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        厄瓜多爾TP水電站TOACHI大壩工程導(dǎo)流設(shè)計(jì)優(yōu)化成果淺析

        2016-12-16 08:02:44張昆鵬
        中華建設(shè) 2016年9期
        關(guān)鍵詞:堰頂心墻圍堰

        張昆鵬

        厄瓜多爾TP水電站TOACHI大壩工程導(dǎo)流設(shè)計(jì)優(yōu)化成果淺析

        張昆鵬

        根據(jù)招標(biāo)文件及技術(shù)規(guī)范要求,承包商完全負(fù)責(zé)TOACHI大壩導(dǎo)流圍堰的設(shè)計(jì)與施工,且為總價(jià)承包項(xiàng)目,我方在認(rèn)真研究招標(biāo)文件及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察,綜合整體招標(biāo)設(shè)計(jì)、地質(zhì)、水文等資料后,認(rèn)為招標(biāo)文件中圍堰設(shè)計(jì)過(guò)于保守,在實(shí)施過(guò)程中有優(yōu)化及修改方案的基礎(chǔ)及條件,通過(guò)與專家討論、經(jīng)分析計(jì)算論證最終對(duì)圍堰設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

        一、工程概述

        厄瓜多爾TP水電站工程距離首都Quito約80公里。本工程由兩級(jí)電站組成,均為引水式電站,各裝機(jī)3臺(tái),裝機(jī)分別為49MW、204MW。TOACHI大壩工程屬二級(jí)電站工程,為混凝土重力壩,全長(zhǎng)157m,最大壩高69m,共布置9個(gè)壩段,其中在3#和4#壩段共布置2個(gè)導(dǎo)流底孔和2個(gè)表孔溢洪道,在5#壩段內(nèi)布置一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)組。大壩混凝土主要分為基礎(chǔ)混凝土、壩體混凝土、結(jié)構(gòu)混凝土和高抗混凝土,設(shè)計(jì)混凝土澆筑量17.1萬(wàn)m3。

        二、水文氣象條件

        本工程位于亞熱帶潮濕地區(qū)(海拔1000m~2000m),Toachi-Alluriquin二級(jí)電站處年均氣溫22.0℃,平均濕度90%,年均風(fēng)速43Km/h。工區(qū)雨季在12月~5月,受地形影響,年降水量在800mm~2400mm。

        三、優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)比(僅針對(duì)上游圍堰進(jìn)行優(yōu)化)

        1.投標(biāo)階段設(shè)計(jì)

        上游圍堰共由上、下游戧堤及中心粘土心墻圍堰組成,上、下游戧堤成對(duì)稱方式,堰頂高程933.5m、堰底高程922.85m,堰高10.65m、堰頂寬9.8m,粘土心墻頂部高程945m、堰高24.3m、堰頂寬6m,整體圍堰底寬88.54m,設(shè)計(jì)開(kāi)挖總量約7萬(wàn)m3,填筑總量約11.2萬(wàn)m3。

        2.實(shí)施階段設(shè)計(jì)

        上游圍堰結(jié)構(gòu)形式由兩部分組成,第一部分為上游子圍堰,第二部分為上游粘土心墻圍堰。

        (1)上游子圍堰由土、石混合料組成,主要承擔(dān)引水功能,子圍堰長(zhǎng)約39m,圍堰高度約13m,堰頂高程935.85m,堰頂寬度5m,迎水面坡比設(shè)計(jì)為1∶1.5,背水面坡比設(shè)計(jì)1∶1.3,最大底寬41m。

        (2)上游粘土心墻圍堰全長(zhǎng)88m,為滿足汛期水位壅高,設(shè)計(jì)堰頂高程仍采用原設(shè)計(jì)的945.0m高程,堰頂寬度6m,最大堰高22.15m,與子圍堰合并后最大底寬79m;粘土心墻坡比為1∶0.2;粘土心墻兩側(cè)設(shè)堆石堤,迎水面坡比設(shè)計(jì)為1∶1.5,背水面坡比設(shè)計(jì)為1∶1.3;堆石堤迎水面外側(cè)鋪設(shè)塊石護(hù)坡,坡比為1∶1.5。

        3.工程地質(zhì)條件

        上游圍堰處河床寬度約為15~20m,左岸邊坡陡峭,覆蓋層較薄,植被茂盛,河底可見(jiàn)大量孤石及河卵石;右岸邊坡較為緩和,腐殖土覆蓋層較薄,松散風(fēng)化巖層較厚。

        4.導(dǎo)流工程設(shè)計(jì)

        本工程圍堰使用年限小于3年,堰高小于50米,因此圍堰設(shè)計(jì)等級(jí)為4級(jí)。導(dǎo)流洞斷面為城門洞形,尺寸8.1m×8.8m,過(guò)流能力為640m3/s,相對(duì)應(yīng)導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選用25年洪水重現(xiàn)期。

        5.圍堰優(yōu)化穩(wěn)定性計(jì)算

        計(jì)算目標(biāo):安全系數(shù)計(jì)算

        滑裂面形狀:圓弧滑動(dòng)

        計(jì)算方法:瑞典條分法

        安全系數(shù):根據(jù)圍堰設(shè)計(jì)等級(jí),需滿足安全系數(shù)K≥1.05。

        為方便計(jì)算,將圓弧在水平長(zhǎng)度上均分為10條,每條寬度2.23m。

        取γb=γs=21KN/m3,采用圓弧法計(jì)算,考慮0.15g地震作用力影響,計(jì)算公式如下:

        式中:

        γb—濕容重,KN/m3;

        γs—浮容重,KN/m3;

        Ni—各條塊間法向力,KN;

        Ti —各條塊間切向力,KN;

        Wi —各條塊重量,KN;

        αi—通過(guò)各條塊底面中點(diǎn)的半徑與重力線之間的夾角,°;

        b —條塊寬度,m;

        hi—各條塊高度,m;

        Qi—水平地震慣性力,KN;

        Vi—垂直地震慣性力,Vi=Qi*2/3,向上為負(fù),向下為正,按不利于穩(wěn)定的方向取值,KN;

        Mr—抗滑力矩,KN·m;

        Mi—滑動(dòng)力矩,KN·m;

        φi—各塊內(nèi)摩擦角;

        R —滑動(dòng)面半徑 m;

        ci —各條塊滑裂面上的凝聚力,取6KPa;

        li —各條塊滑裂面長(zhǎng)度,li=b*secαi,m;

        K —安全系數(shù);

        ah—水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值,取0.15g;

        ζ—地震作用的效應(yīng)折減系數(shù),取0.25;

        GEi—各條塊產(chǎn)生地震慣性力的建筑物總重力作用的標(biāo)準(zhǔn)值,GEi=γibhi,KN;

        ai—?jiǎng)討B(tài)分布系數(shù);

        g—重力加速度,取9.81m/s2。

        各條塊參數(shù)見(jiàn)下圖所示:

        經(jīng)計(jì)算K= Mr/Mi =32186.4/29316.2=1.10>1.05,滿足穩(wěn)定性要求。

        四、優(yōu)化成果

        經(jīng)濟(jì)效益:圍堰截流后,充分結(jié)合原河床及堰底的自然地質(zhì)條件,取消了原設(shè)計(jì)中約5萬(wàn)方的巖石開(kāi)挖量,改為對(duì)原河床表面的松散材料清除后直接在巖石地基上填筑。通過(guò)方案優(yōu)化,不僅減少了堰底本身的開(kāi)挖量,在堰頂高度和堰體斷面基本相同情況下,由于底部建基面的抬高,大大減少了圍堰底部的填筑方量。方案優(yōu)化后,縮短圍堰施工工期近40天,節(jié)約總成本160.5萬(wàn)美元。

        五、結(jié)語(yǔ)

        在方案優(yōu)化初期,項(xiàng)目業(yè)主及監(jiān)理對(duì)我方優(yōu)化設(shè)計(jì)及方案的通過(guò)評(píng)審存在一定的異議,在溝通及討論過(guò)程中,項(xiàng)目部通過(guò)同等案例對(duì)比,數(shù)據(jù)說(shuō)明等針對(duì)圍堰的穩(wěn)定性、可實(shí)施性、工期等多方面進(jìn)行論證,最終得到業(yè)主及監(jiān)理的認(rèn)可并批準(zhǔn)實(shí)施。整個(gè)工程項(xiàng)目嚴(yán)格按照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)環(huán)控制,為厄瓜多爾政府上交了優(yōu)質(zhì)工程。2014年4月20日,TOACHI大壩上游圍堰外水位直逼圍堰頂高程,達(dá)到了TOACHI河十年洪水位,而圍堰固若金湯,工程質(zhì)量堪稱上乘,得到了業(yè)主監(jiān)理的認(rèn)可和好評(píng)。

        (作者單位:中國(guó)水利水電第六工程局有限公司)

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