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峡口拱坝体型优化设计

简介：峡口水利站拱坝在技施设计阶段，通过对坝址地形，

地质条件深入细致的研究，从拱坝坝基开挖线优化着手，将初设阶段

的等厚水平圆拱圈优化为变厚的抛物线型拱圈的双曲拱坝，在使坝体

应力水平满足要求的前提下，节省了坝基开挖及坝体混凝土工程量。

关键词：坝基开挖线优化等厚水平圆拱圈变厚的抛物线型拱圈

关键字：坝基开挖线抛物线型拱圈优化设计

1工程概况

峡口水利水电枢纽工程位于湖北省南漳县沮河上游峡口镇西

1km，距下游远安县城50km。工程以防洪为主，兼有发电、灌溉等

综合效益。水库总库容1.36亿m3，电站总装机3万kw，工程等级

为Ⅱ等，工程规模为大（2）型。水库设计洪水标准为100年一遇，

校核洪水标准为1000年一遇。工程于2002年动工，目前正在施工中。

工程主要由混凝土双曲拱坝、右岸引水式电站组成，采用坝身两个中

孔及三个表孔联合泄洪。中孔每孔宽6.5m，高7.5m，表空每孔净宽

13m。

初设阶段推荐坝型为水平圆形拱圈的双曲拱坝，最大坝高85.8m，

坝顶高程267.70m，坝底高程181.90m，坝顶厚7m，底厚18m，坝顶

弧长191.8m，中心角96.825°。坝体混凝土方量13.1万m3。

工程位于扬子准台地中部，区域稳定性好，地震基本烈度6度。

2坝基开挖线优化设计
在进行拱坝体形优化前，应先对坝基开挖线进行优化。坝基开挖

线优化牵涉面广，对后续工作影响大，而目前国内外还没有公认合理、

简单可行的优化程序，因此主要通过对坝址地形及工程地质条件，根

据一些基本原则和工程经验，由水工专业人员和地质专业人员进行深

入研究、反复斟酌、多次比选和修改来完成。

峡口水利水电枢纽工程坝区构造简单，为单斜岩层，走向330°～

355°，倾向240°～265°，倾角8°～15°；坝区断裂较发育，多

数为张性正断层，走向NE10°～50°之间，横切或斜切河谷，断层

错距小，破碎带也很小，倾角一般60°～80°；右坝肩有F11、F12

两断层，均为高倾角正断层，断层错距小，破碎带0～20cm，均与岸

坡大角度斜交，只要对拱坝轴线及中心线进行微调，即可做到使拱推

力方向与主要的断层面基本正交。分析表明，初设阶段推荐的坝轴线

是合理的。

坝址区岩层为白垩系红花套组和罗镜滩组。红花套组分布于峡谷

出口两侧，岩性为紫红色砂岩，粉沙岩；罗镜滩组广泛分布于坝址区，

上段为红色厚层砾岩夹紫红色中厚层砂岩，中段和下段为紫红色巨厚

层砾岩。右岸236m以下，左岸228m以下均为罗镜组第一段巨厚层

砾岩；左岸236m～261m,右岸236m～247m为罗镜组第二段紫红色中

厚层状砂岩。

砾岩具有强度高、变形低的特点，其抗风化能力强，微风化下限

0～3m。砂岩抗风化能力次之，局部有弱风化，具有中等强度及变形。

坝区岩溶不发育，仅局部具有溶蚀裂隙。河床覆盖层厚度约8m。
根据上述坝址地质条件，在进行坝基开挖线的优化时，制定了两

条基本原则：一方面，使高强度和小变形的砾岩区的开挖深度较小，

而中等强度和变形的砂岩区的开挖深度则相对较大，从而保证坝基坐

落于新鲜岩层或微风化岩层上；另一方面尽量使开挖线轮廓基本对

称，消除局部过大的凸凹，保证了坝体不致出现过大的局部应力集中，

并减少开挖量。

图1为优化后的坝基开挖线。从图中可以看出，最后确定的开挖

线很好的满足了以上条件。

图1坝基开挖线优化结果图

3拱坝坝型优化设计

峡口水利水电枢纽工程初设阶段推荐的坝型为水平圆形拱圈的

双曲拱坝，在技施设计阶段，对坝型进行了优化。考虑到以下两方面

的因素，在技施设计阶段，决定采用抛物线拱圈代替初设阶段推荐的

圆形拱圈。

峡口坝址位于峡谷出口上游200m处，270.0m高程河谷宽

142.5m，常水位河面宽50m，河谷宽高比1:1.6，河道两岸顺直，左
右山体雄厚，岸坡平直。左岸250m以下，基岩裸露；右岸255m高

程以下基岩裸露，255m以上有植被覆盖。两岸295m高程以下边坡

陡峭，坡度70°～80°，呈左右基本对称的典型“V”河谷。这种地

形条件是技施设计阶段决定采用抛物线拱圈的主要原因。

同时，抛物线型变厚拱圈拱冠部分曲率大，拱端趋平缓，厚度从

拱冠到拱端逐渐增厚，可以更好地降低坝体整体应力水平，节省混凝

土工程量，也更有利于坝肩稳定。这是在技施设计阶段决定采用抛物

线拱圈的重要原因。

4拱坝体形优化设计

4．1体形优化程序

为确保优化结果合理，并进行互相比较，本次采用了中国水利水

电科学研究院材料所编制的“ADASO”拱坝体型优化程序和浙江大

学水工结构研究所编制的“ADAO”拱坝体形优化程