水库水利枢纽工程重力坝设计书

1 水库水利枢纽工程重力坝设计书 第一章 枢纽工程概况及基本资料 本章主要介绍 程的概况、工程目的和设计基本资料，包括水文分析、气象条件、工程地质、当地建筑材料、交通条件、水位和库容关系曲线、泥沙淤积情况、效益、淹没、工期等方面的资料，以便在下一步的工作中可依据以上情况确定坝线、坝型、枢纽布置、剖面设计、细部处理等工作。 第一节 枢纽工程概况 拟建 址位于迁西县洒河桥上游十公里扬查子村的滦河干流上。控制流域面积 33700库容为 水库枢纽由主坝、电站及泄水 底 孔等组成，水库主要任务是调节水 量 ，供天津市和唐山地区工农业用水、城市人民生活用水，结合引水发电，并兼顾防洪要求。工程要求 提前收益， 尽早建成。 根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用，枢纽定为一等工程，主坝为级建筑物，其它均按级建筑物考虑。 第二节 工程基本资料 一、水文资料 1、年径流 滦河水量较充沛，潘家口站多年平均年径流量为 全流域的 53，年内分配很不均匀，主要集中在汛期七、八月份。丰水年时占全年的 50 60，枯水年占 30 40，且年际变化也很 大。 2、洪水 洪水多发生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大、涨落迅速的特点 。 据调查，近一百年来有六次大水，其中 1883 年最大，由洪痕估算洪峰流量约为 2440027400m3/s。实测的 45 年资料中，最大洪峰流量发生在 1962年为 18800 m3/s，洪峰历时三天左右，由频率分析法求得： 表 1 1 项目 千年一遇 洪水流量 万年一遇 洪水流量 千年一遇三天 洪水流量 万年一遇三天 洪水流量 指标 40400 m3/s 59200 m3/s 1 2 几个重现期 所 对应的洪峰流量值 重 现 期（年） 10 20 50 100 洪峰流量（ m3/s） 7520 11700 17800 22800 三日洪量（亿 1 3 枯水期洪水过程线 2 时段： 9月 1日至次年 6 月 30日 频率： 5 日期 月、日、时 流量 m3/s 日期 月、日、时 流量 m3/s 日期 月、日、时 流量 m3/s 5 90 40 4 72 4 880 4 430 6 72 6 1010 6 420 8 79 8 772 8 400 10 79 10 730 10 390 12 86 12 690 12 380 14 123 14 660 14 360 16 123 16 610 16 350 18 130 18 560 18 330 20 137 20 520 20 310 22 188 22 490 22 300 24 231 24 450 24 280 表 1 4 设计洪水过程线表 流量：米 3/秒 重现期 (年 ) 日 期 10 20 50 100 7 120 195 221 5 110 180 300 340 8 254 378 576 663 11 604 1170 1290 1460 14 1504 1830 1900 2290 17 1860 2630 3750 4510 20 3790 5370 7650 9200 23 5210 7350 10450 12600 000 8150 11600 14000 5 6800 8830 12000 15200 8 7230 11400 16200 19600 11 7220 11700 17800 22800 14 7340 10400 14800 17800 17 5430 7700 11000 13200 20 3780 5350 7620 9160 3 23 2860 4040 5760 6940 100 2960 4220 5030 5 1670 2360 3360 4050 8 1440 2080 2910 3500 11 1300 1840 2620 3150 14 2270 1700 2350 2840 17 1250 1680 2200 2600 20 1100 1600 2050 2500 23 1050 1580 1830 2100 000 1450 1700 2050 5 950 1350 1600 1880 8 900 1150 1550 1850 11 870 1100 1500 1800 14 850 1045 1450 1700 17 820 1000 1400 1670 3、泥沙 本流域泥沙颗粒较粗，中值粒径 年泥沙大部分来自汛期七、八月份，主要产于一次或几次洪峰内，且年际变化很大 。 由计算得，多年平均悬移质输沙量为 1825 万 t，多年平均含沙量 推移质缺乏观测资料。可计入前者的 10 ，这样总入库沙量为 2010万 t。淤砂浮容重为 摩擦角为 12 。 二、 气象 库区年平均气温为 10 左右， 1月份最低月平均气温为零下 ，绝对最低气温达零下 （ 1969 年）， 7月份最高月平均气温 25 ，绝对最高气温达 39 （ 1955年）。 多年平均气温见表 1 5。 表 1 5 多年平均气温表 （） 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 气温 温 本流域无霜期较短（ 90 180天），冰冻期较长（ 120 200天），潘家口站附近河道一般 12月封冻，次年 3月上旬解冻， 封冻期约 70 100天，冰厚 边可达 1m。流域内冬季盛行偏北风，风速可达七、八级，有时更大些，春秋两季 4 风向变化较大，夏季常为东南风，多年平均最大风速为 s，水库吹程 D=3 流域多年平均降雨量约为 400 700年平均降水天数及降水量见下表（表 1 6）。 表 1 6 多年月平均降水天数及降水量表 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 降 水 天 数 月平 均 多天数 5 9 9 8 11 17 21 20 14 11 5 4 最少天数 0 0 0 1 1 1 4 5 1 0 0 0 降 水 量 毫米 月 平 均 大 小 0 0 0 0 0 三、工程地质 1、库区地质 潘家口水库库区属于中高山区，河谷大多为峡谷地形，只有西城峪至北台子一带较为宽阔，沿河两岸阶地狭窄，断续出现且不对称，区域内无严重的坍岸及渗漏问题。 2、坝址地质 （ 1）地貌 坝址位于扬查子村南 300低谷丘陵地区，两岸相对高差不大，河谷开阔，宽约 600m，上下游两公里范围内河道顺直，主河槽位于右岸。河床高程 137枯水期河床宽约 100m，由于受河流侧向的侵蚀，两岸地形不对称。右岸坡度较陡约60 左右，左岸 较缓约 20 ，河床中除漫滩外，左岸还有三级阶地发育，一、二级阶地高程 自 140m 160m，三级阶地与缓坡相接直达山顶。覆盖层为 7 12m 厚的 砂砾卵石冲积层。 （ 2） 岩性 坝区主要岩性为太古界拉马沟片麻岩，其次为第四纪松散堆积物，以及不同时期的侵入岩脉。坝区范围内片麻岩依其岩性变化情况 可 分为六大层，其中第一、 四、 5 六层岩性较好 ， 但第一、六层因受地形限制，建坝工程很大。第四 大 岩层（ 4）为角闪斜长片麻岩，具有粗粒至中间细粒纤状花岗变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本层岩体呈厚层块状，质地均一 、 岩性 坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度 185 3、构造 坝址处虽然断层、裂隙较多，但大部分规模较小，对工程影响不大，其中 5、 上各断层的特性见表 1 7，所在部分参见构造分析图。 表 1 7 编号 走向 倾向及 倾角 宽度（米） 性质 对建筑物的影响 东 85度西北 275度 南 70度 80度 扭 长约 200米一段靠近上游坝锺。对基础岩石力学强度及坝基完整均一性有影响。 东 20度 南东 30度 1 扭 位于溢流坝段自上游向下游斜贯 2 3 个坝段降低岩层力学强度。影响完整性和均一性。 东 10度 南东 75度 扭 断层相距近而交汇，位于溢流坝处斜贯两个坝段且交汇带靠近下游侧又与 F（压扭性）相关，对基础力学强度影响极大。 东 16度 南东 75度 扭 西320度 北东 80度 扭 断层相距也较近 ， 之间有一号岩脉并 与 坝体成53 度夹角 相交 ，斜穿 5 6 个坝段 ，对坝体有影响地段达 120米。 西320度 北东 75度 扭 4、水文地质 坝基的透水性总的看来不大，但不均一，主要决定 于 断裂发 育 程度和性质 。 在平面上，一级阶地基岩透水性大于其它地貌单元 ； 从垂向上看，河谷内单位吸水量小于 顶板在 83 105m 高程其间之透水层厚度为 40 50m，若除开挖部分，厚度将更薄一些，两岸透水层应以天然地下水位为下限，一般都大于 50m，具体参见地质剖面图。 5、岩石物理力学性质 岩石容重为 和抗压强度，弱风化和微分化岩石均在650kg/上，有 的可达 1100 kg/砼 与岩石的摩擦系数：微分化及弱风化下部，可取 f c 6、地震 6 库区附近历史地震活动较为频繁，近年来微繁、弱震仍 不断 发生。其中 1936年和 1976 年两次发生 6 度 左右地震， 1977 年 6 月国家地震局地震地质大队对本区域地震问题作了鉴定，水库的基本烈度为 7 度 ，考虑到枢纽的重要性和水库激发地震的可能性，拦河坝设防烈度采用 8度 。 四、当地的建筑材料 坝址附近主要砂石料场有七处，储量足以建坝，各料场的物理性质、试验指标基本满足技术要求，可作大坝 砼 骨料使用 。 且 有 大量的粘性土及砂壤土料，可供围堰防渗材料之用。 五、交通条件 对外交通在右岸，公路、铁路均距坝址较近略加修改或扩建即可直通坝址，坝顶无重要交通要求。 六、水库水位与库容关系曲线及淤积年限 详见表 1 8、 1 9。 表 1 8 水 库 水 位（ m） 天 然 库 容（亿 三 角 洲 法 万 氏 法 淤 积 年 限 十年 二十年 五十年 五十年 0 0 0 0 0 前淤积 高程（ m） 1 潘家口水库 水 位 库容关系表 水 位（ m） 库 容（亿 水 位（ m） 库 容（亿 水 位（ m） 库 容（亿 7 七、效益 水库建成后与下游大黑汀、邱庄、陡河等水库联合运用，承担多年调节作用。在保证率 P 75时，可调节水量 划年补给工业及城市生活用水 7亿 可灌溉农田一百余万亩，达到遇旱有水。电站装机 3台，总容量 18万 千瓦，平均年发电量 八、淹没损失 库区淹没范围包括河北省承德、唐山两地区的四个县（兴隆、宽城、承德和迁西），十一个公社四十一个大队，迁移人口 20700 人，淹没土地 33400亩，房屋 19100间，公路 25公里。 注：移民迁建标准：经领导审查决定清河唐（据坝线约 40 公里） 以下库区段按正常高水位加风浪浸没安全 2m 定淹没线，清河唐以上按计入淤积后以 1962 年洪水（相当于 50年一遇）的回水线作为移民线，以五年一遇洪水的回水线作为土地征用线。 九、 施工作业天数 本工程由水电部某工程局施工，机械化程度较高 。 施工作业天数，根据本地区气温及降雨等自然条件统计如下： 表 1 10 全年有效施工天数统计 季 月 项目 合计 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 砼 浇筑 8 11 19 27 27 24 20 21 25 26 28 15 251 土料填筑 0 0 13 25 24 20 13 17 23 25 27 10 197 其他工程 20 22 24 27 27 24 20 25 26 26 26 25 289 十、 工程工期 按施 工 组织设 计 得知，工程总工期为 8年。 十一、其它 施工期 ， 下游无供水要求，无需考虑通航、过木问题。 表 1 11 水库规划及建筑特性指标 项目 单位 指标 备注 水 位 校核洪水位 米 设计洪水位 米 =正常蓄水位 米 =汛期限制水位 米 8 死水位（发电） 米 180 校核洪水位尾水位 米 设计洪水位尾水位 米 152 正常尾水位 米 库 容 总库容 亿立米 入十年淤积 调洪库容 亿立米 兴利库容 亿立米 公用库容 亿立米 死库容 亿立米 入十年淤积 坝 体 坝 型 砼 重力坝 坝顶高程 米 228 最大坝高 米 103 坝顶长度 米 1024 坝顶溢流孔数 孔 19 堰顶高程 米 210 每孔净宽 米 15 工作闸门尺寸 米 15形钢闸门 启闭机（ 2 台 19 固定式卷扬机 设计洪水下泄能力 m3/s 32300 校核水位下泄量 42900 限泄 27500 泄 水 孔 进口底高程 米 160 弧形钢闸门 底孔数目 孔 4 工作闸门尺寸（宽 米 5闭 机 台 4 设计水位泄水能力 m3/s 4340 校核水位泄水能力 m3/s 4430 电站引水管道 引水管道进口底高程 米 条引水管 管线长度 米 管径 米 最大引水流量 m3/s 104 每条引水道 工作闸门 扇米 米 37 平板钢闸门 工作闸门启闭机 台 3 240 70 吨液压 平板检修门 米米 5 共用一扇 检修门启闭机 台 1 400 25 吨门机 电 主机房尺寸（长宽高） 米米 米 72 机组间距 米 16 水轮发电机组 台 3 装机容量 万瓦 3 6=18 9 站 水轮机型号 额定出力 万瓦 发电机型号 750 190额定出力 万瓦 主要压器型号 0000 /220 输电线电压 千伏 220 共三台 注 :如遇 千 年一遇洪水 ,水库最大泄量与区间同频率洪水相遇将超过大黑汀水库的 千年一遇设计洪水。为此需要控制下泄流量而不超过 27500 m3/s,以符合大黑汀水库设计标准。 第二章 设计内容 本次设计的内容主要包括：坝轴线选择、坝型选择和枢纽布置等。设计时首先要根据已知地形、地质资料，选定坝址，对几个待定的轴线进行分析比较，确定出坝轴线，并综合分析，选择坝型和枢纽的总体布置。 本 枢纽总库容 大型工程，水库主要任务是调节水量，供 天津市和 唐山地区 工农业用水以及城市人民生活用水， 并结合引水发电。其所在的流域汛期具有“峰高量大，涨落迅速”的特点，并携带大量泥沙。根据枢纽的任务和目的，并结合滦河流域的自身特点，确定本枢纽建筑物的组成为挡 水坝、溢流坝、泄洪底孔及电站等。进行枢纽布置就是研究这些建筑物的相互位置。 第一节 坝址和坝轴线的选择 坝址和坝轴线选择主要是根据地形、地质和河势等条件，综合考虑决定的。就地形而言，坝址一般选在狭窄河谷处，以节省工程量。就地质来说，坝基必须是稳定的，不受断层构造的限制，坝址地基要求岩体完整，坚硬，地质构造简单。经过勘测人员实地勘测和调查，潘家口水库坝址定于迁西县洒西河桥上游 10 公里扬查子村的滦河干流上。 选择坝轴线时应与选择枢纽布置结合起来，一般为直线，并与河流流向近于正交。对本工程，根据坝址处的地形、 工程地质、水文地质、水流条件，建筑材料、施工条件等选择出坝轴线，具体分析如下： 一、坝轴线选择依据 1、地形 潘家口水库库区属于中高山区，河谷大多为峡谷地形，只有西城峪至北台子一带较为宽阔，沿河两岸阶地狭窄，断续出现且不对称，为低谷丘陵地区。故坝轴线应布置在河谷较宽阔的地方，有利于布置电站厂房。由地形图看，若坝轴线在两岸山体之间保持直线，则坝顶到达预定高程时，轴线过长；如果在两岸改变原坝轴线方向，使大坝在较短距离到达坝高，可以减少工程量。 2、工程地质 坝区主要岩性为太古界拉马沟片麻岩，其次为第四纪松散堆积 物，以及不同时期的侵入岩脉。坝区范围内片麻岩依其岩性变化情况分为六大层，其中第一、 四、 10 六层岩性较好 ， 但第一、六层因受地形限制，建坝工程很大，故不宜在此建坝。第四岩层为角闪斜长片麻岩，具有粗粒至中间细粒纤状花岗变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本层岩体呈厚层块状，质地均一，岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度 185m 左右。由于该坝坝高在 100m 上下，则坝底宽 90厚度足以满足建坝要求。岩石容重为 和抗压强度，弱风化和微分化岩石均在 650kg/ 的可达 1100 kg/表明地处的岩石是坚硬的。由此可知，无论从岩性还是物理特性上看，第四岩层均能满足建坝的要求。虽然选择在第四岩层有许多优点，但第四岩层内有较多的断层、节理、裂隙和破碎带，其中 中 亘整个河谷，东西走向，偏南 70 80o，宽 压扭性质，它将影响坝基的岩石力学强度及其完整性，所以坝基应避开 其是河床部位上游 00近上游坝踵，影响甚大。故 在此段上更要特别重视，坝轴线应略靠下游。其他断层、裂隙等规模较小，也多为陡倾角，对工程影响不大，处理起来也较容易。左右岸存在局部的不稳定岩体，将影响坝体的稳定，故坝轴线应避开此处。左岸下游坝脚处与第三岩层体之间间距较近，而第三大岩体岩石条件较差，也将影响坝的稳定性，应使左岸与第三岩层保持一定的距离，同时还要避开 3、水文地质 坝基的透水性不大，但不均一，主要由断裂发展程度和性质 决定 。在平面上，一级阶地基岩透水性大于其它地貌单元。从垂向上看，河谷内单位吸水量小于 顶板在 83 105m 高程其间之透水层应以天然地下水位为限，一般均大于50m，具体参见地质剖面图。 4、水流条件 应尽量使坝线和水流方向垂直，避免水流产生涡流，冲刷边坡，造成不利影响。 5、建筑材料 坝址附近应有足够的符合质量要求的建筑材料，对于料场的分布、开采条件、埋藏深度和施工淹没均应考虑。 6、施工条件 为便于导流，要求坝址附近特别是下游有较开阔的地形，以便于布置施工场地，满足交通便利的要求。 二、坝轴线选择原则 1、本次设计的为 砼 重力坝，地基应全部坐落在第四大岩层上。 第四岩层为角闪斜长片麻岩，具有粗粒至中间细粒纤状 花岗变晶结构，岩体呈厚块状，地质均一，岩性坚硬，从地质条件上看本地区有大的节理和裂隙，应上避断层，下避第三大岩层。从地形条件上看，应避开两个山头，坝轴线为避开岩性不好的地方，做成弯折的，可以缩短坝轴线，节约 砼 用量，降低工程造价。 2、在河床部分要使上游坝踵避开 保持一定距离。 00岩基力学强度及坝基完整均一性有影响， 11 它在河床及其附近，都会对坝体有一定的影响。 3、左岸坝址与第三大岩层保持一定距离。 第三大岩层紧挨第四大岩层，而第三大岩层有节理和裂隙，其强度低，可 能对坝基产生不均匀沉陷，其透水性也比较好，如不保持一定距离，会危及大坝安全。 4、在河流右岸，坝轴线应避开局部不稳定岩体。 不稳定岩体位于河流右岸，我们考虑大坝应坐落在稳定、坚固的地基上，故应避 开不稳定岩体。 5、为缩短坝轴线，减少工程量，降低造价，两岸坝轴线应弯折。 坝轴线定为直线，则坝轴线较短，施工比较容易，但受地形地质条件的限制，为了避开断层及不稳定岩体，故在左岸坝轴线向南偏折 30 ，在右岸坝轴线向北偏折 40 ，这样使坝轴线对着山顶与陡坡相交，可缩短坝轴线， 减小工程量，降低造价 。 综上所述，定出坝轴线如下： 坝轴线详见地形图 图中所标各点坐标和偏折角如下： 河床段坝轴线 30 x y 点 x y 端以 圆心，半径 R 1609 10 切点： x y 点 x y C 走向 40 左端以 圆心 ,转角 36 o 切点： x y 向 30 具体布置如下图： 点 x y 点 x y A 二节 坝型选择 坝型的选择要根据坝址的地形、地 质、建筑材料、渲泄洪水的能力及抗震性能 12 等特点，通过定性分析，对各坝型进行技术 经济 比较，选出既满足工程要求，又比较经济的坝型。坝型从建坝材料上可分为：土石坝和 砼 坝。 一、土石坝 土石坝又称当地材料坝，是土坝、堆石坝、土石混合坝的总称，是人类最早建造的坝型，具有悠久的发展历史，在全国使用都极为普遍。它主要是利用坝址附近的土料、石料及砂砾料填筑而成，筑坝材料基本来源于当地。下面分土石坝和堆石坝分别进行分析。 土石坝 土石坝 堆石坝 1、土石坝 土石坝 在实践中之所以被广泛采用并得到不断发展，主要 原因 具有以下几方面的优点： （ 1）筑坝材料就地取材，运输成本低，能节省大量的钢材、水泥和木料等建筑材料。 （ 2）对地质条件要求较低，适应地基变形能力强，可以建在软基上。土石坝体中的散粒结构能较好的适应地基的变形，对地基的要求在各种坝型中是最低的。 （ 3）储存量是使用量的两倍。 （ 4）构造简单，施工技术容易掌握，便于组织机械化施工。 （ 5）运用管理方便，工作可靠，寿命长，维修加固和扩建均比较容易。 但是与其他坝型一样，土石坝自身也有不足的一面： （ 1）施工导流不方 便 ，会相应的增加工程造价。 （ 2）坝顶不能溢流， 需 另设溢洪道。受散粒体材料整 体 强度的限制，土石坝坝身通常不允许过流，因此需在坝外单独设置泄水建筑物。 （ 3）坝体填筑工程量大，且土料的填筑质量受气候条件影响较大等。 根据当地建材资料可知，该地可用于建土石坝的土料不充足。同时，根据水文资料显示，该地区的洪水具有“峰高量大”的特点，而土石坝又不允许溢流，要另设溢洪道，但潘家口两岸山峰连绵，坝址附近又无修建溢洪道的天然条件，需要开挖山体，会大大增加工程造价，不经济，故不适宜修建土石坝。 2、堆石坝 堆石坝是土石坝的一 种，主要有堆石支撑体、过滤垫层和防渗体组成。 由于堆石坝散粒材料的整体抗剪强度相对较低，因而堆石坝在设计时大多是不允许过水的。又根据基本资料，坝址地质岩石岩性较好，而堆石坝对地基的要求不是很高，采用堆石坝坝型不能充分发挥地基（岩体）的承载力，故此处不宜修建堆石坝。 二、 砼 坝 砼 坝可分为 砼 拱坝、 砼 支墩坝和 砼 重力坝等。 a. 砼 砼 拱坝 砼 重力坝 b. 砼 支墩坝 实体重力坝 c. 砼 重力坝 宽缝重力坝 13 空腹重力坝 1、 砼 拱坝 拱坝 是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈 凸向上游 的拱形，其拱冠剖面呈竖直的或向上游凸出的曲线形， 坝体结构既有拱作用又有梁作用，其所承受的水平荷载一部分通过拱的作用压向两岸、另一部分通过竖向梁的作用传到坝底基岩。坝体的稳定主要依靠两岸拱端的反力作用，并不全靠坝体自重来维持。由于拱是一种主要承受轴向压力的推力结构，拱内弯矩较小，应力分部较为均匀，有利于发挥材料的强度。 拱坝是利用筑坝材料的抗压强度和两岸拱端岩体来支撑 拱端推力，是一种经济性和安全性均很优越的坝型。拱坝具有以下特点： （ 1） 拱的作用利用得愈充分，材料抗压强度高的特点就愈能充分发挥，从而坝体厚度可以减薄，节省工程量。拱坝的体积比同一高度的重力坝大约可节省 1/32/3。 （ 2）利用两岸岩体维持稳定。故拱坝对坝址地形地质要求较高，对地基处理的要求也较为严格。 （ 3）超载能力强，安全度高。 （ 4）抗震性能好。 （ 5）坝身泄流布置复杂。 基于拱坝的结构特点，拱坝的地形条件往往是决定坝体结构形式、工程布置和经济性的主要因 素 。所谓地形条件是针对开挖后的基岩面而定的，常 用坝顶高程处的河谷宽度和坝高之比（称为宽高比 L/H）及河谷断面形状两个指标表示。 河谷的宽 高 比 L/H 值越小，说明河谷越窄深，拱坝水平拱圈跨度相对较短，悬臂梁高度相对较大，即拱的刚度大，拱作用容易发挥，可将荷载大部分通过拱作用传给两岸，坝体可设计的薄些。反之， L/H 值越大，河谷越宽浅，拱作用越不易发挥，荷载大部分通过梁的作用传给地基，坝断面必须设计的厚些。根据经验，当 L/H 修建薄拱坝； L/H 可修建中厚拱坝； L/H 修建厚拱坝。 L/H 更大时，一般认为修建拱坝 已趋于不利。 拱坝对地质、地形条件要求严格，理想的地形条件是左右岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上是向下游收缩的峡 谷 段，呈“ V”字型。坝端下游要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。理想的地质条件是基岩比较均匀 、坚固完整、 有足够的强度 、 透水性小 、能抵抗水的侵蚀、耐风化、岸坡稳定、没有大断裂等。 本次设计的坝址为丘陵地区，两岸相对高差不大，河谷开阔且不对称，河谷宽约 600m，坝高 在 100m 左右 ，则宽 高 比为 600/100 6此时拱的作用已经很小，工程量较大，从而失去了拱坝的优越性，所以，不宜修建拱坝。 2、 砼 支墩坝 支墩坝是一种由一排相隔一定距离的支墩和挡水面板组成的依靠自重维持稳定的坝型。 支墩坝具有以下特点：作用于支墩底部的扬压力很小；比重力坝节省工程量；是一种结构比较单薄的轻型坝，可以充分利用材料的强度。但支墩坝的应力较大，对地基的要求较高；由于支墩单薄，侧向稳定性较差，抗震能力低，受稳 定 变化影响大；设计和施工较复杂，不适合大型机械化施工，施工时需立模，用人工多，工期相对较长。 由于本枢纽位于承德、唐山地区，属多震区。枢纽地震设计烈度为 8 度 ，不宜修建支墩坝。同时，本地区属寒冷地区（一月份最低月平均气 温为零下 ） ,不 14 能满足施工温控要求。而且，支墩坝不能满足泄洪要求，故不应修建支墩坝。 3、 砼 重 力 坝 砼 重力坝是一种古老而应用很广的坝型，它因主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持稳定而得名。 重力坝是在水压力及其他荷载的作用下，依靠坝体自身重量产生的抗滑力来满足稳定的要求；同时依靠坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力，以满足强度的要求。 重力坝 之所以得到广泛采用，是因为其 具有以下优点： （ 1） 安全可靠。重力坝剖面尺寸大，坝内应力较低，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗洪水漫顶、渗漏 、地震和战争破坏的能力都比较强。据统计，在各种坝型中，重力坝的失事率是较低的。 （ 2） 对地形、地质条件适应性强。任何形状的河谷都可以修建重力坝。因为坝体作用于地基面上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低，甚至在土基上也可以修建高度不大的重力坝。 （ 3） 枢纽泄洪问题容易解决。重力坝可以做成溢流的，也可以在坝内不同高程设置泄水孔，一般不需另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。 （ 4） 便于施工导流。在施工期可以利用坝体导流，一般不需要另设导流隧洞。 （ 5） 施工方 便。大体积砼，可以采用机械化施工， 在放样、立模和砼 浇筑方面都比较简单， 并且补强、修复、维护或扩建也比较方便。 （ 6）结构作用明确。重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确，稳定和应力计算都比较简单。 与此同时， 重力坝 也存在 以下缺点： （ 1） 坝体剖面尺寸大，材料用量多 。 （ 2） 坝体应力较低，材料强度不能充分发挥。 （ 3） 坝体与地基接触面 积 大， 相应坝底扬压力大，对稳定不利。 （ 4）坝体体积大，由于施工期砼的水化热和硬化收缩，将产生不利的温度应力和收缩应力 ， 因此在浇筑砼时，需要有较严格的温度控制措施。 砼 重力坝按坝体结构形式分为：实体重力坝 、宽缝重力坝和空腹重力坝。 实体应力坝 砼 重力坝 宽缝应力坝 空腹重力坝 （ 1）实体重力坝 ：适应于大型机械化作 业 ，施工速度快，工期短，符合本工程提前 受益 、尽早建成 的要求，早日供水发电。 （ 2）宽缝重力坝 ：与实体重力坝相比可节省 砼 10 20%以上，且应力条件好，坝体 砼 散热快。但其施工模板用量多，且宽 缝 的侧坡倒悬模板部分立模比较困难，分期导流不便；在严寒地区，要对宽缝采取保温措施，防止表面产生温度裂缝，因而施工干扰大，工期长。 （ 3）空腹 重力坝 ：较实体重力坝节省 砼 20 30%，并具有节省坝基开挖量，利于 砼 散热，可在空腹中布置电站厂房等优点；但空腹重力坝设计繁难，施工复杂，工期长，钢筋和模板用量较实体重力坝多，且应力情况比较复杂。 三、 坝体 选型 由上述可知，土石坝、 堆石坝、 砼 拱坝、 砼 支墩坝、 砼 实体重力坝、 砼 宽缝重力坝和 砼 空腹重力坝各有优缺点。综合考虑各种坝型，并结合本次设计要求（ 提前 15 受益 ，使工程 尽早建成 ），选择 砼 实体重力坝 作 为本次设计的坝型。 第三节 枢纽布置 水利枢纽布置的任务就是根据组成建筑物的形式、功能和运行方式研究各种建筑物的相互 位置。影响枢纽布置的因素有自然因素和社会因素两种，包括地形、地质、水文、施工运行条件等，是设计工作中一项复杂而具有全局性的工作。选择合理的枢纽布置对工程的经济效益和安全运行有决定作用。所以，需在充分掌握基本资料的基础上，认真分析各种具体条件下各种因素的变化和相互影响，研究坝址和主要建筑物的适宜形式，拟定若干可能的布置方案，从设计、施工、运行、经济等方面进行论证、综合比较，选择最优的布置方案。 本枢纽总库容为 大型工程，水库主要任务是调节水 量 ，供天津市和唐山地区工农业用水、城市人民生活用水， 其所在流域汛期具有“峰高量大、涨落迅速”的特点，并携带有大量泥沙。根据枢纽的任务和目的，并结合滦河流域的自身特点，确定本枢纽建筑物的组成为：挡水坝、溢流坝、取水建筑物、泄洪底孔及电站等。进行枢纽布置就是研究这些建筑物的相互位置。 一、枢纽布置的一般原则 （ 1） 坝址、坝及其他主要建筑物的型式选择和枢纽布置要做到：施工方便，工期短，造价低。 （ 2）枢纽布置应 当 满足各个建筑物在布置上的要求，保证 其 在任何工作条件下都能正常工作。 （ 3）在满足建筑物强度和稳定的条件下，降低枢纽总造价 和 年运 转 费 用 。 （ 4）枢纽中 各 建筑 物布置紧凑 ，尽量将同一工种的建筑物 布置在一起，以减少联结建筑。 （ 5）尽可能使枢纽中的部分建筑物 早期投产 ， 提前 发挥效益 （如提前蓄水、早期发电或灌溉） 。 （ 6） 枢纽的 外观 应与周围环境相协调， 在可能的条件下，注意美观。 二、各类建筑物的具体要求 1、挡水坝 主要是拦截水流，形成水库，将其布置在河岸的两边。 2、溢流坝 主要起泄洪作用，前缘应正对上游来水的主流方向，下游出口方向最好与主流槽水流方向一致。溢流坝应建在坚硬完整的岩基上，为减少下泄水流对其他建筑物的影响，有时需在溢流坝与这些建筑物之间布置导墙，冲沙孔常 布置在厂房进水口附近，其高程应满足运用要求。本枢纽中，溢流坝的尺寸大概估算如下：洪水资料显示，万年一遇洪水流量为 59200m3/s，泄水孔在设计资料中设定有 19 孔，单宽流量为 208 m3/s，泄洪底孔有 4个，起辅助泄洪、排沙、放空水库等作用。 3、泄洪底孔 即深式泄水孔，起辅助泄洪、排沙、放空水库等作用。 4、电站 水电站进口水流应顺直，不发生旋涡和横向水流，尾水应顺畅。 厂房坝段与底孔并排布置，有以下优点： （ 1）可以保证电站经常引用活水，不会有泥沙淤积。 （ 2）将电站坝段与底孔坝段同宽布置，可以共用启闭 机设备，节省投资。 16 （ 3）便于管理、维修。 三、方案比较 现拟定两个枢纽布置方案进行比较分析：方案一是将挡水坝段布置在河岸两边，电站、底孔布置在右岸，溢流坝段布置在偏左岸。方案二是将挡水坝段布置在河岸两边，电站、底孔布置在左岸，溢流坝段布置在右岸。比较如下： 1、方案一 此方案有如下优点： （ 1）交通便利，对外交通在右岸，上坝及运送机组等较为方便。 （ 2）出线省，节省投资。因电力用户在右岸，可以缩短出线线路， （ 3）进口水流条件好，无旋涡及横向水流。 （ 4）坝址处的主河床在右岸，电站布置在主 河床，开挖量少。 （ 5）底孔紧靠电站坝段，有利于电站排沙，减少泥沙对水轮机的冲刷，且底孔闸门和电站进水口共用一台启闭机，减少启闭设备。 但也存在以下缺点： （ 1）右岸地势较狭窄，且有不稳定岩体，对布置厂房不利。 （ 2）溢流坝溢流时，侧向水流影响下游尾水。 （ 3）靠右岸的溢流坝挑流时，影响第三岩层的稳定性。 2、方案二 该方案有如下优点： （ 1）左岸地势开阔，便于布置电站厂房和开关站。 （ 2）泄洪时，水流均在河槽中，可保证两岸免受冲刷。 （ 3）河床冲刷问题易解决。 主要缺点如下： （ 1）对外交通和电力用户均在 右岸，电站供电需架设专门线路过坝，且必须在工程建成之后，这样就延误了机组的发电时间，使工程不能提前收益。 （ 2）尾水渠的开挖量太大。安装高程是通过尾水位来确定的，为了充分利用水头，尾水位必须与下游天然水位一致，而左岸阶地较高，需要开挖一部分，并且尾水渠出口也不能在附近与天然河床相接，这样，容易被底孔冲砂填塞，而必须开挖很长一段，才能进入主河槽。 3、分析 对上述两个方案，结合本工程必须 提前受益， 尽早 建 成的要求，并从施工、经济等各方面对比，选择方案一比较符合工程要求。对方案一所存在的问题，可用以下方法进行处理 ： （ 1）陡峭的不稳定岩体开挖完成缓坡，并进行喷锚支护。 （ 2）电站与底孔之间设导墙，直至尾水影响较小处。 17 （ 3）对第三岩层进行特殊处理，以确保安全。 四、结论 综合考虑比较，结合本工程的实际，选方案 第三章 坝体剖面设计 剖面设计是重力坝设计的重要环节，主要任务是选择一个即满足稳定和强度要求，又使得坝体工程量最小，外形轮廓简单，施工方便，运行可靠的剖面。 重力坝剖面设计的原则是： （ 1）满足稳定和强度要求，保证大坝安全； （ 2）工程量最少； （