江埡全斷面碾壓混凝土重力壩壩體結(jié)構(gòu)與運(yùn)行溫度特性

1、江域全斷面碾壓混凝土重力壩壩體結(jié)構(gòu)與運(yùn)行溫度特性【摘要】本文介紹江域全斷面碾壓混凝土重力壩壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和筑壩材料分區(qū)設(shè)計(jì)，根 據(jù)大壩觀測資料簡要總結(jié)了碾壓混凝土入倉后的溫度變化情況。【關(guān)鍵詞】江坪結(jié)構(gòu)材料 溫度1. 工程概況及建設(shè)過程江域水庫位于湖南省慈利縣江規(guī)鎮(zhèn)澧水支流婁水屮游。壩址控制流域面積3711km2,占該流域 面積的73%,其中包括五峰、鶴峰兩個(gè)長江水系眾雨區(qū)。本工程以防洪為主，兼有發(fā)電、灌溉、航 運(yùn)、供水等綜合效益。樞紐工程由攔河壩、發(fā)電廠房、灌溉為供水収水系統(tǒng)及貨物過壩提升系統(tǒng)組 成。攔河壩最大壩高131m,水庫總庫容17.4億n?,其中防洪庫容7.4億右岸布置地下發(fā)電廠 房，

2、裝機(jī)3x 100m,年發(fā)電量7. 56億kw -h；壩身設(shè)灌溉取水管，灌溉農(nóng)田5330hm2；改善航道124km,升船機(jī)年過壩貨運(yùn)量8萬噸；解決5萬人生活用水，樞紐布置如圖1所示。江域水庫建成后可將下 游尾閭地區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)山目前的47年一遇捉髙到1720年一遇，與在建中的皂市水庫及干流宜 沖橋水庫聯(lián)合調(diào)度，對使防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到50年一遇。木工程為國家“九五”期間重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)冃，是大（一）型綜合性水利樞紐工程，大壩及臨庫擋水建筑物為一級建筑，設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為500年一遇，相應(yīng)洪峰流量為12200nf7s,下泄流最 8322m7s；校核洪水重現(xiàn)期為5000年一遇，相應(yīng)洪峰流量為15700m7s,下

3、淞流量10490m7so工程 總投資33. 13億元 利用世界銀行貸款9700萬美元。大壩主體工程于1995年7月進(jìn)行基礎(chǔ)開挖， 1996年10月澆筑碾壓混凝土，1998年汛前大壩澆筑到200. 0m高程，達(dá)100年一遇攔洪標(biāo)準(zhǔn)。1998 年特人洪水期間削減婁水流量的60%,減少了下游沿河市縣的洪災(zāi)損失。1998年10月水庫下閘蓄 水，1999年5刀大壩達(dá)到壩頂高程245.0m,進(jìn)入金屬結(jié)構(gòu)及壩頂細(xì)部結(jié)構(gòu)施工，1999年底主體工 程完工，比設(shè)計(jì)工期提前6個(gè)月完工。2. 壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壩體為全斷面碾壓混凝土重力壩壩型，即上游 防滲體和壩內(nèi)大體積混凝土均釆用碾壓混凝 土。最大壩高131m,壩頂總長度

4、367m,分13個(gè)壩段，右岸（t獷壩段為非溢流壩；河床；廣壩 段為溢流壩段；左岸812=壩段為非溢流壩段。溢流壩設(shè)于河床屮央，寬88. 0m,設(shè)立體重克布置 的雙層泄洪孔口。表孔為4孔開敞式溢流堰，堰頂高程224. 0m,孔口尺寸14mx15m,堰頂上游為 兩段圓弧與豎向壩血銜接，下游為wes型曲線接1:0.8直線段再接高低坎挑流反弧段。中孔設(shè)于表 孔閘墩下面,共設(shè)3孔,進(jìn)口底板高程180. 0m,孔口尺寸5mx7m,在壩內(nèi)約2/3為水平段后接拋 物線。利用表孔閘墩設(shè)置進(jìn)口檢修門豎井,弧型工作門布置在出口高挑坎下面，中孔可單獨(dú)下泄50 100年一遇洪水，為經(jīng)常操作孔，與表孔聯(lián)合渲泄人洪水。2個(gè)

5、邊表孔和3個(gè)屮孔為低挑坎收縮出 流，挑坎高程150.0m；中間2個(gè)表孔為高挑坎擴(kuò)散出流,挑坎高191.20m,形成高差達(dá)41.2m的 大差動(dòng)挑流消能，高低坎兩股水流碰撞后，加劇了水流與空氣的摩擦紊亂，形成水氣二相流加大了 空中消能作用，減緩了下泄水流對河床及岸坡的沖刷。溢流面堰面曲線采用wes曲線，其定型設(shè)計(jì) 水頭乩，一般為堰頂最大作用水頭的75%95%,取定型設(shè)計(jì)水頭h尸0. 85弧二14. 5m,堰面曲線 方程為y=0. 0515xl85o堰頂（原點(diǎn)）上游段采用雙園弧曲線與壩體上游鉛宜銜接，園弧半徑分別為 9.0m和3. 5m,園弧中心角對應(yīng)為19. 471°和45. 32% 1

6、 f邊表孔wes |11|線與低坎反弧曲線之間用 1:0.8的直線段相連接，2 3沖表孔wes曲線與高坎反弧曲線之間用1:0.8的直線段相連接。低坎 反弧半徑為26m,最低點(diǎn)上游段園弧角為51.34°,下游段園弧角為35°；高坎反弧半徑為20m,最低 點(diǎn)上游段園弧角為51.34° ,下游段園弧15%高、低坎鼻坎高程分別為191.2m和150.0m。廣、4# 邊表孔直線段187. 892m高程處設(shè)置摻氣坎槽。非溢流壩基本三角形剖面為上游鉛直，下游為1： 0.8的斜坡面，壩頂寬度12m,下游折坡點(diǎn)高 程為228m。根據(jù)壩基帷幕灌漿、壩體排水、觀測、交通等要求，沿壩體高

7、度設(shè)三層廊道，即基礎(chǔ)灌 漿排水廊道和高程160. 0m和200. 0m的觀測排水廓道，在人壩富膠碾壓混凝土防滲體后設(shè)置了排水 孔，以降低壩體內(nèi)部滲透壓力。上兩層廓道用作鉆排水孔形成壩體排水幕形成高水自排，低水抽排 的壩體排水方式，并布設(shè)觀測儀器，以監(jiān)測人壩運(yùn)行安全狀況。壩內(nèi)交通由水平廊道、斜廊道、豎 井和電梯井紐成，供運(yùn)行期排水和檢修維護(hù)。排水孔采用鉆孔法，在壩頂與壩內(nèi)各層廊道之間鉆孔 形成i道排水幕。排水幕距上游壩面6m10. 3m,孔距3m,孔徑91mm。圖2 大壩標(biāo)準(zhǔn)剖血圖3. 壩體筑壩材料分區(qū)設(shè)計(jì)在壩體材料分區(qū)設(shè)計(jì)屮充分考慮碾壓混凝土人型機(jī)械化連續(xù)施匸特點(diǎn)，兩岸非溢流壩為上游 鉛直面、

8、下游折面的標(biāo)準(zhǔn)剖面，慕本上為碾壓混凝土為主，只在廊道周邊、棊礎(chǔ)熱層和壩體上游分 縫止水處設(shè)置少量的常規(guī)混凝土。溢流壩為方便施工和充分發(fā)揮碾壓混凝土快速施工的優(yōu)點(diǎn)，一般 在碾壓混凝土壩內(nèi)不宜設(shè)壩內(nèi)中孔，但由丁江域壩址具有河床狹窄、洪水陡漲陡落、洪水流量大的 特點(diǎn)，以及防洪調(diào)度要求，必須設(shè)置較低高程的泄洪孔口，經(jīng)多方案比較仍確定采用立體重疊的中 表孔聯(lián)合泄洪布置及高、低坎人差動(dòng)挑流空屮碰撞消能方案，開創(chuàng)了在碾壓混凝土壩上設(shè)置汕洪屮 孔的先例。為了盡量減少泄洪屮孔對碾壓混凝土的影響，屮孔在大壩基本剖面之內(nèi)以水平布置為主。壩體混凝土在不同部位采用的等級，根據(jù)各部位混凝土的工作條件與所須滿足的強(qiáng)度、抗?jié)B

9、、 抗沖刷等性能對壩體各部位混凝土進(jìn)行分區(qū)，并確定其混凝土等級。碾壓混凝土重力壩混凝土材料 分區(qū)，會(huì)影響施工機(jī)械的配套、施工進(jìn)度的安排、壩體溫度控制及橫縫設(shè)置等多方面的問題。為方 便施匸及減少異種混凝土結(jié)合所帶來的問題，宜盡可能多的采用碾壓混凝土，經(jīng)過研究論證和結(jié)構(gòu) 分析，江規(guī)大壩除基礎(chǔ)墊層、屮孔和廊道周邊、溢流面、閘墩及壩頂細(xì)部結(jié)構(gòu)處，具余均采川碾壓 混凝十。由于人壩碾壓混凝十采用通倉薄層碾壓，為利于施工，混凝十等級分區(qū)原則上按高程劃分,除個(gè)別部位有特殊要求外，不采用2種以上的混凝土等級。人壩混凝土的等級分區(qū)見表1。壩體混凝土等級分區(qū)農(nóng)表1部位強(qiáng)度等級抗?jié)B標(biāo)號(hào)壩體內(nèi)部190m高程以下rcc-

10、rsol5os8壩體內(nèi)部190m高程以上rccroloosi上游防滲層（厚度8m3m）rcc-rgo200s12基礎(chǔ)墊層（厚度加lm）vcc-r2q00ss溢流面板vcc-r28350溢流壩190m高程以上防滲層vcc-r28200s8廊道、電梯井、交通豎井周邊vcc-r：«200ss閘墩、導(dǎo)墻vcc-r：«200ss止水周邊vcc-r2&200ss上游鋪蓋、下游護(hù)坦vcc-r2s200s8注：rcc為碾壓混凝土，vcc為常規(guī)混凝土，抗?jié)B標(biāo)號(hào)、設(shè)計(jì)齡期均采用原設(shè)計(jì)階段表示方法。防滲體二級配碾壓混凝土厚度不小于壩前水頭的1/15,并兼顧碾壓設(shè)備的工作尺寸而定：高程 1

11、25m165m,厚度為8.0m；高程165m215m,厚度為5m；高程215m以上，厚度為3m。防滲輕標(biāo) 號(hào)為甌200,抗?jié)B標(biāo)號(hào)為s】2。溢流壩段中孔以下采用碾壓混凝土設(shè)置厚度與非溢流壩相同，以上采 用3m厚常規(guī)混凝土防滲，混凝十標(biāo)號(hào)為r2.200,抗?jié)B標(biāo)號(hào)s叭4. 壩體溫度運(yùn)行特性常規(guī)混凝土重力壩與碾壓混凝土重力壩在運(yùn)行階段最人的不同點(diǎn)是壩體溫度場不同，常規(guī)混凝 土壩在施工期采用人工降溫措施，運(yùn)行期壩體已經(jīng)慕木接近穩(wěn)定溫度場；碾壓混凝土壩則不同，雖 然碾壓混凝土重力壩的單位體積水泥用竝少、總水化熱低，但碾壓混凝土高摻粉煤灰的配合比使得 壩體溫升緩慢，入倉后90犬具至更長才能達(dá)到主溫升最高溫度

12、。而且施工速度快，整體澆筑，散 熱條件差，使得壩體在運(yùn)行階段岀現(xiàn)高溫核后再緩慢降溫。山于碾壓混凝土重力壩的溫度場變化過圖3江規(guī)人壩5# 7#8#壩段溫度核心區(qū)測點(diǎn)位置圖水化溫升段多項(xiàng)式（水化溫升段）y = -6e-07x1 + 0.0868x? - 4626. 6x2 + 1e+o8x - 1e+12r2 = 0. 9877水化溫升段y 二-1e-o5x2 + 0. 898x - 16170多項(xiàng)式（水化溫升段）r2 = 0. 9929°c30. 0029. 002& 0027. 0026. 00散熱下降段指數(shù)（散熱下降段）y = 562. 51e_8e_05x r2 = 0.

13、993811 1 1iii1|1|1|;:11 11 1 11 1 1 1乙ouu980101990101000101001231011231021231time圖4混凝土主溫升期.副溫升期和降溫期觀測曲線與擬合曲線圖程氏達(dá)數(shù)年，達(dá)不到穩(wěn)宦溫度場蓄水運(yùn)行是必然的，在此期間壩體承擔(dān)上游水荷載產(chǎn)生的應(yīng)力和溫 度丿、y力，故研究分析壩體溫度特點(diǎn)和溫度應(yīng)力是必要的。從江規(guī)人壩運(yùn)行觀測資料來看，壩體上下游區(qū)域受庫水和外界氣溫影響，變化較快較容易接近 穩(wěn)定溫度，在大壩核心區(qū)溫度變化為：入倉以后的主溫升期、副溫升期和溫降期，肖冬季施工時(shí)山 于外界溫度低，薄層攤鋪的混凝土和外界氣溫急劇交換，還存在一個(gè)短暫的降溫階段。主溫升期，發(fā)生在混凝土入倉后的60-90天，溫度上升1216°c,日上升平均梯度為0. 15°c 左右，多項(xiàng)指數(shù)擬合式和曲線見圖4,和關(guān)數(shù)r接近1；副升溫期，持續(xù)時(shí)間長達(dá)半年到一年半時(shí) 間，主要受混凝土散熱的影響，約靠近高溫核部位持續(xù)時(shí)間越長，多項(xiàng)指數(shù)擬合式和illi線見圖4, 相關(guān)數(shù)r接近1。此階段持續(xù)時(shí)間長，但溫度梯度變化很小，月變化梯度為0.2°c左右；降溫期，