白水泉拱壩綜述

1、白水泉拱壩綜述夏候志（上饒市水利電力勘測設(shè)計(jì)院，上饒市，334000）摘要 白水泉細(xì)石砼砌塊石雙心雙曲拱壩，壩高42m，厚高比0.167，1999.11開工，2001.3建成并投入試運(yùn)行，本文就白水泉拱壩設(shè)計(jì)和施工及試運(yùn)行中的情況作一概略介紹。1 概述1.1 工程概況白水泉水電站工程位于信江流域豐溪河支流十都港上，工程所在地行政區(qū)域?qū)俳魇V豐縣管轄,是一座以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的?。ㄒ唬┬退こ?。白水泉水庫座落在廣豐縣十都鄉(xiāng)毛巖村，位于十都港上游。該水庫為十都港梯級開發(fā)的龍頭水庫,下游有一級白水泉水電站、二級橫坑水電站、三級銀根水電站,三座電站共裝機(jī)1400kw。白

2、水泉水利樞紐工程建筑物主要有大壩、溢洪道、發(fā)電引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房等。大壩為細(xì)石砼砌塊石雙心雙曲拱壩，設(shè)計(jì)計(jì)算最大壩高42m，壩頂高程708m，壩頂拱中心弧長122.66m，壩頂厚度2.5m，壩底厚度7m，厚高比0.167。溢洪道采用在壩頂壩中布置有閘控制的開敞式溢流堰型式，堰頂高程703m，溢流孔口寬度4.0m。大壩于1999年11月動工興建，2001年3月建成并投入試運(yùn)行。1.2 自然條件工程地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),氣候溫濕,雨量充沛。多年平均氣溫14.4，月平均最高氣溫29.5，月平均最低氣溫5.5，多年平均最大風(fēng)速16m/s，多年平均降雨量1730.3。壩址以上以上屬中高山區(qū)，地勢陡峻，山

3、溝切割較深。壩址基巖為侏羅系鵝湖嶺組晶屑凝灰?guī)r和晶玻屑凝灰?guī)r，層狀構(gòu)造，層理發(fā)育，層面清晰。壩線段無大的地質(zhì)斷裂帶，網(wǎng)狀裂隙較發(fā)育但多見閉合狀。壩址區(qū)還見有河床砂卵石沖積層和山坡體的坡積殘積粘土及礫石層，結(jié)構(gòu)松散。區(qū)域地震基本烈度為度。2 拱壩技施設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)1、大壩等級及設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)白水泉電站裝機(jī)500kw,水庫總庫容186×104m3,按照<<防洪標(biāo)準(zhǔn)>>(GB50201-94)，本工程屬?。ㄒ唬┬?，工程等別為四等，樞紐主要建筑物大壩及溢洪道建筑物級別均為4級，大壩洪水標(biāo)準(zhǔn)按30年一遇設(shè)計(jì)，200年一遇校核。2、水庫特征水位正常蓄水位：707m死

4、水 位：684m設(shè)計(jì)洪水位：707.27m校核洪水位：707.93m3、地震烈度基本地震烈度：6度，可不考慮地震荷載。4、設(shè)計(jì)基本資料1）主要水文氣象特征值見表21。2）大壩建基面巖體工程地質(zhì)參數(shù)建議值(1)干容重：2.552.60 t/m3 (2)巖石彈性模量(E50)：弱風(fēng)化巖石(1.21.5)×104Mpa；微風(fēng)化巖石(1.51.8)×104Mpa。(3)巖石泊松比(U50)：弱風(fēng)化巖石0.220.25；微風(fēng)化巖石0.200.22。(4)斷層的抗剪指標(biāo)：f=0.350.40；f/=0.450.50；c/=0.100.15Mpa。(5)裂隙的抗剪指標(biāo)：f=0.500.5

5、5；f/=0.600.65；c/=0.150.20Mpa。12水文氣象特征值表表21序號項(xiàng)目名稱單位數(shù)量備注一流域面積1十都港全流域km2186.42壩址以上km24.95二壩址以上多年平均年徑流量104m3589.7三代表性流量1壩址以上多年平均流量m3/s0.1882水庫設(shè)計(jì)洪水流量m3/s90.4P=3.33%3水庫校核洪水流量m3/s131.5P=0.5%四氣象1多年平均氣溫14.42多年平均最大風(fēng)速m/s163多年平均降雨量mm1730.34多年平均蒸發(fā)量mm1513.55多年平均無霜期天2652.2 拱壩布置與設(shè)計(jì)1、拱壩布置白水泉水庫大壩為漿砌石雙曲拱壩，布置在白水泉瀑布上游約5

6、00m處的狹窄河谷段，拱壩水平拱圈為雙圓心等厚圓弧拱,壩頂高程為708m，設(shè)計(jì)基坑底部起拱高程為666m，設(shè)計(jì)計(jì)算最大壩高為42m，壩頂拱中心弧長122.66m，壩頂厚度2.5m，壩底厚度7m，壩頂設(shè)1.1m高防浪墻。大壩壩頂設(shè)有1孔凈寬為4m的溢洪道，溢洪道采用在壩頂壩中布置有閘控制的開敞式溢流堰型式，堰頂高程703m。拱壩平面布置面如圖21。拱壩平面布置面如圖212、拱壩設(shè)計(jì)1)壩頂高程計(jì)算根據(jù)<<漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范>>（SL25-91），壩頂高程不得低于水庫最高靜水位；防浪墻頂高程不得低于下列情況的高值者：(1)防浪墻頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+超高(2)防浪墻頂高程=校核

7、洪水位+超高超高按下式進(jìn)行計(jì)算：h=2hl+h0+hc;式中：h-超高；2hl- 波浪高； h0- 風(fēng)雍高度； hc- 安全超高，設(shè)計(jì)工況為0.4m，校核工況為0.3m；計(jì)算得設(shè)計(jì)工況的波浪高為0.88m，校核工況的波浪高為0.53m；設(shè)計(jì)工況的風(fēng)雍高度為0.26m，校核工況的風(fēng)雍高度為0.15m；設(shè)計(jì)工況的防浪墻頂超高為1.54m，校核工況的防浪墻頂超高為0.98m；相應(yīng)設(shè)計(jì)的壩頂高程不得低于707.93m，防浪墻頂高程不得低于708.91m?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的壩頂高程為708m，防浪墻頂高程為709.1m，滿足規(guī)范要求。2)大壩體型設(shè)計(jì)白水泉大壩經(jīng)過技施設(shè)計(jì)中進(jìn)一步優(yōu)化，確定大壩體型方程如下：(1)

8、壩體厚度方程： T=2.5+0.02420594×Z+0.00706706×Z2-0.000121247×Z3(2)拱冠梁各層拱中心曲線方程： Y=0.31297×Z-0.00949162×Z2+0.000060718×Z3(3)左拱各層中心半徑方程： Rl=68.4-1.394283×Z+0.01645868×Z2-0.0002661761×Z3(4)右拱各層中心半徑方程： Rr=60.4-0.858255×Z+0.0005577504×Z2-0.0000949894×Z3

9、3)壩體應(yīng)力分析技施設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員采用中國水利科學(xué)研究院的ADASO程序?qū)Π姿皦蔚膽?yīng)力進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)<<漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范>>（SL25-91），確定白水泉拱壩應(yīng)力計(jì)算的荷載組合為：(1)基本荷載組合：正常蓄水位+泥砂壓力+自重+溫降(2)特殊荷載組合：校核洪水位+泥砂壓力+自重+溫升根據(jù)<<漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范>>（SL25-91）和本工程的具體情況及類比同類工程，在應(yīng)力計(jì)算中壩體的容重取為2.25t/m3，壩體彈模取為0.9×104Mpa，壩體泊淞比取值為0.2，壩基彈模取為(1.21.4)×104Mpa，壩基泊淞比取值為

10、0.220.25，封拱溫度取為13。淤沙高程為678.5米，淤沙浮容重為1.2t/m3，淤沙內(nèi)摩擦角為20°。多年平均氣溫取為14.4，溫降工況氣溫年變幅加日照影響為11.8，溫升工況氣溫年變幅加日照影響為12.1，水庫表面平均水溫為16.9，水庫表面水溫年變幅為10.6。壩體線脹系數(shù)為8×10-6/，導(dǎo)溫系數(shù)為3.5m2/月。計(jì)算得拱壩的應(yīng)力成果見表22。由計(jì)算成果可知大壩基本荷載組合工況最大主拉應(yīng)力為1.02Mpa，最大主壓應(yīng)力為2.84Mpa，最大徑向位移為16.26mm；特殊荷載組合工況的大壩最大主拉應(yīng)力為0.58Mpa，最大主壓應(yīng)力為2.36Mpa，最大徑向位移為

11、7.67mm。而設(shè)計(jì)采用的壩體砌體為C10（局部為C15）細(xì)石砼漿砌塊石，塊石石料標(biāo)號要求大于600號，據(jù)此查<<漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范>>（SL25-91）中表5.2.5-1及表5.2.5-2可知，該砌體基本荷載組合容許壓應(yīng)力為5.30Mpa,特殊荷載組合容許壓應(yīng)力為6.20Mpa，該拱壩控制計(jì)算拉應(yīng)力指標(biāo)中央懸壁梁底為小于1.2 Mpa，其它部位為小于1.0Mpa。由此可知白水泉拱壩應(yīng)力計(jì)算成果滿足規(guī)范要求，從設(shè)計(jì)上來講是安全的。白水泉拱壩應(yīng)力計(jì)算成果表表22荷載組合基本荷載組合特殊荷載組合上游面最大主壓應(yīng)力(Mpa)1.801.52最大主壓應(yīng)力發(fā)生位置拱冠梁691m高程

12、拱冠梁691m高程最大主拉應(yīng)力(Mpa)-1.02-0.58最大主拉應(yīng)力發(fā)生位置拱冠梁底右拱端336高程下游面最大主壓應(yīng)力(Mpa)2.842.36最大主壓應(yīng)力發(fā)生位置拱冠梁底左拱端685m高程最大主拉應(yīng)力(Mpa)-0.55-0.46最大主拉應(yīng)力發(fā)生位置左拱端666m高程右拱端703m高程徑向最大位移（）16.267.67徑向最大位移發(fā)生位置拱冠梁703m高程拱冠梁691m高程4)拱壩壩肩穩(wěn)定計(jì)算大壩的拱冠徑向?yàn)镹W57°。大壩建基面巖體為侏羅系鵝湖嶺組晶屑凝灰?guī)r和晶玻屑凝灰?guī)r，巖性致密堅(jiān)硬。微風(fēng)化巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度97207.2MPa，軟化系數(shù)0.720.96，巖石物理力學(xué)性能

13、良好。680米高程以下巖體呈微風(fēng)化，680690米高程巖體呈弱風(fēng)化下部，右壩肩690710米高程及左壩肩690705米高程巖體呈弱風(fēng)化上部，左壩肩705米高程以上呈強(qiáng)風(fēng)化。壩基工程地質(zhì)編錄表明，大壩建基面巖體發(fā)育9條小斷層，其中右壩肩690705米高程見有f1、f1/、f5、f6、f7、f8六條小斷層，左壩肩665680米高程見有f2、f3、f4三條小斷層。這9條小斷層，其帶寬510cm，主要由片狀巖、糜棱巖組成，斷層面較光平、扭曲，有Fe、Mn質(zhì)浸染，斷層延伸一般長515 M。它們的產(chǎn)狀走向大多延伸到山體內(nèi)部，傾向山體，因此，壩肩穩(wěn)定計(jì)算未考慮斷層形成的滑移體。大壩建基面巖石裂隙發(fā)育，主要為

14、中、陡傾角裂隙，裂隙相互切割呈#字狀，第一組裂隙產(chǎn)狀NE20500/SE，NW45850； 第二組裂隙產(chǎn)狀 NW40700/NE，SW31850，裂隙面較光平，多呈閉合狀，見有Fe、Mn質(zhì)浸染及風(fēng)化膜，延伸長短不一。左壩肩緩傾角裂隙較發(fā)育，主要的緩傾角裂隙產(chǎn)狀為NW20300/SW10200，河床及右壩肩偶見緩傾角裂隙，其產(chǎn)狀主要為NE15400/SE17230。左壩肩668670米高程附近存在裂隙密集帶?？紤]到巖體裂隙在空間分布的廣泛性，為安全起見，假定一系列傾角為90度的側(cè)向滑移面和水平的底部滑移面組合切割進(jìn)行壩肩穩(wěn)定計(jì)算，滑移體承受的外力有拱端推力、自重、壩段重量、水壓力、側(cè)向和底部切割

15、面的摩擦力和粘聚力。計(jì)算中采用的橫向切割面承受的水壓力為全水頭，而側(cè)向、底部的切割面承受的水壓力考慮帷幕、排水的作用而按全水頭乘0.6的折減系數(shù)計(jì)，計(jì)算成果見表23。壩肩穩(wěn)定計(jì)算成果表表23壩肩工況側(cè)向結(jié)構(gòu)面走向抗剪斷安全系數(shù)K備注左基本荷載組合NW57°3.13NW45°2.67NW33°4.08NW20°4.15特殊荷載組合NW57°3.10NW45°4.25NW33°4.63NW20°5.76右基本荷載組合NW57°2.35等高線人為切斷NW81°3.37NW88°3.66NE5

16、7°9.70特殊荷載組合NW57°2.32等高線人為切斷NW81°3.74NW88°5.00NE57°15.0由計(jì)算成果可見，左右兩壩肩安全系數(shù)均較大，因此白水泉大壩壩肩是穩(wěn)定的。5)壩體分區(qū)的材料設(shè)計(jì)白水泉大壩為漿砌石雙曲拱壩，上、下游壩面均為水泥砂漿砌砼預(yù)制塊，在上游壩面預(yù)制塊后設(shè)砼防滲心墻，底部為砼墊層，中間為細(xì)石砼砌塊石。拱壩剖面結(jié)構(gòu)如圖22。大壩各部分使用的主要材料敘述如下：(1)砼防滲心墻的砼標(biāo)號為C15，抗?jié)B標(biāo)號為S4,其厚度依照<<漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范>>（SL25-91）按運(yùn)用時的承壓最大水頭的1/301/

17、60選定，壩頂厚為0.3m，壩底厚為1.0m。(2)大壩上、下游壩面均為M10水泥砂漿砌C15砼預(yù)制塊，水平厚度為0.6m。(3)砼墊層標(biāo)號為C15，垂直厚度為1.0m。(4)壩體中部為細(xì)石砼砌塊石，細(xì)石砼標(biāo)號為C10（溢流堰處局部為C15），其中石料標(biāo)號設(shè)計(jì)要求不小于600號。6)大壩基礎(chǔ)開挖和基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)(1)大壩基礎(chǔ)開挖：設(shè)計(jì)中大壩基礎(chǔ)開挖深度是根據(jù)現(xiàn)狀開挖情況及大壩布置要求而確定的，由于前期地勘精度不足，設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)壩基開挖到位后須經(jīng)地質(zhì)、設(shè)計(jì)、建設(shè)單位到場驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行后續(xù)施工。(2)大壩基礎(chǔ)處理：大壩底部設(shè)置了C15砼墊層，墊層在壩體上、下游延伸1.0m,砼墊層厚度為1.0m。在壩

18、基范圍內(nèi)布置有固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿鉆孔在墊層上進(jìn)行，在平面上大致按梅花型布置，孔距左壩肩2.5m,右壩肩及河床3m，孔深5m，孔徑38。采用風(fēng)鉆造孔，要求在壩基墊層澆筑后達(dá)到50%設(shè)計(jì)強(qiáng)度方可開鉆，造孔后均應(yīng)進(jìn)行孔壁沖洗，直至回水清凈時止，沖洗壓力采用0.3Mpa。拱壩剖面結(jié)構(gòu)如圖22大壩上游設(shè)置有防滲帷幕，帷幕灌漿孔采用單排，孔距3 m，分三序進(jìn)行造孔，孔徑110，為垂直孔，孔中心離大壩上游壩基距離為1.1m，在兩岸壩肩沿軸線方向延伸，直至相對不透水層高程高于正常蓄水位707m以上為止。第一序孔均作為先導(dǎo)孔，且所有各孔均要求深入相對不透水層（=0.03l/min·m·m）線

19、以下3 m。造孔后應(yīng)進(jìn)行孔壁沖洗，壓力取各孔段灌漿壓力的80%。由于本工程缺乏壩軸線處的水文地質(zhì)資料，設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)帷幕灌漿孔排數(shù)、孔距、孔深、灌漿壓力、漿液比，均需根據(jù)先導(dǎo)孔探明的水文地質(zhì)情況，由地質(zhì)設(shè)計(jì)人員及水工設(shè)計(jì)人員共同研究最終確定。7)大壩分縫設(shè)計(jì)根據(jù)白水泉拱壩的特點(diǎn)及實(shí)際施工進(jìn)度，壩體在高程690m以下不設(shè)縫，采用通倉澆筑，在壩體690m以上壩體設(shè)置4條橫縫，橫縫形式為寬縫，縫距20m，縫寬1m。壩體寬縫回填時間選擇在年內(nèi)最低氣溫的月份進(jìn)行，封拱預(yù)留槽要求鑿毛，沖洗干凈后再灌入C15砼。8)溢洪道設(shè)計(jì)白水泉水庫的泄洪方式為壩頂表孔挑流泄洪。溢洪道布置在壩體中部河床段，分為1孔，凈寬4m，堰頂高程為703m。溢洪道進(jìn)口邊墩采用園弧線，園弧半徑為0.6m；溢流堰進(jìn)口上游采用兩段園弧相接而成，該兩段園弧的半徑分別取為0.74m和1.85m。下游段的溢