漿、排水、交通等要求，在壩內(nèi)沿高程設(shè)置了基礎(chǔ)廊道，上、下檢查廊道和交通廊道共4層廊道。拱壩共分39個(gè)壩段，不設(shè)縱縫，壩體混凝土通倉(cāng)澆筑。3拱壩控制應(yīng)力與壩肩穩(wěn)定分析二灘拱壩壩體混凝土分成A、B、C三區(qū)，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度分別為35MPa、30MPa、25MPa，設(shè)計(jì)齡期為180d.壩體應(yīng)力分析按拱梁分載法，壩基變形特性采用伏格特地基模型。蓄水前對(duì)大壩的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算?；竞奢d組合工況下，上游面最大主壓應(yīng)力6.66MPa，發(fā)生在1205m高程拱冠；最大主拉應(yīng)力0.99MPa，發(fā)生在1130m高程右拱端。下游面最大主壓應(yīng)力8.82MPa，發(fā)生在1010m高程左拱端，最大主拉應(yīng)力0.15MPa，發(fā)生在980m高程拱冠附近。在采用拱梁分載法進(jìn)行壩體應(yīng)力計(jì)算時(shí)，還進(jìn)行了有限元地基取代伏格特地基的壩體應(yīng)力計(jì)算和模擬施工過(guò)程的分析計(jì)算、有限元一等效應(yīng)力法的應(yīng)力分析以及三維非線性有限元分格和結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)等。二灘拱壩壩基巖體巖性堅(jiān)硬，多屬塊狀和鑲嵌結(jié)構(gòu)。壩肩穩(wěn)定分析采用剛體極限平衡法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，用敏感性浮值分析來(lái)判別穩(wěn)定條件和影響失穩(wěn)的主要因素。穩(wěn)定分析的荷載主要考慮拱推力(含壩體自重)、巖體自重與滲透壓力等，滲透壓力按不考慮防滲排水作用時(shí)最大可能值的100%、50%、33%、25%四級(jí)浮動(dòng)。各種分析方法成果均表明，滲透壓力對(duì)拱座穩(wěn)定的影響相當(dāng)顯著，對(duì)底滑面作用更突出，當(dāng)滲透壓力由最大可能值降至50%時(shí)，安全系數(shù)成倍增加。加強(qiáng)和做好排水措施至關(guān)重要。此外，在壩肩穩(wěn)定分析中，還用三維有限元分析巖體內(nèi)的點(diǎn)抗剪安全度進(jìn)行校核，并分別用脆性破壞和塑性破壞巖體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，綜合評(píng)價(jià)壩肩的穩(wěn)定條件。4壩基處理和滲流控制二灘拱壩壩基巖石條件較好，在滿足拱壩結(jié)構(gòu)應(yīng)力和壩肩穩(wěn)定的條件下，按不同部位分別對(duì)待，保留了部分經(jīng)灌漿處理后可作為壩基的弱風(fēng)化中段巖體。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.對(duì)壩基中存在的部分軟弱(破裂)巖石(面積約占10%)和斷層破碎帶按不同深度開(kāi)挖(局部槽挖)后用混凝土進(jìn)行置換。置換開(kāi)挖的深度一般5m6m，綠泥石陽(yáng)起石化玄武巖軟弱帶置換深度達(dá)15m.此外，由于壩基開(kāi)挖爆破松動(dòng)和開(kāi)挖面暴露時(shí)間較長(zhǎng)而引起巖體松馳的影響，對(duì)壩基進(jìn)行了全面固結(jié)灌漿處理。壩基固結(jié)灌漿共13.7萬(wàn)m，按不同部位的巖體質(zhì)量和壩踵、壩趾、防滲帷幕線等不同要求，分為三個(gè)常規(guī)灌漿區(qū)和三個(gè)特殊灌漿區(qū)。常規(guī)灌漿區(qū)布孔間排距3m3m，孔深8m18m，灌漿壓力0.41.5MPa，使用525普通硅酸鹽水泥；特殊灌漿區(qū)布孔間排距1.5m1.5m，孔深13m25m，其、序孔用525普通硅酸鹽水泥，灌漿壓力分別為0.71.5MPa和1.02.0MPa，序孔用比表面積69008300cm2/g的超細(xì)水泥漿液，灌漿壓力1.53.5MPa.固結(jié)灌漿施工中，采用了無(wú)蓋重灌漿和有蓋重引管灌漿兩種方式。有蓋重引管灌漿是從灌漿孔預(yù)埋1英寸的水平灌漿鋼管引至壩基外，待混凝土澆筑一定厚度后施灌。有蓋重高壓引管灌漿的目的是為了保證吃漿量低的部位和無(wú)壓灌漿后，表層05m不滿足要求部位的灌漿效果。引管灌漿壓力24MPa，最高達(dá)4.5MPa.固結(jié)灌漿檢查標(biāo)準(zhǔn)除壓水試驗(yàn)呂榮值外，還用聲波檢查，并以聲波檢查值為主，其標(biāo)準(zhǔn)為：正長(zhǎng)巖Vp4500m/s；玄武巖Vp5000m/s；表層5m局部范圍Vp40