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1、西津水电站 6溢流坝结构安全计算西津水电站#6溢流坝结构安全计算摘要:西津电厂大坝第三次安全定检报告总结论“存在问题与处理要求”中提 出了#5、#6及#16、#17溢流坝宽缝排水腔堵塞必须处理的问题，另外，#6溢流坝 检查廊道不连通，2008年12月对#6溢流坝检查廊道的开挖和#5、#6及#16、#17 溢流坝宽缝排水腔的疏通的提出了技术措施及施工方案。文章主要就#6溢流坝进 行结构安全计算。关键词:安全计算;溢流坝;廊道;宽缝排水腔;西津水电站1. 工程概况西津水电站位于广西横县郁江干流的中上游河段，上游距南宁市167km,下游 距广西横县5km，是一座以发电为主兼顾航运、灌溉效益的水利枢纽
2、工程。水库原 设计正常蓄水位为63.0m（后改为61.5m），校核水位68.7 m，死水位59.0 m，相应 水库库容分别为14亿m3、30亿m3和8亿m3。坝址花岗岩属三迭系侏罗系之后，白垩系前的侵入体，岩石均一，质地坚 硬。河床基岩透水性一般不大。枢纽主要建筑物有河床式厂房、混凝土宽缝溢流坝、右岸混凝土心墙土坝、均 质土坝、船闸和左岸重力坝、开关站等。坝轴线总长833.47m。左岸河床式厂房长 132.1m，宽58.35m，最大高度为60.88m，内装四台轴流转桨式机组，电站总装机 容量24.22万千瓦。宽缝重力溢流坝设置于右河床，全长299.7m，堰顶高程 51.0m，坝顶高程71.0m
3、，最大坝高41.0m。枢纽照片如图1。图1西津水电站枢纽照片西津水电站由广西电力工业勘察设计研究院设计，1958年底开工，1961年土 建部分基本完成并于当年4月份开始蓄水，1964年10月第1台机正式并网发电。 电站枢纽建筑物已运行约48年，分别在1989年、1998和2008年经过三次安全定期检查，至今运行正常。2. #6溢流坝检查廊道处理#6溢流坝为I型坝，由于施工时在该坝段布置了混凝土纵向施工围堰，拆除时 保留了坝体部分，又没有开挖出检查廊道，致使#6溢流坝没有形成检查廊道，共 17m长，四十多年左右岸检查廊道不连通，给运行管理带来极大不便。为了解决此 问题，需在#6溢流坝坝体内开挖廊
4、道。为确保坝体结构安全，根据原设计和第三 次安全定检资料，对#6溢流坝(为I型坝，设有廊道)进行结构安全计算。3. #6溢流坝结构安全计算地质资料表明:各混凝土坝段所处的基础均为完好的花岗岩，不存在可能导致 沿岩体内部滑动的深层软弱结构面。因此，溢流坝的稳定复核仅考虑沿建基面进 行。#6溢流坝为I型坝，没有布置扬压力观测孔，但建基面高程与#5溢流坝相差不大，距离较近，扬压力应该比较接近，因此#6溢流坝扬压力采用#5坝段测值。(1) 基本资料1) 水文气象a) 特征水位: 特征水位采用2008年第三次安全定检水文计算成果。 正常蓄水位:上游水位6 1 .5 m ，相应的下游水位5 9.4m ，最
5、低尾水位4 1 .3m 。由 于西津下游的贵港水电站水库正常蓄水位42.5m,死水位42.0m,回水至西津下游 水位为43.5m,43.0m，偏于安全计算，取最低下游水位43.0m;设计洪水位:上游水位63.83m，相应的下游水位60.30m;校核洪水位:上游水位65.82m，相应的下游水位62.13m。b) 风速及吹程: 正常情况和设计情况采用多年平均最大风速的1.5倍，校核情况采用多年平均 风速17.1m/s，吹程为12km。c) 泥沙:泥沙淤积高程48.5m，淤沙浮容重10kN/m3，淤沙内摩擦角25?。2) 地质:坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数f,0.9，坝体混凝土与坝基接触
6、面的抗剪断凝聚力C,800kPa，坝基容许压应力o，109/20,5.45MPa。3) 扬压力实测数值(运行情况): 根据西津水力发电厂第三次大坝安全定检检查报告，#5溢流坝沿闸墩中心线共布置3个观测孔:P5-1、P5-2、P5-3，分别距离坝踵2.8m、6.7m、12.9m。坝 基扬压力系数计算公式如下:a,(Hp-Hx)/(Hs-Hx)式中:Hp测压孔水位(m);Hs上游库水位(m);Hx下游水位(m)。根据第三次大坝安全定检检查报告实测资料，坝基扬压力系数统计见下表:表1坝基扬压力系数a计算表测孔 UP5T UP5-2 UP5-3最大值 0.96 0.92 0.32最小值 0.78 0.
7、06 -0.15平均值 0.91 0.37 0.054) 稳定应力判断依据:抗滑稳定:安全系数基本组合不应小于 3.0，特殊组合不应小于2.5;抗浮稳定:安全系数基本组合不应小于 1.10，特殊组合不应小于 1.05;应力:a）运行期:在各种荷载组合情况下，坝基面所承受的最大垂直正应力oymax应小于坝基容许压应力，最小垂直正应力oymin应大于0。b）施工期:下游坝面允许有不大于 0.1Mpa 的拉应力。（2）荷载1）基本组合A1坝体混凝土自重，不计闸门重、坝顶机械及桥面的荷载；A2正常水位时上游面的静水压力，下游面为最不利水位时的静水压力（同时考虑相应的堰面水重）；A3设计洪水位时上、下游
8、面的静水压力（同时考虑相应的堰面水重）；A4泥沙压力（包括淤沙重）；A5相应于正常水位或设计水位的风浪压力；A6相应于正常水位或设计水位时的扬压力（包括浮托力和渗透压力）。2）特殊组合A7校核洪水位时上、下游的水压力（同时考虑相应的堰面水重）；A8校核洪水位时的风浪压力；A9校核洪水位时的扬压力。（3）计算工况1）正常工况:即宽缝缝腔排水有效，宽缝内水位同下游水位，两侧工作门挡水的工况；2）设计工况:即上下游取设计洪水位，敞开闸门泄洪的工况；3）校核工况:即上下游取校核洪水位，敞开闸门泄洪的工况。(4) 计算公式1) 抗滑稳定计算公式:(1)式中: 分别为计算坝段纵向和横向的总水平荷载; 作用
9、在坝段上全部荷载对滑动平面的法向分力;f坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数；C坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力(kN/m2);A坝基面截面积(m2);K，按抗剪断公式计算的抗滑稳定安全系数。2) 抗浮稳定计算公式:(2)式中:Kf坝段抗浮稳定安全系数；作用在坝段上全部向下的铅直力之和(kN);作用在坝段基底面上的扬压力(kN)。3) 应力计算公式: 主要复核溢流坝上下游面的垂直正应力。计算方法为平面问题的材料力学法公式如下:(3)式中: 作用在坝段上全部荷载在坝基截面上的法向力总和; 作用在坝段上全部荷载对通过坝基面形心 x 轴的总力矩;作用在坝段上全部荷载对通过坝基面形心 y 轴的总
10、力矩; 计算截面对 X 轴的惯性矩;计算截面对 Y 轴的惯性矩;A坝基面截面积(m2);x坝基截面上应力计算点到形心y轴的距离；y坝基截面上应力计算点到形心x轴的距离。(5) 计算成果及计算简图1) 稳定和应力计算成果 表2溢流坝稳定和应力计算成果表计算工况 复核坝段 抗滑稳定安全系数 抗浮稳定安全系数Kf上游 oyu(Mpa)下游 oyd(Mpa)正常蓄水位工况 #6溢流坝段 16.72 2.49 2.17 3.42设计工况 #6溢流坝段 17.11 1.96 2.29 4.31校核工况 #6溢流坝段 16.84 1.85 2.01 3.232) 计算简图:图24. 结论:因为处理检查廊道不
11、连通问题的同时，要处理宽缝排水腔堵塞问题，所以本次 按#6溢流坝段宽缝缝腔排水有效的情况分别计算正常蓄水位工况、设计工况及校 核工况，经过计算，得出以下结论:1) 抗滑及抗浮稳定计算:各种工况下的抗滑稳定安全系数K,6.30，抗浮稳定 安全系数Kf,1.31,均满足现行规范要求；2) 应力计算:各工况均不产生拉应力，且最大压应力4.31MPa小于地基的允许 承载力5.45MPa,满足规范要求，大坝结构稳定。参考资料:1 夏毓常.关于溢流坝坝面流速系数的计算J.水利学报，1980, (04)2 童振标.古田双口渡水电站整体水工模型试验研究J.福州大学学报(自 然科学版) , 2005,(S1)3 张志昌, 曾东洋, 刘亚菲. 台阶式溢洪道滑行水流水面线和消能效果的试 验研究J.应用力学学报，2005,(01)4 王长春，周晓军.地下水对隧道衬砌结构力学行为影响的研究J.四川 建筑 , 2004,(06)注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
