水库混凝土重力坝设计书

0 水库混凝土重力坝设计书 第 1 章 基本资料 一、枢纽 工程 概况 ： 坝址位于 制流域面积 库容为 P 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 区工农业用水 和 城市人民生活用水，结合引水发电。并兼顾防洪，要求：尽可能使其工程提前受益，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。 二、 气象： P 库区年平均气温为 10左右，一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，绝对最气温高达 39 (1955 年 )，多年平均气温见下表（表五）。 表 一 多年平均气温、水温表 单位： 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 )， 2月封冻，次年 3月上旬解冻，封冻期约 70 100 天，冰厚 ，岸边可达 1 米。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 1 流域内多年平均降雨量约为 400 700年平均降水天数及降水量见表六： 表 二 多年月平均降水天数及降水量表 单位： 、水文分析： 1、年径流 ：栾河水量较充沛 ， 多年平均年径流量为 占全流域的 53%。 年内分配很不均匀，主要集中汛期七、八月份。丰水年时占全年 50 60%，枯水年占 30 40%，而且年际变化也很大。 2、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 洪 水。其中 1883 年最大，由洪痕估算洪峰流量约为 24400 27400 m3/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：几个重现期所对应的洪峰流量值 （见下表 表 三 、表 四 所示） 。 表 三 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 量 万年一遇三天 洪 量 指标 40400m3/s 59200m3/s 四 重 现 期 (年 ) 10 20 50 100 洪峰流量 (m3/s) 7520 11700 17800 22800 三日洪量 (亿 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 2 枯水期洪水过程线 表 五 时段： 9 月 1 日至次年 6月 30日 频率： 5% 3 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 移质缺乏观测资料。可计入前者的 10%，这样总入库沙量为 2010 万吨。淤砂浮容重为 摩擦角为 12 。 四 、工程地质： 1、库区地质： P 水库、库区属于中高山区，河谷大都为峡谷地形， 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 ： 主要工程地质条件 地形地貌 构造剥蚀 对称“ U”形峡谷右岸较陡，左岸较缓，阶地不发育。 坝线长 480m 覆盖层 河床 5岸山麓堆积 层岩性 震旦系大红峪组第一、二段为中原层石英砂与板岩互层。 岩层产状 层面倾向上游 软弱夹层 据平洞竖井资料，右岸有软弱夹层 13 条，系顺层夹泥，左岸顺层夹泥 6条，青层泥 3条，建议摩擦系数为 风化情况 弱风化下限：河床 1028程：左边 75m，右边 55m）左岸弱风化下限为 115105地质构造 右岸小断层 67条，左岸 造简单，基本裂度为 6度 岩层透水层 坝基下部 80100m 深的范围内 W 值均大于 需灌浆处理。 岩溶 坝线上游 2，马圈子电站附近见溶洞 稳定性 右坝肩上下游存在 I、号不稳定岩体。 技术指标 石英砂岩室内指标：抗压强度 134338性模量 5001000 4 桑值 岩层层面摩擦系数的估计建议值： （ 1） 石英砂岩层面摩擦系数为 聚力 2） 板岩层摩擦系数为 聚力 3） 层面夹泥摩擦系数为 聚力为 4） 切层泥摩擦系数为 聚力为 五 、当地建筑材料： 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，可作大坝混凝土骨料使用。且无大量的粘性土及砂壤土料，可供围堰防渗材料之用。 六 、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。 七、效益： 水库建成与下游大黑汀、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 立米，计划年补给工业及城市生活用水 7 亿立米，并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 度。 5 八、 水库规划及建筑特性指标 项目 单位 指标 备注 水位 校核供应水 m =设计洪水位 m =正常储水位 m 死水位 m 电 校核尾水位 m 设计尾水位 m 正常尾水位 m 坝前堆砂高程 m 库容 总库容 108调洪库容 108兴利库容 108死库容 108堆沙库容 108主坝 坝型 砼实体重力坝 坝顶高程 m 最大坝高 m 坝顶长度 m 坝顶溢流孔数 孔 15 堰顶高程 m 每孔净宽 m 工作闸门尺寸 m * m 启闭机（ 2*45t 固定式） 台 15 设计洪水下泄能力 校核洪水下泄能力 进水口 进口底高程 m 底孔数及尺寸 孔、 m * m 4、 5*6 弧形工作闸门 m * m 4、 5*6 工作门启闭机 台 4 设计水位泄水能力 584 校核水位泄水能力 663 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 立米 /秒以符合大黑汀水库设计标准。 6 第 2 章 坝轴线、坝型选择和枢纽布置方案比较 对枢纽布置首先当然是选择坝址，确定坝轴线。坝址和坝轴线的选择是否适当，将在很大的程度上影响工程设计是否经济合理，甚至决定工程的成败。所以选择时必须审慎进行。决定坝址所考虑的条件，首先应该是地质、地形和枢纽布置上的问题，其次则为施工条件和施工后的运行条件。 一 、 坝轴线的选择 坝址的选择要考虑：地形条件，地质条件，水能利用，枢纽布置，施工条件，交通等条件。 就地形而言，坝址一般以选在狭 窄河谷处，节省工程量；但对于一个具体的枢纽来说，必须从各个方面综合考虑：是否便于布置泄洪、发电建筑物，是否便于施工导流，技术可行，经济合理等综合衡量。坝址地质条件是水利枢纽设计的重要依据之一，对坝型的选择和枢纽的布置起着决定性作用。坝址最好的地质条件是强度高、透水性小、不易风化、没有构造缺陷的岩基。但理想的天然地基很少，因而在选择坝址时应从实际出发，针对不同的情况采取不同的地基处理方式，来满足工程需要。亦可通过选择不同的坝型或将坝轴线转折以适应地质条件，同时应考虑两岸的地质因素，使库区及两岸边坡有足够的稳定 性，以防止因蓄水而引起的滑坡现象。就河势来说，坝址要选在河流顺直段，靠近坝址上、下游河流如有急湾最不利 ， 应 予避免；枢纽两岸坝肩的山体要较雄厚，并尽可能离上下游两岸的冲沟远一些；水库周缘应没有难处理的缺口。 通过 对 P 水库坝址区域基本地质、地形等资料的研究和分析，确定要选择合理的坝轴线，必须具备以下四个原则： 1、 坝基全部坐落在第四大岩层上 根据 P 水库 地质基本资料知 ： 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 、 六层岩性较好 ， 但第一 、 7 六层因受地形限制建坝工程很大 ， 而第四大岩层 (角闪斜长片麻岩 ，具有粗粒至中间细粒纤状花岗岩变晶结构 ， 主要矿物为斜长石 、 石英及角闪石 ， 本层岩体呈厚层块状 ， 质地均匀 ， 岩性坚硬 ， 抗风化力强 ， 解理裂隙较少 ， 透水性小工程地址条件好 ， 总厚度 185 其特性均满足建坝要求 ， 故坝基建在第四大岩层之上 ， 有利于坝体稳定 。 2、 左岸与第三大岩层保持一定距离 从“坝址河谷段构造分析图”中 ， 可知 ： 第四大岩层 ， 自右岸至左岸逐步向北偏移 ， 且宽度略变窄 ， 若坝轴线垂直水流方向 直接伸向左岸， 则坝轴线将 与第三大岩层相接 。 由地质资料可知 ： 第三大岩层较软弱 ， 不宜建坝 ， 故坝轴线需偏移 ， 使之与第三大岩层保持一定距离。 根据地质剖面资料分析，坝轴线在左岸时向上游 推移，避开软弱的第三大岩层，为以后坝体的稳定运行作好基础。 3、 避开大的断层 坝址河谷段构造分析图可知 ： 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 它走向为北东 85 75， 倾向南 ， 倾角 70 宽度 属压扭断层 。 长约 200m，一段靠近上游坝踵 ， 对基础岩石力学强度及坝基完整均一 性有影响 ， 故 坝轴线应该 避开 层 ， 并保持一定距离。 4、 避开右岸不稳定岩体 由坝址河谷段构造分析图可知 ： 在右岸 层的上方有一块由 成的不稳定的岩体 ， 而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 。 由此 ， 坝轴线 需避开右岸 陡岸的局部 不稳定岩体 ，在右岸向 上 游 方向 折弯，对大坝日后的安全有利。 综上所述 ： 为同时满足坝基坐落在第四大岩层上 ， 左岸与第三大岩层保持一定距离 ， 右岸避开不稳定岩体 ， 河床部位使上游坝踵避开 个选择坝轴线的基本原则。 另外 ， 左岸为避开 右岸的 8 下游多为破碎带 ， 故向上游偏移 ， 致使坝轴线倾斜 ， 偏离两岸山头 ； 为了节省工程造价 ， 减少工程量 ， 使两岸坝轴线弯折 ， 右岸 （西） 为避开不稳定岩体需做一圆弧 ， 延伸至山头 ， 左岸 （东） 则折线延伸至山头 ； 由此 ，水流方向与坝轴线斜交 ， 虽然会产生横向水流 ， 对坝体 ， 岸坡有影响 ， 但水库蓄水后 ， 库容较大 ， 致使坝前水流流速 几近 为零 ， 这样受到横向水流影响就很小 ， 故此坝轴线 选择 合理可行。 根据地质构造图对坝轴线有以下要求： 1、 坝基应全部座落在第四大岩层（ 第四大岩层为角闪斜长石，石英及角闪石，本岩体成厚层块状，质地均一，岩性 坚硬，抗风化能力强，工程地质条件好，总厚度 185 米左右，适宜建坝。 2、 坝线应避开大的节理和断层，并保持一定距离，由坝址河谷段构造分析图，河谷上游有一大的断层破碎带 向北东 850 西北 2750，倾向及倾角为南 70 800，宽度 压扭性断层，对基础岩石力学强度及坝基完整均一性有影响，坝体应避开，坝轴线可向下游移动。 3、 河岸右岸有不稳定岩体，坝线布置应避开，保证右坝肩稳定，因此右岸坝线应向上游移动。 4、 河谷左岸有第 3 大岩层分布，其岩性比较软弱，应避开，所以左岸坝线应向上 游移动。 5、 因受以上条件限制，坝线如果采用直线，将不能通过两岸山头，若要满足挡水要求，工程量将很大，材料用量多，为此 ， 将坝轴线两岸段用弯折线或圆弧与两岸山头相连 ，即左岸向下游 折向，右岸向上游圆弧状弯折伸向山体 。 结论： 可见给定坝轴线满足以上要求，坝轴线选择是合理的。 9 二 、 坝型选择 1、综述 坝址的选择要考虑：地形条件，地质条件，水能利用，枢纽布置，施工条件，交通等条件 以及抗震性等特点，通过定性分析，初步选择两种坝型进行较详细的技术比较，选取既满足工程要求，又比较经济的坝型，经济比较只要求对坝体的砼 方量及三材用量作粗略的计算和比较。 以下分别就各种坝型进 行 比较分析。 2、坝型选择方案 （一）土石坝 土石坝又称当地材料坝，是历史最为悠久的一种坝型。土石坝主要分为：均质坝、心（斜）墙坝、土石混合（堆石坝）坝等。 1、 土石坝优点 （ 1） 可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量，几乎任何土石料均可筑坝。 （ 2）能适应各种不同的地形、地质和气候条件。任何不良的坝址地基，经处理后均可筑坝。 （ 3）大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了 高土石坝的发展。 （ 4）由于岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了大坝分析计算的水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。 （ 5）土石坝 适应地基变形，施工方便，而且我国拥有丰富的建坝经验。土石坝与砼坝相比，其造价为砼坝的 1/10，工程量为砼坝的 4 倍，由此可见土石坝经济性优于砼坝 。 2、 缺点 由所给 P 水库基本 资料可知，坝址附近主要 的 砂石 大 料场 有七处 ，且储量 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 10 为大坝混凝土骨料使用。 从材料方面看可以建土石坝。但土石坝有它本身的特点，就 是坝身不能过水，泄水建筑物需另设溢洪道 。 由本枢纽 基本 资料知，两岸 均 为高山，山峰绵绵，没有崖口，没有合适地形布置溢洪道，因此，从这方面看，不宜建土石坝。 由于 坝址附近无大量的粘性土及砂壤土料，只可供应围堰防渗材料之用。 不能满足土石坝所需的大量粘性土 和砂壤土料，因此，从这方面考虑，此处建设土石坝条件不足。 综合上述优缺点， 故本次设计不采用土石坝， 而 采用 混凝土 坝。 （二）混凝土坝 选择 如果选择砼坝应考虑采用拱坝、支墩坝还是重力坝， 1、拱坝优缺点 优点： 拱坝是 高次超净定 空间整体结构， 坝体的 稳定性 主要依靠两岸拱端 山 体 反力作用来 维持 ，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，应力分布较均匀，有利于发挥材料的强度，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 1/3 2/3，从经济意义上讲，拱坝是一种很优越的坝型。且 较好的超载能力可达设计荷载的 5 11 倍，具有很强的抗震能力 。 缺点： 建筑拱坝要求河谷的宽高比小于 水库坝轴线工程地质剖面图量得河谷长为 820 米，高 87 米， L/H为宽浅形河道， 不宜修建拱坝 ； 而且拱坝对坝肩的岩体要求坚固完整，但从坝址 河谷段构造分析图可发现河谷左岸有大的断层，右岸又存在一个滑坡体，也不宜选择拱坝 ；理想的拱坝地形应是左右岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段。而此坝址处河段顺直，两岸由于受断层、软弱地带的影响，坝轴线 为折线形，不适宜建拱坝。 综合上述，本坝址处不适宜建混凝土拱坝。 2、支墩坝优缺点 11 优点： 支墩坝，自重较轻，坝体工程量小， 其中连拱坝与平板坝可节省 1060工程量； 支墩可随受力情况调整厚度， 能充分利用圬工材料的抗压强度； 节省坝基开挖量和固结灌浆工作量，可加快施工速度 ；由于坝体较薄，施工散热条件 较好。 缺点： 支墩本身单薄，侧向刚度比纵向刚度低，在遭遇垂直水利流向的地震作用时，抗震能力明显低于重力坝； 支墩的应力较大，对地基要求比重力坝高； 施工期坝体对温度变化较敏感，容易产生裂缝 ；模板较复杂且用量较大，混凝土标号要求高，单方混凝土钢筋用量多，施工存在难度； 而且支墩坝有一个致命的缺点，抗压性差，据资料显示库区附近历史上地震活动较为频繁， 1977年 6 月国家地震局地震地质大队对本区与地震问题作了鉴定，水库的基本烈度为 7 度，考虑到枢纽的重要性和水库激发 的 地震的可能性，拦河坝设防烈度采用 8 度，基于此种情况，当 地是不能选用支墩坝的。 综合上述，本坝址处不适宜建支墩坝。 3、重力坝 重力坝坝身可以过水，对地形地质条件适应性强，枢纽泄洪问题容易解决，可以大型机械化施工，施工速度快，故本枢纽选择重力坝 坝型 。 重力坝又分为宽缝重力坝、空腹重力坝、实体重力坝。 需对三种坝型进行比较做出结论： （ 1）宽缝重力坝优缺点： 宽缝重力坝，坝体设置宽缝后，坝基的渗透水可自宽缝排出，减小了渗透压力，但宽缝坝增加了模板用量，立模也较复杂，分期导流不便，而且由资料可知当地无霜期较短（ 90 180 天）冰冻期较长（ 120 200天），对宽缝坝需 要采取保温措施，工程造价大大增加且不能大型机械化施工， 12 工期较长， 因此 不宜选用 宽缝重力坝 。 （ 2）空腹重力坝优缺点： 空腹坝与实体坝相比具有以下优点： 1）由于空腹下部设底板，减小了坝底面上的扬压力，可节省坝体砼方量 20%左右； 2）减小了坝基开挖量； 3）坝体前后腿嵌固于岩体内，有利于坝体的抗滑稳定； 4）前后腿应力分布均匀，坝踵压应力较大； 5）便 于 砼散热； 6）坝体施工可不设纵缝； 7）便于监测和维修； 8）空腹内可以布置水电站厂房。 缺点有： 1）施工复杂； 2）钢筋用量大； 3）如在空腹内布置水电站 厂房，施工干扰大，基于以上缺点，将难以进行大型机械化施工，不能实现机械化程度较高的快速施工，选此坝型不够经济合理。 因此不适宜建空腹重力坝 。 （ 3） 结论 实体重力坝 由于结构简单， 安全可靠，对地形、地质条件适应性强，枢纽泄洪问题容易解决，便于施工导流，可以大型机械化施工，施工方便且速度快，结构作用明确 ，适合建高坝。 基于以上各种坝型的比较分析，本水库采用砼重力坝 较为合理 。 三 、 枢纽布置方案 枢纽布置应遵循一般原则：（ 1）坝址、坝基及其它建筑物的形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 13 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）枢纽中各建筑物布局紧凑，尽量将一工种的建筑物布置在一起，以减少连接建筑物。（ 5）尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益。（ 6）枢纽的外观与周围的环境协调，在可能的条件下注意美观。 首先根据枢纽的任务及要求确定枢纽建筑物的组成，然后根据地质、地形等条件，拟定二到三个枢纽布置方案，并画出草图，通过定性分析确定较合理的枢纽方案。 水利枢纽布置的任务是合理地确定枢纽中各组成 建筑物之间的相互位置。 1、综述 P 水利枢纽的主要任务是调节水量，结合引水发电并兼顾防洪。包括溢流坝段、底孔坝段、电站坝段和挡水坝段；挡水坝段在河的两岸，溢流坝段的位置与电站的位置有关。枢纽功能及其相应的水工建筑物， P 水库枢纽的主要任务是调节水量，供天津市和唐山地区工农业城市人民生活用水，结合引水，并兼顾防洪。 因干流水量年内分配很不均匀，汛期主要集中在七、八月份，而且年际变化也很大，所以枢纽设计应具有多年调节能力，能将丰水年水量调到枯水年运用。建坝拦河蓄 水 所形成的水头，满足供水之余可建电站，结合引水发电充 分利用水头提高工程效益，电站可装机 18 万千瓦，由三台发电机组发电，并用三条引水管引水。与电站配合运行 的 还有开关站、尾水渠等建筑物。 根据枢纽功能需要，工程具有挡水坝段、电站坝段、底孔坝段、溢流坝段等建筑物。 枢纽布置主要应考虑：厂房段，底孔段，溢流坝段，挡水坝段的布置。 2、 各类建筑物枢纽布置的要求 挡水坝 14 拦截水流，形成水库，将其布置在河岸的两边。 通常布置成直线，这样坝轴线较短，坝身体积小，对建筑物的受力状态有利，并便于与相邻建筑物的联结。但有时受地质和地形条件的限制，可将坝轴线布置成折线，本枢纽 即是如此。 溢流坝 溢流坝起泄洪作用，前缘应正对上游来水的河流 主流方向 ，下游出口方向最好与主河槽水流方向一致。溢流坝应坐落在坚硬结实的岩基上，减少下泄水流对其建筑物的影响 ，以解决下游消能防冲问题 。 为减少下泄水流对其它建筑物的影响， 有时常在溢流坝和这些建筑物之间布置导墙。本枢纽中，溢流坝的尺寸大概如下：由资料可得万年一遇洪水流量为59200m2/s，假设单宽泄水流量为 200m2/s，需净宽约 300孔尺寸宽约 15m，共需 20孔，假如泄洪时，底孔开启辅助泄洪，可代替一个溢流孔还需 19 孔。中墩 和边墩厚取 3m。横缝设在每个溢流孔中间。故每个溢流段的宽为 18m。总溢流段宽为 18 19+3=345m。 泄洪底孔坝段 泄洪底孔进口高程常接近水库死水位，或靠近河床，随时可以放水。其作用有：预泄库水，增大水库的调蓄能力；放空水库以便检修大坝；排放泥沙，减少水库淤积；随时向下游放水，满足航运或灌溉要求；也起施工导流、 洪水期泄洪、人防作用。 根据本枢纽基本资料，拟利用泄洪底孔作为二期导流通道， 参照已建工程孔口尺寸定为 5 m 宽 7 m 高， 共 设四孔，每两孔口为一个坝段，其中两个底孔坝段中间隔墩厚 4 m。所以每 个底孔坝段的宽度为 2 5+3 4=22 m，泄洪底孔的总宽为 2 22=44m。 电站厂房坝段 水电站厂房坝段布置原则：要求 水电站进口水流应该平稳，不发生旋涡和横向水流，尾水应顺畅 ；当溢流坝于厂房并列布置时，应尽量将前者布置在河道深槽，以保证泄水顺畅；为减少下泄水流对发电和航运的不利 15 影响，常在溢流坝 与其它建筑物之间设置导墙；当河流含沙量大，坝前淤积严重时，应采取排沙措施，冲沙孔或排沙洞常布置在厂房进水口附近，其高程应满足运用要求。坝后式厂房应尽可能靠近坝体，以减小引水管路的工程量和水头损失，对河床式电 站，由于泄水建筑物占据了主河槽，厂房多布置在岸边，但应防止由于泥沙淤积造成尾水壅高，降低发电水头 。 厂房坝段与泄洪底孔段并排布置有以下优点：（ 1）可保证电站经常引用活水，不会有泥沙淤积。（ 2）可以共用起闭设备，节省投资。 本枢纽 拟定 装机 3台， 每台机组段宽为 16m， 电站厂房坝段 总长为 48m。 本枢纽电站厂房坝段位置选择是整体枢纽布置的关键，先拟定两种方案进行比较，通过论证比较，选择最优方案，以达到技术上先进和可能，投资少，工期短，运行可靠，管理方便等目的。 3、 枢纽布置 方案比较 根据以上考虑，初步拟定以下两种方 案： （ 1） 方案一： 电站厂房布置在右岸主河槽 ， 可减少 基础 开挖 量， 获得高水头 ， 本地区主要用电户在右岸方向，利于就近输送电力， 比较经济 。但是，电站尾水位较高，发电水头小，尾水有横向水流存在，影响下游岸坡稳定。 因本地 河流 泥沙量大，泄水底孔紧靠厂房，用于排沙泄水，以免泥沙淤积 而 降低电站效率，挨着底孔 坝段向左 为溢流坝段，为了不影响电站尾水 在下游 设置导墙，其余为挡水坝段。 （ 2） 方案二： 电站厂房布置在左岸，然后自左向右为底孔 坝段 ，溢流坝 段 ，挡水坝 段 。 这种方案虽溢流水流不会影响电站尾水，电站尾水流态好 ，但开挖量大，才能保 证发电水头和装机，不经济。 因此，选择 方案一较合理。 经济技术比较 从经济角度考虑，本电站不宜采用引水式，因为引水式电站需另设隧洞，引水管线，工程成本高，而坝后式电站可采用坝内埋管引水，更为经 16 济，坝后式厂房应尽可能靠近坝体，以减小引水管路的工程量和水头损失，厂房多占据主河槽，可减小开挖量，获得高水头并靠近岸边。 泄水底孔一般设在河床部位的坝段内，进口高程、尺寸、孔数、孔型是应根据其主要用途来选择，狭窄河谷宜与溢流坝段结合，宽敞河谷两者可分开布置，布置在非溢流坝段内的排沙孔应尽量靠近发电进水口、船闸闸首等需要 排沙的部分，放空水库的孔口高度应设置较低高程，当在高坝上，泄水孔可采用无压孔或有压孔，但应避免交替出现有压流与无压流，近年趋向采用无压孔，用泄水孔泄洪或向下游供水一般不经济。底孔也应设在主槽来满足排沙要求。 选择 溢流坝位置时，应考虑是下泄洪水，排冰时水流能与下游平顺连接，不直接 冲淘坝基和其他建筑物的基础，其流态和冲淤不致影响其它建筑物的使用，为此溢流坝也应设在主槽，否则应在溢流坝的两侧设导墙，来控制水流流态，导墙的高度应高出溢流水面。 根据资料，对外交通在右岸，公路、铁路均距坝址较近，略加修改或扩建既可直通 坝址，若选择第二方案，因用电户聚集在右岸，需耗费大量电缆，而且电站的安装维修也不便，从经济合理角度看应选第一种方案。对方案一所存在的问题，用以下方法进行处理： 1. 陡峭的不稳定岩体开挖成缓坡，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。 3. 对第三岩层进行特殊处理，以确保安全。 从地质剖面图可以看出，为减少电站开挖和便于安装间的布置，将电站坝段设在 06 处，底孔坝段设在 54 和 18 之间，溢流坝坝段直到 72 处。开挖线基本上按建议开挖线，两种 方案设计的下游立视图如下： 最终选择方案一。 17 18 第 3 章 坝床剖面设计 一 、 坝顶高程确定 1、 为了妥善解决工程安全和经济的矛盾，使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性统一起来，需对该工程及其组成的建筑物进行分等分级。 水利部制定的 2000 设计标准，总库容 08定本工程等级为一等，工程规模为大（ L）型（查教材水工建筑物 1），主要建筑物按一类设计，次要建筑物按三级设计，临时建 筑物按四级设计（查教材水工建筑物 3）。 根据教材水工建筑物表 2 11 2 16，本设计的系数见下表： 建筑物名称 级别 安全级别 结构重要性系数 设计状态系数 材料性能系数 构系数 持久状况 偶然 状况 摩擦系数接力界稳定状态 砼抗压极限状态 挡水坝 1 注 不考虑 短暂 状况 砼 /基岩 接触面 基本偶数、组合 系数相同 注：材料性能分项 系数 rm=计值 fR= 由基本资料已知，坝基建于弱风化岩层，故 基面抗剪断摩擦系数设计值 基面抗剪断摩擦系数 19 设计值 最大挡水坝剖面的永久作用和可变作用分项系数。 作用类别 自重 静水压力 渗透压力 浮托力 淤沙压力 液压力 分项系数 ：动水压力、冰压力、地震压力、木压力等作用不考虑。 面尺寸设计 根据重力坝剖面原理，要满足稳定和强度要求，又使得坝床工程量最小，外 形轮廓简单，施工方便，运行可靠的剖面，具体设计如下： （ 1）初拟基本剖面：由于重力坝承受的主要荷载的作用在上游面，静水压力是三角形分布，所以重力坝承受的基本剖面也是三角形。 根据坝体按应力和稳定控制条件确定的基本剖面和参考已完建筑工程进行初步拟定基本剖面尺寸，现取三角形顶点为校核洪水位 游面为铅直面， n=0（ =0） ,下游面坡比 M 取 据已知工程地质条件，风化下限河床部位高程左边 75M，右边 55M，去风华 下限高程为 70M，则高 H=图： 校核 常 H=n=0 20 （ 2）确定实用剖面的坝顶高程及坝顶宽度： 基本剖面只考虑了坝体的承受作用主要荷载，没有考虑在运用方面的要求，因此需要对基本剖面进行优化设计。 1）坝顶宽度 B：考虑坝顶设备布置、 检修运行、施工及交通等方面的要求，坝顶宽度无特殊要求时，常态砼坝顶最小宽度为 3m，碾压砼坝顶最小宽度为 5m，一般取坝高的 1/8 1/10，本设计取 8m。 2）坝顶高程或坝顶防渗墙顶高的确定： 按水工建筑物 63 式分别计算，公式为： 坝顶高程 =设计洪水位（或正常蓄水位） + k 设 /正 坝顶高程 =校核洪水位 + k 核 式中： k 设 /正为计算的坝顶（或防渗墙顶）距设计洪水位（或正常蓄水位） k 的高度。 k 设为计算坝顶（或防渗墙顶），距校核洪水位的高差。 因在计算坝顶超出静水位 h 时，所采用的风速计算 值及安全超高值不一样，所以再决定坝高程时，应按正常蓄水位情况和校核洪水位情况分别求出坝顶高程，然后选取最大值。 安全超高 h=21%） =h2=中： 21%） m。 m。 m。 根据水工建筑物 2安全级别为级的坝，安全超高正常蓄水位时 核洪水时 21 因本工程位于山区，故波浪计算采用官厅水库公式计算浪高 2长221m，公式取自水工建筑物 2-7 g（ 2（ 81/3 g（ 2（ 2） 1/中： 2d/0250 时，为累积频率为 5%的浪高，当2=2501000 时，为累积频率为 10%的浪高，而设计规范规定应用累积频率为 1%的浪高，对应于 5%的浪高，应乘以 应 10% 计情况采用 30 年一遇或采用相应多年平均最大风速的 ；校核情况先采用多年最大风速，本设计多年平均最大风速为 作为校核情况；设计情况取 2 倍的 s，即为 47.4 m/s。 m，设计情况和校核情况为 3000m。 （ 3）坝坡 根据工程经验考虑，利用水重增加坝体稳定，上游坝面采用折坡，起坡点按要求为 1/32/3 坝高，该工程折坡点高程取死水位，即 部为铅直，下部为 1： 游坝破取 1： 本三角形顶点位于坝顶，防浪墙及折坡点已修筑成整体，且上游面为铅直面。 3顶高程计算表 适用情况 坡前 静水位 设计风速 吹程m 2 （ 2） 1/3 2 持久状况 000 然状况 000 22 g（ 2（ 5%） （ 2） 1/g（ 2（ 1%） h2 h 坝顶高程 m ：（ 1）持久状态： 2 所以 （ 2 2/2 4）坝顶高程（防浪墙顶高），后本设计取防浪墙顶高程 浪墙高 顶高程取 （ 5）坝底宽度的确定 根据以往工程经验，规定坝底宽约为坝高的 ，底宽在 间，因此取 70m。 （ 6）汇总 最后采用的实用剖面尺寸为：坝基高程 70m，坝顶高程 23 坝顶宽度 8m， 上游折坡 1： 游坡 1： 底宽度 70m，上游折坡点高程 110m，下游折坡点高程 混凝土重力坝剖面图）。 分析地基条件，采取防渗灌浆帷幕和排水幕，以利大坝防渗及坝体稳定，灌帷幕中心线距上游坝踵 6m，排水孔中心线距防渗墙帷幕中心线 道断面为城门洞形，宽度为 3m，高度为 4m，廊道底部距坝基 6m，其对渗透压力强度的折减系数 =体重力坝河床段）。 坝顶上下游两侧均设防浪墙，墙高 坝体筑成整体，防浪墙内侧各设 1m 宽人行道，两人行 道之间为 5m 公路，设起重机轨道及坝体排水管（见坝顶构造图）。 24 二 、 挡水坝结构计算 1、 作用及其组合 1. 持久状况 荷载及组合：设计洪水位情况的荷载组合 自重 +静水压力 +淤砂压力 +扬压力（渗透压力 +浮托力） +液压力沿坝轴 线取单位坝长度 1 1）自重：将坝体剖面分成两个三角形和长方形计算其标准值，跟防浪墙、 廊道的影响不计入在内。 2）静水压力：按设计洪水位时的上下游水压力斜面上的垂直水压力分别计算其标准值，即上游 游 3）扬压力：扬压力强度在坝踵处为 水孔中心线上为（ H），坝趾处为 取 4）淤砂压力：分水平和垂直方向计算，已知泥砂重度为 93，泥砂淤积厚度为 砂内摩擦角为 用教材水工建筑物公式 2 5）浪压力：坝前水深大于 1/2浪长（ 1）采用水工建筑物公式2压力 工建筑物公式 2载作用标准值和设计值成果见下表： 3载计算表组合情况 荷载 计算式 重 作用每一坝段 /臂 /m 力矩 /（ 25 自重 *54*4 度 水平（ H） 垂直（ V） + - 自重 *54*4 24 50220 8 401760 自重 *4 24 16800 23 386400 自重 *8*40*24 24 3740 31 119040 上游水平水压力 *10*0 游水平水压力 *10*0 9 32805 上游垂直压力 8*10*1/2 10 5096 31 157976 上游垂直压力 *10*27*0 托力 7*70*1 10 18900 0 渗透力 （ 0 10 渗透力 （ 0 10 平泥砂压力 *6*45） 9 直泥砂压力 *9* 1 压力 *10*（ 125+*125 10 压 力 *10*1252 10 小计 合计 用设计值计算表 作用 名称 作用分作用标准值（ 作用设计值（ 力矩标准值 （ 力矩设计值 （ 垂直力 水平力 垂直力 水平力 26 项系数 + - + - 自重 0220 50220 401760 40176 自重 6800 16800 386400 386400 自重 840 3840 119040 119040 上游水平压力 游水平压力 3645 32805 32805 上游垂直压力096 5096 157976 157976 下游垂直压力 托力18900 渗透压力 渗透压力 平泥砂压力 直泥砂压力 浪压力 压力 合计 计 791833 . 抗滑稳定极限状态计算坝体抗滑 极限状态 属于承载能力极限状态，核算时，其作用和材料性能从设计值代入。基本组合时 r= =200算采用水工 27 建筑物式（ 2 24） r s（） Q（） / 1。 式中： 结构重要性系数，见表 2 11，取 设计状态系数，且表 2 12，取 （） 作用效应函数 Q（） 结构及构件抗力系数 基本组合结构函数，见表 2 15，取 的左边 =的右边 =（ 1/*00*70*1=55960 36124.1以坝址基岩抗压强度极限状态可免于校核。 第 4 章 溢流坝剖面设计及其计算 溢流重力坝既是挡水建筑物，又是泄水建筑