水利工程論文-中國已建成的最高壩-二灘雙曲拱壩摘要：本文就二灘雙曲拱壩的設計和施工技術特點，從拱壩體形設計、應力控制標準、壩肩穩定分析、泄洪消能布置、壩基處理和滲流控制、壩體混凝土設計、拱壩施工等方面作了比較全面的扼要介紹，同時也介紹了蓄水后拱壩安全監測的主要成果和拱壩工作性態的基本分析。關鍵詞：二灘水電站雙曲拱壩設計施工安全監測二灘水電站位于中國四川省西南攀枝花市境內的雅礱江下游、距雅礱江與金沙江的交匯口33km，是雅礱江干流上規劃建設的21座梯級電站中的第一座。二灘水電站是一座以發電為主的大型水力發電樞紐。水庫控制流域面積11.64萬km2，正常蓄水位1200.0m，發電最低運行水位1155.0m，總庫容58.0億m3，調節庫容33.7億m3，屬季調節水庫。電站內裝6臺550MW的水輪發電機組，總裝機容量3300MW，多年平均發電量170億kWh，保證出力1000MW，是中國20世紀末建成投產的最大水電站。樞紐主要建筑物有混凝土雙曲拱壩、左岸引水發電地下廠房系統、右岸兩條泄洪洞等，雙曲拱壩最大壩高240.0m，為中國已建成的最高壩。二灘水電站1991年9月14日開工，1993年11月大江截流，1998年8月18日第一臺機組投產，11月第二臺機組投入運行，1999年4月拱壩工程基本完工，其余4臺機組在1999年內投產。二灘水電站自工程正式開工歷時8年零3個月全部建成投產。1壩址地形地質條件二灘水電站壩址兩岸谷坡陡峻、臨江坡高300m400m，左岸谷坡坡度2545、右岸谷坡3045，呈大致對稱的“V”型河谷。河床枯期水位1011m1012m，水面寬80m100m，河床覆蓋層厚20m28m.樞紐區基巖由二迭系玄武巖和后期侵入的正長巖以及因侵入活動形成的變質玄武巖組成，均為高強度的巖漿巖、濕抗壓強度在170210MPa之間。壩區巖體完整性較好，構造破壞微弱，斷層不發育，無大的構造斷裂及順河斷裂，小斷層僅4條，延伸不長、以中高傾角與河床正交或斜交，破碎帶寬0.1m0.6m，結構緊密。此外，右壩肩中部存在一條因熱液蝕變和構造綜合作用形成的綠泥石陽起石化玄武巖軟弱巖帶，帶寬10m左右。壩址屬較高地應力區，河床下部左岸高程954m至976m部位，實測最大應力50.065.9MPa，高程1040m附近18.838.4MPa.壩區巖石抗風化能力較強，風化作用主要沿結構面進行和擴展，總體風化微弱。拱壩建基面主要為弱偏微風化或微風化至新鮮的正長巖、變質玄武巖、微粒隱晶玄武巖和細粒杏仁狀玄武巖，巖體多為塊狀至整體結構、局部為鑲嵌至碎裂結構，結構面閉合。壩基水文地質條件簡單、無集中涌水和滲水，基礎巖體滲透性微弱、具有隨深度增加而減弱的垂直分布特征，但不均一，相對不透水層的埋深變化較大。樞紐處在川滇南北向構造帶的中段西部相結穩定的共和斷塊上，斷塊內不存在發震構造，歷史上無強震記載、壩址區地震基本裂度為度。拱壩及樞紐主要建筑物按度設防。2拱壩體形二灘雙拱壩最大壩高240m、拱冠頂部厚度11m，拱冠梁底部厚度55.74m，拱端最大厚度58。51m，拱圈最大中心角91.5，拱頂弧長774.69m.二灘拱壩體形為拋物線形雙曲拱壩。平面上拱端曲率較小而趨扁平化，加大拱推力與岸坡的夾角、有利壩肩穩定，同時通過調整拱圈的曲率和拱厚使應力更趨均勻合理。由于壩址河床兩岸地形并不完全對稱，左半拱和右半拱采用不同的曲率半徑，頂拱中心線曲線半徑在349.19m981.15m范圍。縱向曲率是考慮施工期獨立懸臂壩塊高度按允許產生的自重拉應力1.5MPa來控制，適當加大縱向曲率并保持壩面的連續性而使壩體獲得較好的應力分布。相應的上游壩面最大倒懸度為0.18.壩體設置三層孔口：7個表孔、6個中孔和4個放水底孔。為滿足大壩監測、灌漿、排水、交通等要求，在壩內沿高程設置了基礎廊道，上、下檢查廊道和交通廊道共4層廊道。拱壩共分39個壩段，不設縱縫，壩體混凝土通倉澆筑。3拱壩控制應力與壩肩穩定分析二灘拱壩壩體混凝土分成A、B、C三區，其設計強度分別為35MPa、30MPa、25MPa，設計齡期為180d.壩體應力分析按拱梁分載法，壩基變形特性采用伏格特地基模型。蓄水前對大壩的應力狀態進行復核計算。基本荷載組合工況下，上游面最大主壓應力6.66MPa，發生在1205m高程拱冠；最大主拉應力0.99MPa，發生在1130m高程右拱端。下游面最大主壓應力8.82MPa，發生在1010m高程左拱端，最大主拉應力0.15MPa，發生在980m高程拱冠附近。在采用拱梁分載法進行壩體應力計算時，還進行了有限元地基取代伏格特地基的壩體應力計算和模擬施工過程的分析計算、有限元一等效應力法的應力分析以及三維非線性有限元分格和結構模型試驗等。二灘拱壩壩基巖體巖性堅硬，多屬塊狀和鑲嵌結構。壩肩穩定分析采用剛體極限平衡法進行穩定計算，用敏感性浮值分析來判別穩定條件和影響失穩的主要因素。穩定分析的荷載主要考慮拱推力(含壩體自重)、巖體自重與滲透壓力等，滲透壓力按不考慮防滲排水作用時最大可能值的100%、50%、33%、25%四級浮動。各種分析方法成果均表明，滲透壓力對拱座穩定的影響相當顯著，對底滑面作用更突出，當滲透壓力由最大可能值降至50%時，安全系數成倍增加。加強和做好排水措施至關重要。此外，在壩肩穩定分析中，還用三維有限元分析巖體內的點抗剪安全度進行校核，并分別用脆性破壞和塑性破壞巖體力學參數進行地質力學模型試驗，綜合評價壩肩的穩定條件。4壩基處理和滲流控制二灘拱壩壩基巖石條件較好，在滿足拱壩結構應力和壩肩穩定的條件下，按不同部位分別對待，保留了部分經灌漿處理后可作為壩基的弱風化中段巖體。左岸拱座水平嵌深22m50m、平均32.6m；右岸拱座水平嵌深2659m、平均39.1m.對壩基中存在的部分軟弱(破裂)巖石(面積約占10%)和斷層破碎帶按不同深度開挖(局部槽挖)后用混凝土進行置換。置換開挖的深度一般5m6m，綠泥石陽起石化玄武巖軟弱帶置換深度達15m.此外，由于壩基開挖爆破松動和開挖面暴露時間較長而引起巖體松馳的影響，對壩基進行了全面固結灌漿處理。壩基固結灌漿共13.7萬m，按不同部位的巖體質量和壩踵、壩趾、防滲帷幕線等不同要求，分為三個常規灌漿區和三個特殊灌漿區。常規灌漿區布孔間排距3m3m，孔深8m18m，灌漿壓力0.41.5MPa，使用525普通硅酸鹽水泥；特殊灌漿區布孔間排距1.5m1.5m，孔深13m25m，其、序孔用525普通硅酸鹽水泥，灌漿壓力分別為0.71.5MPa和1.02.0MPa，序孔用比表面積69008300cm2/g的超細水泥漿液，灌漿壓力1.53.5MPa.固結灌漿施工中，采用了無蓋重灌漿和有蓋重引管灌漿兩種方式。有蓋重引管灌漿是從灌漿孔預埋1英寸的水平灌漿鋼管引至壩基外，待混凝土澆筑一定厚度后施灌。有蓋重高壓引管灌漿的目的是為了保證吃漿量低的部位和無壓灌漿后，表層05m不滿足要求部位的灌漿效果。引管灌漿壓力24MPa，最高達4.5MPa.固結灌漿檢查標準除壓水試驗呂榮值外，還用聲波檢查，并以聲波檢查值為主，其標準為：正長巖Vp4500m/s；玄武巖Vp5000m/s；表層5m局部范圍Vp40