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石桥水库混凝土拱坝设计

2016-9-1 点击次数：[1485]
 
    1· 工程概况
    盘县石桥水库工程是以盘县石桥镇供水为主、兼顾发电的水利工程，由水库枢纽工程、( 供) 输水工程及发电工程组成。水库枢纽最大坝高55. 5 m，正常蓄水位1 544. 00 m，相应库容544 × 104 m3 ，校核洪水位1 545. 13 m，总库容593 × 104 m3 ， 可供水量为831 × 104 m3 /a。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》( SL 252 － 2000) 第2. 1. 1 款的规定，本工程总库容小于1 000 × 104 m3 ，为小( Ⅰ) 型水库，工程等别为Ⅳ等，大坝、表孔溢洪道、底孔、取水口按4 级建筑物设计。工程主要建筑物有挡水建筑物、泄洪建筑物、取水建筑物、输水建筑物以及水电站建筑物。本文对挡水建筑物混凝土拱坝设计进行探讨。
    2· 拱坝布置
    推荐坝址处河谷狭窄，山高坡陡，地质条件较好，布置常态混凝土双曲拱坝，利用其坝身可过水的特点，对减少工程量，降低工程造价均有利。按《混凝土拱坝设计规范》( SL 282 － 2003) 计算确定坝顶高程1 546 m，大坝为常态混凝土双曲拱坝，坝顶宽4. 5 m，拱坝中心线方位角为N211. 94°E，顶拱中心角83°，坝轴线长157. 40 m，大坝基础置于弱风化岩体中上部，河床坝段建基面高程1 490. 50 m，最大坝高55. 5 m，最大拱厚宽14. 553 m，大坝厚高比0. 229。坝顶右岸与右岸上坝公路相接，右岸在灌浆平硐出口处设置10 m × 5 m的回车场，以满足帷幕灌浆施工和运行管理的需要，大坝中部泄洪表孔位置设宽4. 5 m的交通桥连接左右岸。
    3· 坝体结构设计
    本工程建成后，大坝坝顶不作为主要交通通道，但坝顶宽度应满足施工期混凝土填筑的施工要求和施工设备布置及灌浆材料和设备运输的需要，同时还应满足闸门安装、大坝运行观测等要求。经综合考虑，取坝顶宽度为4. 5 m，坝顶高程为1 546 m，长157. 40 m，坝顶不设防浪墙。溢洪道处设人行交通桥，宽为4. 5 m，为保证人行安全，坝顶上下游面均设栏杆，右岸坝顶与上坝公路相连接。
    大坝主体采用90 天龄期三级配C20，抗渗标号W6，抗冻标号F50，基础设置厚3. 0 m的90 天龄期二级配C20常态混凝土垫层，抗渗标号W10，，抗冻标号F50。大坝坝身设6 条横缝，将坝体分为5 个坝段，坝段长度25 ～ 35 m不等，横缝上游面设置两道铜片止水，缝内安装重复灌浆系统。大坝浇筑完成后，根据横缝的变形情况和坝体温度场变化情况，对其进行接缝灌浆。
    4· 拱坝应力分析
    本工程碾压混凝土拱坝为4 级建筑物，按《混凝土拱坝设计规范》( SL 282 － 2003) ，混凝土容许压应力基本荷载组合安全系数采用3. 5，特殊荷载组合安全系数采用3. 0; 混凝土容许拉应力基本荷载组合为1. 2 MPa，特殊荷载组合为1. 5 MPa。大坝采用C20 常态混凝土，按规范确定的容许压应力均未超过坝基允许承载力。
    拱坝应力分析采用多拱梁法，应用北京水科院编写的“adaso”程序进行计算，荷载组合分基本组合和特殊组合两种:
    基本荷载组合: 水库正常蓄水位+ 相应尾水位+ 设计正常温降+ 坝体自重+ 扬压力+ 泥沙压力+ 浪压力。
    特殊荷载组合: 水库校核洪水位+ 相应尾水位+ 设计正常温升+ 坝体自重+ 扬压力+ 泥沙压力+ 浪压力。
    拱坝应力分析计算结果见表1，表2。
    
                    
    从表1、表2 可知，基本组合坝体最大主拉应力为1. 04 MPa，最大主压应力为2. 97 MPa; 校核工况坝体最大主拉应力为0. 87 MPa，最大主压应力为2. 62 MPa，应力均符合规范要求。本工程大坝嵌入微分化岩体中上部，坝基岩体允许承载力为3 ～ 3. 5 MPa。从上述分析可看出，大坝拱端压应力均小于坝基承载力。
    5· 拱座稳定分析
    坝址河谷为对称“V”型谷，在拱坝坝肩稳定计算中截取单位高度的坝体及岩体，在拱端的推力下，核算坝肩岩体的平面稳定，荷载组合与拱坝应力计算组合一致。拱坝的稳定计算采取“刚体极限平衡法”计算拱坝的分层稳定，参考《拱坝坝肩岩体稳定分析》( 王毓泰，周维桓等编著) 一书。
    1) 荷载组合分基本组合和特殊组合两种:工况一( 基本荷载组合) : 水库正常蓄水位+ 相应尾水位+ 设计正常温降+ 坝体自重+ 扬压力+ 泥沙压力+浪压力。
    工况二( 特殊荷载组合) : 水库校核洪水位+ 相应尾水位+ 设计正常温升+ 坝体自重+ 扬压力+ 泥沙压力+浪压力。
    2) 其稳定安全系数控制标准根据规范确定。
    3) 稳定计算按抗剪断公式计算，公式如下:
    
    式中: Kc 为抗滑稳定安全系数; N 为垂直于滑裂面的作用力; T 为沿滑裂方向的作用力; A 为计算滑裂面的面积; f1为抗剪断摩擦系数; c1为抗剪断凝聚力。
    稳定计算f1取0. 4，C1取0. 1 MPa。
    4) 根据地质资料滑面组合如下:
    左坝肩: 以陡倾结构面N25 ～ 40°E/SE∠75 ～ 85°为侧向滑裂面，以岩层面为底滑面，以N60 ～ 65°W/NE∠80 ～85°节理面为上游拉脱面。
    右坝肩: 以陡倾结构面N35 ～ 40°W/SW∠80 ～ 85°为侧向滑裂面，以岩层面为底滑面。以N50 ～ 600E/NW∠80～ 85°节理面为上游拉脱面。
    根据上述公式和大坝基础物理参数进行拱座稳定分析计算，计算结果见表3。
    
    由表3 计算成果可知，基本组合的分层稳定最小安全系数为4. 83，大于规范规定的K1 = 3. 0; 特殊组合的分层稳定最小安全系数为5. 73，大于规范规定的K1 = 2. 5，满足规范要求。
    6· 结语
    通过上述计算及分析，对石桥水库的大坝做了一个较为全面的设计计算。计算结果表明，设计建筑物的功能性、安全性、稳定性均能满足要求。
 
 
 
 
 
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