水利工程論文-沙牌碾壓混凝土拱壩設(shè)計摘要：較為詳細地介紹了壩高130m的沙牌碾壓混凝土拱壩的設(shè)計和特點，主要包括樞紐布置、拱壩布置、混凝土設(shè)計和筑壩材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、溫度控制措施和基礎(chǔ)處理。關(guān)鍵詞：碾壓砼拱壩設(shè)計特點沙牌水電站1工程概況沙牌水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣境內(nèi)，是岷江支流草坡河上游的一個梯級龍頭電站。電站采用蓄、引相結(jié)合的開發(fā)方式，壩址位于草坡河上沙牌村牛廠溝附近，廠址在其下游約5km的克充臺地，電站尾水匯入已建成的草坡水電站水庫。壩址距草坡河口約19km，距汶川縣城約47km，距成都約136km。沙牌水電站水庫正常蓄水位為18660m，死水位為18250m，總庫容018億m3。電站總裝機容量36MW，年發(fā)電量179億kWh，年利用小時數(shù)為4791h。工程為三等工程，主要建筑物為3級建筑物，設(shè)計洪水標準按50年一遇，校核洪水標準按500年一遇，地震基本烈度為7度。樞紐工程主要由碾壓混凝土拱壩、右岸2條泄洪洞及右岸發(fā)電引水隧洞、發(fā)電廠房等建筑物組成。碾壓混凝土拱壩高130m，是目前國內(nèi)外最高的碾壓混凝土拱壩。沙牌水電站分兩期建設(shè)：一期工程采用引水式開發(fā)，建低閘臨時取水，于1995年11月開始施工，1997年5月發(fā)電；二期工程采用高拱壩擋水，形成具有季調(diào)節(jié)性能的水庫，于1997年6月16日開工建設(shè)，2002年5月30日碾壓到壩頂。拱壩于2003年5月8日下閘蓄水，工程將于2003年12月全面竣工。2樞紐布置沙牌水電站壩址處河谷深切，兩岸基巖裸露，河谷形狀為V形，基本對稱，其寬高比約為17，適合于修建混凝土拱壩。壩基巖體主要為花崗閃長巖，巖體完整性好，風化卸荷不強；在壩基中上部高程出露有花崗閃長巖夾片巖，對片巖進行混凝土置換處理后，可以滿足拱壩建基面的要求。根據(jù)壩址區(qū)自然條件，并考慮到采用碾壓混凝土筑壩技術(shù)等因素，拱壩體型設(shè)計為三心圓單曲拱壩，拱壩壩身不布置泄洪建筑物。在拱壩右岸布置2條泄洪隧洞，1號泄洪洞進水口底高程為18460m，結(jié)合導(dǎo)流洞的利用，洞身采用渦漩式內(nèi)消能豎井泄洪洞，最大泄流量為242m3s；2號泄洪洞進水口底高程為18050m，洞身采用長陡坡，坡度為10，最大泄流量為211m3s。發(fā)電引水系統(tǒng)布置在拱壩右岸，進水口底板高程為1818m，引水隧洞全長350092m，洞徑3m，引用流量156m3s。調(diào)壓井布置在下廠址草坡河右岸的山體中，為圓筒阻抗式，直徑45m，高9936m。調(diào)壓井后為埋藏式壓力管道，2臺機共用1根總管，管徑2m，支管直徑12m。廠房布置在草坡河左岸的克充階地上，主廠房長26m、寬185m、高3155m，安裝2臺單機容量為18萬kW的混流式機組。主體工程施工期采用斷流圍堰擋水、隧洞導(dǎo)流、壩體全年施工的導(dǎo)流方案。樞紐布置見圖1。該樞紐布置較大地簡化了碾壓混凝土拱壩結(jié)構(gòu)，為碾壓混凝土快速施工創(chuàng)造了極為有利的條件。3碾壓混凝土拱壩布置拱壩建基面確定在基巖弱風化下段下限，即壩基開挖至微風化頂板，壩基主要為類巖體，局部位于兩岸的中、上部高程2類巖體上。當建基面上出現(xiàn)Sc密集帶時，要進行混凝土置換處理，同時加強壩基固結(jié)灌漿，增強壩基整體性和均勻性。碾壓混凝土拱壩設(shè)計應(yīng)滿足安全和經(jīng)濟的目的，同時應(yīng)充分發(fā)揮碾壓混凝土快速施工的優(yōu)勢，并容易保證施工質(zhì)量。經(jīng)比較論證，三心圓單曲拱壩體型形狀簡單，有利于簡化壩體構(gòu)造，更便于碾壓混凝土施工及保證施工質(zhì)量。從國內(nèi)外施工技術(shù)水平和實踐經(jīng)驗出發(fā)，為積極穩(wěn)妥地推動高碾壓混凝土拱壩建設(shè)的順利發(fā)展，沙牌拱壩體型設(shè)計采用三心圓單曲拱壩。為改善拱壩壩體應(yīng)力，合理利用地形條件，減輕河床深槽下部開挖和施工難度，在河床底部設(shè)置墊座。拱壩體型參數(shù)特征值見表1。4拱壩混凝土設(shè)計強度及筑壩材料沙牌拱壩混凝土設(shè)計強度采用90天齡期的20MPa碾壓混凝土。在基本荷載組合作用下，混凝土抗壓安全系數(shù)取40。應(yīng)力控制標準和混凝土抗壓強度安全系數(shù)見表2。根據(jù)拱梁分載法壩體應(yīng)力分析表明，在基本組合及特殊組合工況下，壩體應(yīng)力、位移分布規(guī)律合理，應(yīng)力狀態(tài)良好，滿足控制標準。碾壓混凝土在施工期的水化熱溫升對高碾壓混凝土拱壩應(yīng)力將產(chǎn)生不利影響，主要可通過合理的分縫及在高溫季節(jié)埋設(shè)冷卻水管予以解決。在筑壩材料上，水泥采用阿壩州白花水泥廠生產(chǎn)的白花425號中熱水泥；粉煤灰采用華能成都電廠電吸層粉煤灰和關(guān)口電廠風選粉煤灰，粉煤灰品質(zhì)達到國家級灰標準；骨料采用長河壩溝口的花崗巖人工骨料。通過多方案的試驗研究比較，按高鐵、低鋁的原則調(diào)整水泥配方，研制開發(fā)出低脆性延遲微膨脹專用水泥；采用具有硅質(zhì)界面膠結(jié)作用的花崗巖作為人工骨料，優(yōu)化配制了具有低彈性模量、高極限拉伸值及大徐變度等高抗裂性能的碾壓混凝土?；炷猎O(shè)計配合比見表3，混凝土材料性能見表4。5壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計51混凝土分區(qū)沙牌碾壓混凝土拱壩基本上是按全碾壓混凝土模式設(shè)計?；炷练謪^(qū)主要圍繞碾壓混凝土施工、防滲、壩內(nèi)孔洞結(jié)構(gòu)的特點設(shè)計。（1）壩體碾壓混凝土設(shè)計強度均采用90天齡期的20MPa，壩體主要采用三級配碾壓混凝土。因壩體防滲的需要，在壩體上游部位采用二級配碾壓混凝土，以減少施工中的骨料分離現(xiàn)象，達到防滲的目的。（2）墊座采用摻MgO微膨脹碾壓混凝土，其微膨脹量控制在70106，可以達到取消墊座分縫、加快施工進度的目的。（3）壩內(nèi)廊道及豎井均采用預(yù)制混凝土成型，可避免立模對施工的干擾。（4）在上、下游壩面、壩與基巖接觸部位、壩內(nèi)孔洞配筋部位，均采用改性混凝土。52壩體分縫為減小溫度對壩體的不利影響，防止溫度裂縫的發(fā)生，保證拱壩的安全，并保證碾壓混凝土快速施工，結(jié)合施工進度計劃安排，拱壩結(jié)構(gòu)分縫方案設(shè)計采用兩條誘導(dǎo)縫和兩條橫縫的組合方案：2號和3號縫為誘導(dǎo)縫，1號和4號縫為橫縫。碾壓混凝土拱壩分縫結(jié)構(gòu)，既要保證縫的作用，又要保證全斷面通倉碾壓、連續(xù)上升的實現(xiàn)，最大限度地減少對施工的干擾。沙牌拱壩設(shè)計采用了預(yù)制混凝土重力式模板成縫新技術(shù)，該技術(shù)的特點是：（1）事先在倉面以外將混凝土成縫模板預(yù)制成