莫瓦桑坝
概述莫瓦桑坝位于瑞士瓦莱州、罗讷河支流德朗斯(Drance)河上,距离最近的城市为菲奥奈(Fionnay)市。混凝土双曲拱坝,初期坝高237m,后加高到250.5m,有效库容2.05亿m3。共有3座电站,即尚里翁(Chanrion)电站,装机3万kW;费奥奈(Fionnay)电站,装机12.9万kW;里德(Riddes)电站,装机22.5万kW。3座电站总装机容量38.4万kW。工程于1951年开工,1958年建成。1989~1991年大坝加高。
坝址处于阿尔卑斯山区基岩为石灰质变质片岩,坚固均匀,但节理发育。基岩弹性模量约10~150000MPa。河床有约40m厚冰碛岩覆盖层。岩基渗透性相当高,尤其是冲积层底部。地震烈度为8度。
坝址以上集水面积为114km2,其中77km2为冰川所覆盖。除冬季(10~次年5月)外,该河流量全年分布比较均匀。地处高寒区,平均气温在0℃左右。
为了增加入库流量,在大坝左右岸各建一条引水隧洞,将6条小支流的水引入水库,这样集水面积增加到167km2,入库平均年径流量为2.5亿m3。
水库蓄水面积为2.26km2。最高库水位1975m,最低库水位为1810m。
枢纽布置工程主要建筑物包括大坝、泄水表孔、泄水中孔、泄水底孔、发电引水系统和厂房等。
大坝坝顶高程为1976m。坝顶长520m,坝顶厚12m,坝底厚53.5m,坝顶拱圈半径273m,相应中心角110°。河谷宽高比为2.076。大坝加高后体积由原来的203万m增加到211万m,老坝设计时的应力控制标准为:库满拱冠应力为7MPa,自重作用下,下游坝趾压应力为5.2MPa,温度压应力为1.0MPa,坝基因变形产生的应力1.0MPa,地震应力2.0MPa。在正常情况时荷载组合坝体最大压应力为8.5MPa,考虑地震后为10.5MPa,最大拉应力不超过1.5MPa。
泄水表孔设有3个虹吸道闸门,通过一条短隧洞在闸室下游与中部泄洪隧洞相连,泄量为100m/s。
泄水中孔位于右岸,设有两扇高压平板门,尺寸为1.8m×2.25m,泄量100m/s;泄水底孔由导流隧洞改建而成,长1145m,装2扇平板门,尺寸为1.8m×2.25m,
泄量140m/s。
引水式电站包括:
(1)菲奥奈(Mauviosin Fionnay)电厂为地下式厂房,长50m,宽12.7m,高24m,其引水隧洞长4755m,坡度为5.5‰,直径3.2m,混凝土衬砌后渐变为3.06m(配筋喷浆衬砌),输水量为34.5m/s。进水口在左岸大坝附近上游天然河床上。压力斜井用钢板衬砌,长443m,内径2.4m,坡度80%。该电厂利用水头474m,装3台机组(单机容量4.3万kW),总装机12.90万kW,变电站为露天式。
(2)里德电厂为地面厂房,利用一条长14.7km,直径3.1~3.25m的隧洞将水从菲奥奈引到罗讷河谷。调压井为上下扩张式。压力管道前257m处在岩石中,后1768m处于露天。引用流量29m/s,水头1016m。厂房安装5台机组,单机容量4.5万kW,装机容量22.5万kW。
(3)尚里翁电厂为地下式厂房,布置于右岸近坝区。引用流量10m/s,水头366m,装2台1.5万kW机组。
工程施工坝基岩石开挖深度以达到新鲜的坚硬岩石为标准。左岸岸坡水平开挖一般17m左右,右岸坡一般15~25m,河床部位一般7~10m。坝基岩开挖采用大石方爆破方法在高坝建筑史上是首次。右岸钻孔41个,钻孔平行于设计开挖线,钻孔斜度50°~55°,长度为80~130m,前后孔距4m,侧向间距5m,总进尺4500m,左岸5个阶梯,最深钻孔70m,孔距与右岸基本相同,总进尺约6000m。右岸用炸药1.97万kg,左岸用3.2万kg,右岸一次即将100m(长)×50m(宽)×20m(深)的岩体炸掉(爆破方量7万m),左岸一次爆除10万m,河床一次3.3万m,共计20.3万m。
先钻直径为65mm、孔距为36m的试验孔,采用1、2、3MPa的压力进行压水试验,以决定灌浆范围,而后采用6MPa压力进行灌浆;中间加孔,孔距12m,孔径45mm;补孔、孔距6m;钻检查孔,孔径65mm。左岸从谷底中心开始,吸浆量从97t逐渐减少到17t,右岸吸浆量从107t逐渐减少到12t,即平均吸浆量为226kg/cm。
主灌浆帷幕面积24.9万m,钻孔总进尺为40000m。辅助灌浆帷幕深40m,通过扇形布置的钻孔灌浆,钻孔间距3~6m,灌浆压力一般为2~6MPa。辅助灌浆帷幕面积为2.5万m,钻孔总进尺12000m。
为了加固岩石和使坝基应力分布均匀,在坝趾处进行了固结灌浆。固结灌浆在下游坝基廊道内进行。固结灌浆深度约10m。灌浆范围在坝基下游1/3的范围内。
固结灌浆钻孔总长度15000m。经过以上灌浆处理,坝基吸水量降为1Lu。
骨料采用河床冲积层料和冰碛岩料,从上游开挖后运到下游,大于120mm的骨料用碎石机轧碎。骨料分为4级:120~60mm、60~30mm、30~10mm、10~4mm、砂为4~0.1mm。
水泥采用缓凝低热水泥。混凝土采用两种标号:内部混凝土,水泥175kg/m加水115kg(4级骨料和砂的配合比分别为25%、19%、22%、9%、25%);上游面4.5m深及下游3.5m深处,水泥250kg/m加水120kg(4级骨料和砂的配合比分别为25%、20%、22%、9%、24%)。
混凝土拌和厂有5台3m拌和机,混凝土系统最高日产量8000m,用汽车转送到6m卸料罐。用3台20t辐射式缆机浇筑混凝土。混凝土入仓后用推土机铺平,浇筑层高3m,共分6层,每50cm一层。用装有4台振捣器的推土机振捣30s。采用直径为22mm的冷却水管,利用河水冷却混凝土,水温2~6℃。坝体冷却到1985年为5~7℃。冬季仓面保温用50cm厚砂层,侧面未考虑保温。大坝安排在3个夏季浇完。混凝土施工每天分两班进行,最大日浇筑强度8037m,最大月浇筑强度10万~12万m,最大年浇强度77万m。坝体在高程1815m以下设有一条纵缝,在并缝处设一廊道。横缝为径向布置,间距18m,无键槽,用钢模浇筑混凝土。