水力发电・2003年・第10期
文章编号:055929342(2003)1020041203
41
龙滩碾压混凝土重力坝设计
肖 峰,欧红光,(中南勘测设计研究院,)
关键词:;摘 要:,最大坝高前期为192m,后期为21615m,是目前世界上在建的最高。,确定了推荐配合比,大坝下部碾压混凝土采用富胶凝材料。大坝优化设计后,为经济的断面体形;坝基面及坝体的稳定、应力均满足规范要求。龙滩大坝除基础垫层外,均可采用碾压混凝土。坝体防渗结构优化后采用表面布筋的变态混凝土与二级配碾压混凝土组合方案;坝体设有完善的排水系统。温控防裂专题研究表明,采取适当的温控措施后,坝体可不分纵缝通仓浇筑。龙滩大坝设计中的重大技术问题已解决,部分专题仍在继续深入研究中。
DesignofLongtanRCCGravityDamXIAOFeng,OUHong2guang,WANGHong2bing
(Mid2southInvestigationandDesignInstituteforHydroelectricProject,ChangshaHunan410014)
KeyWords:RCCgravityDam,design,LongtanHydropowerProject
Abstract:ThedamforLongtanHydropowerProjectisaRCCgravitytype,withaheightof192minthefirststageand21615minthesecondstage,thehighestRCCdamintheworld1ManytestswerecarriedoutandthemixproportionofRCCwasrecom2mended1Alargeamountofindoor2andfield2testsprovedthatitisproperandnecessarythatrichcementingmaterialsshouldbeappliedto
themiddleandlowerportionofthedambody1Theoptimizeddamsectionswereeconomical1Boththestressesandtheslidingstabilityofthedamcouldmeettherequirementsofthestandards1RCCcanbeplacedforthewholeLongtanDamfromitscresttofoundationlayer,exceptitsfoundationcushionlayer1ItsimpermeablestructureiscomposedofGEVRcombinedwithgrade22RCCisrecommendedandadrainagesystemisprovided1ThestudyonthecrackcontrolandtemperaturecontrolshowedthattheplacingofRCCwithoutlongitudinaljointwouldbefeasible,solongastheconcreteplacementtemperatureisproperlycon2trolled1ThekeytechnicalissueshavebeensolvedinthedesignofLongtanDam1Nevertheless,someissueswouldstillneedtobestudiedduringitsconstructionperiod1
中图分类号:TV64213(267) 文献标识码:B
砂岩和粉砂岩为主。微风化～新鲜砂岩饱和抗压强度为
130～150MPa,微风化～新鲜板岩饱和抗压强度为40～80MPa。
1 基本地质条件
龙滩水电站坝址河谷为开阔的“V”形河谷,宽高比约
315。河流流向S30°E,至坝址处转向S80°E。枯水期河水面
坝址地震基本烈度和水库诱发地震对大坝的影响烈度均为7度。
高程约219m,水面宽90～100m,水深13～3115m。河床砂卵砾石层厚0～6m,局部地段17m,基岩面埋藏高程一般为
200m左右,最低点187m。河床两侧均有基岩礁滩裸露,左
2 大坝布置
根据电站发电、防洪、航运等综合利用的要求,龙滩水电
收稿日期:2003209227
),男,湖南澧县人,高级工程师,主要从作者简介:肖峰(1965—
岸宽10m,右岸宽40～70m。
坝址地层为三迭系下统罗楼组和三迭系中统板纳组岩层,二者均为轻微变质的浅海深水相沉积岩。罗楼组出露在坝址上游,以泥板岩为主。板纳组分布在坝基及其下游,以
事水电工程设计工作1
42水力发电・2003年・第10期
表1 碾压混凝土技术指标
坝体部位
设计90d强
强度度指标等级/MPa
C18C15C10C18C18
2520152525
抗渗等级
(90d)W6W6W4W12W12
抗冻等级
(90d)F100F100F50F150F150
极限拉伸值εp(90d)
/×[***********]5(28d)
-4
VC值
/s5～75～75～75～7
坍落度
/cm最大水胶比
层面原位抗剪断强度
f′
C′/MPa
容重
/(kg/m3)
相对
压实度
/%
下部RⅠ(RCC)中部RⅡ(RCC)上部RⅢ(RCC)上游面RⅣ(RCC)上游面变态混凝土CbⅠ
110～111119～117110～111114～112019～110110110
110210210
1～2
≥2≥2≥2≥2≥2
[**************]
≥9815
≥9815≥9815≥9815
注:1)混凝土设计强度等级和90d强度指标,是指按标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件,28d龄期用标准试验
方法测得的保证率分别为95%和80%的抗压强度标准值;2)d测得,表2 坝体部位
下部RⅠ(RCC)
中部RⅡ(RCC上部RⅢ(RCC)上游面RⅣ(RCC)上游面变态混凝土CbⅠ
设计强度等级
C18C18
[**************]
/mm80804040
三三三二二
/(kg/m)[**************]
3
水泥用量
/(kg/m)
[1**********]0+A
3
VC值/s5～75～75～75～7
坍落度
/cm
1～2
注:表中A为坝体上游面变态混凝土现场掺入的水泥及掺合料浆用量。变态混凝土现场掺入的水泥及掺合料浆液体积为该部位二级配碾压混凝土体积的5%～10%。
站枢纽主要由拦河大坝、泄洪建筑物、发电厂房和通航建筑物等组成。大坝采用碾压混凝土重力坝,以加快施工进度、缩短建设工期。为了适应碾压混凝土筑坝技术的特点和要求,达到提高龙滩大坝的施工速度、节省工程投资的目的,对龙滩水电站的枢纽布置方案进行了大量的优化研究,最终采用了最适合碾压混凝土坝施工的左岸全地下厂房枢纽布置方案。
大坝按初期断面施工(水下部分按后期断面一次建成),引水发电系统土建部分除进水口坝段外,按正常蓄水位400
m设计一次建成,初期安装7台水轮发电机组,预留2台机后
3 碾压混凝土重力坝设计
311 碾压混凝土配合比设计
大坝碾压混凝土设计技术指标要求见表1。通过对原材料的选择和试验,选定合适的胶凝材料及其比例,研究相容的高效缓凝剂品种及其用量,确定了龙滩大坝碾压混凝土配合比(见表2)。通过大量的室内和现场试验论证,表明龙滩大坝坝体中下部碾压混凝土采用富胶凝材料(C+F=90+
33
110=200kg/m和C+F=75+105=180kg/m)是合适的和
必要的。
312 大坝体形优化及稳定应力分析
期安装。
根据坝址地形、地质条件选定的坝轴线,河床坝段位于强度较高的以砂岩为主的岩层上,相对较弱的以泥板岩为主的岩层(板纳组18层)只在建基面较高的左岸进水口坝段通过。正常蓄水位375m时,坝顶高程382m,最大坝高192m,坝顶长约761m;正常蓄水位抬高至400m时,坝顶高程40615
m,最大坝高21615m,坝顶长约849m。
为减少坝体混凝土工程量,对大坝体形进行了优化设计,优化后的典型断面体形参数见表3。优化后溢流坝断面最大底宽为168158m,坝底宽与坝高的比值(B/H)为01779,最大挡水坝断面底宽为158145m,B/H为01806,均为经济的断面体形。
表3 坝体典型断面体形参数
断面名称溢流坝段初
河床挡水坝段期
接头坝段溢流坝段后
河床挡水坝段期
接头坝段
坝基面上游起坡上游
下游起坡下游高程点高程坡比点高程坡比/m/m1∶n/m1∶m
[***********]
270270-270270-01250125
[***********]1540615404
[***********]730168
泄洪建筑物布置在主河槽的中央,设有7个表孔和2个底孔,表孔孔口尺寸为15m×20m(宽×高),堰顶高程初期为355100m,后期提高至380100m。泄洪全部由表孔溢洪道承担,最大泄量初期为28190m/s,后期为27134m/s。下游消能采用高低挑坎差动式挑流消能。
表孔两侧对称布置2个底孔,底孔进口底板高程290m,控制断面尺寸5m×8m(宽×高)。底孔不担负泄洪任务,主要用于后期导流、水库放空和冲排沙任务。为适应碾压混凝土施工,底孔采用有压流形式,孔身水平布置,孔口上游设平面事故检修门,下游出口设弧形工作门,孔身采用钢板衬砌。下游消能也采用挑流消能。
3
3
铅直
01250125铅直
根据各坝段坝基地质条件,拟定各坝段坝基面高程,逐坝段进行了沿坝基面的抗滑稳定计算和应力分析。坝基面稳定应力控制标准和坝体计算截面稳定应力控制标准分别
肖 峰,等:
龙滩碾压混凝土重力坝设计
见表4、5。
表4 坝基面稳定、应力控制标准
荷载组合
基本组合正常蓄水情况特殊(1)校核洪水情况
组合(2)正常+地震情况
μ坝趾正应力σyyd抗滑坝踵正应力σ
稳定计扬不计扬
计扬压力
K′压力压力
43
则要求c′≥1178MPa。
根据大量工程实践和现场实验资料分析,影响碾压混凝土层面抗剪断强度参数的因素很多,但最主要的因素是:胶凝材料用量、外界气温条件、层面间歇时间及层面处理工艺。为研究龙滩大坝碾压混凝土层面抗剪断强度,进行了不同气温条件、不同混凝土配合比、不同层面处理工艺等10种工况的现场碾压及原位抗剪(断)试验。经过试验数据的统计分析,并考虑必要的强度保证率,来看(;,层面抗
≥310≥215≥213
≥010≥010
b≤[σc](各荷载组合)
b
注:表中应力单位为MPa;基岩允许压应力[σc]=6MPa。
计算成果表明:在基本组合下,坝基面最小正应力为
01286MPa,最大正应力为41752MPa;特殊组合(1)坝基面最
小正应力为01001MPa,最大正应力为41480MPa;(2)坝基面最小正应力为-015MPa;11(。因此,只要碾压混凝土配合,施工中建立有效的质量检测与控制系统,保证碾压混凝土的施工质量,龙滩大坝除基础垫层混凝土外,均可采用碾压混凝土。
314 防渗排水结构研究
安全系数,310,特殊组合(1)时均大于
219,特殊组合(2)时均大于2149,各坝段沿坝基面的抗滑稳
根据龙滩碾压混凝土重力坝体形设计的特点,1995年以前曾重点研究过的坝体上游面防渗结构形式有:3～5m厚常
(金包银”);预制混凝土板内贴PVC膜防渗;态混凝土防渗“
定安全系数也满足规范要求。
按《DL5108—1999混凝土重力坝设计规范》复核表明,坝基面应力和沿坝基面抗滑稳定安全系数均满足新规范的要求。
考虑到施工中碾压混凝土坝存在众多施工层面,这些层面可能是结构上的薄弱环节,故对碾压混凝土坝的应力和稳定的影响进行了深入的研究,做了非线性分析、动力分析以及静、动条件下的结构模型试验,评价了所采用的工程措施对提高大坝安全性的效果。
313 碾压混凝土高度的研究
200m高的大坝在多大高度范围内可采用碾压混凝土主
现浇钢筋混凝土面板和二级配碾压混凝土组合防渗;沥青混合料防渗;表面布筋的变态混凝土和二级配碾压混凝土组合防渗等方案。通过对上述防渗结构方案的防渗效果及可靠性、耐久性、施工进度和造价等因素的综合比较分析,并考虑当时碾压混凝土筑坝的实践经验,推荐采用现浇钢筋混凝土面板与二级配碾压混凝土组合防渗方案。
近年来,作为重大技术问题,对龙滩坝体防渗结构形式开展了大量的设计研究和试验工作。随着科研工作的深入及国内外碾压混凝土筑坝实践的发展和筑坝技术水平的提高,对碾压混凝土各种性能的认识也在逐渐加深和完善。在总结已有研究工作成果和国内外碾压混凝土筑坝实践经验的基础上,龙滩坝体防渗结构现阶段已优化为表面布筋的变态混凝土与二级配碾压混凝土组合防渗方案。
要取决于大坝体形、层面抗剪断强度指标、层面扬压力及沿层面的抗滑稳定安全系数等因素。计算分析结果表明,随着坝高的增加,设计要求的层面抗剪断强度参数值也增加。高程196m层面的抗剪断参数的设计要求值最大,如f′=110,
表5 坝体计算截面稳定、应力控制标准
荷载组合
基本组合
(1)
抗滑稳定
K′
正常蓄水情况校核洪水情况正常+地震情况仅考虑地震情况
≥310≥215≥213
上游面最小主应力σμ1计扬压力
≥010≥010
不计扬压力
γH≥0125γH≥0125≥[σ]
下游面最大主应力σ2d计扬压力
不计扬压力
特殊组合(2)(3)
≤[σc]
(各荷载组合)
注:1)表中应力单位为MPa;H为坝面计算点的静水头(m);混凝土允许拉应力[σt]=-1115MPa;混凝土允许压应力[σc]=6MPa。
表6 龙滩RCC层面抗剪断参数建议值
坝高
/m210156
胶材用量
/(kg/m3)
C
F
级配
间歇
时间
/h
常规统计法
层面处理不处理不处理
龄期
/d180180
综合值分析法
离差系数
Cvf′
Cvc′
综合值
f′
c′
小值平均值保证率80%
f′
c′
f′
c′
建议参数
Cvf′=0120Cvf′=0120Cvc′=0130Cvc′=0135
f′
c′
f′
c′
9075
110105三
三
510415
11291117
21802110
11131111
11921189
11191108
21591193
01090109
01090110
11070197
21091157
11070197
11971148
注:c′的单位是MPa。
(下转第50页)
50水力发电・2003年・第10期
是体现了系统工程的理论思想。它是针对整个地下洞室群复杂施工系统进行的,所有的优化及调配目标是使整个系统达到最优,而不是局部达到最优。它把整个施工过程作为一个大的系统,综合考虑系统中各个单项工程之间、各个工作面之间的相互影响、相互制约的关系,分析整体的施工进度、施工强度、通风散烟及交通运输等关键问题,获得更为真实的施工情况,从而达到为施工组织设计提供科学依据的目的。
需的设备类型和数量。将施工中各洞室通风量的确定作为地下洞室群施工全过程动态仿真系统的一个子系统纳入其中,在计算任一施工时刻其它施工参数的同时,能够确定各洞室的通风量大小,充分反映了通风量在整个施工过程中的动态变化,为施工进度的控制提供了有力的工具。
经过地下洞室群施工的全过程动态仿真计算,可得到随施工进程变化的通风量过程图,与资源强度柱状图的变化趋势基本一致。
改变施工过程中的通风散烟时间,
可得到不同通风时间下的风量曲线图。经过统计分析,发现通风时间的长短对风量值的影响很小;但是通风时间的长短是影响施工进度的一个重要因素。因此,的耦合。
:
[R]1中南勘测设计研究
[2[R]1中南勘测设计
3 结 语
的全过程动态可视化仿真思想。它融合面向对象的图形辅助建模技术、动态仿真技术、网络计划分析与优化技术、动态演示技术、数据库技术于一体,把整个施工过程作为一个整体,对施工全过程进行跟踪模拟。在仿真过程中不仅可以得到施工进度的信息,同时可耦合通风量和道路系统的行车密度等方面的计算,从而得到各个时段较全面的工程进行情况,如正在施工的项目,施工强度,资源利用率,道路系统行车情况等等,为复杂的大型地下洞室群施工提供了有力的计算与分析工具。
地下洞室群施工全过程动态可视化仿真研究的特点就
研究院,天津大学,2000～20031
[3] 钟登华,张伟波,郑家祥1复杂地下洞室群施工动态演示系统
研究[J]1水力发电,2000,(12):28-301
[4] ZhongDenghua,ZhangWeibo,LiJingru,YangQingxueandHuCheng2
shun1StudyonDynamicVisualSimulationSystemforComplexCon2structionprocesses[R]1TheSixthInternationalConferenceforYoungComputerScientists,20011
[5] 钟登华1循环随机网络在隧洞施工中的应用[J]1土木工程学
报11994,27(4),70-741
[6] 孙锡衡,齐东海等1水利水电工程施工计算机模拟与程序设计
[M]1中国水利水电出版社,1996,199-2231
[7] 李德仁1地理信息系统导论[M]1北京:测绘出版社,19971[8] 汪卫民1地理信息系统及其在水利行业中的应用[J]1微型电
脑应用,1998(3):12-151
(上接第43页)
表7 碾压混凝土温控标准汇总
浇筑部位基础强约束区
(0～012)L基础弱约束区(012～014)L
浇筑月份
3、114、105～93、114、105～93、114、1059
扬压力不超过设计采用值,在坝体下部(高程230m以下)设置了3～4排竖向排水管,将碾压混凝土层面与底部排水廊
道连通。
高程270m以上的渗水自流排出坝外,高程270m以下渗水排至坝基集水井后抽排至下游。为进一步减小扬压力,增大坝体稳定性,高程270m以下坝基采用封闭抽排措施。
315 温控防裂和坝体分缝
允许浇筑温度允许最高温度
[TP]/℃[Tmax]/℃
171717
333333
≤20
2020
≤36
3636363738
龙滩大坝混凝土的温控防裂专题研究成果表明:龙滩工程横缝间距应在20～25m范围内选择;尽管龙滩大坝最大长宽比(L/B)达814,但只要合理选择碾压混凝土的原材料、配合比和基础混凝土的浇筑季节,适当控制混凝土浇筑温度,加强表面保护和养护,龙滩碾压混凝土坝不分纵缝通仓浇筑是可行的。拟定的碾压混凝土温控标准见表7。
≤20
2122
上部(014L以上)
注:1)表中L为混凝土浇筑块的最大边长;2)浇筑温度系指碾压混
凝土碾压完毕,覆盖上层混凝土前,离混凝土表面深10cm处的混凝土温度;3)在12～2月低温季节浇筑时段,混凝土浇筑温度可为自然入仓温度。
4 结 语
经过中南勘测设计研究院和有关科研院所十多年的联合攻关,龙滩碾压混凝土重力坝设计中的重大技术问题已经解决,在工程实施阶段,部分专题仍在继续深入研究当中。可以预计,龙滩工程的建设必将进一步提高我国碾压混凝土筑坝实践的技术水平。
坝体排水系统是坝体渗流控制的关键,碾压混凝土坝必须设置完善的排水系统,只要排水布置得当且留有余地,防渗结构的局部缺陷将不会导致坝体和层面扬压力的急剧上升,龙滩坝体排水系统紧接上游防渗体,排水系统包括排水廊道、竖向排水管等。为达到层面强迫降压效果,确保层面
水力发电・2003年・第10期
文章编号:055929342(2003)1020041203
41
龙滩碾压混凝土重力坝设计
肖 峰,欧红光,(中南勘测设计研究院,)
关键词:;摘 要:,最大坝高前期为192m,后期为21615m,是目前世界上在建的最高。,确定了推荐配合比,大坝下部碾压混凝土采用富胶凝材料。大坝优化设计后,为经济的断面体形;坝基面及坝体的稳定、应力均满足规范要求。龙滩大坝除基础垫层外,均可采用碾压混凝土。坝体防渗结构优化后采用表面布筋的变态混凝土与二级配碾压混凝土组合方案;坝体设有完善的排水系统。温控防裂专题研究表明,采取适当的温控措施后,坝体可不分纵缝通仓浇筑。龙滩大坝设计中的重大技术问题已解决,部分专题仍在继续深入研究中。
DesignofLongtanRCCGravityDamXIAOFeng,OUHong2guang,WANGHong2bing
(Mid2southInvestigationandDesignInstituteforHydroelectricProject,ChangshaHunan410014)
KeyWords:RCCgravityDam,design,LongtanHydropowerProject
Abstract:ThedamforLongtanHydropowerProjectisaRCCgravitytype,withaheightof192minthefirststageand21615minthesecondstage,thehighestRCCdamintheworld1ManytestswerecarriedoutandthemixproportionofRCCwasrecom2mended1Alargeamountofindoor2andfield2testsprovedthatitisproperandnecessarythatrichcementingmaterialsshouldbeappliedto
themiddleandlowerportionofthedambody1Theoptimizeddamsectionswereeconomical1Boththestressesandtheslidingstabilityofthedamcouldmeettherequirementsofthestandards1RCCcanbeplacedforthewholeLongtanDamfromitscresttofoundationlayer,exceptitsfoundationcushionlayer1ItsimpermeablestructureiscomposedofGEVRcombinedwithgrade22RCCisrecommendedandadrainagesystemisprovided1ThestudyonthecrackcontrolandtemperaturecontrolshowedthattheplacingofRCCwithoutlongitudinaljointwouldbefeasible,solongastheconcreteplacementtemperatureisproperlycon2trolled1ThekeytechnicalissueshavebeensolvedinthedesignofLongtanDam1Nevertheless,someissueswouldstillneedtobestudiedduringitsconstructionperiod1
中图分类号:TV64213(267) 文献标识码:B
砂岩和粉砂岩为主。微风化～新鲜砂岩饱和抗压强度为
130～150MPa,微风化～新鲜板岩饱和抗压强度为40～80MPa。
1 基本地质条件
龙滩水电站坝址河谷为开阔的“V”形河谷,宽高比约
315。河流流向S30°E,至坝址处转向S80°E。枯水期河水面
坝址地震基本烈度和水库诱发地震对大坝的影响烈度均为7度。
高程约219m,水面宽90～100m,水深13～3115m。河床砂卵砾石层厚0～6m,局部地段17m,基岩面埋藏高程一般为
200m左右,最低点187m。河床两侧均有基岩礁滩裸露,左
2 大坝布置
根据电站发电、防洪、航运等综合利用的要求,龙滩水电
收稿日期:2003209227
),男,湖南澧县人,高级工程师,主要从作者简介:肖峰(1965—
岸宽10m,右岸宽40～70m。
坝址地层为三迭系下统罗楼组和三迭系中统板纳组岩层,二者均为轻微变质的浅海深水相沉积岩。罗楼组出露在坝址上游,以泥板岩为主。板纳组分布在坝基及其下游,以
事水电工程设计工作1
42水力发电・2003年・第10期
表1 碾压混凝土技术指标
坝体部位
设计90d强
强度度指标等级/MPa
C18C15C10C18C18
2520152525
抗渗等级
(90d)W6W6W4W12W12
抗冻等级
(90d)F100F100F50F150F150
极限拉伸值εp(90d)
/×[***********]5(28d)
-4
VC值
/s5～75～75～75～7
坍落度
/cm最大水胶比
层面原位抗剪断强度
f′
C′/MPa
容重
/(kg/m3)
相对
压实度
/%
下部RⅠ(RCC)中部RⅡ(RCC)上部RⅢ(RCC)上游面RⅣ(RCC)上游面变态混凝土CbⅠ
110～111119～117110～111114～112019～110110110
110210210
1～2
≥2≥2≥2≥2≥2
[**************]
≥9815
≥9815≥9815≥9815
注:1)混凝土设计强度等级和90d强度指标,是指按标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件,28d龄期用标准试验
方法测得的保证率分别为95%和80%的抗压强度标准值;2)d测得,表2 坝体部位
下部RⅠ(RCC)
中部RⅡ(RCC上部RⅢ(RCC)上游面RⅣ(RCC)上游面变态混凝土CbⅠ
设计强度等级
C18C18
[**************]
/mm80804040
三三三二二
/(kg/m)[**************]
3
水泥用量
/(kg/m)
[1**********]0+A
3
VC值/s5～75～75～75～7
坍落度
/cm
1～2
注:表中A为坝体上游面变态混凝土现场掺入的水泥及掺合料浆用量。变态混凝土现场掺入的水泥及掺合料浆液体积为该部位二级配碾压混凝土体积的5%～10%。
站枢纽主要由拦河大坝、泄洪建筑物、发电厂房和通航建筑物等组成。大坝采用碾压混凝土重力坝,以加快施工进度、缩短建设工期。为了适应碾压混凝土筑坝技术的特点和要求,达到提高龙滩大坝的施工速度、节省工程投资的目的,对龙滩水电站的枢纽布置方案进行了大量的优化研究,最终采用了最适合碾压混凝土坝施工的左岸全地下厂房枢纽布置方案。
大坝按初期断面施工(水下部分按后期断面一次建成),引水发电系统土建部分除进水口坝段外,按正常蓄水位400
m设计一次建成,初期安装7台水轮发电机组,预留2台机后
3 碾压混凝土重力坝设计
311 碾压混凝土配合比设计
大坝碾压混凝土设计技术指标要求见表1。通过对原材料的选择和试验,选定合适的胶凝材料及其比例,研究相容的高效缓凝剂品种及其用量,确定了龙滩大坝碾压混凝土配合比(见表2)。通过大量的室内和现场试验论证,表明龙滩大坝坝体中下部碾压混凝土采用富胶凝材料(C+F=90+
33
110=200kg/m和C+F=75+105=180kg/m)是合适的和
必要的。
312 大坝体形优化及稳定应力分析
期安装。
根据坝址地形、地质条件选定的坝轴线,河床坝段位于强度较高的以砂岩为主的岩层上,相对较弱的以泥板岩为主的岩层(板纳组18层)只在建基面较高的左岸进水口坝段通过。正常蓄水位375m时,坝顶高程382m,最大坝高192m,坝顶长约761m;正常蓄水位抬高至400m时,坝顶高程40615
m,最大坝高21615m,坝顶长约849m。
为减少坝体混凝土工程量,对大坝体形进行了优化设计,优化后的典型断面体形参数见表3。优化后溢流坝断面最大底宽为168158m,坝底宽与坝高的比值(B/H)为01779,最大挡水坝断面底宽为158145m,B/H为01806,均为经济的断面体形。
表3 坝体典型断面体形参数
断面名称溢流坝段初
河床挡水坝段期
接头坝段溢流坝段后
河床挡水坝段期
接头坝段
坝基面上游起坡上游
下游起坡下游高程点高程坡比点高程坡比/m/m1∶n/m1∶m
[***********]
270270-270270-01250125
[***********]1540615404
[***********]730168
泄洪建筑物布置在主河槽的中央,设有7个表孔和2个底孔,表孔孔口尺寸为15m×20m(宽×高),堰顶高程初期为355100m,后期提高至380100m。泄洪全部由表孔溢洪道承担,最大泄量初期为28190m/s,后期为27134m/s。下游消能采用高低挑坎差动式挑流消能。
表孔两侧对称布置2个底孔,底孔进口底板高程290m,控制断面尺寸5m×8m(宽×高)。底孔不担负泄洪任务,主要用于后期导流、水库放空和冲排沙任务。为适应碾压混凝土施工,底孔采用有压流形式,孔身水平布置,孔口上游设平面事故检修门,下游出口设弧形工作门,孔身采用钢板衬砌。下游消能也采用挑流消能。
3
3
铅直
01250125铅直
根据各坝段坝基地质条件,拟定各坝段坝基面高程,逐坝段进行了沿坝基面的抗滑稳定计算和应力分析。坝基面稳定应力控制标准和坝体计算截面稳定应力控制标准分别
肖 峰,等:
龙滩碾压混凝土重力坝设计
见表4、5。
表4 坝基面稳定、应力控制标准
荷载组合
基本组合正常蓄水情况特殊(1)校核洪水情况
组合(2)正常+地震情况
μ坝趾正应力σyyd抗滑坝踵正应力σ
稳定计扬不计扬
计扬压力
K′压力压力
43
则要求c′≥1178MPa。
根据大量工程实践和现场实验资料分析,影响碾压混凝土层面抗剪断强度参数的因素很多,但最主要的因素是:胶凝材料用量、外界气温条件、层面间歇时间及层面处理工艺。为研究龙滩大坝碾压混凝土层面抗剪断强度,进行了不同气温条件、不同混凝土配合比、不同层面处理工艺等10种工况的现场碾压及原位抗剪(断)试验。经过试验数据的统计分析,并考虑必要的强度保证率,来看(;,层面抗
≥310≥215≥213
≥010≥010
b≤[σc](各荷载组合)
b
注:表中应力单位为MPa;基岩允许压应力[σc]=6MPa。
计算成果表明:在基本组合下,坝基面最小正应力为
01286MPa,最大正应力为41752MPa;特殊组合(1)坝基面最
小正应力为01001MPa,最大正应力为41480MPa;(2)坝基面最小正应力为-015MPa;11(。因此,只要碾压混凝土配合,施工中建立有效的质量检测与控制系统,保证碾压混凝土的施工质量,龙滩大坝除基础垫层混凝土外,均可采用碾压混凝土。
314 防渗排水结构研究
安全系数,310,特殊组合(1)时均大于
219,特殊组合(2)时均大于2149,各坝段沿坝基面的抗滑稳
根据龙滩碾压混凝土重力坝体形设计的特点,1995年以前曾重点研究过的坝体上游面防渗结构形式有:3～5m厚常
(金包银”);预制混凝土板内贴PVC膜防渗;态混凝土防渗“
定安全系数也满足规范要求。
按《DL5108—1999混凝土重力坝设计规范》复核表明,坝基面应力和沿坝基面抗滑稳定安全系数均满足新规范的要求。
考虑到施工中碾压混凝土坝存在众多施工层面,这些层面可能是结构上的薄弱环节,故对碾压混凝土坝的应力和稳定的影响进行了深入的研究,做了非线性分析、动力分析以及静、动条件下的结构模型试验,评价了所采用的工程措施对提高大坝安全性的效果。
313 碾压混凝土高度的研究
200m高的大坝在多大高度范围内可采用碾压混凝土主
现浇钢筋混凝土面板和二级配碾压混凝土组合防渗;沥青混合料防渗;表面布筋的变态混凝土和二级配碾压混凝土组合防渗等方案。通过对上述防渗结构方案的防渗效果及可靠性、耐久性、施工进度和造价等因素的综合比较分析,并考虑当时碾压混凝土筑坝的实践经验,推荐采用现浇钢筋混凝土面板与二级配碾压混凝土组合防渗方案。
近年来,作为重大技术问题,对龙滩坝体防渗结构形式开展了大量的设计研究和试验工作。随着科研工作的深入及国内外碾压混凝土筑坝实践的发展和筑坝技术水平的提高,对碾压混凝土各种性能的认识也在逐渐加深和完善。在总结已有研究工作成果和国内外碾压混凝土筑坝实践经验的基础上,龙滩坝体防渗结构现阶段已优化为表面布筋的变态混凝土与二级配碾压混凝土组合防渗方案。
要取决于大坝体形、层面抗剪断强度指标、层面扬压力及沿层面的抗滑稳定安全系数等因素。计算分析结果表明,随着坝高的增加,设计要求的层面抗剪断强度参数值也增加。高程196m层面的抗剪断参数的设计要求值最大,如f′=110,
表5 坝体计算截面稳定、应力控制标准
荷载组合
基本组合
(1)
抗滑稳定
K′
正常蓄水情况校核洪水情况正常+地震情况仅考虑地震情况
≥310≥215≥213
上游面最小主应力σμ1计扬压力
≥010≥010
不计扬压力
γH≥0125γH≥0125≥[σ]
下游面最大主应力σ2d计扬压力
不计扬压力
特殊组合(2)(3)
≤[σc]
(各荷载组合)
注:1)表中应力单位为MPa;H为坝面计算点的静水头(m);混凝土允许拉应力[σt]=-1115MPa;混凝土允许压应力[σc]=6MPa。
表6 龙滩RCC层面抗剪断参数建议值
坝高
/m210156
胶材用量
/(kg/m3)
C
F
级配
间歇
时间
/h
常规统计法
层面处理不处理不处理
龄期
/d180180
综合值分析法
离差系数
Cvf′
Cvc′
综合值
f′
c′
小值平均值保证率80%
f′
c′
f′
c′
建议参数
Cvf′=0120Cvf′=0120Cvc′=0130Cvc′=0135
f′
c′
f′
c′
9075
110105三
三
510415
11291117
21802110
11131111
11921189
11191108
21591193
01090109
01090110
11070197
21091157
11070197
11971148
注:c′的单位是MPa。
(下转第50页)
50水力发电・2003年・第10期
是体现了系统工程的理论思想。它是针对整个地下洞室群复杂施工系统进行的,所有的优化及调配目标是使整个系统达到最优,而不是局部达到最优。它把整个施工过程作为一个大的系统,综合考虑系统中各个单项工程之间、各个工作面之间的相互影响、相互制约的关系,分析整体的施工进度、施工强度、通风散烟及交通运输等关键问题,获得更为真实的施工情况,从而达到为施工组织设计提供科学依据的目的。
需的设备类型和数量。将施工中各洞室通风量的确定作为地下洞室群施工全过程动态仿真系统的一个子系统纳入其中,在计算任一施工时刻其它施工参数的同时,能够确定各洞室的通风量大小,充分反映了通风量在整个施工过程中的动态变化,为施工进度的控制提供了有力的工具。
经过地下洞室群施工的全过程动态仿真计算,可得到随施工进程变化的通风量过程图,与资源强度柱状图的变化趋势基本一致。
改变施工过程中的通风散烟时间,
可得到不同通风时间下的风量曲线图。经过统计分析,发现通风时间的长短对风量值的影响很小;但是通风时间的长短是影响施工进度的一个重要因素。因此,的耦合。
:
[R]1中南勘测设计研究
[2[R]1中南勘测设计
3 结 语
的全过程动态可视化仿真思想。它融合面向对象的图形辅助建模技术、动态仿真技术、网络计划分析与优化技术、动态演示技术、数据库技术于一体,把整个施工过程作为一个整体,对施工全过程进行跟踪模拟。在仿真过程中不仅可以得到施工进度的信息,同时可耦合通风量和道路系统的行车密度等方面的计算,从而得到各个时段较全面的工程进行情况,如正在施工的项目,施工强度,资源利用率,道路系统行车情况等等,为复杂的大型地下洞室群施工提供了有力的计算与分析工具。
地下洞室群施工全过程动态可视化仿真研究的特点就
研究院,天津大学,2000～20031
[3] 钟登华,张伟波,郑家祥1复杂地下洞室群施工动态演示系统
研究[J]1水力发电,2000,(12):28-301
[4] ZhongDenghua,ZhangWeibo,LiJingru,YangQingxueandHuCheng2
shun1StudyonDynamicVisualSimulationSystemforComplexCon2structionprocesses[R]1TheSixthInternationalConferenceforYoungComputerScientists,20011
[5] 钟登华1循环随机网络在隧洞施工中的应用[J]1土木工程学
报11994,27(4),70-741
[6] 孙锡衡,齐东海等1水利水电工程施工计算机模拟与程序设计
[M]1中国水利水电出版社,1996,199-2231
[7] 李德仁1地理信息系统导论[M]1北京:测绘出版社,19971[8] 汪卫民1地理信息系统及其在水利行业中的应用[J]1微型电
脑应用,1998(3):12-151
(上接第43页)
表7 碾压混凝土温控标准汇总
浇筑部位基础强约束区
(0～012)L基础弱约束区(012～014)L
浇筑月份
3、114、105～93、114、105～93、114、1059
扬压力不超过设计采用值,在坝体下部(高程230m以下)设置了3～4排竖向排水管,将碾压混凝土层面与底部排水廊
道连通。
高程270m以上的渗水自流排出坝外,高程270m以下渗水排至坝基集水井后抽排至下游。为进一步减小扬压力,增大坝体稳定性,高程270m以下坝基采用封闭抽排措施。
315 温控防裂和坝体分缝
允许浇筑温度允许最高温度
[TP]/℃[Tmax]/℃
171717
333333
≤20
2020
≤36
3636363738
龙滩大坝混凝土的温控防裂专题研究成果表明:龙滩工程横缝间距应在20～25m范围内选择;尽管龙滩大坝最大长宽比(L/B)达814,但只要合理选择碾压混凝土的原材料、配合比和基础混凝土的浇筑季节,适当控制混凝土浇筑温度,加强表面保护和养护,龙滩碾压混凝土坝不分纵缝通仓浇筑是可行的。拟定的碾压混凝土温控标准见表7。
≤20
2122
上部(014L以上)
注:1)表中L为混凝土浇筑块的最大边长;2)浇筑温度系指碾压混
凝土碾压完毕,覆盖上层混凝土前,离混凝土表面深10cm处的混凝土温度;3)在12～2月低温季节浇筑时段,混凝土浇筑温度可为自然入仓温度。
4 结 语
经过中南勘测设计研究院和有关科研院所十多年的联合攻关,龙滩碾压混凝土重力坝设计中的重大技术问题已经解决,在工程实施阶段,部分专题仍在继续深入研究当中。可以预计,龙滩工程的建设必将进一步提高我国碾压混凝土筑坝实践的技术水平。
坝体排水系统是坝体渗流控制的关键,碾压混凝土坝必须设置完善的排水系统,只要排水布置得当且留有余地,防渗结构的局部缺陷将不会导致坝体和层面扬压力的急剧上升,龙滩坝体排水系统紧接上游防渗体,排水系统包括排水廊道、竖向排水管等。为达到层面强迫降压效果,确保层面