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本文作者：張建平1朱友聰2作者單位：1.浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院2.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院

1問題提出

根據(jù)《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL282－2003)9．2．5條規(guī)定，“拱壩橫縫和縱縫必須進(jìn)行接縫灌漿．灌漿時(shí)壩體溫度應(yīng)降到設(shè)計(jì)規(guī)定值．縫兩側(cè)壩體混凝土齡期，在采取有效措施后，不宜小于4個(gè)月．灌漿漿液結(jié)石達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度后，壩體方能擋水受力．”［1］也就是說，拱壩壩體必須經(jīng)過封拱灌漿，且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，水庫(kù)才能蓄水．另外，該條規(guī)范還規(guī)定，拱壩橫縫尚未灌漿而需要臨時(shí)攔洪時(shí)，必須專門論證．浙江省文成縣東坑嶺水電站大壩壩體灌漿分4區(qū)，設(shè)計(jì)封拱溫度為12℃～14℃，安排在1～3月份進(jìn)行．壩體的現(xiàn)狀是1、2、3分區(qū)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)已進(jìn)行封拱灌漿，第4分區(qū)由于混凝土齡期未達(dá)到設(shè)計(jì)要求未進(jìn)行封拱，隨后又由于氣溫升高，汛期來臨，封拱溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，只能將第四分區(qū)的封拱時(shí)間安排在該年冬季進(jìn)行．由于汛期將至，該水庫(kù)為壩頂自由泄洪外加一Φ600的放水管，無其它洪泄設(shè)備，綜合各方面的實(shí)際情況，要求在該年汛期期間進(jìn)行蓄水臨時(shí)度汛．目前國(guó)內(nèi)拱壩中出現(xiàn)壩頂豎向裂縫比較常見，對(duì)這種裂縫，只要重視監(jiān)控檢查，掌握其變化規(guī)律，可以適時(shí)修補(bǔ)，繼續(xù)運(yùn)用．而本工程的第4灌區(qū)未進(jìn)行灌漿與該種裂縫相類似，因此也可以說在此種情況下確保臨時(shí)蓄水度汛安全具有一定的指導(dǎo)意義［2－3］．

2工程概況

該水電站大壩壩址位于浙江省飛云江流域支流玉泉溪上游．壩址以上控制集水面積6．90km2，水庫(kù)總庫(kù)容111．91萬m3，水庫(kù)正常庫(kù)容92．02萬m3，電站裝機(jī)容量2×2500kW．?dāng)r河大壩采用混合線型雙曲混凝土拱壩，壩體材料為C15、S6混凝土．壩頂高程606．2m，壩底高程565m，最大壩高41．2m．拱冠梁頂厚1．96m，拱冠梁底厚7．44m，厚高比0．181，壩頂中心弧線長(zhǎng)113．8m．水庫(kù)泄洪采用壩頂表孔溢流，最大泄流量267.6m3/s．溢流段凈寬24．0m，堰面采用WES型曲線，堰頂高程603．0m，不設(shè)閘門．壩后消能采用挑流消能，表孔反弧半徑6．0m，挑流鼻坎高程600.586m．大壩共設(shè)7個(gè)壩段，其中3、4、5三壩段為溢流壩段，段長(zhǎng)16m．壩段間進(jìn)行封拱灌漿．壩體灌漿分四區(qū)進(jìn)行:其中高程565～569m為第1分區(qū)，569～580m為第2分區(qū)，580～592m為第3分區(qū)，592～壩頂為第4分區(qū)大壩施工導(dǎo)流設(shè)施為Φ1800的鋼管，位于大壩中心處．發(fā)電隧洞進(jìn)水口布置在右岸，進(jìn)口段中心處高程為582．80m，采用DN1400的壓力鋼和主隧洞相連，在頭部隧洞頂部到岸坡混凝土之間設(shè)一根DN500通氣管，工作閘門為一扇1．4m×1．4m的方形插板門，閘門外緣設(shè)攔污柵，啟閉機(jī)地面高程為606．45m，內(nèi)設(shè)一臺(tái)DS30T螺桿式啟閉機(jī)．

3水庫(kù)初期蓄水渡汛方案

3．1水庫(kù)放空能力計(jì)算

水庫(kù)放空設(shè)施為埋在壩內(nèi)的放水孔，必要時(shí)發(fā)電輸水隧洞(進(jìn)口中心582．80m高程，過機(jī)流量2×0．781m3/s)亦可放水．放水(沖砂)孔中心高程575．0m，管徑Φ600．末端設(shè)Φ600錐形工作閥門為常閉．錐形閥流量按下式計(jì)算：（略）。庫(kù)區(qū)天然來水量依據(jù)壩址逐日平均流量的年平均值取0．53m3/s，錐形閥按100%開度計(jì)算．放空時(shí)分別按工況I即放水孔與隧洞同時(shí)放水，工況Ⅱ即放水孔單獨(dú)放水二種工況．正常水位的相應(yīng)放空時(shí)間，見表1．

3．2臨時(shí)度汛方案

由于目前大壩第4區(qū)封拱灌漿未完成，水庫(kù)初期蓄水渡汛必需控制運(yùn)用，方案如下:(1)初期(今年)蓄水控制水位為585．00m(即死水位);(2)當(dāng)庫(kù)水位超過585．00m時(shí)，即打開放水管閥門(全開)，同時(shí)水電站二臺(tái)機(jī)組盡量滿負(fù)荷發(fā)電，以降低庫(kù)水位;(3)當(dāng)遇暴雨時(shí)，水庫(kù)控制水位585．00m即為起調(diào)水位，此時(shí)不同頻率洪水經(jīng)水庫(kù)調(diào)洪后的可能最高水位見表2．由表2知，當(dāng)放水管加發(fā)電洞開啟后，3年一遇洪水時(shí)，最高水位為598．77m，20年一遇洪水位為604．71m．

4結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4．1設(shè)計(jì)參數(shù)

拱壩體型參數(shù)見表3．正常蓄水位603m，設(shè)計(jì)洪水位605．60m，校核洪水位606．20m．溢流頭頂高程603．0m，溢流段總凈寬24m．發(fā)電死水位584．0m，淤沙高程581．0m．淤沙浮容重10kN/m3，淤沙內(nèi)磨擦角18°．基巖彈模1．5×104MPa，泊桑比0．21．壩體材料彈模1．8×104MPa，泊桑比0．17，容重24kN/m3，線膨脹系數(shù)1×10－5/℃，導(dǎo)溫系數(shù)3m2/月．年平均氣溫+日照影響為18℃，年氣溫溫降變幅+日照影響為10℃，年氣溫溫升變幅+日照影響為10℃，庫(kù)水表面年平均水溫+日照影響為19℃，庫(kù)水表面年水溫溫降變幅+日照影響為10℃，庫(kù)水表面年水溫溫升變幅+日照影響為10℃，庫(kù)底水溫為10℃．

4．2設(shè)計(jì)工況

壩體灌漿分4區(qū)進(jìn)行:其中高程565～569m為第1分區(qū)，569～580m為第2分區(qū)，580～592m為第3分區(qū)，592～壩頂為第4分區(qū)．壩體的現(xiàn)狀是1、2、3分區(qū)已進(jìn)行封拱灌漿，封拱溫度為12～14度，第4分區(qū)由于混凝土齡期未達(dá)到設(shè)計(jì)要求沒有封拱，隨后又由于氣溫升高，汛期來臨，封拱溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，第4分區(qū)的封拱時(shí)間將安排在該年冬季進(jìn)行．由于汛期將至，該水庫(kù)為壩頂自由泄洪外加一Φ600的放水管，無其它洪泄設(shè)備，綜合各方面的實(shí)際情況，要求在該年汛期期間進(jìn)行蓄水．1、2、3分區(qū)根據(jù)實(shí)際封拱灌漿時(shí)的壩體溫度，592．0m～壩頂分區(qū)因混凝土齡期和天氣原因未封拱及壩基實(shí)際開挖的邊界條件重新對(duì)大壩作了應(yīng)力分析．因此，根據(jù)實(shí)際的壩體溫度對(duì)大壩結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析，考慮以下幾種工況:(1)水庫(kù)永久蓄水時(shí)考慮工況①基本工況正常水位+溫降+自重+泥沙壓力死水位+溫降+自重+泥沙壓力死水位+溫升+自重+泥水壓力②特殊工況校核洪水位+溫升+自重+泥沙壓力(2)水庫(kù)在該年汛期臨時(shí)蓄水時(shí)考慮工況①工況1考慮未封拱段為懸臂，不考慮拱向作用，計(jì)算不同水位時(shí)，懸臂固端的應(yīng)力．②工況2根據(jù)未封拱段的實(shí)測(cè)縫張開度和混凝土的線脹系數(shù)，考慮未封拱壩段的拱向作用，計(jì)算不同時(shí)間的壩體應(yīng)力(20年一遇臨時(shí)度汛洪水位+溫升(7、8、9、10月)+泥沙壓力)．

4．3應(yīng)力計(jì)算方法及成果

應(yīng)力計(jì)算方法采用拱梁分載法．計(jì)算成果如下:(1)永久蓄水時(shí)，各種規(guī)范要求的計(jì)算工況均滿足規(guī)范要求，見表4．(2)汛期臨時(shí)蓄水工況工況二－I、只考慮未封拱段為懸臂梁時(shí)，懸臂梁固端的應(yīng)力成果見表5．由上計(jì)算成果知，當(dāng)水庫(kù)蓄水至600m高程時(shí)，懸臂固端處的最大拉應(yīng)力為0．5MPa，滿足規(guī)范要求的拱壩獨(dú)立壩段拉應(yīng)力允許要求．由此結(jié)合前述水文洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果，3年一遇洪量92．0萬m3，當(dāng)打開放空管閘閥和滿出力發(fā)電時(shí)，24h內(nèi)水庫(kù)水位為598．77m，相應(yīng)庫(kù)容73．5萬m3，洪水位＜600m，滿足懸臂處拉應(yīng)力要求．工況二－Ⅱ根據(jù)壩縫張開度，考慮拱壩拱向作用時(shí)的應(yīng)力成果見表6．由上述計(jì)算成果知，在汛期臨時(shí)蓄水度汛，且部分考慮拱向作用拱壩的最大拉應(yīng)力為1．21MPa(7月份)，基本滿足規(guī)范規(guī)定的1．2MPa的允許值要求．

5結(jié)語

(1)該年汛期度汛時(shí)，該拱壩溢流堰多次過水泄洪，拱壩安全度汛，說明在第4區(qū)封拱未完成情況下，臨時(shí)度汛方案的選擇是正確的．(2)在第4區(qū)封拱未完成情況下，如果不考慮該區(qū)的拱向作用，只考慮懸臂梁時(shí)，當(dāng)水庫(kù)蓄水至600m高程時(shí)，懸臂固端處的最大拉應(yīng)力為0．5MPa，3年一遇水庫(kù)水位為598．77m，因此該水庫(kù)大壩能承受3年一遇洪水．臨時(shí)度汛標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到規(guī)范要求的20年一遇要求．如果考慮拱向作用，20年一遇水庫(kù)水位604．71m，拱壩的最大拉應(yīng)力為1．21MPa(7月份)，說明該水庫(kù)大壩能承受20年一遇洪水．說明臨時(shí)度汛標(biāo)準(zhǔn)能達(dá)到規(guī)范要求．(3)在拱壩橫縫灌漿(封拱)未完成的情況下，一般不允許蓄水．但一些小型水庫(kù)工程，考慮節(jié)省投資，及拱壩建筑物本身特點(diǎn)，一般導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)較低(選擇枯水期3年一遇)，臨時(shí)度汛時(shí)，壩體一般都要過水，因此，本工程在第四灌區(qū)為完成灌漿情況下臨時(shí)蓄水度汛，只要度汛方案選擇得當(dāng)，對(duì)工程本身的安全沒有影響，安全風(fēng)險(xiǎn)在可控范圍內(nèi)．