钟吕水利枢纽钢筋混凝土面板堆石坝设计说明书

摘 要钟吕水利枢纽是以发电为主,同时兼顾灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用效益的跨流域开发的水利水电枢纽工程。在明确了建设目的并具有了建设依据和条件后设计的枢纽概况如下：挡水建筑物为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高55.5米，主坝轴线长220米，上下游边坡均为1：1.55，正常蓄水位276.6m，设计洪水位277.7m，校核洪水位279.2m。电站装机6400kW，设计水头174米，保证出力1461kW。设计主要内容为：1、根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，最终确定坝顶高程为280.0m； 2、通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的型式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；3、详细做出大坝设计，通过比较，确定大坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；4、确定趾板等的构造并进行初步设计阶段的施工组织设计；5、进行专题的设计：技术标的施工组织设计及进度计划。本次设计以已建的混凝土面板堆石坝为参考，在注重各细部独立分项设计的同时，综合考虑了整体工程的统一性。在专题的编写中参考实际工程招投标阶段的施工组织设计文件，对本工程各分部工程进行详细的设计，编写了适合本工程施工阶段的施工组织设计文件和施工总进度计划。在设计过程中充分运用所学知识，广泛参考堆石坝设计、施工方面的相关书籍，严格遵照规范的规定进行设计，体现了本设计的科学性、规范性。关键词：钢筋混凝土面板堆石坝 施工组织设计 进度计划AbstractThe purpose of this design is to develop the water resources of Zhonglv Basin,constructing a power-based, taking into account irrigation, water supply, flood protection and aquaculture Etc. of comprehensive utilization efficiency, such as the development of inter-basin water conservancy and hydropower project.After clearing the purpose of the construction , having the basis and conditions of the construction the project is designed as follows:Water retaining works is concrete faced rock-fill dam ,height of 55.5m, the length of the main dam is about 220m,the upstream slope and downstream slope both are 1:1.55. the normal water level is 276.6m,the design flood level is 277.7m and the check flood level is 279.2m.The basin installs 6400kW,the design head of power station is 174m, the firm capacity is 1461kW.The primary coverage of the design is: 1.According to the flood control requirements,do the computation for storage routing of reservoir ,finalize the crest elevation of 280.0m.2. Through analysis, compare and choose the possible scheme, determine the composition of buildings type of the project, outline, and project layout scheme;3. Through dam design and comparison,determine the basic section and the size of the buildings,choose the scheme for foundation treatment and the construction of dam, and do hudraulic and static calculation.4.Determine the toe slab structure and do construction organization planning of the preliminary design phase.5.The second major works: construction organization planning of technical tender and progress schedule.The design is refer to the general CFRD .In the design process which is full use of the knowledge, extensive reference to the dam design, construction and other related books, and design within the provisions regulating, the design reflects the scientific and standardized.Key words: Reinforced Concrete Face Rockfill Dam Construction Organization Planning Progress Schedule 目 录摘 要1Abstract2第一章 综合说明11.1 工程特性表11.2 建设目的和依据21.3 建设的条件21.4 建设的规模及综合利用效益31.4.1 建设规模31.4.2 综合利用效益3第二章 自然地理条件42.1 地形条件42.2 水文特性42.3 工程地质条件42.3.1 库区工程地质52.3.2 坝址工程地质52.3.3 引水发电隧洞工程地质条件72.4 气象、地震及其他82.4.1 气象、地震82.4.2 天然建筑材料8第三章 设计条件和设计依据93.1 设计任务93.2 设计依据9第四章 洪水调节计算104.1 洪水调洪演算104.1.1 洪水调洪演算原理104.1.2 洪水调洪演算方法124.2 洪水标准分析124.3 泄水建筑物的型式选择124.4 调洪演算及泄水建筑物尺寸的确定134.4.1 调洪演算过程144.4.2 洪水过程线的模拟144.4.3 计算公式154.4.4 计算结果154.4.5 方案选择164.4.6 坝顶高程的确定16第五章 主要建筑物型式选择及枢纽布置195.1 枢纽等别及组成建筑物级别195.2 坝型选择195.2.1 定性分析195.2.2 定量分析245.3 泄水建筑物型式选择255.4 主要建筑物型式255.4.1 挡水建筑物混凝土面板堆石坝255.4.2 泄水建筑物正槽溢洪道255.4.3 水电站25第六章 第一主要建筑物设计266.1 大坝轮廓尺寸及防浪墙设计266.1.1 坝顶高程及坝顶宽度266.1.2 坝体分区266.1.3 坝坡与马道296.1.4 防浪墙设计296.2 堆石料设计366.2.1 堆石料基本特性参数366.2.2 主、次堆石料设计366.2.3 垫层、过渡层设计366.2.4 堆石体设计技术参数表386.2.5 堆石体填筑技术参数表386.3 钢筋混凝土面板设计386.3.1 面板性状396.3.2 面板厚度及宽度396.3.3 面板配筋406.4 坝坡稳定分析406.4.1 计算原理及方法406.4.2 计算结果426.5 副坝设计436.5.1 副坝型式选择436.5.2 副坝强度和稳定验算446.5.3 副坝与主坝的连接456.5.4 副坝的防渗设计466.6 细部构造设计及地基处理466.6.1 坝顶构造466.6.2 护坡设计466.6.3 分缝及止水466.6.4 坝基处理476.7 趾板设计496.7.1 趾板的作用496.7.2 趾板的体型及定线496.7.3 趾板剖面设计516.7.4 趾板的分缝及配筋546.7.5 趾板的地基开挖和处理556.8 工程量汇总556.8.1 堆石坝各分区工程量566.8.2 趾板工程量576.8.3 混凝土面板工程量576.8.4 副坝工程量586.8.5 防浪墙工程量58第七章 施工组织设计597.1 基本资料分析597.1.1 工程概况597.1.2 施工条件分析597.1.3 有效工日分析617.2 施工导流617.2.1 导流标准617.2.2 导流方案617.2.3 大坝施工分期627.2.4 度汛方案627.2.5 导流建筑物设计及布置627.3 主体工程施工657.3.1 堆石体施工657.3.2 混凝土工程施工707.3.3 导流隧洞施工737.4 施工交通787.4.1 施工交通布置原则787.4.2 施工交通布置787.4.3 施工道路维护807.5 施工总布置807.5.1 布置原则807.5.2 施工总布置807.6 施工总进度81参考文献82小结84- 76 -第一章 综合说明1.1 工程特性表表1-1 工程特性表序号及名称单 位数 量备 注一、水库流域面积km233正常高水位m276.6死水位m248.0设计洪水位m277.7校核洪水位m279.2设计泄洪流量m3/s217.5校核泄洪流量m3/s316.0总库容万m32154.8死库容万m3172.0二、大坝坝型混凝土面板堆石坝坝顶高程m280.0防浪墙顶高程m281.2坝顶宽度m8.0最大坝高m55.5上游坝坡11.55下游坝坡11.55主坝坝轴线长m220副坝型式重力式挡墙副坝坝轴线长m64导流洞型式圆形断面导流洞进口底高程m227.5导流洞出口底高程m226.5导流洞半径Rm2.4导流洞长度m200续表1-1 工程特性表序号及名称单 位数 量备 注三、溢洪道溢流前缘净宽m10堰顶高程m273设计流量m3/s217.5校核流量m3/s316.0闸门型式平板闸门尺寸（宽高）m2106四、厂房系统1动能指标最大净水头m174.0额定水头m最小水头m引用流量m3/s5.0额定出力kW6400保证出力kW14612厂房厂房型式地面式厂房面积m231.515.7主厂房宽度m10.8机组台数2机组安装高程m103.0水轮机型号HL110-WJ-76发电机型号SFW-J3000-6/1480开关站面积m211.527.251.2 建设目的和依据钟吕水利枢纽工程是以发电为主，同时兼顾了灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用效益的跨流域开发的水利枢纽工程。1.3 建设的条件建设资金基本到位，施工准备工作已经就绪。1.4 建设的规模及综合利用效益1.4.1 建设规模本电站装机6400 kW，保证出力1461kW。厂房总面积为31.515.7。开关站尺寸为11.527.25。水库总库容（校核洪水位以下的全部库容）为2154.8万m。1.4.2 综合利用效益1.4.2.1 发电装机6400kW，电站设计水头为174m，多年平均发电量为1700104kWh，保证出力为1461kW。本电站装2台3200kW机组，正常蓄水位为276.6m，引水式发电，引水隧洞布置在右岸山体中，最大引用流量为5m/s。厂房位于段莘水江湾湖山村左岸下游340m处，地面式，总面积为31.515.7，其中主厂房宽10.8m，主厂房内安装二台HL110-WJ-76，配SFW-J3000-6/1480的水轮发电机组，机组安装高程为103m，开关站位于厂房的左上侧，尺寸为11.527.25。1.4.2.2 灌溉下游利用发电尾水灌溉，上游增加灌溉面积1.0万亩。1.4.2.3 供水供钟吕村及其下游村民生活用水。1.4.2.4 防洪可减轻洪水对钟吕村及下游江湾镇的威胁，要求设计洪水最大下泄量限制为230m/s。1.4.2.5 渔业水库蓄水后，正常蓄水位时水库面积1.09km，为发展养鱼等水产养殖业创造了有利条件。第二章 自然地理条件2.1 地形条件钟吕水库位于江西婺源县乐安河一级支流晓港水的钟吕村上游约160m处，坝址以上控制流域面积33km。晓港水在钟吕村上游约300m处，由两支水系汇合而成，其中东支发源于石耳山，南支发源于清湾头尖，河流在晓港村汇入乐安河，本流域上游为中低山区，山势陡峭，中下游为低山丘陵区，山体凌乱，冲沟发育。2.2 水文特性据水文资料推算，坝址处多年平均流量1.28m/s，多年平均总径流量4040万m；经频率分析：p=0.1%的洪峰流量为551.5m/s,三日洪量为1569万m，p=2%的洪峰流量为364.5m/s,三日洪量为965万m。流域多年平均降雨值2047.7mm。流域河段多年平均输砂量为0.29万吨，泥沙容重估算为1.3t/m。估计水库淤积年限与高程关系见表2-1。表2-1 淤积年限与高程关系表淤积年限（年）泥沙淤积量（万m）淤积高程（m）5011.05236.0810022.1237.78水库水位库容关系曲线见表2-2。表2-2 水库水位-库容关系曲线表水位（m）227.5236.08237.78248276278.11库容（104m）011.0522.1172.01910.02145.2坝址水位-流量关系曲线见表2-3。水位(m)227.5228.0228.5229.0229.5230.0230.5流量(m/s)06.028.966.77121.97196.05281.78表2-3 坝址水位-流量关系曲线表2.3 工程地质条件2.3.1 库区工程地质库区属构造剥蚀低山地貌，山势陡峭，分水岭雄厚，地形封闭，植被良好， 未见滑坡等不良物理地质现象。组成库岸及库盆的地层岩性主要为前震旦系板溪群的千枚状绿泥绢云母板岩，千枚岩和变质砂岩。库区岩石受多次构造运动的影响，断层和裂隙发育，岩石的褶皱和挠曲也很常见，构造行迹以北东向压扭性为主，常见有北西向张扭性断裂和近东西向平推断层，未见有较大的导水断裂连通库外。库区地下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水，受大气降水补给，排泄于河谷与河床，库岸山体地下水位较高，一般在300m高程以上，组成库岸及库盆的岩石表部透水性强，但深部岩石透水性微弱，属相对不透水层。库区工程地质良好，水库蓄水后，不存在永久渗漏、岸边再造、浸没及水库诱发地震等问题。2.3.2 坝址工程地质2.3.2.1 地貌 坝址区属构造剥蚀低山地貌，山顶高程为280450m，坝区河床较宽，约2050m，为一“U”型河谷，两岸山坡不对称，左岸山体雄厚，山坡角3040度，右岸山体较为单薄，山坡角2030度，且在右岸有一低矮垭口，顶高程约276m，坝址区冲沟发育，且切割较深，未见滑坡等不良物理地质现象，自然边坡稳定。2.3.2.2 地质岩性坝址区出露的地层岩性为前震旦系板溪群第四段绿泥绢云母千枚岩夹变质砂岩，第四系松散堆积物及变质辉常岩，其岩性特征为：(1)泥绢云母千枚岩：灰绿色，主要矿物成分为绢云母、石英、长石、绿泥石等，千枚状构造，其余碎屑显微鳞片状构造，岩石挠曲和褶皱常见，片理极发育，岩层产状N4060E，NW3860。(2)质砂岩：青灰色，主要矿物成分未石英、长石及岩屑等，中细砂粒结构，层状构造，有轻微的变质，岩石结构致密，岩性坚硬。(3)第四系松散堆积物主要为冲击砂卵石，漂石，厚11.5m，分布于河床部位，残坡积壤土、碎块石土，厚16m，分布于两岸山坡及冲沟部位。(4)质辉长岩：暗绿、深绿色，主要矿物成分为绿泥石、绿帘石、纤闪石及少量石英，辉长结构，块状构造，微具定向构造，岩石质地坚硬，在坝址区呈岩株或岩脉产出。2.3.2.3 地质构造坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，出露的地层古老，经历了多次构造运动，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。在初步设计阶段共发现断层20条。坝基开挖后，在坝基部位新发现小断层14条及两条风化夹层，但密度均较小。(1)主要断层：F5压扭性断层：产状N35，NW80，宽0.10.15m，主要由片状岩、碎性岩组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽228m高程附近。F12压扭性断层：产状N40E，NW66，宽0.20.4m，主要由片状岩组成，构造岩呈强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽236m高程附近。F22层间挤压破碎带：产状N55E，NW55，宽0.10.25m，主要由片状岩、石英脉组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽260m高程附近。F29压扭性断层：产状N25E，NW70，宽0.080.1m，主要由碎裂岩组成，见0.51.5cm厚的断层泥继续分布，断层间较平，构造岩呈强风化，性状差，出露于河床趾板齿槽部位。(2)裂隙：坝址区岩石裂隙发育，岩石破碎，坝基开挖后，对坝基岩石裂隙作了统计，主要有两组发育方向：一是NE向层面，裂隙产状N4060E，NW3860，裂面稍扭，普遍见Fe、Mn质浸染，表面张开或微张，局部见次生泥充填，延伸长，极发育；二是NW3050W，SW或NE4080，裂面光滑平整，见Fe、Mn质浸染，间距一般20cm，延伸较短，发育。(3)风化夹层：坝基开挖后，在河床右侧趾板齿槽部位发现了两条风化夹层WJ1，WJ2，产状N42E，NW0.7；弱风化岩石0.55。饱和抗压强度：微新岩石40MPa；弱风化岩石25MPa。其他实验参数见表2-4。表2-4 堆石试验参数表组别试验干密度（g/cm）C(KPa)KnRfGFDA2.104738.58800.350.820.460.201.5B2.056037.72600.320.810.430.181.82.3.3 引水发电隧洞工程地质条件引水发电隧洞通过地段属低山地貌区，山顶高程300400m相对高程100200m，隧洞区冲沟发育，山体切割较深且较零乱，地表植被发育，未见有不良物理地质现象。隧洞围岩由绢云母千枚岩、变质粉砂岩、凝灰质千枚岩与粉砂质板岩层。绢云母千枚岩偶夹粉砂质板岩及粉砂质板岩等组成。岩石层面裂隙极发育、褶皱、挠曲严重，断层发育切规模大，性状差，其中绢云母千枚岩、凝灰质千枚岩水理性质较差，且遇水易软化，软化系数低，凝灰质千枚岩成分复杂，还易于风化。绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩在洞线出露的长度占洞线总长的19%，说明洞线围岩大部分由绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩构成。根据工程类比可知：千枚岩的单轴饱和抗压强度为1640Mpa，软化系数0.630.93，属半坚硬较软化，抗水性较差的片状（薄层状）岩体。2.4 气象、地震及其他2.4.1 气象、地震流域内气候：流域内多年平均气温16.7，以一月份平均气温4.6为最低，七月份平均气温28为最高，历年极端最高气温41，极端最低气温-11。风速及吹程：多年平均最大风速12.6m/s，吹程1.6km。地震烈度：坝址及库区地震烈度属度以下，设计时可不考虑地震荷载。降 雨 量：流域多年平均降雨均值2047.7mm。2.4.2 天然建筑材料2.4.2.1 砂砾石料坝址流域砂砾石料贫乏，但在江湾水和段莘水流域有梨苗场和古玩料场，距大坝约1015km,有公路相通，运输方便。梨苗场 、古玩料场均为砂卵（砾）石混合料，砂卵（砾）石储量丰富，质量良好，满足工程要求。2.4.2.2 堆石料坝址附近广泛分布绿泥绢云母千枚岩，弱至微风化岩石，岩性较坚硬，力学强度较高，质量较好，储量丰富，可作为大坝堆石料。坝址附近粘土很少，坝址上下游有一定的粘土分布，均为当地农民耕地。第三章 设计条件和设计依据3.1 设计任务在对原始材料进行综合分析的基础上，并结合本次设计的专题研究，要求：(1)根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝高程及岸坡溢洪道尺寸；(2)通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物型式，轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；(3)详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案和坝身结构，进行水力、静力计算；(4)进行专题的设计：技术标的施工组织设计；对总进度计划编制进行深入研究。3.2 设计依据包括相关参考文献、主要设计规范以及上级机关批文。(1)中华人民共和国水利部.混凝土面板堆石坝设计规范.北京:中国水利水电出版社，1998(2)中华人民共和国水利部.水利水电工程土工合成材料应用技术规范（SL/T225-98）.北京：中国水利水电出版社，1998(3)中华人民共和国水利部.水工建筑物荷载设计规范.北京：中国水利水电出版社，1998(4)中华人民共和国水利部.水利水电工程等级划分.北京：中国水利水电出版社，2000(5)中华人民共和国水利部.水工挡土墙设计规范.北京：中国水利水电出版社，2007第四章 洪水调节计算4.1 洪水调洪演算4.1.1 洪水调洪演算原理洪水在水库中运行时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而变化，其流态属于明渠非恒定流。根据水力学，明渠非恒定流的基本方程，即圣维南方程组为：连续性方程： （4-1）运动方程： （4-2）式中： 过水断面面积(m)； 时间（s）； 流量（m/s）； 沿水流方向距离（m）； 水位（m）； 重力加速度(m/s)； 断面平均流速(m/s)； 流量系数(m/s)。一般采用简化的近似解法，长期以来，普遍采用瞬时法，即用有限差值来代替微分值，并加以简化，以近似地求解一系列瞬时流态。瞬时流态法将式(4-1)进行简化而得出基本公式，再结合水库的特有条件对基本公式进行简化，得出用于水库调洪计算的实用公式： （4-3）式中：， 分别为计算时段初、末的入库流量(m/s)； 计算时段中的平均入库流量(m/s) ，=(+)/2；， 分别为计算时段初、末的下泄流量(m/s)； 计算时段中的平均下泄流量(m3/s)，；， 分别为计算时段初、末水库的蓄水量(m3)； 与之差； 计算时段。公式(4-3)表示为一个水量平衡方程式，表明：在一个计算时段内，水库水量与下泄水量之差即为该时段中水库蓄水量的变化。显然，公式中并未计入洪水入库处至泄洪建筑物间的行进时间，也未计入沿程流速变化和动库容等影响，这些因素均是其近似性的一个方面。当已知水库入库洪水过程线时，、均为已知，、，则是计算时段开始时的初始条件。于是，式(4-3)中的未知数仅剩下、，当前一时段的、求出后，其值即成为后一时段的、值，使计算能逐步地连续进行下去。仅一个方程来求解、是不可能的，必须再有一个方程式，与式(4-3)联立，才能同时解出、的确定值，假定暂不计及自水库取水的兴利部门泻向下游的流量，则下泻量是泄水建筑物泻流水头的函数，而当泄洪建筑物的型式、尺寸等已确定时 (4-4)式中： 系数，与泄洪建筑物的型式、尺寸、闸孔开度及淹没系数有关； 指数，对于堰流一般等于3/2，对于闸孔出流一般=1/2。根据水力学公式，与的关系曲线可求。若是堰流即为库水位Z与堰顶高程之差；若是闸孔出流即为库水位Z与闸孔中心线高程之差。因此可以根据与的关系曲线求出Z与的关系曲线，并且由库水位Z，又可借助于水库容积特性曲线，求出相应的水库蓄水容积，则式(4-4)可用下泄流量与库容的关系曲线代替，即，与式(4-3)联立方程组，求解、。当水库承担下游防洪任务时，要求保持不大于下游允许的最大下泄流量时，就要利用闸门控制流量，但计算的基本公式和方法与上述一致。本设计泄水建筑物是正槽溢洪道。采用闸门全开式泄洪，故下泄流量是，即为库水位Z与堰顶高程之差，由于资料有限仅有0.1%和2%的流量及其对应的三日洪峰流量，无法描绘出洪水过程线，故采用三角形法拟画出洪水过程线（具体做法见本章4.4节）。本设计中进行调洪演算是为了定出设计、校核水位及相应的下泄流量，已知下泄量与水头的关系曲线（即式4-4），通过假定下泄流量，可利用洪水过程线计算出水库蓄水量，通过可查出对应的水位，得到曲线，通过两条q-Z曲线即得到设计、校核水位及相应流量。4.1.2 洪水调洪演算方法进行洪水调节计算的方法很多，目前常用的是：列表试算法，图解法。由于本枢纽工程是以发电为主要任务，故本设计中以引水发电流量作为起调流量（5m/s）。本设计采用图解法进行洪水调洪演算。4.2 洪水标准分析根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000，本枢纽工程工程等别为三等，工程规模为中型。主要水工建筑物级别为3级，次要水工建筑物级别为4级。参照山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准，3级水工建筑物设计情况洪水重现期采用50100年，校核情况洪水重现期采用10002000年，故本设计由给定的资料情况，采用以下洪水标准：设计情况，采用50年一遇的洪水标准P=2%的洪峰流量为364.5 m/s,三日洪量为965万m。校核情况，采用1000年一遇的洪水标准p=0.1%的洪峰流量为551.5 m/s,三日洪量为1569万m。4.3 泄水建筑物的型式选择水利枢纽中的泄水建筑物一般包括设于河床的溢流坝、泄水闸、泄水孔，设于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。本设计采用坝型为混凝土面板堆石坝，因此泄水建筑物一般不布置在河床。下面根据本工程的地形、地质条件，对正槽溢洪道、侧槽溢洪道及泄水隧洞这三种泄水建筑物进行比较选择。泄水隧洞布置得一般原则是：地质条件好，路线短，水流顺畅，与枢纽其他建筑无相互不良的影响。洞线宜选择在沿线地质构造简单、岩体完整稳定、岩性坚硬，上覆岩体厚度大，水文地质条件有利和施工方便的地段。避开围岩破碎、地下水位高或渗水量很大的岩层和可能坍塌的不稳定地带，同时防止洞身离地表太浅。本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层坍塌和挠曲常见。坝址区岩石的透水性及相对不透水层经先导孔压水试验，左岸相对不透水层埋深1024米，上部透水层q值为6.7196.7Lu，大者达到341.7Lu，属中等-严重透水层。本工程最大坝高55.5米，正常蓄水位276.6米，因此要避开透水层而布置泄水隧洞，工程量显然很大，而且本工程地质条件不好，故不采用隧洞泄洪。河岸溢洪道是布置在拦河坝坝肩或拦河坝上游水库库岸的泄洪通道，上游水库多余的来洪经此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有较大的超泄能力。包括两种型式：正槽溢洪道过堰水流方向与堰后泄槽纵轴线方向一致；侧槽溢洪道过堰水流过堰后急转近90，再经泄槽下泄。从地质条件上来说，溢洪道应力争位于较坚硬的岩基上，但较泄洪隧洞要求较低，但在地基条件差的基岩上，要注意衬砌和防冲的设计。同时对于堆石坝而言，河岸溢洪道可与坝体相接，从而既可减少溢洪道的开挖量，也可以减少坝体的填筑量。因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。正槽溢洪道在水力学上的特点是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰顶水头决定，过堰流量稳定于某一值后，泄槽各断面的流量也随之都达到同一值，故水流平顺稳定，运用安全可靠，另外，结构简单、施工方便。侧槽溢洪道在当水利枢纽的拦河坝难以本身溢流，且河岸陡峭，布置正槽溢洪道将导致巨大的开挖量时，可能成为比较经济的泄水建筑物。与正槽溢洪道相比，侧槽溢洪道前缘可少受地形限制，而向上游库岸延伸，由增加溢流前缘宽度而引起开挖量增加较少，从而可以以较长的溢流前缘宽度换取较低的调洪水位，或换取较高的堰顶高程。本工程的溢洪道布置在左岸，岸坡较陡优选侧槽溢洪道，但是，溢洪道的兴建需要注意和解决的问题是，高水头、大流量及不利地形地质条件下，高速水流引起的一系列水力学和结构问题，而侧槽溢洪道的水流现象复杂，进槽水流须立即转弯近90，再顺槽轴线下泄，对每一个不同的侧槽断面，其所通过的流量是不相同的，同时水流在槽中形成螺旋流。考虑到侧槽溢洪道水流现象的复杂，而且本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，出露的地层古老，经历了多次构造运动，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。若采用侧槽溢洪道，考虑侧槽内流态复杂，则侧槽及泄水段的衬砌工程含量很大；同时考虑到堆石坝溢洪道可紧靠坝体布置这一优点，同时由于本枢纽的坝体不是很高，正槽溢洪道的开挖量不会增加很大。综上所述，结合本工程的地形、地质条件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布置于左岸与坝体相接。4.4 调洪演算及泄水建筑物尺寸的确定4.4.1 调洪演算过程通过洪水资料，由三角形法作出设计情况和校核情况下的洪水过程线，假定不同的下泄流量，由洪水过程线求出库容，由库容，查水位库容曲线，得到相应的水库水位，从而可作出设计洪水和校核洪水对应的曲线；假定堰高、堰宽，确定起调流量之后，根据公式,又可作出一条溢洪道下泄能力曲线，即曲线。将曲线和曲线绘制在同一个坐标系中，由图中相应交点即可确定的下泄流量和洪水位的值。4.4.2 洪水过程线的模拟由于本设计中资料有限，仅有、的洪峰流量及相应的三日洪量，无法准确画出洪水过程线。本设计中采用三角形法模拟洪水过程线，并在曲线形状上尽量拟合为P型。根据洪峰流量和三日洪水总量，可大致作出一个三角形，根据水量相等原则，对三角形进行修正，得到两条模拟的洪水过程线。图4-1 设计洪水过程线图4-2 校核洪水过程线4.4.3 计算公式计算采用公式： （4-5）式中：侧收缩系数； m流量系数，m=0.502； B溢流孔口净宽； H堰上水头。注：1、由于在初步设计是不考虑淹没出流的情况，故淹没系数直接取为1。2、由水力学可知；单孔闸门，则；圆弧边墩，则，由上可得上述公式简化为：。4.4.4 计算结果表4-1 调洪演算方案汇总表方案堰顶高程(m)堰顶宽度B(m)设计洪水位H(m)设计下泄流量Q(m/s)校核洪水位H (m)校核下泄流量Q (m/s)设计情况单宽流量Q/B（m/s）12717276.9 200.0 278.7 284.2 28.6 28276.6 216.3 278.2 306.2 27.0 39276.3 229.7 277.8 323.3 25.5 410276.1 243.8 277.5 338.3 24.4 52727277.6 187.8 279.5 273.3 26.8 68277.3 204.3 279.0 295.0 25.5 79277.1 218.3 278.6 310.8 24.3 810276.8 230.0 278.3 327.2 23.0 92737278.3 177.5 280.2 263.6 25.4 108278.1 191.7 279.8 283.6 24.0 119277.9 204.5 279.5 300.0 22.7 1210277.7 217.5 279.2 316.0 21.8 132747279.1 165.4 281.0 251.6 23.6 148278.9 178.5 280.6 271.8 22.3 159278.7 191.4 280.3 288.5 21.3 1610278.5 200.0 280.0 303.1 20.0 172757279.8 154.0 281.8 241.0 22.0 188279.6 166.5 281.4 260.0 20.8 199279.4 177.6 281.1 276.0 19.7 2010279.2 187.4 280.8 289.5 18.7 4.4.5 方案选择以上20个方案均满足允许下泄流量，方案3、4的设计洪水位小于本设计的正常蓄水位，故舍弃。方案5、9、13、14、15、17、18、19、20的设计下泄流量均小于200 m3/s，太小，故不采用。因此在剩余的1、2、6、7、8、10、11、12方案中需通过经济技术比较：本设计对此只做定性分析，同时也考虑与导流洞结合的问题。一般情况下堰顶高程越低，溢洪道开挖量越大；堰顶高程越高，溢流前缘宽度一定的情况下，大坝洪水位越高，坝顶高程越高，大坝工程量越大；溢流前缘宽度B越大，堰顶高程一定的情况下，溢洪道开挖量越大； Q/B即单宽流量越大消能越困难，衬砌要求也高。方案1、2、6、7、8堰顶高程相对正常蓄水位高差过大，方案12相对于方案10、11，设计洪水位和校核洪水位低，单宽流量小，故最终选择方案12：即堰顶高程273m，溢流孔口净宽10m；该方案设计洪水位277.7m，设计下泄流量217.5m3/s，校核洪水位279.2m，校核下泄流量316m3/s。4.4.6 坝顶高程的确定4.4.6.1 工程等别及建筑物级别和洪水标准的确定由校核洪水位279.2m查得相应水库的总库容为2262万m3，水电站装机容量为6400kW, ,根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），本工程工程等别为三等，工程规模为中型，主要建筑物级别为3级、次要建筑物级别为4级。水工建筑物为3级的洪水标准：设计下洪水重现期为50100年，校核下洪水重现期为10002000年。4.4.6.2波浪要素计算本工程位于江西省南部，库区属于低山丘陵地貌，按碾压式土石坝设计规范SL2742001，波浪要素的计算可采用鹤地水库公式进行： （4-6） （4-7）上式中：累积频率为2%的波高，m； 平均波长，m。为水面以上10m处的风速，正常运用条件下级坝，采用多年平均最大风速的1.5倍；非常运用条件下的各级土石坝，采用多年平均最大风速。设计波浪爬高值根据工程等级确定，3级坝采用累积频率为1%的爬高值。按上述公式算出的为，再根据频率法按下表可得出。表4-2 不同累积频率下的波高与平均波高比值0.010.112451014 0.13.422.972.422.232.021.951.711.60.10.23.252.822.32.131.931.871.641.54波浪中心线高出计算静水位按下式计算： （4-8）4.4.6.3 挡墙顶高程的确定根据碾压式土石坝设计规范公式(5.3.1)，堰顶上游L型挡墙在水库静水位以上高度按下式确定： （4-9）式中：y坝顶超高； R最大波浪在坝坡上的爬高，按h1%算；e最大风雍水面高度，按下式算： （4-10）安全超高，根据碾压式土石坝设计规范5.3.1规定取值。 表4-3 安全超高汇总表YReA正常水位3.25 2.55 0.0021360.70 设计水位3.25 2.55 0.0020890.70 校核水位1.93 1.53 0.0009020.40 表4-4 坝顶高程确定表方案121 正常蓄水位276.63.25 279.85 防浪墙顶高程坝顶高程2 设计洪水位277.73.25 280.95 281.2 280.0 3 校核洪水位279.21.93 281.13 考虑施工方便和施工的精度，防浪墙顶高程为281.2m，根据混凝土面板堆石坝设计规范5.4.4要求，防浪墙顶高于坝顶1.2m，则坝顶高程为防浪墙顶要高出坝顶11.2m，本设计取1.2m,则坝顶高程为280.0m。4.4.6.4 闸门设计堰宽B=10m，单扇闸门挡水，选用平板闸门。闸门的高度由挡正常蓄水位确定，取6m；则其宽高比10/6=1.7，在1.62.0的范围之内，满足闸门定型制造要求。另外布置时将闸门放在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴着堰面下泄。闸墩(边墩)的长度应满足工作桥、交通桥及启闭机等布置要求，取8m。闸墩高度取决于闸门和启闭机的形式，应保证开启后的闸门底缘高出水库最高洪水位，并留有一定安全超高，取为8m，闸墩厚度取2.0m。第五章 主要建筑物型式选择及枢纽布置5.1 枢纽等别及组成建筑物级别经调洪演算得，校核洪水位为279. 2m，水电站装机容量为6400kW,水库总库容为，根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000，本工程等别为三等。B江水利枢纽工程：工程等别为三等； 主要建筑物级别：3级； 次要建筑物级别：4级。5