黄花寨氧化镁混凝土拱坝设计.pdf

2015年第5期
水利规划与设计
设计施工
DO1:10.3969/j.issn.1672-2469.2015.05.031
黄花寨氧化镁混凝士拱坝设计
熊杰,徐江,杨卫中
(贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州贵阳550002)
摘要:黄花寨水电站混凝土拱坝是我国第一座坝高超过100m的外掺碾压氧化镁混凝土拱坝。该拱坝的设计从筑
坝材料研究、体型优化、温度场和应力场的仿真分析等方面进行较全面的研究计算工作。在大坝混凝土浇筑过程
中,由于混凝土级配、胶材用量、施工进度的变化,通过仿真分析对坝体分缝和温控增设进行调整。经施工期及
初期蓄水运行埋设仪器的监测资料,反映拱坝工作状态正常,基本达到氧化镁混凝土拱坝的设计要求。
关键词:黄花寨水电站;拱坝设计;碾压氧化镁混凝土;仿真分析;温控
中图分类号:TV37
文献标识码:B
文章编号:1672-2469(2015)05-0098-07
1概述
流表孔布置在河床坝段,净宽3mx10m,水力学雾
化实验成果表明,表孔泄洪时,雾化雨强小于
黄花寨水电站位于贵州省长顺县境内,是蒙江10mm/h,不影响发电厂区建筑物及设备的安全。
流域格凸河干流上第三级电站,装机2x30MW。枢纽布置见图1。
水库正常蓄水位795.5m,总库容1.748亿m3,工
程等别为Ⅱ等大(2)型。坝址区多年平均气温
15.1℃,极端最高气温34.1℃,极端最低气温
-8.5℃。坝址处河床高程703m,宽45m,两岸
850m高程以上地形较陡,以下渐缓,呈基本对称
的“U”形横向河谷,宽高比2.2,大部分地段基岩
裸露,出露地层为石炭系下统摆佐组和中统黄龙
群,岩层产状平缓,倾角约15°
拦河坝最大坝高108m,为碾压混凝土双曲拱
坝。为简化坝体混凝土的温控措施,在初步设计阶
段提出全坝外掺氧化镁的意见,施工图设计时对此
展开了设计研究工作,并委托某单位进行坝体温度①碾压混凝土大坝②泄洪表孔③初设坝线④隧洞进水口
场和应力场的仿真分析计算。大坝于2007年2月
⑤发电引水隧洞⊙发电厂房⑦导流隧洞③2#危岩体
⑨囊状风化带⑩灌浆平洞
初浇筑垫层混凝土,4月初开始坝体碾压混凝土施
工,由于某些原因的干扰,施工断断续续,2009
图1枢纽平面布置图
年4月碾压到759.8m高程,工程停工。至2010年2.2拱坝设计
1月复工,9月底开始下闸蓄水,2011年初浇筑至
拱坝分析计算采用 ADASO多拱梁程序,以拱坝
坝顶高程。
体积为目标函数进行优化,几何约束及应力约束为
约東函数,根据应力计算的拱端力系成果,进行坝
2枢纽布置及拱坝设计
肩抗滑稳定验算,综合比较后确定了椭圆线型拱坝。
2.1枢纽布置
在坝体应力要求均匀合理的前提下,为了使拱
枢纽建筑物的布置尽量使坝体结构单一,以减端形成较大的推力角,椭圆曲线长轴顺河向布置,
小对大坝施工的干扰,有利于坝体的快速施工。枢
纽布置采取厂坝分开、短隧洞引水的布置方案。溢作者简介:熊杰(1974年一),男,高级工程师
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拱圈曲率半径由拱冠向两岸逐渐减小,使曲线逐渐坝体混凝土的拌和料,诸如水泥、掺合料、骨
扁平。拱圈中心角遵循顶部及底部取小值,中下部料、外加剂。在选定拌和料后进行氧化镁混
取大值,适应坝体中下部较大的应力,而中上部曲凝土的自生体积变形试验,根据实验获得的
线扁平化有利于坝肩稳定的特点。由于两坝肩基岩变形曲线,对拱坝温度场和应力场进行仿真
变形模量在不同部位相差较大,为适应其变化情分析
况,水平拱圈由拱冠向两岸沿弧长逐渐加厚,使拱
水泥选用P.042.5普通硅酸盐水泥,其物理
圈应力趋于均匀。最终用于施工的拱坝主要体型参性能及水化热等基本技术参数如表2。
数特征值见表1。
混凝土掺合料选用粉煤灰,经检测,其品质满
优化后坝体混凝土减少17.7%,约6.3万m
足《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》(DL/TS055
石方开挖减少17.9%,约5.2万m23。
1996)中国家Ⅱ级粉煤灰标准。人工骨料采用坝址
3氧化镁混凝土应用设计
附近厚层石灰岩扎制,砂的细度要求为中砂,石粉
含量按16%~20%控制。
3.1材料优选
氧化镁采用轻烧氧化镁,要求大于90%。其
氧化镁混凝土拱坝的设计,首先需要优选
主要指标等检测试验结果见表3。
表1拱坝体型数特征值
项目
特征
项目
特征值
最大坝高/m
108
厚高比
0.232
拱冠梁顶厚/
6,0
弧高比
2.346
拱冠梁底厚/m
25.09
柔度系数
13.10
最大拱端厚/m
25.55
坝体混凝土/万m
最大中心角/°
94.92
表2水泥物理、力学性能及水化热检测表
凝结时间
抗折强度
抗压强度
水泥
细度「安定性
水泥水化热(J/g)
(min)
(Mpa)
(Mpa)
品种
%)(%)
初凝
终凝
3d
28d
28d
7d
P?O42.5
25.2合格
345
4.8
22.2
8,4
234
281
表3氧化镁性能捡測表
细度(%)
Sio.
烧失量
活性指标
技术指标
(80μm方孔筛筛余%
(%)
(%)
(%)
(%)
(秒)
0.7
3,85
0.52
90.19
4.86
2
备注
检验规范为《轻烧氧化镁》(YB/T5206-2004)。
3.2混凝土试验
表5砂浆压蒸试验表
3.2.1氧化镁压蒸试验
MgO掺量(%
为了了解不同氧化镁掺量对水泥、混凝土的影
响,分别进行净浆、砂浆、一级配混凝土压蒸试
F(60%)膨胀率(%)0.0310.07510.0870.0940.110p.119
验。压蒸试验结果见表4~表6
亵4净浆压蒸试验表
Mg0摻量(%
6.57.07.58.08.5「9.0
Mg0量(%)
0
2.02.513.03.5
F(60%)膨胀率(%)0.13610.24110.3920.72612.216ノ
F(60%)膨胀率(%)10.02210.130610.24710.4521.751
备注
水泥+氧化镁(MO)+粉煤灰(F),
备注
水泥+氧化镁(Mg0)+粉煤灰(F)+工地
用水量为标准绸度用水量
砂,灰砂比为1:3,水灰比0,5
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