岭澳核电站海域工程防波堤设计

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岭澳核电站海域工程防波堤设计

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-19 1816


岭澳核电站(二核)海域工程位于南海北部大亚湾的西南部,在大亚湾核电站(一核)的东侧, 两者相距约1公里。海域工程是保障核电厂安全运行的重要组成部分之一。它主要由核电厂的循环冷却水和核安 全用水的取排水设施及海工防护建筑物所构成。设计内容包括防波堤、护岸、排水渠防渗隔 热设施和取排水交叉构筑物等。防波堤主要用于保护厂区和取排水构筑物免受波浪的袭击,保护泵房取水不受波浪的影响; 排水渠和取排水交叉构筑物主要用于把撘缓藬排放的热水与摱藬泵房抽取的海水分开 ,防止形成冷热水短路。该工程于1996年4月完成初步设计,目前厂区陆域回填、排水渠护岸和防波堤主体工程施工 正在进行,海域工程总工期约6年,其中防波堤约为2年。

设计标准的确定

由于核电厂和常规的火电厂不同,它对安全性的要求非常高,因此,核电厂海工建筑物的设计标准也应与常规的港工建筑物不同。下面就其设计水位、设计波浪、防波堤越浪量和抗震 等标准的确定进行分析和阐述。

设计波浪标准

211 设计波浪的重现期

(1)我国《港口工程技术规范》(1987)中规定,对一般港工建筑物规定为五十年一遇;

(2)国外海工建筑物的标准一般为五十年至一百年一遇;

(3)本工程对海域工程防波堤设计波浪重现期的标准确定为一百年一遇。根据波浪统计分析 结果,百年一遇与五十年一遇波高的比值约为11。

212 设计波浪的累积频率

(1)我国《海港水文》规范中,对斜坡式防波堤规定采用有效波H13%(即H1/3 );对直立式防波堤和斜坡堤胸墙规定为H1%;

(2)国外有关规范如英国《海工建筑物》(BS6349-7),对斜坡堤设计波浪的标准规定 为H4%(即H1/10);

(3)《滨海核电厂厂址设计基准洪水的确定》(HAF0111)中,设计波浪的标准对一般安全物项按如下规定:刚性构筑物为H1/100 (即H04%);半刚性构筑物为H1/100~H1/3;柔性构筑物为H 13%。但对核 安全重要物项则规定设计波浪的标准均为H1/100;

(4)本工程防波堤设计波浪的累积频率确定为:对斜坡式防波堤取H4%;对直立式防 波 堤(含斜坡堤胸墙)取H1%。另外按HAF0111的标准,用H1/100的波浪, 复核防波堤结构的稳定性,以保障防波堤的基本防护功能。

213 施工期设计波浪的标准

由于本海域工程地处台风多发区,因此设计中规定在施工期,对斜坡式防波堤其设计波浪的 重现期可按五年一遇,H13%;直立堤可按十年一遇,H1%。用以复核施工 期防波堤断面的稳定性和控制施工速率及采取必要的防台措施。

设计水位标准

221 有关的规定

(1)我国《海港水文》规范中规定,设计高、低水位可分别采用历时累积频率的1%和历时累

由于防渗土工膜具有拉伸强度好,冲击强度高,防渗透、耐酸碱、耐热、耐候、耐磨等特性,防渗土工膜在沿海地区建筑行业得到大量的应用。同时也在江河堤坝、水库、引水隧道、公路、铁路、机场、地下、水下等工程广泛使用。土工膜已成为现代化国民经济建设的重要物资。并介绍有关防渗土工膜的生产技术。随着沿海地区经济建设的飞速发展,房地产开发渐升温,宾馆饭店、豪华住宅、写字办公楼鳞次栉比,层出不穷,海边新建的公寓、疗养院也为数不少。但由于沿海地区地势凹,地下水向上渗透。严重影响建筑施工。采用压延双向拉伸工艺生产的防渗土工膜,由于具有拉伸强度好、冲击强度高、防渗透、耐酸碱、耐热、耐候、耐脚损等特性,被用来阻隔地下水向上渗透。使其在建筑施工中得到人们的应用。施工单位根据建筑工地面积大小,将防渗土工膜用高频焊接或胶带粘合的方法粘成一体,铺在夯好的基础上,上面铺以沙土垫层,土工膜就被留在建筑基础下。从严格意义上讲。防渗土工膜的质量会影响到建筑物的施工质量。

积频率的98%的潮位;校核高、低水位分别采用重现期为五十年一遇的高、低潮位。

(2)英国《海工建筑物》标准中规定,大浪与高潮的出现是相关联的。应考虑同一重现期的 波浪与高潮同时发生的不利情况。

(3)HAF0111标准中规定,对开敞式海岸要考虑可能发生的最大风暴潮与可能最大洪水同时发 生的低超越概率的高潮相结合等不利情况。

222 本工程设计水位的确定

本工程设计水位的确定综合考虑了上述各种可能发生的不利情况,水位以撝榻济鏀 为准。设计基准洪水位(DBF):635m(为可能最大风暴潮PMSS530m加10%超越概率高潮位105m) 。

设计高水位:289m(为百年一遇高潮位)

设计低水位:-218m(为百年一遇低潮位)

校核高水位:370m(为百年一遇增水加天文最高潮位)

计算高水位:087m(历时1%)

计算低水位:-116m(历时98%)

平均海平面:-020m

越浪量标准

由于防波堤背后为排水渠,堤后210m为厂区护岸。其堤顶允许越浪量的标准,参考日本合 田良实提出的越浪破坏极限值,如表1:

类别 护面设施越浪流量 米3/米•秒

海堤堤顶、里坡无护面设施堤顶有护面层、里坡无护面层外堤、堤顶内坡均有护 面0005以下护岸堤顶无护面堤顶有护面00502由于防波堤距离护岸较远,因此本设计确定,在设计高水位及相应百年一遇波浪作用下,防 波堤顶部的允许越浪量不大于02米3/米•秒,此时还要求堤顶越浪在排水渠内产生的 再生波高H13%≤10m。对在校核情况下堤顶越浪的要求适当放宽,即不允许有成 层水体越过堤顶,但出现这种情况的概率是极小的。对进水渠处的防波堤段,其顶部允许越浪和产生再生波的允许值,以保证泵房前池取水流态 正常和水面波动平稳性为标准,波高限定在H13%≤03m。

抗震标准

由于防波堤的破坏不仅危及厂区堤岸的安全,同时也对循环冷却水和温排水造成一定的 干扰。因此,将防波堤定为核安全相关的构筑物。参照HAF0102的有关规定,属Ⅱ类抗震物 项,按SL-1级地面运动进行设计,SL-2级地面运动进行校核。

防波堤的结构破坏准则

(1)在设计和校核情况下,防波堤结构的各部分不允许出现任何损坏;

(2)在DBF(635m水位)及相应波浪(包括H1/100)作用下,防波堤主体须保持稳 定,局部损坏以不丧失总体防浪功能为原则。允许护面块体个别发生位移或滚落;顶部胸墙 允许发生位移,堤顶路面和背坡允许局部损坏;护底块石允许少量失稳。

(3)防波堤在以SL-2级地面运动进行抗震校核时,允许坡面局部产生微小滑移。

(4)防波堤在施工期,在台风波浪作用下,允许施工过程中的堤段局部受到损坏。

结构设计

设计条件

311 设计水位:见222

312 设计波要素

313 地质

本防波堤工程地基情况良好,土的物理力学性能较好,强度较高。地基表层为海象沉积土( 砂混珊瑚、中粗砂或砂卵石)和陆相坡积土(亚粘土或亚粘土混碎石),其下为风化花岗岩。 

314 地震烈度

根据广东省地震局的地震烈度复核工作成果,本地区地震基本烈度为七度。

结构选型

321 设计方案

根据该地区的自然条件、材料来源和核电厂对海域工程的安全性和工艺及使用上的特殊要求 ,设计方案主要考虑了斜坡式和直墙式结构方案。由于沉箱式、圆筒式等直墙结构其消浪性能、抗震性能及对地基的适应性方面都不如斜坡式 且施工条件要求高,施工难度大,工期长,造价也高。因此,经过技术经济综合比较后,本 海域工程防波堤推荐采用斜坡式结构方案。

322 斜坡堤结构设计

(1)护面块体型式

自50年代初期法国的四角锥体问世以来,各国研制出来的混凝土异性块体已有上百种。护面 块体有随即安放,有铺砌;有需要两层,有采用一层。总之,由于护面块体形状不同,施工 方法不同,因此,其消浪效果和工程数量也有很大差异。本设计选择工字型块体、钩连块体和槽型方块三种形式来进行比较。工字型块体和钩连块体 是目前国内外应用较为广泛的人工块体,槽型方块多在法国核电厂工程采用,也是“一核” 防波堤采用的护面块体型式。工字型块体(即DOIOS),其外形简单,三杆互相垂直,呈“扭工字”型。采用随即安放两层 ,孔隙率约60%。该护面结构型式消浪性能最好,稳定性也最高,但其构件较单薄、自身强 度较差且块体数量及混凝土用量较多。钩连块体(即AccroPode),是法国70年代末研制的新型人工块体,其外型比扭工字块体粗壮, 稳定性与扭工字块体相当,可随机安放一层,消浪效果稍差,波浪爬高略大,但块体个数少 ,混凝土用量可明显降低。槽型方块实际为四面带槽的方块,该块体体积大,强度高,但稳定性差,混凝土用量高,工 程耗资必然也大。综上所述,本工程推荐采用钩连块体做斜坡堤护面的防浪构件。

(2)堤心和垫层

本防波堤工程由于有防渗隔热的要求,且堤身断面较大,为避免石料作过多的筛选,设计要 求对采用陆上推进法施工的防波堤,堤心石的级配采用0~250kg,含泥量控制在小于5%,且 0~10kg数量小于10%,不均匀系数d60/d10≥25。堤心与护面之间的垫层,一般为一层;垫层石的重量,国内港工规范规定可采用护面块体重 量的。本工程因采用钩连块体护面型式, 且为安放一层,其下面的块石垫层,考虑到开采和运输的可能并为安全起见,取两级垫层。 第一级垫层块石的重量取为护面块体重量的,即800~1600kg,下层为300~800kg。

(3)坡脚的防护

摱藬防波堤的设计,由于采用的计算波高值大(多为极限波高),坡面从堤顶到堤底几乎 都处于波浪打击区,因此护坡全部采用了钩连(扭王字)块体,且在坡脚处构造上考虑 了至少 两排块体来压底。应该说这比用巨石设置坡脚棱体要合理,且施工也方便得多、安全得多。 堤前护底,因波浪产生的底流速度数值较大,经过模型试验验证,采用的护底块石重量比港 工规范规定的数值要大。

4 模型试验成果和建议

为了保证核电厂海域工程建、构筑物的可靠与安全以及设计方案的合理性,设计中曾委托国 内权威科研单位对海域工程的总体布置、防波堤结构断面的稳定性、越浪量及抗震性能试验 等多项内容进行模型试验(含数学模拟)。根据模型试验的结果对所提出的设计方案进行了相 应的调整和修正。

41 对防波堤在波浪作用下的稳定性及越浪程度的评价

(1)在设计高水位、校核高水位及相应波浪的作用下,除堤前护底块石有个别失稳现象以外 ,防波堤结构断面均是稳定的;此时,防波堤基本不越浪,厂区护岸不上水。

(2)在DBF设计基准洪水位及相应的波浪作用下,防波堤护面块体有少量发生位移或下滑,但 未发生滚落;上部胸墙位移变形较明显,堤顶路面和背坡栅栏板护面局部受到损坏,但防 波堤总体仍保持稳定,不丧失其防浪功能。

(3)在DBF设计基准洪水位及相应的波浪作用下,防波堤、厂区护岸的越浪量。

由于在DBF设计基准洪水位情况下,防波堤胸墙产生较为明显的位移和倾斜,堤前护 底块石也有失稳情况发生,建议设计采取措施予以加强。

根据以上试验情况,设计对护底块石重量由原定的100~200kg加大到300~500kg,堤顶胸墙 断面也做了适当的调整。42 对斜坡堤抗震性能的评价按HAF0102,防波堤的抗震稳定采用滑动面法(准静力法)和有限元法进行试验。防波堤地基 及 抛石料的物理参数通过静、动三轴试验求出,采用邓肯棗张模型参数以及等价线性化模型 参数。防波堤的稳定性分析,按《水工建构筑物抗震设计规范》(送审稿),采用承载力极限状态设 计公式,应用简化的毕肖普法进行分析。考虑到与核安全有关构筑物的特殊要求,采用的安 全系数参照了日本有关标准进行确定。计算结果列于表7:表中计算结果表明,计算低水位和设计高水位深层滑动与浅层滑动等各种工况的安全系 数都比较接近,且都满足要求。此外,防波堤的物模试验结果还表明。当斜坡堤上部结构开始位移、变形时的加速度为09 5g,而SL-2地震工况时的加速度约为048g。足以说明斜坡堤具有较高的抗震稳定性。而相 同工况的沉箱式直立堤方案,在规定正弦波或人工波的作用下,当激励波的频率接近或低于 堤体的基本频率时,箱体出现了沿基床面向前滑移的情况,这说明直墙堤的抗震性能较差。


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