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本尼特坝

波蒂奇山坝
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本尼特坝又称波蒂奇山坝,距温哥华市约800km。大坝为心墙土石坝。工程的主要用途是防洪和发电,电站共装机10台,设计装机容量241.6万kW。工程于1962年4月开工,1967年大坝建成,1968年开始正式发电。
中文名
本尼特坝
外文名
Portage Mountain
别    名
波蒂奇山坝
最大坝高
183m
库    容
742.5亿立方米
地理位置
加拿大不列颠哥伦比亚省

英文名称

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W.A.C.Bennett Dam

地理水文

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坝址处皮斯河流位于经末代冰期作用形成的岩石深谷中,地形非常适合建水库。
坝基岩层层理清晰,分砂岩、页岩、煤层等。这些岩层形成于白垩纪下绿砂层时期,属于邓利维(Dunlevy)和格斯林(Gething)构造带。岩层中引人注意的是著名的皮斯河煤矿层,厚10~12m,分布在个区域中,是邓利维(Dunlevy)构造带和格斯林(Gething)构造带的分界层。煤矿层之下分别是薄页岩层和砂岩层,煤矿层以上,主要由页岩和薄煤层构成。坝址区地震加速度为0.02~0.11g。
坝址控制流域面积约7000平方公里,多年平均径流量1076立方米/秒,大坝形成的水库称威利斯顿湖,最高水位675.1m,正常蓄水位670.5m,水库有效库容370亿立方米。大坝溢洪道按最大可能洪水9800立方米/秒,最大可能洪量540亿立方米设计。

枢纽布置

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建筑结构

枢纽从左岸起依次为厂房、主坝和溢洪道(见本尼特坝平面布置图)。心墙土石坝坝顶高程679.7m,坝顶长度2042m,坝体体积4373万立方米。坝体左半部向下游弯曲,这种设计是为了使坝身在水压力作用下,增加心墙纵向压应力,以减少横向裂缝的发生。坝体采取分区填筑,中心部分设不透水心墙,心墙上、下游侧各设有反滤层、过渡带和坝壳。坝壳采用内、外壳结构设计,内壳采用级配较好、压实性能较佳的卵石料,以支撑心墙,并阻止心墙裂缝的产生。外壳则采用较大粒径、质地较密实的砂卵石或块石,起护坡作用。坝体上下游边坡坡度分别为1∶2.5和1∶2。为加固坝基和增加坝基的不透水性,在心墙范围内进行了深度为6~9m的固结灌浆,并设置了防渗帷幕。坝体及两岸还设有排水洞和排水孔幕。

泄水建筑物

大坝泄水建筑物由泄水底孔和表面溢洪道两部分组成。2条泄水底孔由施工导洞改建而成,设置底孔的目的是蓄水期间向下游供水,发电后作泄水备用设施。泄水底孔直径14.6m,每个孔内浇筑61m长的混凝土塞嵌在混凝土衬砌上,塞内设2根直径2.1m的钢管道,每根管道内设两道附环滑动闸门,在事故情况下,可以动水关闭。在每根管道的下游端,设一个直径为2.1m的空心锥形阀以控制放水。锥形阀下游40m长的洞段用钢板衬砌,并在离锥形阀14.5m处设置折流环。折流环沿洞周凸入洞内1.37m,上游面坡度为2∶1,下游面坡度为1∶1。折流环的作用是将射出的水流折向洞子中心,以达到在钢衬段内充分消能的目的。为解决锥形阀下游空蚀问题,从泄水底孔紧靠锥形阀下游的顶部到锥形阀下游66m处,挖1条3m直径的旁通风气洞,向锥形阀供气。这种方法还避免了直接从洞外进风,减轻冬季洞内结冰的问题。表面溢洪道是在右岸山坡中开挖出来的,设3扇宽15.2m、高18.8m的弧形闸门。堰顶高程652m,3孔溢流堰内各设3个底孔,分别由宽1.82m、高2.43m的滑动平板闸门控制,闸门的底坎高程为640m。这些底孔的作用是在电厂停机时向下游放水。而当水位达到最高洪水位时,溢洪道最大泄量可达9600立方米/秒,9个底孔泄量为450立方米/秒。溢洪道进水渠为上下等宽断面,进口方向与溢洪道轴线交角为42°,中间用半径为186m的曲线连接,闸墩厚4.5m。宽55m的矩形闸室段与底宽30.5m的梯形泄水槽之间用过渡段连接。梯形泄水槽的边坡是4∶1(垂直:水平),长度444m,纵坡为0.003。最高库水位与挑流鼻坎的落差约为100m;泄水槽与挑流鼻坎的落差是64m。挑流鼻坎在河床之上75m,将水流挑到土坝坝脚下游900m处。

电站厂房

电站厂房为岸边地下式厂房,厂房埋深150m,长270m,宽20m,最大高度46.5m。厂房内装机10台,水轮机为混流式,其中8台额定出力22.7万kW,2台额定出力30万kW,设计水头153m,最大水头168m。转速150r/min。发电机为伞式,额定功率为23.9万kVA。功率因数cosφ=0.95,电压13.8kV。采用单机单洞引水布置,压力管道长240m,其中钢筋混凝土衬砌段长164m,直径5.5m,衬砌厚度60~105cm;钢板衬砌段长76m,直径5.5m,厚度38~51mm。线段连接。

工程施工

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施工计划

大坝基本上是用3个施工季节完成的,包括导流、围堰和基坑开挖、灌浆等工程共用五年半。1962年4月开始打导流洞,一年半完成,1963年9月截流,1964年6月围堰完成,基坑开挖用1年,1965年4月大坝正式大规模施工,1967年9月大坝完成。
大坝填筑总量4370万立方米,年、月、日平均强度为1440万、216万和8.6万立方米,年、月、日最高填筑强度为1750、290、12.5万立方米。高峰施工人数为1620人。溢洪道开挖覆盖层122万立方米,开挖石方130万立方米,浇筑混凝土10万立方米,地下厂房洞挖工程量为80万立方米,在24个月内完成,月平均强度3.2万立方米,高峰施工人数为1000人。工程采用全年隧洞导流方式,隧洞布置在右岸山体540~570m高程之间,为3条直径14.6m的马蹄形混凝土衬砌隧洞,共长2340m,洞身纵坡0.0095,进口段坡度稍陡,出口段为倒坡。设计流量7650立方米/秒,相当于15年一遇。满流时隧洞过流流量可达9050立方米/秒,施工期间经受了50年一遇的洪水,过流峰值达8840立方米/秒。1968年,导流隧洞进行了改建,其中2条改建为泄水底孔,1条留作扩建电站的引水洞。

工程用料

工程选用单料场的混合料作为筑坝材料。混合料约有一半直接上坝,其余一半在坝区筛分厂过筛、掺合,存入成品料堆,作为心墙、反滤和排水材料。施工采用6条用钢丝加强的1.66m宽皮带将材料由料场运至坝前,再转装至100t底开卡车上坝,用推土机帮助散料。实际达到的最高日强度为125000立方米。 主坝施工采用分区填筑碾压方式,其中心墙采用50~75t气胎碾,每层铺土厚25cm,碾压4遍;坝壳采用振动平碾,根据材料不同铺层厚度为15~60cm(过滤料为15cm,砂砾料30或45cm,堆石料为60cm),碾压2~8次。