柯恩布賴茵壩

柯恩布賴茵壩

Kolnbrein Dam

概述

柯恩布賴茵壩位於奧地利南部克恩滕州馬爾塔(Malta)河上，距離最近城市為格明德(Gmund)市。雙曲薄拱壩。壩高200m，工程主要用於向下游3個電站群供水和發電。電站總裝機容量88.1萬kW，年總發電量13.4億kW·h(含抽水蓄能部分裝機39.2萬kW，年發電量4.4億kW·h)。大壩於1974年開工，1977年竣工。 壩址處河谷開闊，為"U"形河谷，谷底寬約150m，兩岸岸坡平緩，右岸壩肩坡度約40°，左岸壩肩坡度約38°。壩址基岩為花崗片麻岩，地質構造比較單一，僅存在較小的斷層和少量節理。 壩址以上控制流域面積132km2，年徑流量2.43億m3，水庫有效庫容2億m3，正常蓄水位1902m，最低運行水位1730m，最低基礎高程1702.7m。

樞紐布置

工程主要建築物包括大壩、下庫大壩、泄水建築物、發電引水隧洞和一、二、三級電廠等。 大壩壩頂長620m，底厚36m，頂厚7.6m，最大壩高200m，體積160萬m3。右岸設有岸邊溢洪道，壩體內設泄水底孔和排沙孔，泄量分別50m3/s和15m3/s。 本工程共建三級電廠。一級電廠通過2.5km長的隧洞從主要調節水庫引水，利用水頭170m，裝2台6萬kW可逆式水輪發電機組(水泵功率10.2萬kW)。尾水泄入下水庫，下水庫也在馬爾塔河上，庫容0.044億m3。下水庫大壩為土石壩，壩高50m。 第二級電廠自第一級電廠的下水庫取水。引水隧洞全長20.6km，內徑4.9m，利用水頭1102.6m。在隧洞中點處設有一個中間調節池，可蓄水180萬m3。電廠內裝4台18萬kW機組，總裝機容量72萬kW，其中2台為可逆式機組，水泵功率29萬kW，抽水流量25m3/s。第二級電廠注入默爾河上的下水庫，其庫容為0.005億m3。 第三級電廠通過2.1km的渠道和1.50km長的隧洞從默爾河上的下水庫引水，利用水頭45m，裝機4.1萬kW，尾水排入德拉瓦河。 三座電廠的運行，全部自動化，由中心調度所實施遙控。調度所通過一台專用電子計算機，對調度命令、測量資料、儀表讀數等加以處理後發出操作指令。

工程施工

工程採用隧洞導流方式，導流隧洞布置在右岸。 混凝土壩體澆築採用2台單索纜機進行，其跨度為800m，吊鉤載重26t，即9m3混凝土。纜索直徑10cm，每一個纜機塔架可沿著180m長的軌道單獨移動。2台纜機可控制全部澆築區，不需要其他吊車。工地上的3台14.4t移動式吊車，用來拆卸模板，移動式吊車可用纜機從一個澆築面運到另一個澆築面。 混凝土澆築強度為7000m3/d(3班)，14.8萬m3/月。由於氣候條件差，每年只有6個月可施工。1976年(到9月以前)一年澆築混凝土76.5萬m3。 澆築層高60cm，用小推土機平倉。採用懸臂式模板，裝拆時間比一般模板快40%。 混凝土骨料在壩址附近開採，含有較多雲母以致變形模量較低，約16000～23000MPa，設計中採用23000MPa。內部混凝土的水泥用量為180kg/cm3，表層混凝土228kg/cm3，水泥中摻有30%的粉煤灰。混凝土抗壓強度內部為22MPa，外部為30MPa，後期強度36MPa。 灌漿帷幕面積47000m2。共鑽孔13500m(包括鋪蓋灌漿在內)。地基處理耗用水泥約440t。此外，還進行了局部固結灌漿，共鑽孔243個，總長度11400m，耗用水泥28.8t。排水孔平均深度為30m。

其他

1.出現的問題及其處理措施 1977年，在水庫第一次蓄水期間，當庫水位達到1860m高程，即最高運行水位以下42m時，上游壩踵出現了裂縫。約200L/s的滲漏水沿著壩體中部的裂隙滲入檢查廊道。與此同時，壩基揚壓力大增。據此推斷，灌漿帷幕已遭破壞，可能已被剪斷。為此，對造成這個問題的原因進行了調查和研究。 柯恩布賴茵壩是一座很高、極薄的重載結構物，由於河谷底部平坦，壩體下部幾乎不可能發揮其拱作用。最高水位時的水壓力在靠近基礎的中心梁中產生的橫向力極大，其峰值約為7000t/m。相應的平均剪應力為2MPa。從理論上講，該峰值高出了50%，接近於混凝土的極限抗剪強度。 此外，壩體的垂直剖面形狀即使只在自重的作用下也會在下游側的下部產生拉應力；壩段之間垂直施工縫的灌漿不可避免地會使接縫張開，從而使壩體向上游變形，增大上述的拉應力。 在多種因素的作用下，形成了一些近水平的裂縫，混凝土澆築層間的接縫張開，從下游壩面開始延伸至混凝土壩體很深的部位。 這些裂縫將改變壩體橫斷面的剪應力分布，在縫尖產生應力集中，並達至極高的強度，從而在上游壩踵中產生傾斜裂縫。 為了減少壩基的滲漏水並降低揚壓力，採取了以下措施：①1979年採用水泥灌漿加固灌漿帷幕，鑽排水孔降低揚壓力；②1980～1981年採用了聚氨基甲酸脂樹脂灌漿和設定冰凍阻水帷幕；③1981～1983年在壩前谷底設定了用塑膠薄膜覆蓋的混凝土鋪蓋；④1984～1985年重新進行了帷幕灌漿。 此外還在壩體下游設定一座厚實的拱形重力結構，作為止推座支撐拱壩。止推座將承受一部分水荷載(1.2×106t)，從而明顯減少了壩體懸臂樑中的橫向力。 在壩體和止推座之間設定600多塊氯丁橡膠緩衝墊板，以確保拱壩在未載入時易於調整。止推座重量極大，可有效地改善壩體下游岩體的應力和穩定性條件。