莫瓦桑坝介绍

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m3增加到211万m3，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100m3／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100m3／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140m3／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34.5m3／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29m3／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10m3／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m3)，左岸一次爆除10万m3，河床一次3.3万m3，共计20.3万m3。

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／cm2。

主灌浆帷幕面积24.9万m2，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m2，
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／m3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／m3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3m3拌和机，混凝土系统最高日产量8000m3，用汽车转送到6m3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8037m3，最大月浇筑强度10万～12万m3，最大年浇强度77万m3。

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。

其他
1.大坝加高
为了增加冬季发电量，1989～1991年将该坝加高了13.5m。

加高坝部分的混凝土量为8万m3，约为老坝混凝土量的4％，可增加库容0.27亿m3。

加高大坝采用了以下处理办法：结合面处理：①凿除老坝坝顶混凝土和一定深度的坝体混凝土；②用高压水冲洗结合面并保持湿润的混凝土表面；③在浇筑混凝土之前，铺5cm厚一层砂浆。

在现场做不同配合比的砂浆试验，得出最合理的砂浆比，每立方米砂浆用600kg普通硅酸盐水泥。

在铺完砂浆层后应在1h内浇筑上部混凝土。

混凝土浇筑：①混凝土浇筑分块宽18m，水泥用量250kg／m3，不进行预冷处理；②混凝土浇筑层高2.7m，分5次浇筑，每次厚度为50～60cm；③对混凝土浇筑层表面要凿毛，清洗和洒水；④在浇筑下一层混凝土之前铺设3cm厚的砂浆，水泥用量600kg／m3。

垂直接缝：①靠近上下游面设置止水带，并与老坝垂直止水相连接；②在交通洞周围设
止水带；③设置灌浆系统；④在坝块接缝处设置球形抗剪键；⑤垂直接缝灌浆选在1991年5月底至7月初。

施工质量控制：施工时凿除老坝坝顶混凝土很困难，最后只得采用重型开挖设备，这样可能会影响到结合面下部的混凝土。

因此要严格控制结合面和精心地用高压水冲洗。

上下游坝面结合面必须采用锯齿状开挖，使混凝土不剥落，形成可靠的结合面。

在施工时进行了系统的混凝土质量控制测试，圆柱体(160／320mm)试样7、28、90d平均抗压强度分别为19.6、25.4、29.7MPa，360～580d龄期的混凝土，平均抗压强度为35MPa，离散度Cr为9.6％，从加高坝体上取样获得的试验数据与上述数据相符，证明加高坝部分混凝土施工质量是良好的。

2.大坝安全监测
莫瓦桑坝(老坝)埋设了以下监测仪器：①4条垂线，其中2条深入坝基70m处；②34个测斜仪；③38个应变计；④14个渗压计；⑤22个渗流计；⑥温度计；⑦大地测量标点和水准点。

坝体位移由高程1957m处垂线量测的坝体最大位移为92mm(1974年9月)。

大坝工作状态分为3个阶段：1958～1967年处于弹塑性状态，1968～1973年进入近乎弹性状态，1974年完全处于弹性状态。

坝体位移在首次蓄水时倾向左岸，以后坝向上游和左岸位移，最后向左岸位移。

其原因是左岸的岩石弹性模量比右岸低。

经大地测量核实垂线成果，两者均在允许误差范围内。

基础渗水和扬压力。

自大坝蓄水以来，渗水量逐年减小。

1962年最大渗水量为4.5L／s。

1972年以后渗水量少于1.8L/s，约为最初渗水量的1／3。

在渗水量减小的情况下，未发生过扬压力增大问题。

自1974年起，量测的扬压力始终有所减小。

库岸稳定。

该坝左岸厚堆积层处有一滑坡体，该处边坡1：1.5，为此设立了大地测量网测点和安置钻孔测斜仪。

监测表明：①堆积层处于水饱和状态，特别是雪融后，有发生下滑的可能；②其下滑速率低于0.1mm／d，库岸稳定是安全的。

大坝加高后，除延长测垂线外，增设了遥测测缝计压力计、温度计，监测结果证明加高坝体性态是正常的。