峡口拱坝体型优化设计

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1、峡口拱坝体型优化设计　　简介：峡口水利站拱坝在技施设计阶段，通过对坝址地形，地质条件深入细致的研究，从拱坝坝基开挖线优化着手，将初设阶段的等厚水平圆拱圈优化为变厚的抛物线型拱圈的双曲拱坝，在使坝体应力水平满足要求的前提下，节省了坝基开挖及坝体混凝土工程量。关键词：坝基开挖线优化等厚水平圆拱圈变厚的抛物线型拱圈关键字：坝基开挖线抛物线型拱圈优化设计1工程概况峡口水利水电枢纽工程位于湖北省南漳县沮河上游峡口镇西1km，距下游远安县城50km。工程以防洪为主，兼有发电、灌溉等综合效益。水库总库容亿m3，电站总装机3万kw，工程等级为Ⅱ等，工程规模为大型。水库

2、设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。工程于XX年动工，目前正在施工中。工程主要由混凝土双曲拱坝、右岸引水式电站组成，采用坝身两个中孔及三个表孔联合泄洪。中孔每孔宽，高，表空每孔净宽13m。初设阶段推荐坝型为水平圆形拱圈的双曲拱坝，最大坝高，坝顶高程，坝底高程，坝顶厚7m，底厚18m，坝顶弧长，中心角°。坝体混凝土方量万m3。工程位于扬子准台地中部，区域稳定性好，地震基本烈度6度。2坝基开挖线优化设计在进行拱坝体形优化前，应先对坝基开挖线进行优化。坝基开挖线优化牵涉面广，对后续工作影响大，而目前国内外还没有公认合理、简单可行的优化程

3、序，因此主要通过对坝址地形及工程地质条件，根据一些基本原则和工程经验，由水工专业人员和地质专业人员进行深入研究、反复斟酌、多次比选和修改来完成。峡口水利水电枢纽工程坝区构造简单，为单斜岩层，走向330°～355°，倾向240°～265°，倾角8°～15°；坝区断裂较发育，多数为张性正断层，走向NE10°～50°之间，横切或斜切河谷，断层错距小，破碎带也很小，倾角一般60°～80°；右坝肩有F11、F12两断层，均为高倾角正断层，断层错距小，破碎带0～20cm，均与岸坡大角度斜交，只要对拱坝轴线及中心线进行微调，即可做到使拱推力方向与主要的断层面基本正交

4、。分析表明，初设阶段推荐的坝轴线是合理的。坝址区岩层为白垩系红花套组和罗镜滩组。红花套组分布于峡谷出口两侧，岩性为紫红色砂岩，粉沙岩；罗镜滩组广泛分布于坝址区，上段为红色厚层砾岩夹紫红色中厚层砂岩，中段和下段为紫红色巨厚层砾岩。右岸236m以下，左岸228m以下均为罗镜组第一段巨厚层砾岩；左岸236m～261m,右岸236m～247m为罗镜组第二段紫红色中厚层状砂岩。砾岩具有强度高、变形低的特点，其抗风化能力强，微风化下限0～3m。砂岩抗风化能力次之，局部有弱风化，具有中等强度及变形。坝区岩溶不发育，仅局部具有溶蚀裂隙。河床覆盖层厚度约8m。根据上述坝

5、址地质条件，在进行坝基开挖线的优化时，制定了两条基本原则：一方面，使高强度和小变形的砾岩区的开挖深度较小，而中等强度和变形的砂岩区的开挖深度则相对较大，从而保证坝基坐落于新鲜岩层或微风化岩层上；另一方面尽量使开挖线轮廓基本对称，消除局部过大的凸凹，保证了坝体不致出现过大的局部应力集中，并减少开挖量。图1为优化后的坝基开挖线。从图中可以看出，最后确定的开挖线很好的满足了以上条件。图1坝基开挖线优化结果图3拱坝坝型优化设计峡口水利水电枢纽工程初设阶段推荐的坝型为水平圆形拱圈的双曲拱坝，在技施设计阶段，对坝型进行了优化。考虑到以下两方面的因素，在技施设计阶段

6、，决定采用抛物线拱圈代替初设阶段推荐的圆形拱圈。峡口坝址位于峡谷出口上游200m处，高程河谷宽，常水位河面宽50m，河谷宽高比1:，河道两岸顺直，左右山体雄厚，岸坡平直。左岸250m以下，基岩裸露；右岸255m高程以下基岩裸露，255m以上有植被覆盖。两岸295m高程以下边坡陡峭，坡度70°～80°，呈左右基本对称的典型“V”河谷。这种地形条件是技施设计阶段决定采用抛物线拱圈的主要原因。同时，抛物线型变厚拱圈拱冠部分曲率大，拱端趋平缓，厚度从拱冠到拱端逐渐增厚，可以更好地降低坝体整体应力水平，节省混凝土工程量，也更有利于坝肩稳定。这是在技施设计阶段决定

7、采用抛物线拱圈的重要原因。4拱坝体形优化设计4．1体形优化程序为确保优化结果合理，并进行互相比较，本次采用了中国水利水电科学研究院材料所编制的“ADASO”拱坝体型优化程序和浙江大学水工结构研究所编制的“ADAO”拱坝体形优化程序进行优化计算。“ADASO”程序在我院先前设计的湖北宜都市境内渔洋河中游的熊渡水电站拱坝和湖北宣恩县城附近龙洞河上的龙洞水电站拱坝设计中均使用过，与观测成果符合较好；“ADAO”程序界面友好、功能较全面。两程序均为9拱19梁布置，采用相同的设计参数。4．2设计参数体型参数拱冠梁中心线曲线、拱冠梁厚度、拱端厚度以及拱冠梁中轴线的

8、曲率半径等均用三次多项式方程拟合。抛物线形拱圈任一点i处的拱圈厚度用下列公式表达：式中，Ti为