下岸水库拱坝的体型及结构设计

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1、下岸水库拱坝的体型及结构设计下岸水库拱坝的体型及结构设计马以超、尉高洋、顾锡春、陈舟、金文志【摘要】下岸水库拱坝是一座建于较宽河谷的拱坝，其体型设计过程中采用了优化技术。下岸水库大坝兼有挡水、泄洪、放水等功能，其结构设计具有一定的代表性。【关键词】拱坝体型设计结构设计1.工程概况下岸拱坝位于浙江省仙居县境内的灵江流域永安溪干流上，枢纽工程属二等工程，以防洪、灌溉(供水)为主，结合发电等综合效益。坝址以上流域面积257km2，总库容13504万m3，灌溉(供水)库容8391万m3，防洪库容3574万m3。正常水位208m

2、，相应库容10629万m3。设计灌溉面积10.03万亩；防洪6.8万亩，保护人口8.4万人；电站装机2×8MW，多年平均年发电量3313万kW·h。图1拱坝鸟瞰效果坝址河谷底宽70~115m，山坡坡度38~40°，两岸基本对称，坝基岩性为熔结凝灰岩，坝区地震基本烈度小于6度。混凝土拱坝为抛物线型双曲变厚拱坝，最大坝高64m，大坝混凝土工程量约12.38万m3。2.体型设计2.1线型选择下岸拱坝拱圈线型选择抛物线。抛物线型中部拱度较大，对应力条件有利，两岸较平直，对坝肩稳定有利。抛物线型在国内成功应用的实例较多，经验也比

3、较丰富。2.2体型优化思路下岸拱坝河谷底宽较大，宽高比达3.6，相对同等坝高较窄河谷的建坝条件，工程量要大一些，故经济性指标(坝体方量)的优化显得很有必要，另一方面，优化中结合稳定、施工等条件，以得出较优的方案。在优化中除遵循一般拱坝优化原则，特别注意以下三方面因素的控制：1）控制底宽对于下岸较宽河谷条件，梁的作用相对强一些，故在优化中易出现“扫帚形”，底宽可能较大，容易引起体型的高敏感性。所以适当增加中上部刚度，或者稍微增加中心角，增大两岸侧曲率，拱的作用得到增强，梁的作用相对降低，可使底宽减少成为可能。另一方面，适

4、当减少底宽同时减少了开挖和下部混凝土工程量，这对合理安排施工计划和设计坝体渡汛方案是有利的。下岸拱坝的体型在初设阶段底拱厚度为19.68~21.42m，拱冠梁厚高比0.308；施工图阶段经过优化最后实施的体型底拱厚度为17.45~17.93m，拱冠梁厚高比0.273。其底宽之所以可以减少，是因为增加了中上部拱圈刚度及中心角。参见表1。2）控制中心角在优化中，中心角越大对坝体应力有利，拱的作用越强，但是另一方面对坝肩稳定不利；而中心角减少虽然可改善稳定，但由于拱的作用削弱，使梁的作用加强，对于下岸较宽河谷的情况，易出现“

5、扫帚形”。所以中心角的控制应综合考虑应力及稳定条件，在满足稳定条件的前提下，总体中上部中心角应比下部大，因为对大坝而言，中上部以拱作用为主，故中心角大一些，接近底部以梁作用为主，故中心角小一些。-9-下岸水库拱坝的体型及结构设计对于下岸建坝条件，由于河谷较宽，坝肩推力水平较一般窄河谷要大许多，所以稳定条件的前提更应引起重视。在施工图阶段，最后实施的拱坝体型各层中心角及用平面法计算的坝肩稳定安全系数参见表1。-9-下岸水库拱坝的体型及结构设计表1各层拱圈中心角及坝肩稳定安全系数汇总表拱圈高程初设体型实施体型左半中心角右半

6、中心角左半中心角右半中心角左坝肩稳定安全系数右坝肩稳定安全系数工况一工况三工况一工况三21444.02°46.50°46.51°46.61°/9.4/9.720542.77°45.54°46.12°46.42°112.215.295.315.519540.31°44.58°44.77°45.63°21.513.428.115.418536.66°42.62°42.59°43.23°12.610.613.111.317532.02°38.89°38.27°40.05°8.77.511.88.316526.10°32.80

7、°31.47°35.39°6.66.37.46.815519.10°24.91°20.46°24.55°4.45.24.75.315011.75°18.46°9.68°13.04°////注：工况一指正常水位+温降工况，属基本荷载组合，允许安全系数3.25，工况三指校核水位+温升工况，属特殊荷载组合，允许安全系数2.75。1）工程量与安全度下岸水库库容较大，工程重要性强，故大坝安全度也是需考虑的重要因素，并非坝体工程量越小越好。故在优化中如何把握好尺度也是需考虑的重要问题。解决这个问题，多目标优化方法可能是一个趋势，即

8、优化目标并非单一经济性目标(坝体方量)，可以将坝体应力水平(如强度失效率)等目标引入，分配权重，再进行优化以得出合理的方案。但是多目标优化方法目前尚不成熟，离应用尚有距离。在下岸大坝的优化过程则以柔度系数C作为辅助评估安全度的参数。柔度系数：式中:C───柔度系数；A───坝体中面展开面积；V───坝体方量；H───最大坝高。在合