《江垭全断面碾压混凝土重力坝坝体结构与运行温度特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《江垭全断面碾压混凝土重力坝坝体结构与运行温度特性（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、江垭全断面碾压混凝土重力坝坝体结构 与运行温度特性 张如强朱敏 ( 湖南省水利水电勘测设计研究总院) 摘要 本文介绍江垭全断面碾压混凝土重力坝坝体结构设计和筑坝材料分区 设计，根据大坝观测资料简要总结了碾压混凝土入仓后的温度变化情况。 1 工程概况及建设过程 江垭水库位于湖南省慈利县江垭镇澧水支流淡水中游。坝址控制流域面积3 7 1 1 k m 2 ，占 该流域面积的7 3 ，其中包括五峰、鹤峰两个长江水系暴雨区。本工程以防洪为主，兼有 发电、灌溉、航运、供水等综合效益。枢纽工程由拦河坝、发电厂房、灌溉与供水取水系 统及货物过坝提升系统组成。拦河坝最大坝高1 3 1 m ，水库总库容1 7 4
2、 亿m 3 ，其中防洪库 容7 4 亿m 3 ；右岸布置地下发电厂房，装机3 1 0 0 M W ，年发电量7 5 6 亿k W h ；坝身 设灌溉取水管，灌溉农田5 3 3 0 h m 2 ；改善航道1 2 4 k m ，升船机年过坝货运量8 万t ；解决5 万人生活用水，枢纽布置如图1 所示。江垭水库建成后可将下游尾闾地区的防洪标准由目 前的4 7 年一遇提高到1 7 2 0 年一遇，与在建中的皂市水库及干流宜冲桥水库联合调度， 可使防洪标准提高到5 0 年一遇。 2 8 0 图1 江垭水利枢纽工程枢纽布置图 本工程为国家“九五”期间重点工程建设项目，是大( I ) 型综合性水利枢纽工程，
3、大 坝及临库挡水建筑物为一级建筑，设计洪水重现期为5 0 0 年一遇，相应洪峰流量为 1 2 2 0 0 m 。s ，下泄流量8 3 2 2 m 3 s ；校核洪水重现期为5 0 0 0 年一遇，相应洪峰流量为 1 5 7 0 0 m s s ，下泄流量1 0 4 9 0 m 3 s 。工程总投资3 3 1 3 亿元，利用世界银行贷款9 7 0 0 万美元。 大坝主体工程于1 9 9 5 年7 月进行基础开挖，1 9 9 6 年1 0 月浇筑碾压混凝土，1 9 9 8 年汛前大 坝浇筑到2 0 0 0 m 高程，达1 0 0 年一遇拦洪标准。1 9 9 8 年特大洪水期间削减漤水流量的 6 0
4、 ，减少了下游沿河市县的洪灾损失。1 9 9 8 年1 0 月水库下闸蓄水，1 9 9 9 年5 月大坝达 到坝顶高程2 4 5 0 m ，进入金属结构及坝顶细部结构施工，1 9 9 9 年底主体工程完工，比设计 工期提前6 个月完工。 2 坝体结构设计 坝体为全断面碾压混凝土重力坝坝型，即上游防渗体和坝内大体积混凝土均采用碾压 混凝土。最大坝高1 3 1 m ，坝顶总长度3 6 7 m ，分1 3 个坝段，右岸0 号4 号坝段为非溢流 坝；河床5 号7 号坝段为溢流坝段；左岸8 号1 2 号坝段为非溢流坝段。溢流坝设于河 床中央，宽8 8 0 m ，设立体重叠布置的双层泄洪孔口。表孔为4 孔
5、开敞式溢流堰，堰顶高 程2 2 4 0 m ，孔口尺寸1 4 m X l 5 m ，堰顶上游为两段圆弧与竖向坝面衔接，下游为W E S 型 曲线接1 ：0 8 直线段再接高低坎挑流反弧段。中孔设于表孔闸墩下面，共设3 孔，进口底 板高程1 8 0 0 m ，孔口尺寸5 m 7 m ，在坝内约2 3 为水平段后接抛物线。利用表孔闸墩设 置进口检修门竖井，弧型工作门布置在出口高挑坎下面，中孔可单独下泄5 0 1 0 0 年一遇 洪水，为经常操作孔，与表孔联合渲泄大洪水。2 个边表孔和3 个中孔为低挑坎收缩出流， 挑坎高程1 5 0 0 m ；中间2 个表孔为高挑坎扩散出流，挑坎高程1 9 1 2
6、0 m ，形成高差达4 1 2 m 的大差动挑流消能，高低坎两股水流碰撞后，加剧了水流与空气的摩擦紊乱，形成水气二 相流加大了空中消能作用，减缓了下泄水流对河床及岸坡的冲刷。溢流面堰面曲线采用 W E S 曲线，其定型设计水头H a ，一般为堰顶最大作用水头H 的7 5 9 5 ，取定型设 计水头H d _ 0 8 5 日一一1 4 5 m ，堰面曲线方程为y = 0 0 5 1 5 x 1 。8 5 。堰顶( 原点) 上游段采用 双圆弧曲线与坝体上游铅直衔接，圆弧半径分别为9 0 m 和3 5 m ，圆弧中心角对应为 1 9 4 7 1 。和4 5 3 2 。1 号、4 号边表孔W E S
7、曲线与低坎反弧曲线之间用1 ：0 8 的直线段相 连接，2 号、3 号中表孔W E S 曲线与高坎反弧曲线之间用1 ：0 8 的直线段相连接。低坎反 弧半径为2 6 m ，最低点上游段圆弧角为5 1 3 4 。，下游段圆弧角为3 5 。；高坎反弧半径为2 0 m ， 最低点上游段圆弧角为5 1 3 4 。，下游段圆弧1 5 。高、低坎鼻坎高程分别为1 9 1 2 m 和 1 5 0 0 m 。1 号、4 号边表孔直线段1 8 7 8 9 2 m 高程处设置掺气坎槽。 非溢流坝基本三角形剖面为上游铅直，下游为1 ：0 8 的斜坡面，坝顶宽度1 2 m ，下游折 坡点高程为2 2 8 m 。根据坝
8、基帷幕灌浆、坝体排水、观测、交通等要求，沿坝体高度设3 层廊 道，即基础灌浆排水廊道和高程1 6 0 0 m 和2 0 0 0 m 的观测排水廊道，在大坝富胶碾压混凝 土防渗体后设置了排水孔，以降低坝体内部渗透压力。上两层廊道用作钻排水孔形成坝体排 水幕形成高水自排，低水抽排的坝体排水方式，并布设观测仪器，以监测大坝运行安全状况。 坝内交通由水平廊道、斜廊道、竖井和电梯井组成，供运行期排水和检修维护。排水孔采用钻 孔法，在坝顶与坝内各层廊道之间钻孔形成一道排水幕。排水幕距上游坝面6 1 0 3 m ，孔距 3 m ，孔径9 1 m m 。大坝标准剖面见图2 。 2 8 7 2 8 2 墨愠器磐
9、骣委嬲 酸恒孺始鞲臀长N匦 圈霍謦爆饕瓤 3 坝体筑坝材料分区设计 在坝体材料分区设计中充分考虑碾压混凝土大型机械化连续施工特点，两岸非溢流坝 为上游垂直面、下游折面的标准剖面，基本上为碾压混凝土为主，只在廊道周边、基础垫层和 坝体上游分缝止水处设置少量的常态混凝土。溢流坝为方便施工和充分发挥碾压混凝土快 速施工的优点，一般在碾压混凝土坝内不宜设坝内中孔，但由于江垭坝址具有河床狭窄、洪 水陡涨陡落、洪水流量大的特点，以及防洪调度要求，必须设置较低高程的泄洪孔口，经多方 案比较仍确定采用立体重叠的中表孔联合泄洪布置及高、低坎大差动挑流空中碰撞消能方 案，开创了在碾压混凝土坝上设置泄洪中孔的先例。
10、为了尽量减少泄洪中孔对碾压混凝土的 影响，中孔在大坝基本剖面之内以水平布置为主。 坝体混凝土在不同部位采用的等级，根据各部位混凝土的工作条件与所须满足的强度、 抗渗、抗冲刷等性能对坝体各部位混凝土进行分区，并确定其混凝土等级。碾压混凝土重力 坝混凝土材料分区，会影响施工机械的配套、施工进度的安排、坝体温度控制及横缝设置等 多方面的问题。为方便施工及减少异种混凝土结合所带来的问题，宜尽可能多的采用碾压混 凝土，经过研究论证和结构分析，江垭大坝除基础垫层、中孔和廊道周边、溢流面、闸墩及坝 顶细部结构处，其余均采用碾压混凝土。由于大坝碾压混凝土采用通仓薄层碾压，为利于施 工，混凝土等级分区原则上按高
11、程划分，除个别部位有特殊要求外，不采用2 种以上的混凝 土等级。大坝混凝土的等级分区见表1 。 表1坝体混凝土等级分区表 部位强度等级 抗渗标号 坝体内部1 9 0 m 高程以下R C C R 9 0 1 5 0S 8 坝体内部1 9 0 m 高程以上R C C R 9 0 1 0 0S 4 上游防渗层( 厚度8 3 m ) R C C R 9 C 2 0 0S1 2 基础垫层( 厚度2 I m )V C C R z 8 2 0 0S 8 溢流面板V C C R 2 8 3 5 0 溢流坝1 9 0 m 高程以上防渗层V C C R 2 8 2 0 0S 8 廊道、电梯井、交通竖井周边V C
12、C R 2 8 2 0 0S 8 闸墩、导墙V C C R 2 8 2 0 0S 8 止水周边V C C R 2 8 2 0 0 S 8 上游铺盖、下游护坦 V C C R2 8 2 0 0S 8 注R C C 为碾压混凝土，V C C 为常规混凝土，抗渗标号、设计龄期均采用原设计阶段表示方法。 防渗体二级配碾压混凝土厚度不小于坝前水头的1 1 5 ，并兼顾碾压设备的工作尺寸而 定：高程1 2 5 1 6 5 m ，厚度为8 0 m ；高程1 6 5 2 1 5 m ，厚度为5 m ；高程2 1 5 m 以上，厚度为 3 m 。防渗混凝土标号为R 。2 0 0 ，抗渗标号为S1 2 。溢流坝段
13、中孔以下采用碾压混凝土设置厚 度与非溢流坝相同，以上采用3 m 厚常规 昆凝土防渗，混凝土标号为R 。2 0 0 ，抗渗标号S1 0 。 2 8 3 4 坝体温度运行特性 常规混凝土重力坝与碾压混凝土重力坝在运行阶段最大的不同点是坝体温度场不同， 常规混凝土坝在施工期采用人工降温措施，运行期坝体已经基本接近稳定温度场；碾压混凝 土坝则不同，虽然碾压混凝土重力坝的单位体积水泥用量少、总水化热低，但碾压混凝土高 掺粉煤灰的配合比使得坝体温升缓慢，入仓后9 0 d 甚至更长才能达到主温升最高温度。而且 施工速度快，整体浇筑，散热条件差，使得坝体在运行阶段出现高温核后再缓慢降温。由于碾 压混凝土重力坝
14、的温度场变化过程长达数年，达不到稳定温度场蓄水运行是必然的，在此期 间坝体承担上游水荷载产生的应力和温度应力，故研究分析坝体温度特点和温度应力是必 要的。江垭大坝5 号、7 号、8 号坝段温度核心区测点位置见图3 。 图3 江垭大坝5 号、7 号、8 号坝段温度核心区测点位置图 从江垭大坝运行观测资料来看，坝体上、下游区域受库水和外界气温影响，变化较快较 容易接近稳定温度，在大坝核心区温度变化为：入仓以后的主温升期、副温升期和温降期，当 冬季施工时由于外界温度低，薄层摊铺的混凝土和外界气温急剧交换，还存在一个短暂的降 温阶段。 主温升期，发生在混凝土入仓后的6 0 9 0 d ，温度上升1 2
15、 1 6 ，日上升平均梯度为 0 1 5 左右，多项指数拟合式和曲线见图4 ，相关数R 接近1 ；副升温期，持续时间长达半年 到一年半时间，主要受混凝土散热的影响，约靠近高温核部位持续时间越长，多项指数拟合 式和曲线见图4 ，相关数R 接近1 。此阶段持续时间长，但温度梯度变化很小，月变化梯度为 0 2 左右；降温期，随着时间的推移，水泥及水泥与粉煤灰二次反应产生的混凝土水化热均 完成，按照导温系数、外界温度场、各观测点在坝体中的位置等因素影响不同，散热条件亦不 同，故各点温降不同，温度下降速度以此为上游部位、下游部位和核心区部位，核心区温度下 降依然非常缓慢，月平均下降小于0 1 。 从大坝
16、应力观测资料来看，运行期没有出现外荷载应力和温度应力叠加后超过混凝土 抗拉应力的部位，说明大坝结构设计、材料分区设计和温度控制设计是合理的。 2 8 4 3 00 0 2 5 0 0 2 0 0 0 o u 1 50 0 1 0 0 0 5 0 0 水化温升段 一多项式( 水化温升殴) ，一6 E - 0 7 x 4 + 00 8 6 8 x 3 - 4 6 2 6 6 x2 + l z 汁O 缸一l z l + 1 2 R 2 = 09 8 7 7 ：_ ，I _ 一 ! 厂 i i ：， 1 9 9 7 0 1 0 l1 9 9 7 0 4 - 0 2 3 0 0 0 2 9 0 0 2 8 0 0 o u 2 7 m 2 6 0 0 2 5 0 0 水化温升段 一多项式( 水化溻升段) 1 9 9 7 一0 7 一0 21 9 9 7 - 1 0 - O l1 9 9 8 0
