龍?zhí)端娬敬髩蔚膬?yōu)化設(shè)計(jì)

張關(guān)會(huì)

(貴州中水建設(shè)管理股份有限公司，貴州 貴陽 550002)

1 概 述

龍?zhí)端娬疚挥谫F州省水城縣蟠龍鄉(xiāng)法拉寨西北約0.6 km的古牛河峽谷處，距縣城60 km。古牛河為珠江流域北盤江一級(jí)支流，發(fā)源于貴州省威寧縣石丫口，主峰高程2 484 m，古牛河全流域面積為591.2 km2。龍?zhí)端娬緣沃芬陨霞娣e510.12 km2，主河道河長(zhǎng)61.6 km，主河道平均比降14‰。

龍?zhí)端娬舅畮?kù)正常蓄水位910.00 m，相應(yīng)庫(kù)容740萬m3，總庫(kù)容805萬m3。電站裝機(jī)容量為10 MW，工程為Ⅳ等工程，工程規(guī)模屬小(1)型。

測(cè)區(qū)地處黔西高原，地面切割較強(qiáng)，形成山巒起伏的中山地形，總觀全區(qū)地勢(shì)北高南低、西高東低，北部海拔一般為2 000～2 400 m，相對(duì)高差100～300 m，向南山頂高程逐漸降至1 000～1 700 m，相對(duì)高差200～500 m。測(cè)區(qū)最高點(diǎn)位于西北部川巖山頭，海拔2 635 m；最低點(diǎn)為南部北盤江河面，海拔為675 m左右。

測(cè)區(qū)以溶蝕、侵蝕構(gòu)造地貌為主，屬脊?fàn)钪猩降貐^(qū)，地形受巖性構(gòu)造的控制，山嶺谷地的延伸方向與構(gòu)造線基本一致，西北部主要呈NW—SE向展布，東南部主要近S—N向。受多種次級(jí)構(gòu)造體系的破壞，地形總體復(fù)雜，溝谷縱橫交錯(cuò)。區(qū)內(nèi)主要出露地層為石炭系、二疊系、三疊系及第四系，壩址區(qū)均位于石炭系上統(tǒng)與二疊系下統(tǒng)過渡層第五段(C3～P1)5：灰、深灰色薄層至厚層灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r夾含鈣質(zhì)、碳質(zhì)泥巖，總厚約135～145 m，位于壩址區(qū)兩岸及河床。

2 總體布置

龍?zhí)端娬竟こ虡屑~由攔河大壩、壩頂溢洪道、放空底孔、發(fā)電引水隧洞、廠房、升壓站等組成。

水庫(kù)大壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程912.50 m，壩頂寬度4 m，壩底厚度10.5 m，最大壩高67.5 m，壩頂中心弧長(zhǎng)178.757 m。

溢洪道為壩頂表孔，堰頂高程903.50 m，設(shè)3孔，每孔尺寸10.0 m×9.0 m(寬×高)。露頂式的弧形工作閘門分別由布置在壩頂工作橋上的3臺(tái)露頂式弧形閘門卷揚(yáng)啟閉機(jī)啟閉，溢洪道出口采用挑流消能。

在大壩右壩段壩0+039.405處設(shè)置了放空底孔，采用直徑為1.0 m的鋼管。底孔管中心高程870.5 m，進(jìn)口采用1.2 m×1.2 m的攔污柵，出口設(shè)置閘閥室。

引水系統(tǒng)布置于庫(kù)首右岸，由發(fā)電取水口、壓力隧洞和壓力鋼管組成。取水口由喇叭口和閘室段組成，總長(zhǎng)11.20 m。

廠房為地面式，布置于大壩下游右岸約200 m處。主副廠房采用前后布置。主廠房平面尺寸31.3 m×11.2 m(長(zhǎng)×寬)，副廠房平面尺寸31.3 m×9.37 m(長(zhǎng)×寬)。

3 大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)布置

壩型為C20混凝土拱壩，平面拱圈中心線方程為拋物線。河床壩基開挖至弱風(fēng)化中上部基巖，壩基高程845.00 m，最大壩高67.50 m，壩頂軸線總長(zhǎng)180.514 m。大壩左、右兩岸為非溢流壩，河床段為溢流壩。溢流壩段位于樁號(hào)壩0+066.481至壩0+106.850段，長(zhǎng)約40.369 m。左岸非溢流壩段長(zhǎng)66.481 m，右岸長(zhǎng)73.664 m。

初步設(shè)計(jì)階段壩底厚度14 m，拱冠處后高比為0.207，屬中厚拱壩。根據(jù)施工階段揭露的壩區(qū)地質(zhì)條件和仿真計(jì)算的成果，按照應(yīng)力穩(wěn)定條件控制確定拱壩變厚拱壩體型，壩頂寬4.00 m，壩底寬10.5 m，最大拱壩高67.5 m，厚高比為0.156，屬薄拱壩。左岸拱圈中心線拱冠最大曲率半徑99.511 m、最小曲率半徑27.226 m，右岸拱圈中心線拱冠最大曲率半徑91.765 m、最小曲率半徑207.879 m，頂拱中心角80°、底拱中心角47°。壩頂上游設(shè)防浪墻，墻高1.2 m，下游設(shè)欄桿，壩后坡高程879.96 m設(shè)有人行橋。

3.2 拱壩體型設(shè)計(jì)

拱壩體型設(shè)計(jì)采用三維坐標(biāo)系統(tǒng)，取坐標(biāo)原點(diǎn)于拱冠梁頂部的中點(diǎn)，X軸指向左岸、Y軸指向上游、Z軸鉛直向下；在此坐標(biāo)系下，各層拱圈中心線方程式為：x2+ay2+by=0。結(jié)合壩址地形、地質(zhì)情況，經(jīng)ADASO程序反復(fù)試算，最終確定大壩體形參數(shù)如下所示(見表1)。

表1 拱壩體形參數(shù)

根據(jù)大壩體型參數(shù)計(jì)算，優(yōu)化后的體型總的混凝土量55 000 m3，與初步設(shè)計(jì)的工程量比較，節(jié)省了近6 000 m3混凝土。

3.3 大壩材料及分區(qū)設(shè)計(jì)

根據(jù)擬定的體型，龍?zhí)端娬敬髩尾辉O(shè)縱縫，同時(shí)為減小施工難度，壩體材料不分區(qū)，均采用90 d齡期C20混凝土，設(shè)計(jì)重度為24 kN/m3，抗?jié)B標(biāo)號(hào)不低于W6，抗凍標(biāo)號(hào)為F50。大壩混凝土為三級(jí)配混凝土，骨料最大粒徑80 mm，采用位于壩址附近料場(chǎng)灰?guī)r軋制而成。為降低壩體混凝土水化熱及提高其和易性，混凝土摻30%粉煤灰。

參照貴州省已建成的沙老河、三江、落腳河、馬槽河拱壩等工程，拱壩采用外摻MgO微膨脹混凝土快速修筑拱壩的先進(jìn)技術(shù)；其主要特點(diǎn)是在拌制混凝土?xí)r外摻一定量的輕燒氧化鎂，利用其后期的微膨脹特性來補(bǔ)償混凝土的體積收縮變形，從而實(shí)現(xiàn)壩體通倉(cāng)澆筑不分縱縫、少分或不分橫縫快速施工的目的。

外摻MgO微膨脹混凝土的自生體積變形量與MgO的摻量直接相關(guān)，隨著摻量的增加壩體最大拉應(yīng)力會(huì)有較大的改善，但最大拉應(yīng)力并不單純隨MgO摻量增加而減小。當(dāng)MgO摻量過多時(shí)(如大于8%)還可能影響混凝土耐久性，因此MgO摻量不宜過大。參照貴州省地方標(biāo)準(zhǔn)《全壩外摻氧化鎂混凝土拱壩技術(shù)規(guī)范》(DB 52/T 720—2010),通過對(duì)沙老河、三江、落腳河、馬槽河拱壩設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)分析和龍?zhí)锻鈸組gO水泥壓蒸試驗(yàn)，并結(jié)合龍?zhí)豆皦畏抡嬗?jì)算結(jié)果，綜合分析后確定龍?zhí)豆皦蜯gO摻量按5.0%控制。結(jié)合壩體混凝土的其他特性要求，通過配合比實(shí)驗(yàn)，最終選用的配合比如下所示(見表2)。

表2 大壩施工配合比

3.4 大壩分縫止水設(shè)計(jì)

通過有限元仿真分析，龍?zhí)端娬竟皦尾捎猛鈸組gO混凝土澆筑，壩體不采取分縫措施不能滿足大壩溫控防裂要求。拱壩設(shè)置2條誘導(dǎo)縫，縫底部高程878.50 m，分縫位置按兩壩肩以878.5 m高程拱圈徑向布置設(shè)計(jì)。1號(hào)誘導(dǎo)縫樁號(hào)為壩0+038.079，2號(hào)誘導(dǎo)縫樁號(hào)為壩0+148.729。因誘導(dǎo)縫上游水頭較低，在誘導(dǎo)縫上游面以及下游面各設(shè)1道橡膠止水片，止水片兼作止?jié){片。上游止水片距上游壩面400 mm，深入基巖800 mm；下游止?jié){片距下游壩面300 mm，深入基巖500 mm。誘導(dǎo)縫采用預(yù)制塊安裝，預(yù)制塊寬度為800 mm，高度為500 mm，厚度為80 mm，中間預(yù)留R=30 mm的灌漿孔，進(jìn)漿管和出漿管穿過灌漿孔。龍?zhí)洞髩畏夤翱刂茰囟葹?1.3 ℃，誘導(dǎo)縫封拱接縫灌漿壓力底層為0.4 MPa，頂部為0.2 MPa。

4 基礎(chǔ)處理

壩基開挖揭露，壩基(肩)巖體均為薄層至厚層灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r夾含鈣質(zhì)、碳質(zhì)泥巖，為弱風(fēng)化狀態(tài)，節(jié)理裂隙中等發(fā)育，未見大型溶洞、貫通性溶蝕裂隙發(fā)育，壩基未發(fā)現(xiàn)溶洞。設(shè)計(jì)處理方案為清除溶洞及夾層內(nèi)充填物，清除深度為夾層、溶洞寬度的1.5倍，用與壩基墊層同標(biāo)號(hào)的混凝土(C9020外摻MgO三級(jí)配混凝土)進(jìn)行回填處理；對(duì)壩基出現(xiàn)溶洞及夾層位置進(jìn)行加強(qiáng)固結(jié)灌漿處理，灌漿孔深入基巖10.0 m，間排距2.0 m，呈梅花型布置。

5 結(jié) 語

龍?zhí)端娬敬髩胃鶕?jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，對(duì)壩體體型進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)省了工程投資。大壩采用外摻MgO微膨脹混凝土快速修筑拱壩技術(shù)，利用其后期的微膨脹特性來補(bǔ)償混凝土的體積收縮變形，優(yōu)化了拱壩分縫設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)壩體快速通倉(cāng)澆筑，加快了工程施工進(jìn)度。龍?zhí)端娬緩?019年9月開始運(yùn)行發(fā)揮效益，目前運(yùn)行良好。