魚洞峽水庫拱壩體型設計

王加玉

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002)

魚洞峽水庫拱壩體型設計

王加玉

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002)

魚洞峽水庫拱壩高72 m，為常態混凝土雙曲薄拱壩，體形選用了平面拱圈為變曲率的變厚拋物線型雙曲拱壩，增強了壩肩的抗滑穩定性，同時使體形與外荷載的分布相適應，壩體應力分布更趨合理。

拱壩體形;設計;變厚拋物線;平面拱圈;壩肩抗滑穩定

1 概述

魚洞峽水庫是貴陽市供水規劃的重點水源點之一，位于貴陽市烏當區東風鎮頭堡村，地處長江流域烏江水系清水河的源頭河流——南明河的二級支流魚洞河上，主要由魚洞峽水庫拱壩、取水口、引水鋼管及引水隧洞、水廠等建筑物組成。工程任務是以城市生活及工業供水為主，向貴陽市烏當區的新天寨片區、東風鎮城區(含洛灣工業區)、沿線居民及企業供水3 000萬m3/a。

魚洞峽水庫拱壩壩址以上集雨面積118 km2，水庫總庫容1 860萬m3。壩型為常態混凝土拋物線型變厚雙曲拱壩，最大壩高72 m，壩頂弧長68.366 m，拱冠梁頂厚4.0 m，底厚12.0 m，厚高比0.17，為薄拱壩。

2 地形、地質條件

壩址河谷為左緩右陡的“U”型谷，河床枯期水面高程1 012 m，水深約2 m，河床寬10 ～15 m，地形坡度60°～85°，岸坡坡面平直，左岸1 095 m高程以下為陡崖，右岸1 110 m高程以下為陡崖，正常蓄水位1 075 m高程處河谷寬約45 m，寬高比0.7。

壩基及兩壩肩均為二迭系下統棲霞組第二段(P1q2)灰色中至厚層灰巖，屬堅硬-中硬巖類，巖石完整性較好，強度較高，均一性較好，巖石質量屬Ⅲ1B，選取弱風化至新鮮基巖作為拱壩建基面，其巖體能滿足拱壩受力要求。

壩址地層結構較單一，巖層傾向上游偏左岸，產狀較穩定為N30-50°E/SE∠25-60°，巖層走向與河流走向交角為68°。無大的斷裂構造通過，無軟弱夾層分布，壩址主要發育5組裂隙，其中以順河向NW向裂隙最為發育，各組裂隙發育特征見表1。

表1 壩址區節理裂隙統計表

3 基礎資料

3.1 墊座、泄流方式及底孔

拱壩壩基設厚1.5 m的混凝土墊座，起拱高程1 007 m。泄流方式采用壩頂溢流，溢流堰頂高程1 069 m，設3孔6 m×6 m(b×h)的弧型閘門，閘門孔徑向布置在拱冠梁兩側，左側1孔，右側2孔。左岸沖沙兼放空底孔進口底板高程1 026 m，孔口尺寸1.5 m×2 m(b×h)，進出口分別設平面檢修閘門和弧型工作閘門各一扇。

3.2 計算工況

基本組合1：正常蓄水位及相應尾水位+泥沙壓力+自重+揚壓力+設計正常溫降;

基本組合2：死水位及相應尾水位+泥沙壓力+自重+揚壓力+設計正常溫升;

基本組合3：設計洪水位及相應尾水位+泥沙壓力+自重+揚壓力+設計正常溫升;

特殊組合：校核洪水位及相應尾水位+泥沙壓力+自重+揚壓力+設計正常溫升。

3.3 水庫特征水位及淤沙參數

正常蓄水位：1 075 m;相應尾水位：1 015 m;

死水位：1 035 m;相應尾水位：1 015 m;

設計洪水位：1 075.46 m;相應尾水位：1 020.23 m;校核洪水位：1 076.39 m;相應尾水位：1 021.37 m;壩前淤沙高程：1 026.41 m;淤沙浮容重：8 kN/m3;淤沙內摩擦角10°。

3.4 物理力學參數

壩體C 9020三級配常態混凝土：容重24 kN/m3;彈性模量19 GPa;泊松比0.167;線膨脹系數10×10-6/℃。

P1q2基巖：容重26.3 kN/m3;彈性模量10 GPa;泊松比0.2;線膨脹系數9×10-6/℃。

3.5 溫度參數

壩體混凝土導溫系數：4 m2/月;多年平均氣溫14.6℃;多年平均最低月氣溫4.4℃;多年平均最高月氣溫23.5℃;日照對年均氣溫的影響2℃;日照對氣溫變幅的影響2℃;庫水表面年平均溫度16.6℃;庫水表面水溫年變幅9.6℃;上游庫底水溫9℃;下游尾水底部水溫12℃;封拱溫度取14℃。

3.6 應力控制指標

壩體容許壓應力：基本組合時5.3 MPa;特殊組合時6.2 MPa。

壩體容許拉應力：基本組合時1.2 MPa;特殊組合時1.5 MPa。

P1q2弱風化基巖容許承載力：3～4 MPa

4 體型擬定

根據地形地質情況，初擬拱壩體型，通過初步應力計算，對拱壩體型進行調整，最終采用拋物線型變厚雙曲拱壩，擬定的拱壩體型參數見表2。

拱圈厚度按下列公式變化：

式中：α為變厚系數，取α=2.0;φ為拱冠起算的似中心角;T為拱厚，其下標a為拱端，c為拱冠，i為計算斷面。

表2 拱壩體形幾何參數表

5 拱壩應力分析

壩體應力采用多拱梁法進行分析計算，采用中國水利水電科學研究院編制的《拱壩體形優化程序ADASO》電算程序，壩體網格劃分為7拱15梁，計算時考慮壩頂開孔對壩體應力的影響。

基本組合時，壩體最大主壓應力3.00 MPa，發生在右拱端1 045 m高程下游面;壩體最大主拉應力-1.11 MPa，發生在左拱端1 057 m高程上游面。

特殊組合時，壩體最大主壓應力3.08 MPa，發生在右拱端1 045 m高程下游面;壩體最大主拉應力-0.96 MPa，發生在左拱端1 021 m高程上游面。

基本組合及特殊組合的壩體壓應力均小于壩體允許壓應力及壩基允許承載力，壩體拉應力均小于壩體允許拉應力，滿足規范要求。

6 拱座穩定分析

壩肩穩定分析采用剛體極限平衡法，按規范推薦的抗剪斷公式計算。壩址地層結構較單一，無大的斷裂構造通過，無軟弱夾層分布，巖層產狀較為穩定。左壩肩以巖層層面N27°E/SE∠26°為底滑面，以陡傾結構面 N35-40°W/NE∠70-85°為側滑面;右壩肩以巖層層面N27°E/SE∠26°為底滑面，以陡傾結構面N65°W/NE∠70-80°為側滑面。滑動面上的裂隙連通率為40%～50%，此部分按采用裂隙面的抗剪斷強度參數，其余部分采用巖石的抗剪斷強度參數。經計算各層的抗滑穩定安全系數均滿足規范要求。

7 結語

魚洞峽水庫拱壩體形設計采用了適應壩址地形地質條件的變厚拋物線拱圈的雙曲拱壩，既增強了拱座的抗滑穩定性，又使拱圈形狀與外荷分布相吻合，節約了工程量。

［1］貴州省水利水電勘測設計研究院.貴陽市魚洞峽水庫工程初步設計［R］.貴陽：貴州省水利水電勘測設計研究院，2009：158-160.

［2］朱伯芳，高季章，陳祖煜，等.拱壩設計與研究［M］.北京：中國水利水電出版社，2002：175-177.

［3］李瓚，陳興華，鄭建波，等.混凝土拱壩設計［M］.北京：中電力出版社，2000：216-219.

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1007-7596(2012)07-0036-02

2012-06-20

王加玉(1975-)，男，貴州納雍人，工程師，從事水工結構設計工作。