龙江水电站枢纽工程椭圆双曲拱坝优化设计.docx

2011年第12期东北水利水电规划设计

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[文章编号]1002-0624(2011)12-0003-01

龙江水电站枢纽工程椭圆双曲拱坝优化设计

李润伟1,景建伟1,姜德全2

(1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021;

2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都610072)

[摘要]龙江水电站枢纽工程大坝为椭圆混凝土双曲拱坝，坝基地质条件较复杂，坝址区地震基本烈度为Ⅲ度。设计进行了大量的分析、研究工作，通过拱坝体形优化、坝体应力分析、坝肩抗滑稳定分析，选用椭圆混凝土双曲拱坝，既保证了工程安全，又减少了大坝混凝土方量，节省了投资，为工程的开工建设奠定了基础。

[关键词]优化设计；椭圆双曲拱坝；龙江水电站枢组工程

[中图分类号]TV642.4*2

1工程概况

龙江水电站枢纽工程位于云南省境内。该工程是以发电、防洪为主。水库正常蓄水位为872.00m,总库容为12.17×10?m3,总装机240MW。工程规模为大(1)型，大坝及泄洪建筑物为1级建筑物。坝址区地震基本烈度为8度，大坝抗震设计水平加速度代表值为0.36go

龙江水电站枢纽工程主要由双曲拱坝、坝身泄水表孔、放水深孔、坝下消能塘、进水口和左岸发电引水隧洞、地面厂房及GIS开关站等组成。

该工程于2006年11月28日开工，2010年4月下闸蓄水。目前，大坝主体已完工，3台机组全部投入运行。

2拱坝布置

龙江大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高110m,坝顶高程875.00m,坝顶中心线弧长472.00m(包括溢流、重力墩坝段),拱冠梁处坝顶宽度6.00m,坝底宽度23.76m。坝体弧高比3.43,厚高比0.207。坝体共布置25条横缝，共26个坝段。横缝为铅直缝，横缝面上设置球形键槽。结合坝体应力计算成果、坝基的地质地形条件及结构要求，将坝体混凝土强度分为C30和C25两个区。在坝体内部设置2层纵向水平廊道，沿两岸坝基设置基础廊道，在6号坝段下游侧布置电梯井，坝后设置两层交通桥。

3拱坝体形优化设计

3.1拱坝方案的确定

在可研阶段，对混凝土重力坝方案和混凝土拱坝方案进行了坝型比选，经综合比选，混凝土拱坝方案比混凝土重力坝方案节省投资直接费约1.04亿元，优势较明显，其它条件两方案基本相当，因此，选用混凝土拱坝坝型。设计经大量的分析、研究工作，论证了拱坝坝型的成立，节省了投资，为龙江工程的开工建设奠定了基础。

[文献标识码]A

3.2拱坝体形优化

龙江坝址处河谷呈基本对称的宽“v”型，河谷宽高比约3.3。坝址区低高程基岩裸露，河谷较窄；高高程岩石风化较深，坝基可利用岩面较低，岸坡较缓，坝顶弦长较长。为减小坝顶长度，使拱坝受力均匀，将拱坝的两岸坝头布置重力墩，承担拱坝推力。为使拱坝适应坝基岩体变形模量的变化，设计采用变厚拱，拱圈沿拱冠向拱端逐渐加厚，另外，变厚拱亦可节省坝体混凝土量。

设计初选了椭圆双曲拱坝，坝体厚高比0.246,最大中心角89.293°,基本体形混凝土方量为47.80×10?m3,经坝体应力分析、坝肩抗滑稳定分析，满足要求。根据初选拱坝体形的经验，为减少坝体混凝土方量，节约投资，设计对拱坝体形进一步优化。为增强拱坝整体抗震性能，适当减小了坝体中下部高程的中心角，加大坝体中上部的中心角；加大中上部高程悬臂梁向下游的倒悬度；减薄中上部高程坝体的厚度，以减小坝体的地震惯性力，在满足坝体应力要求的情况下，减小了混凝土方量。经优化选定的拱坝体形仍为椭圆双曲拱坝，坝体弧高比3.43,厚高比0.207,最大中心角87.928°,基本体形混凝土方量为40.1×10?m3,比原方案节省混凝土7.7×10?m3,节约投资直接费约为3500万元，具有显著的经济效益。

拱坝体形设计比较复杂，且椭圆拱坝的设计变量达34个，人工设计难以求得最优方案。设计人员在可靠的拱坝优化理论指导下，采用了“拱坝体形优化程序(ADASO)”进行优化设计，拱坝体形优化过程仅需要一个星期，为短时间内完成拱坝体形优化探索出一条新路。

4坝体应力分析

拱坝应力计算采用拱梁分载法作为基本方法，同时采用有限元法进行复核，动力情况下应力分析采用反应普法。

在静力情况下，分载法程序计算的坝体最大主拉、主(下转第42页)

水生态环境东北水利水电2011年第12期

高度的节水意识和水环境保护意识。