拔貢水電站改擴建工程縱向混凝土圍堰的設(shè)計

拔貢水電站改擴建工程縱向混凝土圍堰的設(shè)計

1拔貢水利工程改擴建方案廣西八公祠位于龍江上游的打溝河上。河池市八公鄉(xiāng)附近。它是廣西四個層面的轉(zhuǎn)移。上游有下橋水庫，下游有六甲水庫，距離金朝河54公里。工程于1969年開工建設(shè),施工過程中發(fā)生過左岸崩塌,目前仍有遺跡,由于地質(zhì)情況復(fù)雜,且未進行基礎(chǔ)處理,大壩建成后,漏水嚴重,最大漏水量達25.4m3/s,每年枯水期,因漏水影響發(fā)電達數(shù)月,嚴重影響電站的經(jīng)濟效益。根據(jù)原拔貢水電站運行的現(xiàn)狀,依據(jù)充分利用水能資源的原則,在舊壩處理方案要可行并能安全實施,要徹底解決歷史問題,不留安全隱患的思路下,拔貢水電站改擴建工程經(jīng)過方案比較及論證,采用在舊壩下游約225m處新建大壩及廠房的改擴建方案。拔貢水電站改擴建工程是一座以發(fā)電為主的水電站工程,改擴建后水庫總庫容為0.214億m3,可調(diào)節(jié)庫容0.198億m3,電站的裝機容量為21MW,保證出力1.38MW,多年平均發(fā)電量0.6738億kW·h,年利用小時3208h。主要建筑物從左向右依次布置左岸接頭重力壩,廠房壩段,1號~6號自由溢流壩,右岸接頭重力壩,整個壩線總長183.51m。2圍堰徑流方案拔貢水電站改擴建工程水庫為中型,屬于III等工程,電站為小(1)型,屬IV等工程,故整個樞紐按水庫和電站中按最高等別確定為III等工程?？紤]到大壩較低,洪水不出河槽,失事后造成損失不大,和工程的歷史延續(xù)性等因素,大壩、廠房等永久性水工建筑物級別降低一級為4級,次要建筑物按5級,相應(yīng)臨時性水工建筑物級別5級,根據(jù)DL5180-2003《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標準》及SL303-2004《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定,5級臨時性水工建筑物采用的設(shè)計洪水標準分別為:當建筑物類型為混凝土時,洪水重現(xiàn)為5~3年。本工程壩址處河床寬度僅150m左右,場地狹窄,若采用全年圍堰工程量較大,且不利于施工導流布置,因此采用枯水期圍堰進行施工。圍堰導流采用枯水時段為10月1日至次年3月31日P=20%洪水,相應(yīng)導流流量Q=390m3/s。根據(jù)水文資料,結(jié)合樞紐地形特點、施工難易程度及施工總進度要求等因素,綜合考慮后確定本工程采用束窄河床分兩期導流方式,其中一期含兩個枯水期,二期含一個枯水期。一期圍堰圍左岸,利用右岸疏通河道開挖擴寬加深形成的導流明渠過流,施工廠房、1號溢流壩段及左岸重力壩段。二期圍堰圍右岸,利用1號壩內(nèi)2個導流底孔和1個沖砂孔過流,導流底孔尺寸為5m×6m(寬×高),沖砂孔尺寸為3m×5m(寬×高),施工剩余5段溢流壩及右岸重力壩段。3混凝土墻的垂直結(jié)構(gòu)3.1縱向混凝土圍堰基縱向混凝土圍堰放在1號溢流壩和2號溢流壩之間,所處位置場地地形較平緩,堰基河床高程約211.55~215.72m,地面巖溶溝槽呈凹凸不平狀。縱向混凝土圍堰基置于淺部溶蝕風化巖體,以Ⅲ2B、ⅢC類巖石為主,經(jīng)基礎(chǔ)處理后巖石強度較高,滿足壩基持力層強度要求。對局部強溶蝕帶及破碎帶巖體,采用適當深挖或進行注漿固結(jié),使地基相對均勻。3.2上游水位分析一期導流流量Q=390m3/s,相應(yīng)下游水位為217.76m,河水通過縮窄河道后上游水位雍高至218.33m。因此一期過流時縱向混凝土圍堰下游段擋水水位為217.76m,縱向混凝土圍堰上游段擋水水位為218.33m。二期導流流量Q=390m3/s,相應(yīng)下游水位為217.76m,河水通過導流底孔和沖砂孔過流時,上游水位雍高至220.46m。因此二期過流時縱向混凝土圍堰下游段擋水水位仍為217.76m,縱向混凝土圍堰上游段擋水水位為220.46m。3.3垂直混凝土壩的結(jié)構(gòu)類型3.3.1混凝土縱向圍堰頂高縱向混凝土圍堰上游段一期擋水水位為218.33m,二期擋水水位為220.46m,考慮到風浪雍高、安全超高,參考以往圍堰修筑經(jīng)驗,縱向圍堰上游段堰頂高程取221.50m?？v向圍堰下游段擋水水位為217.76m,考慮安全超高,參考以往圍堰修筑經(jīng)驗,縱向圍堰下游段頂高程取218.70m。根據(jù)DL/T5087-1999《水電水利工程圍堰設(shè)計導則》的相關(guān)規(guī)定,為滿足施工需要和防汛搶險要求,混凝土縱向圍堰頂寬為3~6m?？紤]到本工程圍堰等級較低,為節(jié)省投資,加快工程施工進度,混凝土圍堰頂寬取3m。3.3.2定的埋深縱向混凝土圍堰基礎(chǔ)應(yīng)落在基巖上,并有一定的埋深,防止水流沖刷。根據(jù)本工程的地形地質(zhì)條件,確定上下游圍堰堰底高程為210.70m,平均基礎(chǔ)開挖深度約為3m。3.3.3游土石圍堰布置縱向混凝土圍堰長度應(yīng)能滿足主體工程基坑施工需要及上下游土石圍堰布置所需范圍需要。根據(jù)水工建筑物、上下游土石圍堰布置及施工總布置的要求,本工程縱向圍堰上游段長度為74.5m,縱向圍堰下游段長度為73.5m。3.3.4縱向混凝土圍堰本工程縱向混凝土圍堰上游段一期過流擋水水頭為7.63m,二期過流擋水水頭為9.76m。縱向混凝土圍堰下游段擋水水頭為7.06m。圍堰擋水水頭不高,因此縱向混凝土圍堰采用重力式C15素混凝土圍堰,方便施工,加快進度,有利于本工程盡早蓄水發(fā)電?；炷量v向圍堰結(jié)構(gòu)斷面如圖1~圖2。4縱向混凝土壩的穩(wěn)定計算4.1圍堰穩(wěn)定計算要求縱向混凝土圍堰穩(wěn)定計算需考慮以下荷載:堰體自重、靜水壓力、揚壓力、浪壓力、泥沙壓力等。因本工程新壩上游225m處即為老電廠廠房和壩址,吹程很短,且壩址處多年平均風速在0.9~1.3m/s之間,波浪爬高很小,浪壓力可不予考慮。龍江流域大部分處于石灰?guī)r地區(qū),森林茂密,植被良好,森林覆蓋率很高,水土流失少,河流含沙量較少,流域內(nèi)已建的各級電站均未發(fā)現(xiàn)壩前有大量泥沙淤積,泥沙壓力可不予考慮。圍堰穩(wěn)定計算主要考慮圍堰自重W混凝土、堰體上水重W水、靜水壓力P、揚壓力U。圍堰采用C15素筋混凝土結(jié)構(gòu),混凝土容重取24kN/m3,水重為9.8kN/m3,圍堰無帷幕灌漿,無排水孔滲壓力無折減。根據(jù)地質(zhì)資料,因圍堰基礎(chǔ)落在強風化基巖上,混凝土底板與基巖接觸面抗剪摩擦系數(shù)f=0.55;抗剪斷摩擦系數(shù)f′=0.65,抗剪斷凝聚力c′=300kPa。取單寬1m為計算單元進行計算,圍堰受力示意圖如圖3~圖5。4.2抗滑穩(wěn)定計算4.2.1基本組合ks值式中Ks——按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。基本組合的Ks值采用1.05;∑W——作用于底板基礎(chǔ)所有垂直力的代數(shù)和(含揚壓力);f——接觸面間的摩擦系數(shù),取0.55;4.2.2確定壓力—按抗剪斷強度公式計算式中K′——按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)?；窘M合的K′值采用3.0;∑W——作用于計算段所有垂直力的代數(shù)和(含揚壓力);∑P——作用于計算段所有水平力矢量代數(shù)和;c′——基底與基巖接觸面的抗剪斷凝聚力,取c′=300kPa;A——基礎(chǔ)面的截面積,縱向圍堰上游段底面積為9m2,縱向圍堰下游段底面積為5m2。4.3最小垂直正應(yīng)力堰基應(yīng)力計算公式為:式中σmax/σmin——計算段基礎(chǔ)面上的最大最小垂直正應(yīng)力;∑Mx、∑My——分別為作用于計算段上的所有荷載對計算截面形心X、Y軸的力矩總和;不考慮沿壩軸線Y方向作用力,∑My=0;B——基礎(chǔ)面的計算截面寬度,B=1m;A——基礎(chǔ)面的計算截面積。4.4穩(wěn)定安全系數(shù)kn抗傾覆計算公式:式中K0——抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù),基本荷載不小于1.5;∑MV——抗傾覆力矩,kN·m.;∑MH——傾覆力矩,kN·m.;4.5穩(wěn)定決策流量圍堰穩(wěn)定和基底應(yīng)力計算成果見表1。4.6未出現(xiàn)拉應(yīng)力,建基面應(yīng)力滿足要求根據(jù)圍堰穩(wěn)定應(yīng)力計算結(jié)果,縱向圍堰上游段一期、二期過流時,抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定均滿足要求,建基面未出現(xiàn)拉應(yīng)力,建基面應(yīng)力滿足要求。縱向圍堰下游段一、二期過流時,抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定也滿足要求,建基面出現(xiàn)-39.01kPa拉應(yīng)力,考慮到圍堰經(jīng)常處于低水位運行,出現(xiàn)最高水位時間較短,建基面允許有0.1kPa的拉應(yīng)力,因此建基面應(yīng)力也滿足要求。5縱向混凝土圍堰拔貢水電站改擴建工程于2011年1月1日正式開工建設(shè),縱向圍堰下游段混凝土于2011年2月23日開始澆筑,到2011年3月9日完成縱向圍堰下游段混凝土澆筑,歷時15天。縱向圍堰上游段混凝土于2011年3月7日開始澆筑,到2011年3月20日完成