奇爾克伊水壩

樞紐主要建筑物由高混凝土雙曲拱壩、壩后式廠房和泄水建筑物等組成。

拱壩由拱形體、底部混凝土楔形體(墊座)和右岸重力墩座組成。拱形體采用對(duì)稱的雙曲形，拱形體與底部楔形體采用柔性連接，拱頂厚6m，拱底厚30m，壩底厚76m，壩體厚高比0.327。拱形體有效高度184m，拱體總高度232.5m，壩頂弧長(zhǎng)333m(包括右岸重力墩在內(nèi))。

水平拱曲線采用圓形結(jié)構(gòu)，外半徑108.8~181.8m，中心角107°~116.3°，壩體混凝土量136萬(wàn)m，整個(gè)壩體設(shè)有輻射形徑向分縫，將壩體分為18個(gè)壩段，每一壩段寬16.5m。在壩段之間設(shè)有梯形鍵槽交錯(cuò)接合。壩體排水系統(tǒng)，在不同高程上分別設(shè)有6層廊道。拱壩墊座高48m，頂寬45m，底寬76m，平面上為梯形，緊嵌在河谷內(nèi)。墊座底部設(shè)有縱向排水廊道，以降低揚(yáng)壓力。防滲帷幕深70m。兩岸設(shè)4層灌漿平洞，帷幕深入左岸150m，深入右岸250m。固結(jié)灌漿深15~20m，左岸壩頭沿原有的裂隙部位專門(mén)進(jìn)行了錨洞加固處理，錨洞共有35個(gè)，分為6層水平方向布置，深40~50m，其中32個(gè)錨洞斷面尺寸為4m×4.7m，3個(gè)錨洞為3m×3.5m。每洞埋有32根直徑為53mm的高強(qiáng)鋼筋，每根鋼筋預(yù)應(yīng)力為500kN。

水電站為壩后式廠房，緊貼拱壩底座下游面。廠房?jī)?nèi)布置4臺(tái)單機(jī)容量25萬(wàn)kW的PO-230/989Б-B-450型混流式水輪機(jī)，總裝機(jī)容量100萬(wàn)kW，發(fā)電機(jī)為ВГСФ930/233-30型，水電站最大水頭205m，水輪發(fā)電機(jī)組采用雙排布置，尾水管平行兩層布置。廠房由兩個(gè)主機(jī)室組成，廠房長(zhǎng)62.3m、寬19.6m、高16.9m。4個(gè)高64.5m，寬20m的進(jìn)水口貼合在上游面上，4條水輪機(jī)引水鋼管為壩后背管式，直徑5.5m。管壁上段厚14mm，下段厚46mm，外包1.5m厚的鋼筋混凝土，引水流量150m/s。主變壓器布置在廠房頂上，兩個(gè)副廠房與主機(jī)室縱向外墻相接。

泄洪建筑物布置在河床左岸，距拱壩85m處，由直徑9m的導(dǎo)流隧洞改建而成，進(jìn)口采用斜井，堰頂高程低于壩頂18.5m，設(shè)有2扇弧形閘門(mén)，進(jìn)口段斷面20.5m×19m，由馬蹄形斷面過(guò)渡到圓形。隧洞傾斜段寬13.5m，水平段寬9.3m，為無(wú)壓隧洞，長(zhǎng)509m，后接144m長(zhǎng)的明渠，下泄設(shè)計(jì)流量2400m/s，最大校核流量(萬(wàn)年一遇)2900m/s。水庫(kù)蓄水初期，為防止洪水漫過(guò)正在施工的壩頂，水平段前面有臨時(shí)泄洪洞與其相接，以宣泄洪水，以后再封堵。泄洪洞出口連接段為側(cè)泄式挑流鼻坎，末端長(zhǎng)77m。

在非常深窄的峽谷內(nèi)，為使廠房盡少嵌入，以節(jié)省混凝土澆筑量和土石方開(kāi)挖量，采取機(jī)組雙排布置和尾水管雙層布置方式，在世界上尚屬首次。兩臺(tái)機(jī)組連續(xù)排列使廠房長(zhǎng)度幾乎縮短一半，尾水管出水不會(huì)造成水輪機(jī)工況惡化。由于相鄰機(jī)組水流噴射的影響，水輪機(jī)效率系數(shù)卻有所提高，同時(shí)減少石方開(kāi)挖量32萬(wàn)m，減少混凝土澆筑量9萬(wàn)m。

河床混凝土墊座抗滑穩(wěn)定是按擋水建筑物設(shè)計(jì)的，內(nèi)設(shè)縱向小廊道，以減少底部揚(yáng)壓力，墊座迎水面向上游伸出15m，以保證墊座上有必要的水重。墊座為大體積混凝土剛性楔形體，可改善拱壩的應(yīng)力狀態(tài)，使其相鄰的拱厚減少到30m，也為水輪機(jī)引水鋼管順壩體下游面提供了布置條件，不僅改善了壩體的應(yīng)力狀態(tài)，也大大簡(jiǎn)化了施工，減少混凝土澆筑量17萬(wàn)m，減少石方開(kāi)挖量7萬(wàn)m，減少基礎(chǔ)灌漿1.9萬(wàn)m。

鑒于壩區(qū)的地震強(qiáng)度，每臺(tái)水輪機(jī)進(jìn)水口均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與拱壩上游面整體連接，并向下游傾斜30°，與拱壩上游面輪廓重合，這樣可提高進(jìn)水口和壩體抗震性能，與直立式進(jìn)水口相比可減少混凝土方量9000m，節(jié)約鋼材450t。

壩后式廠房水輪機(jī)引水鋼管通常都布置在壩體與廠房的接縫處，設(shè)有溫度伸縮節(jié)，但奇爾克伊水電站水輪機(jī)引水鋼管(壩下游面背管)與廠房段銜接處未設(shè)伸縮節(jié)，運(yùn)行效果良好。

泄水建筑物末端設(shè)置側(cè)面泄流的鼻坎挑流是該壩又一特點(diǎn)。在下泄流量與水頭變化較大的情況下，這種挑流方式可使水流沿河床均勻分布，加上大量摻氣，降低了對(duì)河床的動(dòng)力作用。

奇爾克伊水壩位于格魯吉亞北高加索蘇拉克(Сулак)河上，是蘇拉克河及其支流水能利用規(guī)劃10級(jí)開(kāi)發(fā)方案中工程量和裝機(jī)容量最大的一座水電站?；炷岭p曲拱壩，最大壩高232.5m，水電站裝機(jī)4臺(tái)，單機(jī)容量25萬(wàn)kW，總裝機(jī)容量100萬(wàn)kW，多年平均發(fā)電量21.4億kW·h。水庫(kù)總庫(kù)容27.8億m，為季調(diào)節(jié)水庫(kù)。工程以發(fā)電為主，承擔(dān)北高加索聯(lián)合電網(wǎng)的尖峰負(fù)荷，兼有灌溉和防洪等綜合經(jīng)濟(jì)效益。工程于1963年開(kāi)工，第一臺(tái)機(jī)組于1974年投入運(yùn)行，1977年竣工。

壩址地處狹窄的"V"形河谷，兩岸陡峭，近于垂直，高約200m，峽谷底寬僅12~15m，頂寬約350m。壩址基巖主要為上白堊紀(jì)片狀薄層石灰?guī)r，巖性堅(jiān)硬，微向上游傾斜偏右岸，夾有薄層致密堅(jiān)硬的泥灰?guī)r、泥灰質(zhì)和泥質(zhì)粘土，兩岸構(gòu)造裂隙和卸荷裂隙發(fā)育，與泥化夾層組合構(gòu)成潛在的不穩(wěn)定巖體。壩區(qū)地震烈度為8度。

壩址以上集水面積1.3萬(wàn)km，年平均徑流量50.8億m，年最小徑流量41.07億m，年最大徑流量70億m，千年一遇最大設(shè)計(jì)洪水流量2650m/s，萬(wàn)年一遇校核洪水流量3550m/s，水庫(kù)總庫(kù)容27.8億m，有效庫(kù)容13.2億m，水庫(kù)正常蓄水位高程355m，水庫(kù)面積42.5km，河床水位變幅18m。壩址年平均固體徑流量2100t。壩區(qū)屬大陸性氣候，年平均氣溫12℃，年最高氣溫37.9℃，年最低氣溫-35.5℃。

工程石方開(kāi)挖量250萬(wàn)m，土方填筑量32.7萬(wàn)m，石方填筑量1萬(wàn)m，壩體混凝土澆筑量136萬(wàn)m。

采用隧洞導(dǎo)流施工方案，導(dǎo)流洞布置在河床左岸，為無(wú)壓隧洞，全長(zhǎng)728m，剖面130m，設(shè)計(jì)流量1550m/s。圍堰分兩期施工，枯水期采用定向爆破修一條高度不大的堆石圍堰，作臨時(shí)擋水，然后再筑上游混凝土拱圍堰，高41m、頂長(zhǎng)40m。下游圍堰為混凝土重力式圍堰。壩體橫縫間距15m，澆筑塊長(zhǎng)度為壩體的厚度，澆筑塊面積沿高度變化，底部為255m，頂部為100m，采用小型起重機(jī)安裝移動(dòng)式懸臂模板，平倉(cāng)和振搗采用裝在推土機(jī)上的振動(dòng)器組。壩體采用300號(hào)混凝土，水泥用量280~300kg/m，骨料用人工破碎的石灰?guī)r，最大粗骨粒粒徑80mm，從4~10月中進(jìn)行人工冷卻，水溫2°C，粗骨料5°C。混凝土初始溫度為12°C。碎石采用封閉式料倉(cāng)通氣冷卻。壩體澆筑層布置冷卻水管，當(dāng)壩體溫度降到7~10°C后對(duì)橫縫進(jìn)行水泥灌漿。工地設(shè)有兩座連續(xù)性混凝土拌和廠，2×1.2m和4×2.4m?；炷吝\(yùn)輸采用БЕ1A2-540型自卸車(chē)，容積8m?；炷翝仓捎?臺(tái)25t起重機(jī)和跨距500m的纜機(jī)，料罐容積8m，最高月澆筑強(qiáng)度43185m，最高年澆筑強(qiáng)度54萬(wàn)m，壩體月上升高度4.12m。