牟黄水电站硬壳坝设计.docx
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牟黄水电站硬壳坝设计
牟黄水电站硬壳坝设计
张腾飞
(铜仁地区水利电力勘测设计院,贵州铜仁554300)
【摘要】牟黄水电站位于铜仁市大坪乡地慢村境内的车坝河上,水库总库容为246×104m3,属小
(1)型水库。
电站装机容量3×630kw,属小
(2)型。
通过坝型比较,结合地质、建筑材料及库区淹没情况,综合考虑推荐硬壳坝+橡胶坝方案。
该大坝是我区建坝史上第一座硬壳坝,该坝的建设填补了我区历史无硬壳坝的空白。
坝体采用砂卵石填心,坝壳为C10砼埋块石,溢流面为C20钢筋砼。
【关键词】牟黄水电站 坝型比选 结构型式应力分析 稳定分析
1.概述
2003年水利部将牟黄水电站作为全国26个“小水电代燃料”试点项目之一,以解决‘三农’问题,加强农村基础设施建设,增加农民收入,改善农民的生产生活条件。
牟黄水电站位于铜仁市大坪乡地慢村境内的车坝河上,属车坝河梯级开发的第8级,距铜仁市67km,距铜玉高等级公路42km,为河床式水电站。
牟黄水电站由铜仁市水利局和铜仁市民生公司共同开发,我院于2004年3月进行勘测设计,同年10月电站开工建设,2006年底投产运行,两年来大坝运行良好。
牟黄电站水库正常蓄水位416.80m,设计洪水位419.05m,校核洪水位420.83m,最大下泄流量2777.7m3/s,总库容为246×104m3,属小
(1)型水库。
大坝为硬壳坝+橡胶坝,橡胶坝顶高程为417.0m,溢流坝段长98m,固定坝顶高程413.3m,坝底高程399.00m坝高14.3m;非溢流坝顶高程421.43m,最大坝高22.43m,大坝总长124.5m。
由于非溢流坝段不长,故采用实体重力坝。
电站多年平均流量12.77m3/s,最大水头10.47m,最小水头7m,装机容量3×630kw,保证出力396kw,年发电量764万kw·h,电站属小
(2)型,厂房为河床式。
2.坝型比选
牟黄水电站坝址处河床宽130m,河谷宽高比7:
1,呈不对称的“U”形河谷,右岸地形坡度35°~75°,左岸地形坡度20°~50°。
地层为寒武系下统杷榔组,岩性为含炭质钙质页岩、钙质页岩及含钙质粘土页岩互层产出,岩石软硬相间,以含炭质钙质页岩为主,河床砂卵石覆盖层深达6m,砂卵石储量丰富。
块石场较远,距大坝11km,运费较高。
结合地质、地形、建筑材料及库区淹没采用四种坝型作比较:
①空腹重力坝;②硬壳重力坝;③空腹重力坝+橡胶坝;④硬壳重力坝+橡胶坝。
坝型经济比较表
序号
项目名称
单位
空腹重力坝
硬壳重力坝
空腹坝+橡胶坝
硬壳坝+橡胶坝
1
淹没面积
亩
116
116
71
71
2
淹没投资估算
万元
141.97
141.97
81.23
81.23
坝体投资
万元
597.98
462.67
659.85
494.22
3
两项之和
万元
739.95
604.64
741.08
575.45
从表中可以看出,硬壳重力坝比空腹坝节省,但硬壳坝+橡胶坝比纯硬壳坝节省投资29.19万元。
从技术角度讲,各种坝型的技术均很成熟,不是问题;从运行管理方面来说,橡胶坝受天然条件的严重制约,特别是山区河流,洪水季节,碴、石顺流而下,容易划伤坝袋,运行维修费用高;从政策上讲,党中央国务院对农村问题相当重视,应尽量减少淹没耕地;从梯级开发来看,采用橡胶坝可减少对上游大塘三级电站的洪水影响,并且可减少本站的非溢流坝高度和厂房防洪墙的高度。
综合分析,推荐硬壳重力坝+橡胶坝方案。
3.结构型式
硬壳坝全长96m,坝顶高程413.3m,坝底高程399.00m,坝高14.3m,为满足橡胶坝袋要求,故坝顶宽度为10.79m,坝底宽27m。
溢流面采用C20钢筋砼,钢筋砼厚度:
上游底部厚度0.7m,上部厚度0.4m,坝顶厚度0.8m,下游面厚0.5m。
牟黄大坝为设隔墙的硬壳坝,在硬壳坝体内设置与水流向平行的隔墙,以增加硬壳的刚度和坝的整体性,防止裂缝。
隔墙间距5m,厚1m,隔墙之间回填砂卵石。
为了充分发挥坝体材料的抗压强度大、抗拉强度小的优势,上、下游内壁均采用连拱式,拱半径2.5m。
上游外壁坝坡为1:
0.2,壁厚3.0m,下游坝坡1:
1,壁厚1.5m。
溢流面内壁为半径4.5m的园弧拱,厚1.83m。
为了减小扬压力,平衡隔墙和下游硬壳的侧向水压力,有利大坝稳定安全,在大坝坝体内隔墙及下游墙设置直径为30cm的排水孔。
结构如下图1、2。
大坝平剖图1
大坝横剖图2
4.大坝应力分析
大坝应力计算,主要是对大坝运行最不利工况进行计算分析。
水库校核洪水位420.83m,对应的下游水位为413.32m,设计洪水位419.05m,对应的下游水位412.28m,正常蓄水位416.80m,对应的下游水位406.55m。
由以上水位可知,大坝运行最不利工况为校核洪水位和正常蓄水位两种工况。
运用有限元法对包括隔墙在内单宽5m的坝段进行空间应力计算分析。
计算成果如下:
校核洪水位工况下应力图3
正常蓄水位工况下应力图4
由上面的应力图可知:
两种工况下最大拉应力为0.314Mpa,最大压应力为0.071Mpa,
按<<砌石坝设计规范>>(SL25-2006)表A.0.3,C10砼砌块石允许压应力为13.2Mpa,表A.0.4,C10砼砌块石允许拉应力为0.57Mpa,由此可见,应力均满足规范要求。
5.大坝稳定分析
大坝稳定计算仍采用重力坝的刚体摩擦公式,由于大坝较大面积为填料与基础的摩擦,故采用纯摩公式:
式中:
-铅直方向的合力,KN,向下为正;
-水平方向的合力,KN,指向下游为正;
K-抗滑安全系数;
f-滑移面上的摩擦系数,取0.4.
抗滑稳定计算成果表
工况
安全系数
校核洪水位
正常蓄水位
K
1.22
1.29
由表可知:
校核洪水位时安全系数K=1.22>1.0,正常蓄水位时安全系数K=1.29>1.05,满足规范要求。
6.结论
(1)牟黄水电站大坝采用硬壳坝,不但充分利用了当地现存材料,大大节省了远距离材料开采及其运输费用,而且避免了因新开料场出现环境污染及水土流失问题。
(2)由于坝顶采用橡胶坝袋,坝顶宽度应满足橡胶坝袋的要求,故坝顶较宽,在这样的条件下采用硬壳坝比采用其它实体重力坝更节省工程投资。
(3)硬壳坝与其它实体重力坝类似,具有施工渡汛较易、便于坝面溢流和长年施工等优点。
(4)牟黄电站坝址岩石以含炭质钙质页岩为主,基础承载力小、摩擦系数小,采用硬壳坝比其它实体重力坝合理。
参考文献及规范:
1、《砌石坝设计规范》SL25-2006
2、《水工设计手册》第四卷(土石坝)
3、《水工混凝土结构设计规范》SL/T 191-96
作者简介:
张腾飞(1977.12-),男,助理工程师,2001年7月毕业于贵州工业大学土木工程学院水建本科专业。
毕业至今,一直从事水利水电工程设计工作。
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- 水电站 硬壳 设计
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