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丹尼尔·约翰逊坝

2020-04-09 21:01

位于加拿大马尼夸根(Maricouagan)河上,是河流梯级开发最上游的一级,为世界上最高的连拱坝,又名马尼克Ⅴ级坝(Manic ⅤDam)。最大坝高214m,大拱底部最低高程200m,大坝混凝土方量为226万m3。水库库容1 419亿m3,有效库容375亿m3。工程主要用于发电,第一期地面厂房,水电站装机容量为1 344mW(8台168mW 机组);第二期地下厂房4台机组,装机容量为1080MW。

坝址位于狭窄河谷,狭谷深50m,谷顶宽约45m,底部宽1~2m,覆盖层深度约为50m。坝基基岩主要为片麻岩,节理较发育,表面有张开裂缝,到下部闭合,有3条小断层通过,破碎带最大宽度为1m。

坝址处控制流域面积约11 300km2,多年平均流量677m3/s,采用10000年一遇洪水设计。

工程主要建筑物有:混凝土高连拱坝、左岸引水发电系统与地面厂房、地下厂房、溢洪道等。枢纽布置和下游立视见图。

连拱坝由拱圈、坝垛和坝顶3部分组成,坝顶长1 314m,拱顶厚度6.5m,拱底厚度25m。大坝设有13个拱、14个坝垛,中间河床部位为大拱,跨度为1 65m,其余左边7个拱和右边5个拱,跨度各为76m。坝垛分为两种,大拱的坝垛为斜向垛,其余的坝垛垂直坝轴线。坝顶部分坐落在拱和垛上,成一直线。大拱上游面为圆柱曲面,坝坡为1∶0.6,下游面为圆锥曲面,坝坡为1∶0.7466,其余拱上下游面均为圆柱曲面,上下游坝坡分别为1∶0.6和1∶0.4766。所有的拱圈均坐落在垛的斜面上,并在垛上游面上设有过渡块,其接触部位有抗剪键槽和可重复灌浆的系统,使大坝成为一个整体。

大坝抗滑稳定分析的荷载包括自重、水压力、冰压力和温度应力。混凝土的容许抗压强度要求不超过9.5mPa,规定混凝土90 d龄期的最低抗压强度为30.6mPa,安全系数在3以上。抗滑稳定总的水平推力与垂直压力之比要求不大于0.75。大坝应力分析采用各种不同的假定、不同的计算方法和模型试验加以综合分析。模型比例尺为1∶200,取用中间河床部位大拱和左右两侧各3个拱,7个拱和坝垛长为440m,上下游方向宽210m,坝基深度取为30m。模型用熟石膏及掺合料制成,弹性模量取较低值(1.16 GPa),泊松比近似按混凝土取值(0.7)。模型材料的具体组成是:水700 L,熟石膏433kg,掺合料231kg,缓凝剂0.205kg。模型加载分水压力和自重两部分,自重约为水压力的50%。

丹尼尔·约翰逊坝枢纽布置及下游立视图(单位:m)

1—放水孔;2—排水廊道;3—检查廊道;4—导流隧洞;5—垂线和电梯井;6—全坝线灌浆帷幕;7—帷幕下游排水孔幕;8—发电进水口;9—调压井;10—地面厂房;11—围堰

针对坝基的实际地质问题,主要采取了以下处理措施:①全部清除河床部位50m深的覆盖层,用混凝土回填到高程200m;②对大拱右侧坝垛和相邻的两个坝垛基岩下21m深的缓倾角夹层全部挖除;③挖除坝基下相交小断层的上部三角体,并回填混凝土;④进行深为15m的坝基固结灌浆;⑤进行孔深为1/2水头的防渗帷幕灌浆;⑥设置排水孔幕,孔深为1/3水头、孔径为76mm、孔距为3m。

大坝混凝土浇筑使用了3套载重量为20 t、跨度为1 100m的缆机。混凝土最高月施工强度为10.5万m3,最高年强度为40万m3。大坝一般浇筑层厚为1.5m,浇筑块长13.7m,但对大拱的浇筑层厚增加到1.8m。

大坝安全监测设置了三角网控制系统、精密水准控制系统和垂线观测系统,用以测量坝和基础的变形。

工程于1962年开工,1968年第一期工程建成,1989年工程全部完工。

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