王加玉

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴陽 550002)

魚洞峽水庫拱壩體型設(shè)計

王加玉

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴陽 550002)

魚洞峽水庫拱壩高72 m，為常態(tài)混凝土雙曲薄拱壩，體形選用了平面拱圈為變曲率的變厚拋物線型雙曲拱壩，增強了壩肩的抗滑穩(wěn)定性，同時使體形與外荷載的分布相適應(yīng)，壩體應(yīng)力分布更趨合理。

拱壩體形;設(shè)計;變厚拋物線;平面拱圈;壩肩抗滑穩(wěn)定

1 概述

魚洞峽水庫是貴陽市供水規(guī)劃的重點水源點之一，位于貴陽市烏當(dāng)區(qū)東風(fēng)鎮(zhèn)頭堡村，地處長江流域烏江水系清水河的源頭河流——南明河的二級支流魚洞河上，主要由魚洞峽水庫拱壩、取水口、引水鋼管及引水隧洞、水廠等建筑物組成。工程任務(wù)是以城市生活及工業(yè)供水為主，向貴陽市烏當(dāng)區(qū)的新天寨片區(qū)、東風(fēng)鎮(zhèn)城區(qū)(含洛灣工業(yè)區(qū))、沿線居民及企業(yè)供水3 000萬m3/a。

魚洞峽水庫拱壩壩址以上集雨面積118 km2，水庫總庫容1 860萬m3。壩型為常態(tài)混凝土拋物線型變厚雙曲拱壩，最大壩高72 m，壩頂弧長68.366 m，拱冠梁頂厚4.0 m，底厚12.0 m，厚高比0.17，為薄拱壩。

2 地形、地質(zhì)條件

壩址河谷為左緩右陡的“U”型谷，河床枯期水面高程1 012 m，水深約2 m，河床寬10 ～15 m，地形坡度60°～85°，岸坡坡面平直，左岸1 095 m高程以下為陡崖，右岸1 110 m高程以下為陡崖，正常蓄水位1 075 m高程處河谷寬約45 m，寬高比0.7。

壩基及兩壩肩均為二迭系下統(tǒng)棲霞組第二段(P1q2)灰色中至厚層灰?guī)r，屬堅硬-中硬巖類，巖石完整性較好，強度較高，均一性較好，巖石質(zhì)量屬Ⅲ1B，選取弱風(fēng)化至新鮮基巖作為拱壩建基面，其巖體能滿足拱壩受力要求。

壩址地層結(jié)構(gòu)較單一，巖層傾向上游偏左岸，產(chǎn)狀較穩(wěn)定為N30-50°E/SE∠25-60°，巖層走向與河流走向交角為68°。無大的斷裂構(gòu)造通過，無軟弱夾層分布，壩址主要發(fā)育5組裂隙，其中以順河向NW向裂隙最為發(fā)育，各組裂隙發(fā)育特征見表1。

表1 壩址區(qū)節(jié)理裂隙統(tǒng)計表

3 基礎(chǔ)資料

3.1 墊座、泄流方式及底孔

拱壩壩基設(shè)厚1.5 m的混凝土墊座，起拱高程1 007 m。泄流方式采用壩頂溢流，溢流堰頂高程1 069 m，設(shè)3孔6 m×6 m(b×h)的弧型閘門，閘門孔徑向布置在拱冠梁兩側(cè)，左側(cè)1孔，右側(cè)2孔。左岸沖沙兼放空底孔進(jìn)口底板高程1 026 m，孔口尺寸1.5 m×2 m(b×h)，進(jìn)出口分別設(shè)平面檢修閘門和弧型工作閘門各一扇。

3.2 計算工況

基本組合1：正常蓄水位及相應(yīng)尾水位+泥沙壓力+自重+揚壓力+設(shè)計正常溫降;

基本組合2：死水位及相應(yīng)尾水位+泥沙壓力+自重+揚壓力+設(shè)計正常溫升;

基本組合3：設(shè)計洪水位及相應(yīng)尾水位+泥沙壓力+自重+揚壓力+設(shè)計正常溫升;

特殊組合：校核洪水位及相應(yīng)尾水位+泥沙壓力+自重+揚壓力+設(shè)計正常溫升。

3.3 水庫特征水位及淤沙參數(shù)

正常蓄水位：1 075 m;相應(yīng)尾水位：1 015 m;

死水位：1 035 m;相應(yīng)尾水位：1 015 m;

設(shè)計洪水位：1 075.46 m;相應(yīng)尾水位：1 020.23 m;校核洪水位：1 076.39 m;相應(yīng)尾水位：1 021.37 m;壩前淤沙高程：1 026.41 m;淤沙浮容重：8 kN/m3;淤沙內(nèi)摩擦角10°。

3.4 物理力學(xué)參數(shù)

壩體C 9020三級配常態(tài)混凝土：容重24 kN/m3;彈性模量19 GPa;泊松比0.167;線膨脹系數(shù)10×10-6/℃。

P1q2基巖：容重26.3 kN/m3;彈性模量10 GPa;泊松比0.2;線膨脹系數(shù)9×10-6/℃。

3.5 溫度參數(shù)

壩體混凝土導(dǎo)溫系數(shù)：4 m2/月;多年平均氣溫14.6℃;多年平均最低月氣溫4.4℃;多年平均最高月氣溫23.5℃;日照對年均氣溫的影響2℃;日照對氣溫變幅的影響2℃;庫水表面年平均溫度16.6℃;庫水表面水溫年變幅9.6℃;上游庫底水溫9℃;下游尾水底部水溫12℃;封拱溫度取14℃。

3.6 應(yīng)力控制指標(biāo)

壩體容許壓應(yīng)力：基本組合時5.3 MPa;特殊組合時6.2 MPa。

壩體容許拉應(yīng)力：基本組合時1.2 MPa;特殊組合時1.5 MPa。

P1q2弱風(fēng)化基巖容許承載力：3～4 MPa

4 體型擬定

根據(jù)地形地質(zhì)情況，初擬拱壩體型，通過初步應(yīng)力計算，對拱壩體型進(jìn)行調(diào)整，最終采用拋物線型變厚雙曲拱壩，擬定的拱壩體型參數(shù)見表2。

拱圈厚度按下列公式變化：

式中：α為變厚系數(shù)，取α=2.0;φ為拱冠起算的似中心角;T為拱厚，其下標(biāo)a為拱端，c為拱冠，i為計算斷面。

表2 拱壩體形幾何參數(shù)表

5 拱壩應(yīng)力分析

壩體應(yīng)力采用多拱梁法進(jìn)行分析計算，采用中國水利水電科學(xué)研究院編制的《拱壩體形優(yōu)化程序ADASO》電算程序，壩體網(wǎng)格劃分為7拱15梁，計算時考慮壩頂開孔對壩體應(yīng)力的影響。

基本組合時，壩體最大主壓應(yīng)力3.00 MPa，發(fā)生在右拱端1 045 m高程下游面;壩體最大主拉應(yīng)力-1.11 MPa，發(fā)生在左拱端1 057 m高程上游面。

特殊組合時，壩體最大主壓應(yīng)力3.08 MPa，發(fā)生在右拱端1 045 m高程下游面;壩體最大主拉應(yīng)力-0.96 MPa，發(fā)生在左拱端1 021 m高程上游面。

基本組合及特殊組合的壩體壓應(yīng)力均小于壩體允許壓應(yīng)力及壩基允許承載力，壩體拉應(yīng)力均小于壩體允許拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

6 拱座穩(wěn)定分析

壩肩穩(wěn)定分析采用剛體極限平衡法，按規(guī)范推薦的抗剪斷公式計算。壩址地層結(jié)構(gòu)較單一，無大的斷裂構(gòu)造通過，無軟弱夾層分布，巖層產(chǎn)狀較為穩(wěn)定。左壩肩以巖層層面N27°E/SE∠26°為底滑面，以陡傾結(jié)構(gòu)面 N35-40°W/NE∠70-85°為側(cè)滑面;右壩肩以巖層層面N27°E/SE∠26°為底滑面，以陡傾結(jié)構(gòu)面N65°W/NE∠70-80°為側(cè)滑面。滑動面上的裂隙連通率為40%～50%，此部分按采用裂隙面的抗剪斷強度參數(shù)，其余部分采用巖石的抗剪斷強度參數(shù)。經(jīng)計算各層的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

7 結(jié)語

魚洞峽水庫拱壩體形設(shè)計采用了適應(yīng)壩址地形地質(zhì)條件的變厚拋物線拱圈的雙曲拱壩，既增強了拱座的抗滑穩(wěn)定性，又使拱圈形狀與外荷分布相吻合，節(jié)約了工程量。

［1］貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院.貴陽市魚洞峽水庫工程初步設(shè)計［R］.貴陽：貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，2009：158-160.

［2］朱伯芳，高季章，陳祖煜，等.拱壩設(shè)計與研究［M］.北京：中國水利水電出版社，2002：175-177.

［3］李瓚，陳興華，鄭建波，等.混凝土拱壩設(shè)計［M］.北京：中電力出版社，2000：216-219.

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1007-7596(2012)07-0036-02

2012-06-20

王加玉(1975-)，男，貴州納雍人，工程師，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。