歐 震 李景才

（廣西玉林水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 廣西玉林 300456）

1 前言

克林水電站雙曲拱壩最大壩高H＝59.01m，壩底厚度T＝16.35m，開(kāi)挖后河谷寬度L＝208.6m，河谷呈梯型，寬高比L／H ＝3.54，壩體厚高比T／H＝0.277，設(shè)計(jì)最大拉應(yīng)力1.198MPa，最 大壓 應(yīng)力2.795MPa。非對(duì)稱結(jié)構(gòu)布置。頂拱壩軸半徑R＝96.497m，中 心 角 ф ＝ 119.280°，其 中 左 中 心 角63.2801°，右中心角56°。

在寬河谷上建造成較薄的混凝土雙曲拱壩，按一般常規(guī)，河谷寬高比L／H＝3.54＞3，宜建造厚高比T／H＞0.35的重力拱壩，而通過(guò)精心設(shè)計(jì)，局部設(shè)置體積較小的傳力墩結(jié)構(gòu)，成功地在砂巖夾泥巖、泥巖夾砂巖及砂泥巖互層，構(gòu)造裂縫較發(fā)育，層理間存在有較多的泥化夾層，這樣復(fù)雜的地質(zhì)條件下，建成了厚高比T／H僅為0.277的較薄拱壩。與重力拱壩相比節(jié)省工程投資約600萬(wàn)元，節(jié)省20%；與重力壩相比節(jié)省工程投資約1000萬(wàn)元，節(jié)省38%。取得了顯著的工程效益。填補(bǔ)了廣西區(qū)內(nèi)泥巖建造拱壩的空白，在國(guó)內(nèi)也屬少見(jiàn)。

由于本項(xiàng)目地質(zhì)情況較復(fù)雜，業(yè)主先后請(qǐng)了浙江大學(xué)、湖南省水電設(shè)計(jì)院、廣東省水電設(shè)計(jì)院、昆明水電設(shè)計(jì)院、吉林省水電設(shè)計(jì)院、廣西電力設(shè)計(jì)院、廣西水利廳等有關(guān)專家到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)考察咨詢指導(dǎo)，設(shè)計(jì)過(guò)程中得到中科院拱壩設(shè)計(jì)研究專家朱伯芳的弟子楊波教授的指導(dǎo)。

大壩工程于2004年9月破土動(dòng)工，于2006年6月22日開(kāi)始下閘蓄水發(fā)電，至今已正常運(yùn)行5年多時(shí)間。

2 基本概況

克林水電站壩址位于革命老區(qū)廣西百色市西林縣那勞鄉(xiāng)那勞村那伏屯，壩址以上集雨面積654km2，距西林縣城58km，座落在珠江水系右江支流的克林河，距克林河口20.5km?？肆炙娬臼且园l(fā)電為主的引水式水電站，由雙曲拱壩、引水隧洞和廠房三大建筑物組成。電站裝機(jī)總?cè)萘?×7＝21MW；在640m高程左岸通過(guò)3510m長(zhǎng)、洞徑2.8m的引水隧洞和595m壓力鋼管，將水引至那維馱娘江邊與那維電站擴(kuò)建合二為一的克林廠房發(fā)電。

流域?qū)賮啛釒貪駳夂騾^(qū)，氣候溫和濕潤(rùn)，雨量充沛。多年平均降雨量1070.7mm，最大年降雨量1337.5mm，最小年降雨量766.2mm；多年平均氣溫19.1℃，極端最高氣溫39.3℃，極端最低氣溫－3.1℃；全年以北風(fēng)為主，風(fēng)向西、西南，年平均風(fēng)速3m／s，多年平均最大風(fēng)速14m／s。

克林水電站攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂軸線長(zhǎng)277.39m，其中位于中段的溢流壩段長(zhǎng)40m，最大壩高59.01m。水庫(kù)設(shè)計(jì)水庫(kù)正常蓄水位666.00m，設(shè)計(jì)洪水位670.02m，校核洪水位670.69m，死水位647.00m；水庫(kù)總庫(kù)容1365萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容774萬(wàn)m3，死庫(kù)容319萬(wàn)m3，為不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)；大壩最大下泄流量831m3／s，單寬流量20.8m3／s。多年平均發(fā)電量8503萬(wàn)kW!h。送電電壓等級(jí)為110kV，供電至廣西區(qū)電網(wǎng)。

克林水電站樞紐工程等級(jí)屬Ⅲ等，大壩按3級(jí)永久建筑物，按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，500年一遇洪水校核；隧洞、廠房、變電站、廠區(qū)防洪堤按4級(jí)建筑物，30年一遇設(shè)計(jì)，100年一遇校核。

工程總投資為14438.29萬(wàn)元。單位千瓦投資6875元／kW，單位千瓦時(shí)投資1.698元／kW·h。其中大壩部分投資2997.14萬(wàn)元，單位千瓦大壩部分投資1427元／kW，單位千瓦時(shí)大壩部分投資0.352元／kW!h。 大 壩 主 要 工 程 量： 挖 土41138m3，挖石46146m3，填土1256m3，漿砌石4222m3，混凝土64719m3。

3 混凝土雙曲拱壩技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 壩基及壩肩地質(zhì)條件

壩址區(qū)主要為褶皺構(gòu)造，褶皺軸線大致與河谷平行。河床壩中心處為一向斜核部，左岸670m高程以上為一背斜；右岸650m高程處為一背斜，680m高程處為一向斜。左岸舒緩，右岸較緊密。壩區(qū)沒(méi)有斷層發(fā)育，但巖石節(jié)理發(fā)育，尤其是風(fēng)化節(jié)理，巖體較破碎。

壩區(qū)斷層不發(fā)育，僅在右岸平硐PD2中，發(fā)現(xiàn)的順層F1斷層 （L12），破碎帶和泥化寬2～3m，傾角82°，可局部挖除處理。

節(jié)理裂隙。節(jié)理主要有4組：①55°／SE、NW∠35°～80°；②35°／NW∠70°；③85°／NW∠35～40°；④325°／NE、SW∠5～35°。其中最發(fā)育的是第②組，它與①多屬厚層砂巖層內(nèi)近垂直或斜交巖層的陡傾裂隙。③和④組多屬層間 （緩傾角）裂隙構(gòu)造。河流流向SE為115°，壩區(qū)內(nèi)主要的①、②組裂隙，走向基本垂直河流流向，傾向上游，傾角70°，對(duì)壩基抗滑無(wú)不良影響。

層間剪切帶。由于壩區(qū)地層為砂巖夾泥，巖層擠壓強(qiáng)烈，褶皺發(fā)育，為適應(yīng)巖體的總體變形，多沿巖層中的軟層發(fā)生層間剪切作用以補(bǔ)償不同構(gòu)造部位的巖層的加長(zhǎng)與縮短，增厚與減薄?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)地觀察和在大比例尺施工地質(zhì)素描時(shí)，發(fā)現(xiàn)泥巖部位遭受不同程度的剪切錯(cuò)動(dòng)，厚度一般0.5～5cm不等。在強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體內(nèi)，大部已泥化，其抗剪強(qiáng)度f(wàn)＝0.2～0.25，C＝0～0.01MPa。在微 ～ 新鮮巖體內(nèi)性狀稍好，其抗剪強(qiáng)度f(wàn)＝0.25～0.3，C＝0.01～0.03MPa。

兩岸巖體為弱風(fēng)化砂巖夾泥巖，巖體較破碎，泥巖強(qiáng)度低，且順層泥化夾層發(fā)育，變形模量低，泥化夾層抗剪強(qiáng)度很低，兩岸拱壩主應(yīng)力方向與巖層面大角度相交，兩岸均為順向坡，巖層傾角較陡，順層發(fā)育的與其它節(jié)理組合，對(duì)壩肩抗滑穩(wěn)定不利。但由于兩岸山體雄厚，壩線以下200m范圍左、右岸均無(wú)臨空沖溝構(gòu)造，有利于壩肩穩(wěn)定，這是本工程設(shè)計(jì)拱壩的關(guān)鍵有利條件。

鑒于節(jié)理裂隙較發(fā)育，存在有軟化、泥化夾層，因此，進(jìn)行基礎(chǔ)帷幕及固結(jié)灌漿，以增強(qiáng)巖體整體性及減少沿裂隙滲漏的可能。

3.2 拱壩布置及拱壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 基巖及壩體混凝土材料參數(shù)

表1 基巖及壩體混凝土材料參數(shù)

3.2.2 拱壩各個(gè)高程拱圈的幾何參數(shù)

表2 拱壩幾何參數(shù)表

3.2.3 壩體分縫設(shè)計(jì)

（1）橫縫。為防止壩體開(kāi)裂，需設(shè)置橫縫。橫縫距離為20m左右，采用寬縫結(jié)構(gòu)，縫寬取0.8m，近上游面設(shè)置多邊形混凝土塞。待壩體完全冷卻后再用密實(shí)的混凝土填滿寬縫。

（2）水平縫。由于施工需要，壩體必須分層澆筑，每層高度約為1.2m，水平縫接合面需進(jìn)行凈縫工作。可用壓力水噴射，沖凈混凝土表面，并保持一定的表面濕度，隨即澆筑上層的混凝土。如果已十分干硬，用壓力水無(wú)法沖掉表面浮漿，則需進(jìn)行鑿毛，然后再?zèng)_洗。

（3）縱縫。因壩體較薄，不設(shè)縱縫。

3.2.4 拱壩應(yīng)力應(yīng)變等內(nèi)力計(jì)算

拱壩應(yīng)力分析采用中國(guó)水利水電科學(xué)院（朱伯芳）多拱梁法應(yīng)力計(jì)算軟件，計(jì)算成果如下：

（1）拱壩徑向位移。

表3 拱壩在不同工況下各層高程最大徑向位移（cm）

（2）拱壩最大主應(yīng)力。

表4 拱壩不同工況上下游面最大主應(yīng)力

（3）拱壩拱端軸向推力、剪力、豎向力及拱端合力角。拱端軸向推力和剪力正負(fù)號(hào)規(guī)定：拱端巖體所受的軸向力指向拱端巖體內(nèi)為正，指向拱端巖體外為負(fù)；所受的剪力指向下游側(cè)為正，指向上游側(cè)為負(fù)；所受的豎向力鉛直向下為正，鉛直向上為負(fù)。

表5 拱端處單位高度范圍內(nèi)軸向力（單位：100t／m）

拱端合力角是指拱端軸力和剪力和的合力與X軸（橫河向）的夾角，合力角愈小，合力方向愈指向山里，穩(wěn)定性能愈好，中心角僅反映了拱端軸向推力的方向，而合力角還增加了拱端徑向剪力的影響。

表6 不同高程拱端處單位高度范圍內(nèi)剪力（單位：100t／m）

表7 不同高程拱端處單位高度范圍內(nèi)豎向力（單位：1000t／m）

表8 拱端合力角（°）

（4）應(yīng)力計(jì)算成果分析。壩體混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C20。計(jì)算結(jié)果表明，上述計(jì)算最大壓應(yīng)力2.795MPa，小于混凝土容許壓應(yīng)力σ壓＝20／4＝5.0MPa（即混凝土極限抗壓強(qiáng)度除以安全系數(shù)k＝4）；最大拉應(yīng)力為1.198MPa，小于混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL282—2003）規(guī)定的容許拉應(yīng)力1.2MPa，并且小于SL／T191—96《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》所列的C20混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1.5MPa。應(yīng)力條件滿足規(guī)范要求。

3.2.5 拱座設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)力計(jì)算成果，拱座最大壓應(yīng)力為279.5t／m2。由于壩肩夾有部分三疊系泥巖，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，弱風(fēng)化泥巖承載力為2.5MPa，設(shè)計(jì)采用允許應(yīng)力取［σa］＝2.0MPa，壓應(yīng)力大于基礎(chǔ)允許應(yīng)力，因此，在泥巖部位，需考慮擴(kuò)大拱座以減少壓應(yīng)力。

底層拱厚與半徑比值 T／R ＝14.9／38.19＝0.39，頂層T／R ＝4／85.68＝0.05，據(jù)此查相關(guān)資料得相應(yīng)拱圈曲率改正系數(shù)分別為μ下＝1.14、μ下＝1.02，統(tǒng)一取μ下＝1.14計(jì)算。

拱座厚度Td按下式計(jì)算：

式中：Ha、Ma為各層拱圈的拱端軸力和彎矩。

根據(jù)計(jì)算成果，自632.79m高程以上的泥巖部位拱座上、下游擴(kuò)寬△T值為拱圈厚度T的0.09～0.15倍，為方便實(shí)際施工，統(tǒng)一按上、下游各加厚0.2T設(shè)計(jì)，即拱座厚為拱圈厚的1.40倍。加厚辦法順基坑上、下游開(kāi)挖斜度，在弱風(fēng)化巖層用30°角擴(kuò)散至拱座寬度滿足要求1.4T為止。泥巖與砂巖之間的拱座厚按順接過(guò)度，過(guò)渡角按45°布置。632.79m以下的拱圈厚度已滿足要求（△T為負(fù)值），不必加大拱座。

3.2.6 壩肩抗滑穩(wěn)定計(jì)算

（1）壩肩穩(wěn)定計(jì)算方法。

拱壩建于弱風(fēng)化巖層之上。河谷呈梯型，根據(jù)實(shí)際地形地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)按非對(duì)稱結(jié)構(gòu)切取壩肩抗滑巖塊采用分層穩(wěn)定法進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

分層考慮，河床620.14m高程以上共分七層，每層按側(cè)斜滑面、底平面切取抗滑穩(wěn)定巖體，巖體頂面按自由巖體處理，抗滑巖體平面尺寸切取按巖層走向線、底層高程相應(yīng)強(qiáng)風(fēng)化巖面等高線形成的三角體量取，分別計(jì)算每層巖體的抗滑穩(wěn)定。側(cè)滑面取實(shí)際巖層的層面，巖性有砂巖、泥巖、泥化夾層、裂隙破碎帶等，分別取其力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。底部水平滑動(dòng)面按分層層面切取，巖性及力學(xué)指標(biāo)按實(shí)際壩肩巖層構(gòu)造取值。

（2）壩肩穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算成果。

根據(jù)計(jì)算成果，左壩肩627.785～635.428m高程為最危險(xiǎn)層，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)KI僅為3.7，設(shè)計(jì)單位在這一層假設(shè)其滑動(dòng)面滑出點(diǎn)至壩腳距離分別為60，50，40，35，30，25，20，15m，分別計(jì)算其相應(yīng)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)KI，尋求最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，該滑動(dòng)面穿過(guò)各巖層，取其f′＝0.52、C′＝34t／m2。計(jì)算得最危險(xiǎn)滑動(dòng)面為滑動(dòng)面滑出點(diǎn)至壩腳距離25～30m，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)KI最小值，校核水位＋溫升工況為3.8；正常水位＋溫降工況最小為3.6。詳見(jiàn)表10。

表9 克林拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果匯總表

表10 克林拱壩左壩肩最危險(xiǎn)層（627.785～635.428m）穩(wěn)定計(jì)算成果表

（3）壩肩巖體抗滑穩(wěn)定評(píng)價(jià)。

左壩肩。正常荷載壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分層計(jì)算平均值為10.4，最小值為3.6；整體滑動(dòng)計(jì)算平均值為14.0，最小值為5.8；特殊荷載時(shí)分層計(jì)算平均值為7.2，最小值為3.6；整體滑動(dòng)計(jì)算平均值為6.8，最小值為4.7；均大于規(guī)范規(guī)定值正常荷 載［K］＝3，特殊荷載［K］＝2.5。

右壩肩。正常荷載壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分層計(jì)算平均值為19.8，最小值為7.2；整體滑動(dòng)計(jì)算平均值為33.3，最小值為10.3；特殊荷載時(shí)分層計(jì)算平均值為17.5，最小值為6.5；整體滑動(dòng)計(jì)算平均值為20.4，最小值為8.7；均大于規(guī)范規(guī)定值正常 荷載［K］＝3，特殊荷載［K］＝2.5。

結(jié)論。左、右壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K值均滿足規(guī)范要求。

3.2.7 拱壩傳力墩穩(wěn)定復(fù)核

由于壩基開(kāi)挖揭露壩肩上部地質(zhì)條件較差，弱風(fēng)化帶埋藏較深，因此左壩肩在656.0m以上，右壩肩在647.0m以上增設(shè)傳力墩。

墩體基本受力數(shù)據(jù)。根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果整理，傳力墩體受力如下表。

左壩肩傳力墩656.0m正常荷載軸力407.5t／m，剪力51.7t／m；校核荷載軸力971.6t／m，剪力為負(fù)值取零計(jì)。662.0m正常荷載軸力179.4t／m，剪力8.3t／m；校核荷載軸力905.2t／m，剪力為負(fù)值取零計(jì)。666.0m～671.51m正常荷載軸力由25.5t／m直線漸變?yōu)榱?，校核荷載軸力由851.4t／m直線漸變?yōu)榱恪⒏鞫屋S力、剪力平均值乘以受力高度即得軸力值P4、P5；剪力 Q4、Q5。

右壩肩傳力墩647.0m正常荷載軸力685.9t／m，剪 力 218.2t／m；校 核 荷 載 軸 力 1023.0t／m，剪 力117.1t／m。656.0m 正常荷載軸力448.0t／m，剪力50.5t／m；校核荷載軸力1027.8t／m，剪力11.2t／m。662.0m正常荷載軸力218.4t／m，剪力2.9t／m；校核荷載軸力855.4t／m，剪力為負(fù)值取零計(jì)。666.0～671.51m正常荷載軸力由50.2t／m直線漸變?yōu)榱?，校核荷載軸力由660.8t／m直線漸變?yōu)榱?。剪力為?fù)值取零計(jì)。將各段軸力、剪力平均值乘以受力高度即得墩體軸力值P1、P2、P3；剪力Q1、Q2、Q3。

表11 拱端單位高度范圍內(nèi)軸向力（單位：t／m）

表12 拱端單位高度范圍內(nèi)剪力（單位：t／m）

計(jì)算成果。

①墩背地基承載力?？肆止皦蔚刭|(zhì)資料表明，弱風(fēng)化泥巖承載力為250t／m2，砂巖承載力為600t／m2。左岸656m以上，右岸647m以上，巖體多為砂、泥巖互層，并有泥化夾層存在，其風(fēng)化程度界線不甚明了。部份巖體處于弱、強(qiáng)風(fēng)化之間?？紤]將地基變形影響減小到最低程度，控制地基壓力不超過(guò)泥巖允許承載力的40%。

上述計(jì)算表明，左岸傳力墩，墩背單位面積受力最大值為83.04t／m2；右岸傳力墩，墩背單位面積受力最大值為75.6t／m2；均小于100t／m2。因此，傳力墩軸向受力是穩(wěn)定安全的。

②墩體剪力（順河）方向的抗滑穩(wěn)定。根據(jù)傳力墩的實(shí)際受力狀況，分別按軸力、剪力兩個(gè)方向計(jì)算墩體穩(wěn)定。選取正常＋溫降、校核＋溫升最不利荷載組合作剪切（順河）方向穩(wěn)定復(fù)核。

考慮拱端軸力、墩背山體受力、上游水推力、揚(yáng)壓力、墩體重量、剪力等，按剪切公式計(jì)算不同高程墩體抗滑穩(wěn)定。計(jì)算表明，墩體剪力（順河）方向的抗滑定安全系數(shù)K，左岸傳力墩最小為4.36；右岸傳力墩最小為1.96。均大于規(guī)范值 ［K］＝1.05，滿足穩(wěn)定要求。

3.2.8 基礎(chǔ)處理

壩基防滲采取帷幕灌漿，壩肩裂隙較發(fā)育部位采取固結(jié)灌漿、挖除等工程措施處理。

灌漿采用2～3m厚混凝土壓重，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上時(shí)開(kāi)始鉆灌，帷幕灌漿按3個(gè)序孔逐漸加密的原則進(jìn)行施工，固結(jié)灌漿按2個(gè)序孔逐漸加密的原則進(jìn)行，自上而下分段鉆灌。

3.2.9 評(píng)價(jià)結(jié)論及建議

（1）拱壩最大拉應(yīng)力為1.198MPa，小于混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL282—2003）規(guī)定的容許拉應(yīng)力1.2MPa；最大壓應(yīng)力為2.795MPa，小于 C20混凝土容許壓應(yīng)力σ壓＝20／4＝5.0MPa（即極限抗壓強(qiáng)度除以安全系數(shù)k＝4）；滿足規(guī)范要求。

（2）壩肩抗滑穩(wěn)定系數(shù)K滿足規(guī)范要求。

（3）傳力墩剪力（順河）方向的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K最小值，左岸傳力墩為4.36；右岸傳力墩為1.96。均大于規(guī)范值［K］＝1.05，滿足規(guī)范穩(wěn)定要求。

（4）克林拱壩左壩肩邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Kc＝1.10，右壩肩邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Kc＝1.11，略小于規(guī)范要求值1.15，考慮到高邊坡護(hù)坡加固處理工程浩大，技術(shù)難度及工程造價(jià)均較高。邊坡表土層即便在開(kāi)挖區(qū)產(chǎn)生局部滑坡，不至于危及大壩安全，及時(shí)清理即可。

滑過(guò)之后的坡度會(huì)自然趨緩，有利于邊坡穩(wěn)定。適時(shí)種植草皮護(hù)面的處理方法是可行的。

3.3 泄洪建筑物及消能防沖工程設(shè)計(jì)

3.3.1 工程地質(zhì)條件

泄洪消能區(qū)，河床狹窄，兩岸邊坡高陡，河床為向斜軸部，自然坡角與巖層傾角基本一致，巖性主要為砂巖夾泥巖，巖體較破碎，允許抗沖流速較低，若沖坑過(guò)深，兩岸邊坡不采取有效的加固措施，極易造成兩岸邊坡失穩(wěn)，從而減少兩岸拱座巖體的厚度，對(duì)拱壩穩(wěn)定不利。

3.3.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

消能防沖工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水。

3.3.3 工程布置

本工程消能采用挑流消能。泄洪建筑物有溢流堰、沖沙孔等。

溢流壩布置在拱壩中部主河道位置，堰頂高程666m，進(jìn)口凈寬40m，堰剖面為 WES實(shí)用堰，無(wú)閘門(mén)控制，采用挑流消能，挑坎高程660.26m。

沖沙孔布置在溢流壩左孔，采用潛孔式進(jìn)口，孔徑2.0m，孔底高程624m，沖沙孔軸線與壩軸線相垂直，出溢流壩后轉(zhuǎn)彎30°拐向主河道。

3.3.4 體型設(shè)計(jì)

溢流堰選用WES堰型。設(shè)計(jì)水頭取Hd＝3.74m，堰面曲線：

上游入口曲面半徑R1＝0.5 Hd＝1.87（m）b1＝0.175 Hd＝0.654（m）

R2＝0.2Hd＝0.748（m）b2＝0.276Hd＝1.032（m）

R3＝0.04 Hd＝0.150（m）b3＝0.282 Hd＝1.054（m）

反弧半徑：R＝0.5a1

綜合考慮挑臂長(zhǎng)度及挑坎高度等因素，取R＝3.532m。

根據(jù)水工模型試驗(yàn)，挑射角選擇＝9°，挑坎高程為660.26m。此外，在距堰頂3.4m處在堰面上布設(shè)一排三角形分流墩，墩前端高0.9m，末端高3.795m，墩頂面仰角6.48°，墩長(zhǎng)2.4m，墩尾寬度2.0m，沿堰面共布置10個(gè)整墩、6個(gè)半墩。

3.3.5 下游消能防沖工程

拱壩消能計(jì)算。拱壩挑流消能計(jì)算采用理正巖土計(jì)算軟件的消能計(jì)算程序。

（1）功能：根據(jù)鼻坎處作用水頭、下游水位、水深、挑角等，可計(jì)算挑流初速、鼻端水深、反弧段半徑、挑流射程及沖刷坑深度等。

（2）公式。

①最大沖坑水墊厚度tk＝ Kq0.5H0.5

②最大沖坑深度

T＝tk－h(huán)t

③計(jì)算水舌拋距

計(jì)算表明，當(dāng)不設(shè)二道壩時(shí)，校核流量相應(yīng)的T／L大 于0.25 ，設(shè) 置 二 道 壩 后，下 游 水 深 為9.01m，T／L＝，滿足要求。根據(jù)本工程消能防沖區(qū)的地質(zhì)條件以及水工模型試驗(yàn)成果，在拱壩下游136m設(shè)帶戽式消力池的混凝土二道壩。

工程布置。二道壩壩頂高程按校核洪水位情況計(jì)算，根據(jù)水工模型試驗(yàn)成果，上游校核洪水位為633.72m，超高計(jì)算得0.71m，因此擋水壩壩頂高程確定為634.43m，壩頂寬5.7m，最大壩高20.43m，上游坡1∶0，，下游坡1∶0.70。起坡點(diǎn)高程628.63m。

二道壩溢流壩采用 WES曲線剖面，堰頂高程628.63m，堰面曲線下接∶0.77的直線段，壩下設(shè)短池戽式消力池。

在溢流堰面上設(shè)一排三角形分流墩。

二道壩壩體混凝土采用C15埋石混凝土，溢流堰面面層混凝土采用C25混凝土，消力池及邊墻采用C25混凝土。

二道壩消能計(jì)算。消能計(jì)算基礎(chǔ)參數(shù)按水工模型試驗(yàn)成果取值：堰頂高程：628.63m；下游底部高程619.00m；單 寬 流 量：2.69m3／s（500 年 一 遇 洪水）；消力池首端寬度32m；消力池未端寬度32m；流速系數(shù)0.95。

為了減小池長(zhǎng)及池深等，水工模型試驗(yàn)增加了三角形分流墩。根據(jù)水工模型試驗(yàn)成果，取池深1m，坎高1.2m，池長(zhǎng)12.6m。設(shè)計(jì)最終采用水工模型試驗(yàn)成果，消力池底板厚取1.2m。不再設(shè)置護(hù)坦。

拱壩下游護(hù)坦及護(hù)岸工程設(shè)計(jì)。根據(jù)原二道壩未形成情況下工程發(fā)電的工期要求，拱壩壩腳以下20m段設(shè)厚0.8m的鋼筋混凝土護(hù)坦。

4 監(jiān)測(cè)儀器安裝埋設(shè)與觀測(cè)

至2007年4月8日，克林雙曲拱壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已埋設(shè)完成所有內(nèi)部監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)共計(jì)應(yīng)變計(jì)組18組共75支，溫度計(jì)6支，無(wú)應(yīng)力計(jì)8支，測(cè)縫計(jì)14支。已埋設(shè)完成的各儀器根據(jù)設(shè)計(jì)要求及相關(guān)施工規(guī)范定期觀測(cè)。

4.1 拱壩工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

4.1.1 變形監(jiān)測(cè)

變形監(jiān)測(cè)包括壩體水平位移（切向和徑向位移）、壩體沉降及壩肩變形，兩壩肩推力墩位移是變形監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。

（1）拱壩表面位移：壩頂設(shè)5個(gè)水平、豎向位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，兩岸坡共設(shè)9個(gè)工作基點(diǎn)、校核基點(diǎn)，使用TCA2003全站儀和DNA03電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行人工觀測(cè)。

（2）壩基位移：左、右岸推力墩各設(shè)倒垂線1條，鉆孔40m×2＝80m，鉆至基巖以下15m，用Φ168mm的鋼管護(hù)壁。在壩頂安裝垂線坐標(biāo)儀和倒垂裝置觀測(cè)墩座水平位移。

（3）接縫變化：壩體接縫共4條，每條縫在651.38m和630m層各設(shè)3支測(cè)縫計(jì)（共24支）。寬縫上游端的左、右側(cè)只埋單側(cè)，下游端兩均埋設(shè)測(cè)縫計(jì)，測(cè)縫計(jì)埋設(shè)安裝后以電纜引至附近的集線箱。

4.1.2 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

大壩應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)包括應(yīng)力應(yīng)變、壩體溫度等項(xiàng)目。

（1）大壩應(yīng)力應(yīng)變

① 在621m高程截面布設(shè)6組4向應(yīng)變計(jì)組，電纜向上引至630m高程的觀測(cè)室。

②630m高程截面布4組5向應(yīng)變計(jì)組、2組4向應(yīng)變計(jì)組，在每組應(yīng)變計(jì)組的旁邊各。所有電纜引至該截面下游側(cè)的3個(gè)觀測(cè)室，接入集線箱。在同高程壩外設(shè)工作便橋以便觀測(cè)。

③651.83m高程截面布1組5向應(yīng)變計(jì)組、9組4向應(yīng)變計(jì)組，在最右側(cè)的兩組應(yīng)變計(jì)組旁邊各裝1個(gè)無(wú)應(yīng)力計(jì)。該截面設(shè)3個(gè)觀測(cè)室和工作便橋。觀測(cè)電纜引入觀測(cè)室內(nèi)的集線箱。

4向應(yīng)變計(jì)組的4支應(yīng)變計(jì)組成的平面平行于壩面，5向應(yīng)變計(jì)組其中4支組成的平面平行壩面，第5支垂直于壩面。

應(yīng)變計(jì)共93支，無(wú)應(yīng)力計(jì)8支。

（2）大壩溫度監(jiān)測(cè)

在拱冠中心621m、630m和651.83m高程處的壩體中間各埋1支溫度計(jì)監(jiān)測(cè)壩體內(nèi)部混凝土溫度變化。

在拱冠中心621m、630m和651.83m高程處距壩體上游面5～10cm處各埋1支溫度計(jì)測(cè)量壩體表面溫度，在蓄水后作為庫(kù)水溫度計(jì)。

溫度計(jì)電纜隨應(yīng)變計(jì)組電纜一起引入觀測(cè)室。

應(yīng)變計(jì)、測(cè)縫計(jì)均具有測(cè)溫功能，可進(jìn)行平面及剖面的溫度分布觀測(cè)。

4.1.3 環(huán)境量監(jiān)測(cè)

在壩上游安裝水尺人工觀測(cè)庫(kù)水位；在壩首附近管理房處設(shè)自記雨量計(jì)、氣溫計(jì)觀測(cè)降雨量和氣溫。

4.2 監(jiān)測(cè)資料整理與成果評(píng)價(jià)

4.2.1 拱壩監(jiān)測(cè)資料整理與評(píng)價(jià)

克林雙曲拱壩于2006年6月22日開(kāi)始下閘蓄水，同月24日蓄滿并溢過(guò)壩頂中部647.00高程壩面，大壩蓄水前所有已埋設(shè)觀測(cè)儀器觀測(cè)電纜引至630.00高程下游面觀測(cè)室進(jìn)行觀測(cè)。

（1）拱壩接縫監(jiān)測(cè)。克林拱壩工程蓄水前，1號(hào)縫總體呈張開(kāi)狀態(tài)，上游側(cè)張開(kāi)總量1.21mm，下游左側(cè)張開(kāi)總量為0.22mm，下游右側(cè)張開(kāi)總量為0.84mm。2號(hào)縫總體呈張開(kāi)狀態(tài)，上游儀器埋設(shè)點(diǎn)張開(kāi)總量為2.0mm，下游左側(cè)張開(kāi)總量為1.01mm，下游右側(cè)張開(kāi)總量為0.58mm。3號(hào)縫上游儀器埋設(shè)點(diǎn)呈張開(kāi)狀態(tài)，累計(jì)張開(kāi)量0.94mm，下游左側(cè)張開(kāi)總量為0.35mm，下游右側(cè)則呈閉合狀態(tài)，閉合總量為0.24mm。

蓄水后各施工縫均明顯呈閉合狀態(tài)，最大閉合量出現(xiàn)在3號(hào)縫上游側(cè)，總閉合量達(dá)到0.6mm，其余各縫儀器埋設(shè)點(diǎn)的閉合量在0.24～0.49mm間，且于2006年6月24日至今，各施工縫呈閉合狀態(tài)后逐漸趨于閉合穩(wěn)定狀態(tài)。

蓄水后埋設(shè)的651.38高程面上游側(cè)的測(cè)縫計(jì)，從埋設(shè)后至今呈張開(kāi)狀態(tài)，張開(kāi)量在0.08～0.49mm間，持續(xù)張開(kāi)趨勢(shì)不明顯。

（2）拱壩混凝土應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)。大壩621.00高程所埋設(shè)的應(yīng)變計(jì)組未布置相應(yīng)的無(wú)應(yīng)力計(jì)做為分析參考，僅從單根應(yīng)變計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法分析混凝土蓄水前后應(yīng)力應(yīng)變變形情況。

630.00 高程拱壩右側(cè)應(yīng)變計(jì)組蓄水前隨著大壩主體工程的不斷澆筑上升，豎直方向應(yīng)變計(jì)呈受壓變形狀態(tài)趨勢(shì)，水平平行壩軸方向呈受拉狀態(tài)趨勢(shì)，受拉程度較小，水平垂直壩軸線方向無(wú)明顯受拉或受壓變形，其它方向均呈受壓變形趨勢(shì)。拱壩左側(cè)應(yīng)變計(jì)組豎直方向呈受壓變形狀態(tài)，且壓變形量有繼續(xù)增大趨勢(shì)，水平平行壩軸方向呈受拉變形狀態(tài)，水平垂直壩軸方向呈自由變形狀態(tài)，無(wú)明顯受拉或受壓變形。

蓄水后各組應(yīng)變計(jì)組各方向應(yīng)變計(jì)均比蓄水前有明顯變化，總體分析：豎直方向的應(yīng)變計(jì)壓應(yīng)變變化明顯，由其體現(xiàn)在拱壩的左右兩側(cè)，應(yīng)變監(jiān)測(cè)值均比蓄水前增大約40個(gè)壓應(yīng)變，拱冠上游處增大30個(gè)壓應(yīng)變，下游增大12個(gè)壓應(yīng)變。水平方向由原來(lái)的拉變形狀態(tài)轉(zhuǎn)變成了受壓變形狀態(tài)，其它方向應(yīng)變計(jì)均有不同程度增大的壓應(yīng)變變形。蓄水后因水位變化不大，除受到大壩混凝土不斷澆筑上升的影響外，各位置應(yīng)變計(jì)組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均無(wú)異常。

651.38 高程面所有儀器均為蓄水后所埋設(shè)，除拱冠上下游2組應(yīng)變計(jì)配有無(wú)應(yīng)變計(jì)外，其它均為單組應(yīng)變計(jì)組。從拱冠應(yīng)變計(jì)組埋設(shè)后至今的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，豎直方向的應(yīng)變計(jì)呈受壓變形狀態(tài)，水平方向有較小的受拉變形，其余方向應(yīng)變計(jì)呈受壓變形狀態(tài)。

五向應(yīng)變計(jì)組中，第1支為鉛直方向，第2支為壩軸線水平垂直方向，第3支為壩軸線方向，第4支為45°角方向，第5支應(yīng)變計(jì)方向?yàn)?35°角方向。

四向應(yīng)變計(jì)組中，第1支為鉛直方向，第2支為壩軸線方向，第3支為45°角方向，第4支應(yīng)變計(jì)方向?yàn)?35°角方向。

（3）溫度監(jiān)測(cè)?？肆蛛p曲拱壩在混凝土澆筑初期內(nèi)部溫度曾達(dá)到最高溫度37.2℃，冬季曾見(jiàn)到最低溫度11.3℃。壩體混凝土溫度總體呈下降趨勢(shì)，至2007年11月初，630m高程混凝土溫度為21.5℃，621m 高程混凝土溫度為22.5℃，651..38m高程混凝土溫度為29.5℃。庫(kù)水溫度計(jì)溫度緊隨大氣溫度變化。

4.2.2 工程監(jiān)測(cè)資料整理與安全性態(tài)評(píng)價(jià)

從已埋設(shè)完成的各種監(jiān)測(cè)儀器的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知：

（1）克林水電站工程拱壩蓄水后各施工寬縫呈閉合變形狀態(tài)，符合混凝土拱壩寬縫變化一般規(guī)律。

（2）630.00高程面拱壩兩側(cè)壓應(yīng)變變化明顯增大，各方向應(yīng)變計(jì)呈受壓變形狀態(tài)，拱冠處應(yīng)變計(jì)組呈受壓變形狀態(tài)，符合混凝土拱壩壩體應(yīng)變一般規(guī)律。

（3）壩體內(nèi)部混凝土溫度最高曾見(jiàn)到37.2℃，最低曾見(jiàn)到11.3℃，總體呈下降趨勢(shì)，與庫(kù)水溫度變化有逐漸接近趨勢(shì)；至2007年11月初，630m高程混凝土溫度為21.5℃，621m高程混凝土溫度為22.5℃，651.38m 高程混凝土溫度為29.5℃。符合混凝土拱壩溫度變化一般規(guī)律。