峽口拱壩體型優(yōu)化設(shè)計(jì)

峽口拱壩體型優(yōu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介：峽口水利站拱壩在技施設(shè)計(jì)階段，通過(guò)對(duì)壩址地形，地質(zhì)條件深入細(xì)致的研究，從拱壩壩基開(kāi)挖線優(yōu)化著手，將初設(shè)階段的等厚水平圓拱圈優(yōu)化為變厚的拋物線型拱圈的雙曲拱壩，在使壩體應(yīng)力水平滿(mǎn)足要求的前提下，節(jié)省了壩基開(kāi)挖及壩體混凝土工程量。關(guān)鍵詞：壩基開(kāi)挖線優(yōu)化等厚水平圓拱圈變厚的拋物線型拱圈關(guān)鍵字：壩基開(kāi)挖線

拋物線型拱圈

優(yōu)化設(shè)計(jì)（1湖北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院武漢4300702水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢大學(xué)武漢430072）1

工程概況峽口水利水電樞紐工程位于湖北省南漳縣沮河上游峽口鎮(zhèn)西1km，距下游遠(yuǎn)安縣城50km。工程以防洪為主，兼有發(fā)電、灌溉等綜合效益。水庫(kù)總庫(kù)容1.36億m3，電站總裝機(jī)3萬(wàn)kw，工程等級(jí)為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。工程于2002年動(dòng)工，目前正在施工中。工程主要由混凝土雙曲拱壩、右岸引水式電站組成，采用壩身兩個(gè)中孔及三個(gè)表孔聯(lián)合泄洪。中孔每孔寬6.5m，高7.5m，表空每孔凈寬13m。初設(shè)階段推薦壩型為水平圓形拱圈的雙曲拱壩，最大壩高85.8m，壩頂高程267.70m，壩底高程181.90m，壩頂厚7m，底厚18m，壩頂弧長(zhǎng)191.8m，中心角96.825°。壩體混凝土方量13.1萬(wàn)m3。工程位于揚(yáng)子準(zhǔn)臺(tái)地中部，區(qū)域穩(wěn)定性好，地震基本烈度6度。2

壩基開(kāi)挖線優(yōu)化設(shè)計(jì)在進(jìn)行拱壩體形優(yōu)化前，應(yīng)先對(duì)壩基開(kāi)挖線進(jìn)行優(yōu)化。壩基開(kāi)挖線優(yōu)化牽涉面廣，對(duì)后續(xù)工作影響大，而目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有公認(rèn)合理、簡(jiǎn)單可行的優(yōu)化程序，因此主要通過(guò)對(duì)壩址地形及工程地質(zhì)條件，根據(jù)一些基本原則和工程經(jīng)驗(yàn)，由水工專(zhuān)業(yè)人員和地質(zhì)專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行深入研究、反復(fù)斟酌、多次比選和修改來(lái)完成。峽口水利水電樞紐工程壩區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，為單斜巖層，走向330°～355°，傾向240°～265°，傾角8°～15°；壩區(qū)斷裂較發(fā)育，多數(shù)為張性正斷層，走向NE10°～50°之間，橫切或斜切河谷，斷層錯(cuò)距小，破碎帶也很小，傾角一般60°～80°；右壩肩有F11、F12兩斷層，均為高傾角正斷層，斷層錯(cuò)距小，破碎帶0～20cm，均與岸坡大角度斜交，只要對(duì)拱壩軸線及中心線進(jìn)行微調(diào)，即可做到使拱推力方向與主要的斷層面基本正交。分析表明，初設(shè)階段推薦的壩軸線是合理的。壩址區(qū)巖層為白堊系紅花套組和羅鏡灘組。紅花套組分布于峽谷出口兩側(cè)，巖性為紫紅色砂巖，粉沙巖；羅鏡灘組廣泛分布于壩址區(qū)，上段為紅色厚層礫巖夾紫紅色中厚層砂巖，中段和下段為紫紅色巨厚層礫巖。右岸236m以下，左岸228m以下均為羅鏡組第一段巨厚層礫巖；左岸236m～261m,右岸236m～247m為羅鏡組第二段紫紅色中厚層狀砂巖。礫巖具有強(qiáng)度高、變形低的特點(diǎn)，其抗風(fēng)化能力強(qiáng)，微風(fēng)化下限0～3m。砂巖抗風(fēng)化能力次之，局部有弱風(fēng)化，具有中等強(qiáng)度及變形。壩區(qū)巖溶不發(fā)育，僅局部具有溶蝕裂隙。河床覆蓋層厚度約8m。根據(jù)上述壩址地質(zhì)條件，在進(jìn)行壩基開(kāi)挖線的優(yōu)化時(shí)，制定了兩條基本原則：一方面，使高強(qiáng)度和小變形的礫巖區(qū)的開(kāi)挖深度較小，而中等強(qiáng)度和變形的砂巖區(qū)的開(kāi)挖深度則相對(duì)較大，從而保證壩基坐落于新鮮巖層或微風(fēng)化巖層上；另一方面盡量使開(kāi)挖線輪廓基本對(duì)稱(chēng)，消除局部過(guò)大的凸凹，保證了壩體不致出現(xiàn)過(guò)大的局部應(yīng)力集中，并減少開(kāi)挖量。圖1為優(yōu)化后的壩基開(kāi)挖線。從圖中可以看出，最后確定的開(kāi)挖線很好的滿(mǎn)足了以上條件。圖1

壩基開(kāi)挖線優(yōu)化結(jié)果圖3

拱壩壩型優(yōu)化設(shè)計(jì)狠峽口水利膚水電樞紐換工程初設(shè)纏階段推薦輛的壩型為再水平圓形常拱圈的雙源曲拱壩，拋在技施設(shè)析計(jì)階段，條對(duì)壩型進(jìn)蟻行了優(yōu)化辰?？紤]到好以下兩方與面的因素膽，在技施想設(shè)計(jì)階段鬼，決定采學(xué)用拋物線濁拱圈代替村初設(shè)階段爽推薦的圓鍵形拱圈。完峽口壩址帆位于峽谷財(cái)出口上游怪200m量處，遺270.稼0m靜高程河谷嗓寬隨142.悲5m怪，常水位炊河面寬肝50m趙，河谷寬黃高比帽1:1.找6巨，河道兩泛岸順直，滲左右山體奧雄厚，岸拐坡平直。染左岸卸250m汗以下，基池巖裸露；貸右岸眼255m參高程以下繁基巖裸露礙，項(xiàng)255m尼以上有植寄被覆蓋。互兩岸途295m翁高程以下吼邊坡陡峭銅，坡度刷70袍°友～凳80枕°沈，呈左右便基本對(duì)稱(chēng)鞋的典痰型桐“通V云”眾河谷。這敏種地形條婚件是技施僅設(shè)計(jì)階段妄決定采用置拋物線拱僅圈的主要分原因。蘇同時(shí)，拋平物線型變藝厚拱圈拱距冠部分曲響率大，拱翅端趨平緩歉，厚度從猴拱冠到拱毛端逐漸增捷厚，可以灰更好地降遭低壩體整扶體應(yīng)力水息平，節(jié)省賭混凝土工遺程量，也縱更有利于維壩肩穩(wěn)定府。這是在蜂技施設(shè)計(jì)呀階段決定內(nèi)采用拋物陸線拱圈的況重要原因烘。朋4濟(jì)噴拱壩體形晝優(yōu)化設(shè)計(jì)總4傘．冶1平體形優(yōu)化魚(yú)程序使為確保優(yōu)?；Y(jié)果合逮理，并進(jìn)伐行互相比您較，本次特采用了中膝國(guó)水利水罰電科學(xué)研皺究院材料肝所編制唯的鋪“鑼ADAS樂(lè)O叨”瀉拱壩體型秘優(yōu)化程序蹄和浙江大客學(xué)水工結(jié)地構(gòu)研究所妥編制蒸的題“芒ADAO焦”掩拱壩體形茫優(yōu)化程序音進(jìn)行優(yōu)化悉計(jì)算愿。憑“蒙ADAS田O梅”鋪程序在我嚴(yán)院先前設(shè)帳計(jì)的湖北賽宜都市境銳內(nèi)漁洋河繞中游的熊規(guī)渡水電站配拱壩和湖屠北宣恩縣母城附近龍猾洞河上的臂龍洞水電冤站拱壩設(shè)而計(jì)中均使穗用過(guò)，與筆觀測(cè)成果斥符合較好膽；今“程ADAO勇”莊程序界面臉友好、功億能較全面包。蹈兩程序均掩為殃9遙拱危19有梁布置，燈采用相同夠的設(shè)計(jì)參獻(xiàn)數(shù)。糧4仿．副2

危設(shè)計(jì)參數(shù)濕（子1許）體型參拍數(shù)裕拱冠梁中架心線曲線連、拱冠梁沃厚度、拱漢端厚度以回及拱冠梁狀中軸線的篩曲率半徑蛇等均用三塵次多項(xiàng)式裙方程擬合拌。典拋物線形廟拱圈任一河點(diǎn)鉤i枯處的拱圈佳厚度用下悔列公式表稿達(dá)：施式中，勢(shì)T辭i鞭為任一點(diǎn)涌i量處的拱厚蔽，淚T啄a招為拱端處饒拱厚，支T愉c墻為拱冠梁遞處拱厚，簽S區(qū)i中為水平拱繭圈中心線乏上案i國(guó)點(diǎn)處沿中境心線至拱渣冠梁的弧舅長(zhǎng)，殊S攪a偽為水平拱商圈中心線讓上拱端沿么中心線至逢拱冠梁的廉弧長(zhǎng)，怪n倡為指數(shù)，瘋在拱圈參趙數(shù)描述行窗中提供。成（羞2愿）計(jì)算工證況朽采用了哲4析種工況進(jìn)巨行計(jì)算，煎分別為：鎖正常蓄水亞位刮+溫泥沙壓力逗+鞋自重韻+精設(shè)計(jì)正常膨溫降，正聽(tīng)常蓄水位苦+育泥沙壓力掠+絲自重碌+撿設(shè)計(jì)正常唱溫升，效零核洪水位賀+筑泥沙壓力勢(shì)+縮自重固+猴設(shè)計(jì)正常務(wù)溫升，死柏水位猴+平泥沙壓力串+植自重東+既設(shè)計(jì)正常嚷溫降升。鉗（雷3掘）水庫(kù)特櫻征水位及辱淤砂參數(shù)榴壩頂高程藏267.惡8m啟，壩底高墳程植183.姑0m成；校核洪杜水位枯266.役17m雹，相應(yīng)下跳游水位次203.驢05m賠；正常蓄饞水位均264.監(jiān)13m荒，相應(yīng)下類(lèi)游水位勾201.悠05m筐；死水位藥248.坡13m劉，相應(yīng)下莖游水位緣193嬌.4m惡。滅淤砂高程濤210井.0m百，淤砂浮健容重笛0.9哨t/m芝3械，淤砂內(nèi)滲摩擦角輝14牌°線。情（矛4織）壩體及拴基巖物理冷力學(xué)參數(shù)厚壩體混凝患土容重難24kN壓/m省3鋪，彈性模高量印1800夸0MPa毫，泊松比桿0.16傷7讓?zhuān)瑴囟染€廟漲系數(shù)殿0.00銅0008拘，基巖變場(chǎng)形模量刺1500蠢0MP稅a煮，泊松比畝0.15抱。鋪（園5盜）溫度參告數(shù)非溫度參數(shù)避見(jiàn)表勤1傳。每表襖1

汁溫度參數(shù)蚊代碼礙參數(shù)裂數(shù)值著代碼顯參數(shù)熊數(shù)值精Ta朝多年平均賴(lài)氣溫獎(jiǎng)15.3棟7妄℃冤DTa系日照對(duì)水壯位以上壩壯面多年平遭均溫度的掉影響魔2閘℃孩AaD兵氣溫年變葛幅（溫降技）最12.5威5架℃流DAa書(shū)日照對(duì)水壯位以上壩覽面溫度年乞變幅的影外響登2卡℃慘AaI嘉氣溫年變地幅（溫升信）押12.5揭5屑℃面Tor0晌初相位（頌氣溫最高梨的月份，劣常取背6.5塵，即創(chuàng)7軋?jiān)轮醒┐?.5尖月織Tash縮o灑上游面多失年平均表魚(yú)面水溫丸16.8羊℃序dTas吸ho故日照對(duì)上這游面多年崇平均表面煮水溫的影越響渴2套℃舟Tkd敗庫(kù)底或上勻游恒溫層通的溫度芳10.5象℃淡AshD材o翻上游面表性面水溫年四變幅（溫雀降）覽11.7賽5澇℃淚HTkd論上游恒溫招層的高程旅183.幼0m案AshI柏o萍上游面表險(xiǎn)面水溫年卸變幅（溫閣升），源11.7蜜5懂℃幟

職Taxi遙o誘下游面多紗年平均表照面水溫董16.3屋8醋℃笛dAsh利o拾日照對(duì)上膚游表面水旁溫年變幅婦的影響刃2揭℃?zhèn)zTxid訴下游恒溫或?qū)拥臏囟饶?6.8敗℃柜dTax丘io記日照對(duì)下野游面多年俊平均表面貨水溫的影聰響級(jí)2耍℃理HTxi著d述下游恒溫火層的高程悉183.陽(yáng)0m賣(mài)dAxi母o墾日照對(duì)下攤游表面水亮溫年變幅飼的影響卷2精℃答AxiD拴o錯(cuò)下游面表朵面水溫年美變幅（溫況降）禿11.7嗎5廳℃磨AxiI撥o膏下游面表籮面水溫年虜變幅（溫喂升）挎11.7噸5反℃集（倒6吐）約束條距件銳基本組合關(guān)時(shí)，允許漏最大主壓歌應(yīng)力雄5.25顛MPa,餅拐允許最大梯主拉應(yīng)力學(xué)1.1委8MP射a草。蜻特殊組合擺，允許最舟大主壓應(yīng)拖力句6.25住MPa怠,純?cè)试S最大匪主拉應(yīng)力烤1.4債7MP拳a愛(ài)。木上下游壩餐面最大允筆許倒懸度寸0.25今。旺壩頂最小集厚度貴5m臂。門(mén)（伶7續(xù)）計(jì)算結(jié)嫂果分析邁對(duì)比兩種缺優(yōu)化計(jì)算膜程序的計(jì)相算結(jié)果，得兩者相差多不大。本陶文主要給折出鼠“胡ADAO綠”著程序計(jì)算尖結(jié)果。攜根景據(jù)刪“臂ADAO晚”增程序優(yōu)化觸計(jì)算結(jié)果傲繪制的拱暢冠梁剖面狡及壩體俯卵視圖見(jiàn)圖攪2繞和圖紅3改。與初設(shè)具體型參數(shù)嬌對(duì)比見(jiàn)表予2游。促圖焦2似姨拱冠梁剖腫面祖圖拘3梁決拱拱壩俯蕉視駐圖剖定表竹2

簽技施與初敗設(shè)體型參接數(shù)對(duì)照表紐

勻部位配高程姿(贊m)溪拱冠處厚介度郵(兇m)盆拱冠處曲敬率半徑趟(丟m)很左中心角瘦(網(wǎng)度游)漆右中心角充(把度給)辱外弧長(zhǎng)亦(橋m)屆初設(shè)體型彩壩頂廟267.咐7使7泳113.軍5龜49.7輪858°豆47.0房389°孟191.籌8蠟技施體型杠267.報(bào)8畝5芒81.8觀44.6睬2辨°尖45.0循3胃°衫185.煩3肅初設(shè)體型佳壩底擊181.奧9追18鄙61.2象7榆27.9冊(cè)51肢°屑27.5魂91控°渠59.7唱8慮技施體型勝183仙16鴨43.7真32.3胖5坐°慎33.0警8柜°剩58.8旨從表炭2尿可以看出師，技施與租初設(shè)體型簡(jiǎn)相比，壩歇頂、壩底統(tǒng)厚度均有走較明顯的描減小，壩掛底高程抬下高了仔1.1m辱，壩頂和診壩底的外武弧長(zhǎng)均有掠明顯減少詞。最大壩吧高由條85.8象m完減小為賞84.8巾m繭，壩體混剝凝土工程膛量由橫1318支45m爬3釘減小為雷1191銅52m戶(hù)3吳，節(jié)約了誼1269格3m護(hù)3布。壩基石害方開(kāi)挖減甚少約關(guān)1.1摩萬(wàn)含m顫3病。而且，河壩體最大芬倒懸度由雷0.3來(lái)減為輔0.25?。ㄔ谏嫌紊衩鎵文_處霸），方便你了施工。眾表危3棋為灣“宇A(yù)DAO腐”壘程序計(jì)算行的壩體應(yīng)序力統(tǒng)計(jì)表路。從表絹3問(wèn)可以看出遍，各工況惕上下游最乓大的拉或貓壓應(yīng)力數(shù)郵值均在約耽束范圍以盯內(nèi)，且與姿允許的最出大拉壓應(yīng)友力小較多圓。初設(shè)、游技施階段界壩體應(yīng)力爽控制工況禮均恢為馳“巷工堡況國(guó)1披”爬即市“嶺校核水位攀+捐溫霞升施”糾上游面第紗二主應(yīng)力晚。表納4丑、表旦5卡分別為初磚設(shè)、技施自階段壩體捆上游面第艱二主應(yīng)力略（表中負(fù)德號(hào)表示拉消應(yīng)力，單版位腸MPa,洲聯(lián)高程單沿位爭(zhēng)m標(biāo)，其余工能況應(yīng)力結(jié)星果此處從穗略）。對(duì)江比兩表可鹿以看出，你技施階段遭受拉區(qū)范批圍、拉應(yīng)頂力數(shù)值比陸初設(shè)階段絹均有較大沃幅度的減馳小。腹表鐵3

垃壩體應(yīng)力攀統(tǒng)計(jì)表罷計(jì)算工況趣上游壩面股主應(yīng)力最妙大值深下游壩面赤主應(yīng)力最福大值霉拉博位置氣壓炮位置馳拉蔽位置盆壓丸位置升封拱時(shí)岸0.31然MPa降[4R,語(yǔ)0C]肝3.17胡MPa貓［潮9R,1罷C朽］金0.28突MPa岡［割9R,1碧C]價(jià)1.90猴MPa盞［圾6R,0萄C]豈工況籍1覽0.72囑MPa袋[6R,頭-4C]懸3.28寨MPa斥［壯1R,-張9C扔］覽0.18亂MPa甚［嘴2R,-逮7C]昆3.71貴MPa椅［莊5R,-林5C]名工況邀2圖0.38陷MPa膊[7R,反3C]晨3.04寸MPa挑［乳1R,-抖9C反］娛0.65片MPa頂［平4R,6炒C]其2.59盜MPa被［渾7R,0居C]薦工況姨3垮0.65耳MPa允[6R,史-4C]掀3.27依MPa抄［魚(yú)1R,-雁9C析］棍0.21負(fù)MPa陷［望2R,-噴7C]虛3.45凡MPa霉［每6R,-嶺4C]稍工況蛇4叮0.65始MPa側(cè)[5R,鹽5C]俱2.60遷MPa駁［噸8R,2謀C與］塊0.62倡MPa粥［罷8R,1來(lái)C]披3.53嫩MPa為［較5R,5簡(jiǎn)C呼］企注：表慢中繼[6R,嚇-4C渾]叔表示，壽第身6拌拱圈，從油拱冠向左序岸數(shù)（柴無(wú)陽(yáng)“絹-晨”抖號(hào)則為右蚊數(shù)）的第果4航根梁的交垂點(diǎn)處，其辨他類(lèi)推。羅表坐4

探初設(shè)階段餓推薦體型導(dǎo)，母“幕校核水位終+為溫剖升狹”各壩體上游辨面第二主長(zhǎng)應(yīng)力然高程倒梁號(hào)皇

檔267.庫(kù)7書(shū)250擔(dān)236售225旬210注200晃188責(zé)181.粒9凡-9工0拜-8士0符0.12煉椒-7高0槐-0.0潛2捎-0.4自4促-6世0嬸0.00血塑-0.3內(nèi)9皮-0.7功5敢-5恩0飄0.16荷捏-0.1印6接-0.1勇4石-0.9少8溪-4習(xí)0賺0.30哈謠0.11殊拌0.15茫眾-0.2曾6衫-0.7程3攤-3癥0啄0.43胡鐮0.37兄稿0.21丟狠0.22列爹0.14測(cè)淚-0.3綁5錄-2濃0踏0.48辟冊(cè)0.43優(yōu)意0.23蚊蟲(chóng)0.26箭都0.48丘拖-0.2星3患-0.6努3打-1煌0構(gòu)0.54忌嫩0.49液肥0.27修耗0.27鐘厲0.40濁脅-0.3歉1搬-0.9賤1購(gòu)0污0蔑0.53錄暗0.49誕梨0.27久箱0.27傅純0.35通狹-0.3倒3濕-0.9亮6浴1妹0衰0.48拼抗0.42垃思0.22宴度0.25升轎0.40臨炮-0.2艷9捐-0.9墨0寬2杏0沉0.32遠(yuǎn)狐0.27滿(mǎn)安0.11快速0.22催棍0.47音宅-0.1余8籃-0.5揭6兇3戚0脈0.22襯騙0.17譜早0.07潔翠0.17姜溜0.16跳寶-0.2法8嶼4汽0閃-0.0土3膚-0.1煩3芳-0.0遲2伴-0.2端6禿-0.6達(dá)8梁5章0路-0.2爽4編-0.3擾8適-0.2滲5礙-0.9誦2出6薦0毯-0.4腦4末-0.5虛0瞎-0.7綠9餃7服0是-0.4棉9求-0.5封6棒8血0貪-0.3覺(jué)8難9集0儲(chǔ)熟表跡5

胖技施階段辜優(yōu)化體型涉，箱“潮校核水位喚+旨溫藥升獲”耐壩體上游廟面第二主洪應(yīng)力綠高程蘭梁號(hào)掠

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指267.暑8貓257.烘2朱246.廳6摘236間225.碰4險(xiǎn)214.爭(zhēng)8慨204.削2麗193.堆6耐183凝-9情0梁-8嘗0飲0.44詞-7面0甩0.5公0.2紗-6嶺0傲0.42貓0.35踏-0.4閃4業(yè)-5撕0晚0.41嫁0.55倘0.13報(bào)-0.6圣7鋼-4束0鑒0.41唉0.56遷0.52隊(duì)0.05營(yíng)-0.7芳2輔-3輔0垮0.39腎0.53棍0.5泄0.51徐0.19蠻-0