鱼洞峡水库拱坝体型设计

2012-06-08王加玉

黑龙江水利科技 2012年7期

关键词：拱坝拱圈坝址

王加玉

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

鱼洞峡水库拱坝体型设计

王加玉

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

鱼洞峡水库拱坝高72 m，为常态混凝土双曲薄拱坝，体形选用了平面拱圈为变曲率的变厚抛物线型双曲拱坝，增强了坝肩的抗滑稳定性，同时使体形与外荷载的分布相适应，坝体应力分布更趋合理。

拱坝体形;设计;变厚抛物线;平面拱圈;坝肩抗滑稳定

1 概述

鱼洞峡水库是贵阳市供水规划的重点水源点之一，位于贵阳市乌当区东风镇头堡村，地处长江流域乌江水系清水河的源头河流——南明河的二级支流鱼洞河上，主要由鱼洞峡水库拱坝、取水口、引水钢管及引水隧洞、水厂等建筑物组成。工程任务是以城市生活及工业供水为主，向贵阳市乌当区的新天寨片区、东风镇城区(含洛湾工业区)、沿线居民及企业供水3 000万m3/a。

鱼洞峡水库拱坝坝址以上集雨面积118 km2，水库总库容1 860万m3。坝型为常态混凝土抛物线型变厚双曲拱坝，最大坝高72 m，坝顶弧长68.366 m，拱冠梁顶厚4.0 m，底厚12.0 m，厚高比0.17，为薄拱坝。

2 地形、地质条件

坝址河谷为左缓右陡的“U”型谷，河床枯期水面高程1 012 m，水深约2 m，河床宽10 ～15 m，地形坡度60°～85°，岸坡坡面平直，左岸1 095 m高程以下为陡崖，右岸1 110 m高程以下为陡崖，正常蓄水位1 075 m高程处河谷宽约45 m，宽高比0.7。

坝基及两坝肩均为二迭系下统栖霞组第二段(P1q2)灰色中至厚层灰岩，属坚硬-中硬岩类，岩石完整性较好，强度较高，均一性较好，岩石质量属Ⅲ1B，选取弱风化至新鲜基岩作为拱坝建基面，其岩体能满足拱坝受力要求。

坝址地层结构较单一，岩层倾向上游偏左岸，产状较稳定为N30-50°E/SE∠25-60°，岩层走向与河流走向交角为68°。无大的断裂构造通过，无软弱夹层分布，坝址主要发育5组裂隙，其中以顺河向NW向裂隙最为发育，各组裂隙发育特征见表1。

表1 坝址区节理裂隙统计表

3 基础资料

3.1 垫座、泄流方式及底孔

拱坝坝基设厚1.5 m的混凝土垫座，起拱高程1 007 m。泄流方式采用坝顶溢流，溢流堰顶高程1 069 m，设3孔6 m×6 m(b×h)的弧型闸门，闸门孔径向布置在拱冠梁两侧，左侧1孔，右侧2孔。左岸冲沙兼放空底孔进口底板高程1 026 m，孔口尺寸1.5 m×2 m(b×h)，进出口分别设平面检修闸门和弧型工作闸门各一扇。

3.2 计算工况

基本组合1：正常蓄水位及相应尾水位+泥沙压力+自重+扬压力+设计正常温降;

基本组合2：死水位及相应尾水位+泥沙压力+自重+扬压力+设计正常温升;

基本组合3：设计洪水位及相应尾水位+泥沙压力+自重+扬压力+设计正常温升;

特殊组合：校核洪水位及相应尾水位+泥沙压力+自重+扬压力+设计正常温升。

3.3 水库特征水位及淤沙参数

正常蓄水位：1 075 m;相应尾水位：1 015 m;

死水位：1 035 m;相应尾水位：1 015 m;

设计洪水位：1 075.46 m;相应尾水位：1 020.23 m;校核洪水位：1 076.39 m;相应尾水位：1 021.37 m;坝前淤沙高程：1 026.41 m;淤沙浮容重：8 kN/m3;淤沙内摩擦角10°。

3.4 物理力学参数

坝体C 9020三级配常态混凝土：容重24 kN/m3;弹性模量19 GPa;泊松比0.167;线膨胀系数10×10-6/℃。

P1q2基岩：容重26.3 kN/m3;弹性模量10 GPa;泊松比0.2;线膨胀系数9×10-6/℃。

3.5 温度参数

坝体混凝土导温系数：4 m2/月;多年平均气温14.6℃;多年平均最低月气温4.4℃;多年平均最高月气温23.5℃;日照对年均气温的影响2℃;日照对气温变幅的影响2℃;库水表面年平均温度16.6℃;库水表面水温年变幅9.6℃;上游库底水温9℃;下游尾水底部水温12℃;封拱温度取14℃。

3.6 应力控制指标

坝体容许压应力：基本组合时5.3 MPa;特殊组合时6.2 MPa。

坝体容许拉应力：基本组合时1.2 MPa;特殊组合时1.5 MPa。

P1q2弱风化基岩容许承载力：3～4 MPa

4 体型拟定

根据地形地质情况，初拟拱坝体型，通过初步应力计算，对拱坝体型进行调整，最终采用抛物线型变厚双曲拱坝，拟定的拱坝体型参数见表2。

拱圈厚度按下列公式变化：

式中：α为变厚系数，取α=2.0;φ为拱冠起算的似中心角;T为拱厚，其下标a为拱端，c为拱冠，i为计算断面。

表2 拱坝体形几何参数表

5 拱坝应力分析

坝体应力采用多拱梁法进行分析计算，采用中国水利水电科学研究院编制的《拱坝体形优化程序ADASO》电算程序，坝体网格划分为7拱15梁，计算时考虑坝顶开孔对坝体应力的影响。

基本组合时，坝体最大主压应力3.00 MPa，发生在右拱端1 045 m高程下游面;坝体最大主拉应力-1.11 MPa，发生在左拱端1 057 m高程上游面。

特殊组合时，坝体最大主压应力3.08 MPa，发生在右拱端1 045 m高程下游面;坝体最大主拉应力-0.96 MPa，发生在左拱端1 021 m高程上游面。

基本组合及特殊组合的坝体压应力均小于坝体允许压应力及坝基允许承载力，坝体拉应力均小于坝体允许拉应力，满足规范要求。

6 拱座稳定分析

坝肩稳定分析采用刚体极限平衡法，按规范推荐的抗剪断公式计算。坝址地层结构较单一，无大的断裂构造通过，无软弱夹层分布，岩层产状较为稳定。左坝肩以岩层层面N27°E/SE∠26°为底滑面，以陡倾结构面 N35-40°W/NE∠70-85°为侧滑面;右坝肩以岩层层面N27°E/SE∠26°为底滑面，以陡倾结构面N65°W/NE∠70-80°为侧滑面。滑动面上的裂隙连通率为40%～50%，此部分按采用裂隙面的抗剪断强度参数，其余部分采用岩石的抗剪断强度参数。经计算各层的抗滑稳定安全系数均满足规范要求。