龙首水电站碾压混凝土拱坝结构研究
摘要
龙首水电站位于甘肃张掖黑河，地处西北高温、高寒、高震地区，平均气温为8.5℃，极端最高气温37.2℃，极端最低气温-33.0℃，地震设防烈度8度，在这样恶劣的环境下修建碾压混凝土拱坝，需解决很多结构问题。作者为该研究工作的主持者，取得以下丰要成果：
(1)结合本工程独特的工程地质条件、水文条件，在碾压混凝土拱坝结构设计方面有所创新和突破；
(2)针对本工程地形严重不对称的特点，在两岸做人工拱坝坝肩，以混凝土总量控制为目标，优选拱坝体形及坝肩形式；
(3)同时从温控、建筑材料等方面综合考虑，研究抗裂、抗冻、抗震的结构措施。
本文推荐的龙首碾压混凝土拱坝方案与原设计推荐采用的碾压混凝土重力坝方案相比，从混凝土工程量看，可减小混凝土量约14万m~3，相应的开挖、基础处理量也大为减少。节约投资5000万元，同时工期缩短了半年。
龙首水电站全碾压混凝土薄拱坝的建成，证明了碾压混凝土筑坝技术完全能够替代常态混凝土筑坝。为在高温、高寒地区修建碾压混凝土坝积累了成功的经验，具有显著的社会效益。
Longshou Hydropower Project (LHP) is located at Black River, Zhangye, North-west China. The dam site belongs to large temperature variation and high seismic area. The average temperature is 8.5℃, the highest temperature is 37.2℃, the lowest temperature is -33.0℃ the seismic intensity is 8 degree. A lot of structure problems are to be solved for the construction of RCC arch dam under such condition. As the chief designer, the author of this theses has conducted the following researches and practices:
(1) According to the engineering geology condition and hydrology condition, the breakthrough in the structure design of RCC arch dam has been achieved.
(2) According to the topography condition, the artificial abutments scheme is proposed. The concrete quantity being chosen as optimal goal, the dam body is optimized.
(3) Through the comprehensive consideration of temperature control and material property, the cracking control, freezing prevention, and earthquake resistance measures have been studied.
Compared to the former RCC gravity dam design, the RCC arch dam design proposed by this thesis has the following merits: the concrete saving is 140,000m3 ;the foundation excavation and treatment quantity is decreased considerably; the investment saving is 50 million RMB; the construction period shortening is half year.
The construction of the RCC thin arch dam of LHP shows that the RCC dam can replace conventional concrete dam in most cases. It also provides successful experiences for the RCC dam construction in large temperature variation and high seismic area. Therefore, the financial and social benefits are obvious by these researches and practices.
(1)结合本工程独特的工程地质条件、水文条件，在碾压混凝土拱坝结构设计方面有所创新和突破；
(2)针对本工程地形严重不对称的特点，在两岸做人工拱坝坝肩，以混凝土总量控制为目标，优选拱坝体形及坝肩形式；
(3)同时从温控、建筑材料等方面综合考虑，研究抗裂、抗冻、抗震的结构措施。
本文推荐的龙首碾压混凝土拱坝方案与原设计推荐采用的碾压混凝土重力坝方案相比，从混凝土工程量看，可减小混凝土量约14万m~3，相应的开挖、基础处理量也大为减少。节约投资5000万元，同时工期缩短了半年。
龙首水电站全碾压混凝土薄拱坝的建成，证明了碾压混凝土筑坝技术完全能够替代常态混凝土筑坝。为在高温、高寒地区修建碾压混凝土坝积累了成功的经验，具有显著的社会效益。
Longshou Hydropower Project (LHP) is located at Black River, Zhangye, North-west China. The dam site belongs to large temperature variation and high seismic area. The average temperature is 8.5℃, the highest temperature is 37.2℃, the lowest temperature is -33.0℃ the seismic intensity is 8 degree. A lot of structure problems are to be solved for the construction of RCC arch dam under such condition. As the chief designer, the author of this theses has conducted the following researches and practices:
(1) According to the engineering geology condition and hydrology condition, the breakthrough in the structure design of RCC arch dam has been achieved.
(2) According to the topography condition, the artificial abutments scheme is proposed. The concrete quantity being chosen as optimal goal, the dam body is optimized.
(3) Through the comprehensive consideration of temperature control and material property, the cracking control, freezing prevention, and earthquake resistance measures have been studied.
Compared to the former RCC gravity dam design, the RCC arch dam design proposed by this thesis has the following merits: the concrete saving is 140,000m3 ;the foundation excavation and treatment quantity is decreased considerably; the investment saving is 50 million RMB; the construction period shortening is half year.
The construction of the RCC thin arch dam of LHP shows that the RCC dam can replace conventional concrete dam in most cases. It also provides successful experiences for the RCC dam construction in large temperature variation and high seismic area. Therefore, the financial and social benefits are obvious by these researches and practices.
引文
[1] 能源部、水利部碾压混凝土筑坝推广领导小组·碾压混凝土筑坝—设计与施工·北京：电子工业出版社·1990
[2] 吴中如等·碾压混凝土坝安全监控理论及其应用·北京：科学出版社·2001
[3] 沈崇刚·中国碾压混凝土坝技术的进展与运行经验·水力发电，1999·第10期：41
[4] 杨康宁·碾压混凝土坝施工·北京：中国水利水电出版社·1996
[5] 沈崇刚·中国碾压混凝土坝的发展成就与前景(上)·贵州水力发电·2002年第6期·16卷
[6] 吴冥高·当前世界上已建及在建的碾压混凝土拱坝·河海大学学报·2002年7月：70
[7] 李春敏等晰我国碾压混凝土拱坝技术·水利水电技术·2001年第11期-32卷：7～8
[8] 陈东平·微拱重力坝设计问题的探讨·水利水电技术·1990(1)：36～41
[9] 丁汉涛·碾压混凝土坝横缝的新型结构—间断缝初探·水利水电技术·1990(2)：47～50
[10] Hollingworth F., Hooper D.J. · Roller compacted concrete arched dams. Water Power and Dam Construction ·1989(11):51～55
[11] 沈崇刚·中国碾压混凝土坝的发展成就与前景·贵州水力发电·2002年第3期
[12] 鲍庆芳等·碾压混凝土拱坝的发展方向及其问题的探讨·黑龙江水利科技·2002年第3期：50～51
[13] Zhu Bofang, Xu Ping and Wang Shuhe ·Thermal Stresses and Temperature Control of RCC Gravity Dams · Proceedings of International Symposium on Roller Compacted Concrete Dams · April 21～25,1999,Chengdu, China,65～77
[14] 朱伯芳等．·水工混凝土结构的温度应力与温度控制·北京：水利电力出版社·1976
[15] 朱伯芳·大体积混凝土温度应力与温度控制·北京：中国电力出版社·1999
[16] 朱伯芳·多层混凝土结构仿真应力分析的并层算法·水力发电学报，1994(3)：21～30．
[17] 朱伯芳·不稳定温度场数值分析的时间域分区异步长算法·水利学报，1995(8)：40～52．
[18] 陈尧隆，何劲·用三维有限元浮动网格法进行碾压混凝土重力坝施工期温度场和温度应力分析·水利学报·1998年7月(增刊)
[19] 李守义，陈尧隆等·高碾压混凝土坝温度应力研究·西安理工大学学报·1997年第3期
[20] 朱伯芳·考虑水管冷却效果的混凝土等效热传导方程·水利学报，1991(3)：13～19．]．
[21] Zhu Bofang, Xu Ping·Thermal Stresses and Temperature Control of Roller Compacted Gravity Dams · Dam Engineering, 1995, 6(3)'199～220
[22] 朱伯芳．碾压混凝土拱坝的温度控制与接缝设计。水力发电·1992(9)：11～17
[23] 蔡为武·碾压混凝土坝温控防裂探讨·广西水利水电·1999年第1期
[24] 朱伯芳·拱坝应力控制标准研究·水力发电·2000(12)：39～44
[25] 周维垣，杨若琼，剡公瑞·高拱坝的有限元分析方法和判据研究·水利学报·1997(9)：1～6．
[26] 陈莉静，陈尧隆等·碾压混凝土坝温度场和温度应力仿真计算可视化系统研究·红水河·2001年第2期
[27] ANSYS公司北京办事处·ANSYS热分析培训手册·2000．5
[28] ANSYS公司北京办事处·ANSYS热分析指南·2000．1
[29] ANSYS公司北京办事处·ANSYS结构场分析指南·2000．1
[30] ANSYS公司成都办事处·ANSYS APDL使用指南·2001．8
[31] ANSYS公司北京办事处·ANSYS建模与分网指南·2000．1
[32] ANSYS公司北京办事处·ANSYS高级技术分析指南·2000．1
[33] 潘家铮·水工建筑物的温度控制·北京：水利电力出版社·1990
[34] 能源部水利部贵阳勘测设计院·碾压混凝土拱坝结构图·1990年8月
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[36] 朱伯芳·有限单元法原理与应用·中国水利水电出版社·1998
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[58] 张富德，李鹏辉，岳斌．碾压混凝土重力坝温控仿真计算与分析．《工程力学》增刊，1999．3
[59] 刘志辉．碾压混凝土拱坝累积应力计算方法及仿真应力场的研究：[硕士学位论文]．清华大学水利水电工程系，1994
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[61] 刘光廷，麦家煊，张国新．溪柄碾压混凝土薄拱坝的研究．水力发电学报，1997(2)：19～28
[62] 李鹏辉．微膨胀碾压混凝土及碾压混凝土拱坝新结构：[博士论文]．清华大学水利水电工程系，2000．1
[63] 刘光廷，邱德隆．含横缝碾压混凝土拱坝的变形和应力重分布，清华大学学报，1996．1，36(1)：20～26
[64] 朱银邦．碾压混凝土拱坝结构措施及应力规律的研究：[硕士学位论文]．清华大学水利水电工程系，1994
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