狄青水电站压力钢管分岔管结构设计说明书

1 摘要 狄青水电站坐落于浙江省乌溪江，湖南镇，属于梯级开发电站， 根据地形要求，其开发方式为有压引水式。坝区地质条件较好，主要 建筑物（混凝土非溢流坝），泄水建筑物（混凝土溢流坝），引水建 筑物（有压引水遂洞，调压室），地面厂房。 水库校核洪水位 238.0m（万年一遇），相应的下泄流量 7000m3/s；设计洪水位 235.5m（千年一遇），相应的下泄流量 5000m3/s；设计蓄水位 230.0m。 本设计确定坝址位于山前峦附近，非溢流坝坝顶高程 240.35m， 坝底高程 112.00m，最大坝高 128.35m，上游折坡坡度为 0.15 ，下游 坝坡坡度为 1：0.79，溢流坝堰顶高程 223.3m。 引水隧洞进口位于坝址上游凹口处，遂洞全长 1100m。洞径 8.2m，调压室位于厂房上游 250m 左右处，高程 250m 的山峦上，型 式为差动式。 厂房位于下游狄青位置。设计水头 94.89m，装机容量 28.5=17 万 kw，主厂房总宽 19.6m，总长 70m。水轮机安装高程 115.24m，水 轮机层地面高程 117.98m，发电机层高程 125.84m，装配场层与发电 机层同高,，低于下游校核洪水位 126.93m，故须在下游设 1.5m 的挡 水墙。厂房附近布置开关站，主变等。受地形限制，尾水平台兼作公 路用，坝址与厂区通过盘山公路连接，形成枢纽体系。 2 另外，本设计还对岔管体型设计及进行了结构计算。 关键词关键词：水利枢纽；挡水建筑物；泄水建筑物；稳定；应力；水 轮机；选型；引水隧洞；调压室；厂房；岔管。 3 AbstractAbstract The DiQing hydropower station is located in HuNan Town in ZheJiang province ,which belongs to a chain of exploitation . According to the demand of topographic form ,I choose diversion hydropower station . The geology condition is good .The main construction conclude the water retaining structure (the concrete non over-fall dam) ,the release works (the concrete over fall dam) ,the diversion structure (pressure seepage tunnel ,the surge-chamber ) ,and the surface power station . The check level is 238m ,its corresponding flow is 7000m3/s . The design water level is 235.5 m ,its corresponding flow amount is 5000 m3/s. The regular water retaining level is 230m . The dam site is near the former saddle .The crest elevation of the non-over-fall dam is 240.35 m ,and the base elevation is 112.0m ,The max height of the dam is 128.35m , The upstream dam slope is 1:0.15 ,the downstream dam slop is 1:0.79 ,the spillway crest elevation is 223.3m . The inducer of the seepage tunnel is located at the recess place ,The length of tunnel is 1100m ,the diametric of which is 8.2m .The surge-chamber is located at the mountain , which is 250m from the work shop building and is type is differential motion. The workshop building is located at downstream ,the design level of the turbine is 94.89m , the equipped capacitor is 17.0104kw ,the clean width is 19.6m , its whole length is 70m . The fix level of the turbine is 115.24 m , the height of hydraulic trbine is 117.98m, and the height of dynamo is 125.84m , the level of the adjustment bay is 125.84 m，too (lower than the downstream water level 126.93m) . So it is necessary to set up in the lower reaches of the retaining wall 1.5m. Near the workshop building , there are switch station and the main transformer and so on . This design is concluded branch pipe. Key words: hydro-junction; retaining structure; discharge structure; stability; stress; hydraulic turbine; type selection; diversion tunnel; surge chamber; workshop; branch pipe. 4 目录 第 1 章 设计基本资料1 1.1 地理位置1 1.2 水文与气象1 1.2.1 水文条件1 1.2.2 气象条件2 1.3 工程地质3 1.4 当地建筑材料.4 1.5 既给设计控制数据.5 1.5.1 设计洪水位5 1.5.2 校核洪水位5 1.5.3 设计蓄水位5 1.5.4 设计低水位5 1.5.5 装机容量5 第 2 章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物6 2.1 建筑物等级确定.6 2.2 枢纽布置6 2.2.1 枢纽布置形式6 2.2.2 坝轴线位置比较选择6 2.3 混凝土非溢流坝.6 2.3.1 剖面设计6 2.3.2 稳定与应力校核10 2.3.3 混凝土坝的材料与构造24 2.3.4 地基处理24 2.4 混凝土溢流坝25 2.4.1 溢流坝孔口尺寸的确定25 2.4.2 溢流坝堰顶高程的确定26 2.4.3 闸门的选择27 2.4.4 溢流坝剖面27 2.4.5 溢流坝稳定验算30 2.4.6 溢流坝的结构布置33 2.4.7 消能与防冲33 第 3 章 水电站厂房.35 3.1 水轮机的选择35 3.1.1 特征水头的选择35 3.1.2 水轮机型号选择37 3.1.3 水轮机安装高程42 3.2 厂房内部结构43 3.2.1 发电机外形尺寸估算43 5 3.2.2 发电机重量估算45 3.2.3 水轮机蜗壳及尾水管45 3.2.4 调速系统，调速设备选择46 3.2.5 水轮机阀门及其附件48 3.2.6 起重机设备选择50 3.3 主厂房尺寸及布置.50 3.3.1 长度50 3.3.2 宽度51 3.3.3 厂房各层高程确定51 3.4 厂区布置53 第 4 章 水电站引水建筑物54 4.1 引水隧洞整体布置.54 4.1.1 洞线布置（水平位置）54 4.1.2 垂直方向54 4.2 细部构造54 4.2.1 隧洞洞径54 4.2.2 隧洞进口段54 4.3 调压室56 4.3.1 调压室功用56 4.3.2 设置调压室的条件57 4.3.3 压力管道设计57 4.3.4 计算托马断面57 4.3.5 计算最高涌波引水道水头损失61 4.3.6 计算最低涌波引水道水头损失64 4.3.7 调压室方案比较66 第 5 章 岔管专题设计73 5.1 岔管的布置原则.73 5.2 岔管形式的选择.73 5.3 设计工况分析、荷载计算和允许应力要求.73 5.4 结构设计74 5.4.1 管壁厚度的计算74 5.4.2 岔管体形设计75 5.4.3 肋板计算78 参考文献83 1 第 1 章 设计基本资料 1.1 地理位置 乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附 近流入衢江，全长 170 公里，流域面积 2623 平方公里。 流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面积小，土层 薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床 比降为 1/1000，水能蕴藏量丰富。 流域内已建成两座水电站，第一级为狄青水电站，坝址位于衢县境内乌溪江 区山前峦处，坝址以上流域面积为 2151 平方公里。第二级为黄坛口水电站，坝址 位于衢县黄坛口公社。坝址以上流域面积为 2328 平方公里。 1.2 水文与气象 1.2.1 水文条件 山前峦坝址断面处多年平均径流量为 83.0m3/s。 表 1-1 坝址断面处山前峦水位流量关系 水位(m)122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5 流量(m3/s)105010020050010002000 水位(m)130.1132.6135.3137.6139.8141.8 流量(m3/s)300050007500100001250015000 山山前前峦峦水水位位流流量量关关系系曲曲线线 120 125 130 135 140 145 0200040006000800010000120001400016000 流量(立方米/s) 水位(m) 2 图 1-1 坝址断面处山前峦水位流量关系曲线 表 1-2 电站厂房处狄青水位流量关系 水位(m)115115.17115.39115.57115.72115.87116 流量(m3/s)1020406080100120 水位(m)116.13116.25116.37116.47117.05117.9118.5 流量(m3/s)1401601802004007001000 水位(m)119.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8 流量(m3/s)15002000300040006000800010000 狄狄青青水水位位流流量量关关系系曲曲线线 112 116 120 124 128 132 020004000600080001000012000 流量(立方米/s) 水位(m) 图 1-2 坝址断面处狄青水位流量关系曲线 1.2.2 气象条件 乌溪江流域属副热带季风气候，多年平均气温 10.4，月平均最低气温 4.9， 最高气温 28。多年平均降雨为 1710mm ，雨量年内分配极不均匀，4、5、6 三 个月属梅雨季节，降雨量占全年的 50%左右。7、8、9 月份会受台风过境影响，时 有台风暴雨影响，其降雨量占全年的 25%左右。 3 表 1-3 水库水位面积、容积曲线 高程 ()m 水库面积 () 2 km 总库容 () 63 10 m 25059.842592.54 24554.92305.69 24049.962043.54 23545.931803.82 23041.91584.24 22538.11384.24 22034.31203.24 21531.151039.62 21027.99891.77 20524.61760.27 20021.22646.69 19519.11544.87 19016.99454.62 18514.94374.79 18012.89305.22 1709.37193.62 1606.66113.77 1504.9555.72 1.3 工程地质 库区多高山峡谷，平原极少。地层多为白垩纪流纹斑岩及凝灰岩分布，柱状 节理及顺坡向节理裂隙普遍，断裂构造不甚发育，受水库回水影响，可能有局部 土滑、崩塌等情况，但范围不会很大，因此库区的岸坡稳定问题是不严重的。唯 坝前水库左岸的梧桐口至坝址一段地形陡峭，顺坡裂隙较为发育，经调查有四处 山坡因顺坡裂隙切割，不够稳定，每处不稳定岩体为 23 万立方米，在水库蓄水 过程中，裂隙中充填物受潮软化，易崩塌、滑落，由于距坝趾较近，在施工过程 4 中应注意安全。 库取未发现有经济价值的矿床，仅湖南镇上游破石至山前峦一带有 30 余个旧 矿，经地质部华东地质局浙西队调查，认为无经济价值。 本工程曾就狄青、山前峦两个坝址进行地质勘测工作，经分析比较，选用了 山前峦坝址。 山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽 110m 左右，两岸地形对称，覆盖层较薄，厚 度一般在 0.5m 以下，或大片基岩出露，河床部分厚约 24m。岩石风化普遍不深， 大部分为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层仅 1m 左右，半风化带厚约 212m，坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状以 西北和北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米。坝址主要工程地 质问题为左岸顺坡裂隙、发育，差不多普及整个山坡，其走向与地形地线一致， 影响边坡岩体的稳定性。 坝址地下水埋置不深，左岸为 1126m，右岸 1534m。岩石透水性小，相对 抗水层（条件吸水量 0.01L/dm）埋深不大，一般在开挖深度范围内，故坝基和坝 肩渗透极微，帷幕灌奖深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用。 坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸 1012m，右岸 69m，河中 68m， 坝体与坝基岩石的摩擦系数采用 0.68。 引水建筑物沿线为流纹斑岩分布。岩石新鲜完整，地质条件良好。 有十余条挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重。 厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构 造较单一。有两小断层，宽 0.50.8m，两岸岩石完好。 本区地震烈度小于 6 度。 1.4 当地建筑材料 本工程需要砾石约 186 万立方米，砂 67 万立方米。经勘测，砂的粒径偏细， 砾石超粒径的含量偏多，其他指标均能满足要求，但坝址附近几个料场的储量不 能完全满足设计要求。故不足的砂石料用轧石解决，轧石料场选在大坝左岸距坝 址 0.812 公里范围内。不足的砂料用楼里村附近的几个料场补充，距坝址 2.53 公里。 坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路。 5 1.5 既给设计控制数据 1.5.1 设计洪水位：，设计最大洪水下泄流量235.50m 3 5000/ms 1.5.2 校核洪水位：，校核洪水最大下泄流量，相应238.00m 3 7000m /s 的水库库容 3 1947.65 108m 1.5.3 设计蓄水位：230.00m 1.5.4 设计低水位：190.00m 1.5.5 装机容量：(两台机)17kw万 6 第 2 章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物 2.1 建筑物等级确定 水库总库容（由校核洪水位 238m 查得），主要建筑物为一等 1 83 1.95 10 m 级建筑物，次要建筑物为 3 级，临时建筑物 4 级 2.2 枢纽布置 2.2.1 枢纽布置形式 坝址附近河道蜿蜒曲折，多年平均径流量 83.0m3/s，较小；河床坡度比降 1/1000，故根地形条件选用有压引水式地面厂房方案。上游山前峦断面布置挡水建 筑物及泄水建筑物，大坝右岸上游约 150m 处有天然凹口，在此布置引水隧洞进水 口。下游获青处布置地面厂房，开关站等建筑物，具体位置见枢纽布置图。 2.2.2 坝轴线位置比较选择 根据已知资料，山前峦坝址地形图，选择两条坝轴线。a 线沿东西向与河道垂 直，纵坐标 76340，b 线也沿东西向，纵坐标 76380。a 线总长 449m，穿过左岸部 分裂隙；b 线总长 432m，避开左岸裂隙。由于坝轴线较短，穿过裂隙不多可作地 基处理故选择 b 线方案。 2.3 混凝土非溢流坝 2.3.1 剖面设计 2.3.1.1 基本剖面 2.3.1.1.1 坝高的确定 表 2-1 吹程及风速 吹程 D(m)计算风速 Vf(m/s ) 基本组合（正常情况） 220022.5（多年平均最大风速 1.52.0 倍） 特殊组合（校核情况） 222515（洪水期多年平均最大风速） 7 坝顶或坝顶上游防浪墙应超出水库静水位高度：h （2- 1% 2 zc hhhh 1） 式中：累计频率为 1%的波浪高度 m 1% 2h 波浪中心线高出静水位高度 m z h 取决于坝级别和计算情况的安全超高 c h 内陆峡谷水库宜用官厅水库公式计算： （2- 11 2.153.75 0 22 00 0.331() m gLgD v vv 2） （2- 11 312 0 22 00 0.0076() ghgD v vv 3） 式中：计算风速（m/s），设计状况宜采用洪水期多年平均最大风速的 f v 1.52.0 倍，校核状况宜采用洪水期多年平均最大风速； D吹程（km），指坝前沿水面至对岸的最大直线距离，可根据水库状 况确定。若库形狭长，应以 5 倍平均库面为准。 坝高= h max h 设 校 设计洪水位 校核洪水位 （1）按基本组合（正常情况）计算： 3.81hm 设 8 坝顶高程=设计洪水位+h 设 239.31m (2)按特殊组合（校核情况）计算： 2.35hm 设 坝顶高程=校核洪水位+h 校 240.35m 综上：坝顶高程取为 240.35 m。 2.3.1.1.2 坝底宽的确定 由于电站形式为引水式，故坝上游侧无有压进水口，上游坝坡坡度不受限制， 取上游面坡度，同时用应力条件和稳定条件公式确定坝底的最小宽度。 0 （1） 按应力条件确定坝底最小宽度 （2- 1 0 21 1 c H B 4） 为上游坡度，取时可以得到： （2- 0 1 0 c H B 5） 式中：B坝底宽度，m； 基本剖面坝高，mH 坝体材料容重取值 23.5KN/m3 c 水容重 10KN/m30 扬压力折减系数,按规范坝基面取 0.31 0 1 0.69 c B m H （2） 按稳定条件确定坝底最小宽度 9 假定上游库水位与三角形顶点平齐，上游水深=坝高=240.35m，下游无水 坝的荷载只考虑上游水平水压力 P，坝体自重 G 及扬压力 U 荷载设计值： 重力设计值： 3 193.566 10GmKN 扬压力设计值： 3 24.711 10UmKN 静水压力设计值： 3 82.368 10PKN 由水工建筑物表 4-1 查得 1 级水工建筑物 K=1.10 ()fWU K P 0.79m 所以坝底宽由稳定控制 取 m=0.79 B=101.4 2.3.1.2 实用剖面 2.3.1.2.1 坝顶宽度 坝顶宽度 b=（8%10%）H=10.268m12.835m，且不小于 2m。 本设计取 12m 2.3.1.2.2 剖面形态 由上可知，稳定条件为限制条件，所以采用上游坝面上部铅直、而下部呈倾 斜，这样可利用部分水重来增强坝的稳定性。折坡点起点位置应结合引水、挡水 建筑物的进水高程来选定，一般为把高的 1/31/2（42.7885.57），取折坡高程 为 112+48=160.0m，坡度为 1:0.15 坝底总宽=0.15 48 101.4108.6m 10 1:0.15 240.35 112.00 160.00 225.16 1200 1:0.79 10860 图 2-1 非溢流坝剖面图 2.3.2 稳定与应力校核 2.3.2.1 原理及公式： 本设计采用概率极限状态设计原则，以分项系数极限状态设计表达式进行结 构计算。 混凝土重力坝分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行下列计算和 验算： 2.3.2.1.1 承载能力极限状态： 坝体断面、结构及坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算，必要时进行抗浮、抗 倾验算；对需抗震设防的坝及结构，尚需按 DL5073 进行验算。 混凝土重力坝及坝上结构设计时，应根据水工建筑物的级别，采用不同的水 工建筑物结构安全级别，见下表 表 2-2 水工建筑物结构安全级别 水工建筑物级别水工建筑物结构安全级别 1 11 2、3 4、5 按承载能力极限状态设计时，应考虑下列两种作用效应组合： 1）基本组合持久状况或短暂状况下，永久作用与可变作用的效应组 合； 2）偶然组合偶然状况下，永久作用、可变作用与一种偶然作用的效 应组合。 （2- K m K d KKQKG a f RaQGS, 1 , 1 0 6） 式中：结构重要系数，对应于结构安全级别为、级的结构及构件， 0 可分别取用 1.1、1.0、0.9； 设计状况系数，对应于持久状况、短暂状况、偶然状况，可分别取 用 1.0、0.95、0.85； 作用效应函数； S 结构及构件抗力函数； R 永久作用分项系数，见表 2-3； G 可变作用分项系数，见表 2-3； Q 永久作用标准值；K G 可变作用标准值；K Q 几何参数的标准值（可作为定值处理）；K a 材料性能的标准值；K f 材料性能分项系数，见表 2-4； m 基本组合结构系数，见表 2-5 1d 对偶然组合，应采用下列极限状态设计表达式 12 （2- K m K d KKKQKG a f RaAQGS, 1 , 2 0 7） 式中：偶然作用代表值；K A 偶然组合结构系数，见表 2-5 2d 表 2-3 作用分项系数 序号 作用类型 分 项 系 数 1 自重 1.0 2水压力 1）静水压力 2）动水压力：时均压力、离心力、冲 击力、脉动压力 1.0 1.05、1.1、1.1、1.3 3扬压力 1）渗透压力 2）浮托力 3）扬压力（有抽排） 4）残余扬压力（有抽排） 1.2（实体重力坝）、1.1（宽 缝、空腹重力坝） 1.0 1.1（主排水孔之前） 1.2（主排水孔之后） 4淤沙压力1.2 5浪压力1.2 注：其它作用分项系数见 DL5077 表 2-4 材料性能分项系数 序号材 料 性 能分项系数 备 注 1 抗剪强度 1）混凝土/基岩 摩擦系数 Rf 黏聚力Rc 1.3 3.0 13 2)混凝土/混凝土 摩擦系数 cf 黏聚力cc 1.3 3.0 包括常态混凝土 和碾压混凝土层 面 3)基岩/基岩 摩擦系数 df 黏聚力dc 1.4 3.2 4）软弱结构面 摩擦系数 df 黏聚力dc 1.5 3.4 2 混凝土强度 抗压强度 c f 1.5 表 2-5 结构系数 序号 项 目组合类型 结构系数备 注 1抗滑稳定极限状态设 计式 基本组合 偶然组合 1.2 1.2 包括建基面、层 面、深层滑动面 2混凝土抗压极限状态 设计式 基本组合 偶然组合 1.8 1.8 按照承载能力极限状态，应计算下列两种作用组合。 基本组合由下列永久和可变作用产生的效应组合： 1）建筑物的自重（包括永久机械设备、闸门、起重设备及其它的自重）。 2）发电为主的水库，上游正常蓄水位（或施工期临时挡水位），按照功能运用 要求建筑物泄放最小流量的下游水位，而排水及渗设施正常工作时的水荷载： a) 大坝上、下游面的静水压力； b) 扬压力。 3）大坝上游淤沙压力。 4）大坝上、下游侧土压力。 5）防洪为主的水库，按防洪高水位及相应的下游水位的水荷载取代 2，且排水 及防渗设施正常工作： a) 大坝上、下游面的静水压力； b) 扬压力； c) 相应泄洪时的动水压力。 14 6）浪压力： a) 取 50 年一遇风速引起的浪压力； b) 多年平均最大风速引起的浪压力。 7）冰压力。 8）其他出现机会较多的作用。 偶然组合应在基本组合下，计入下列的一个偶然作用： 9）建筑物泄放校核洪水（偶然状况）流量时，上、下游水位的水荷载取代 2） 或 5），且排水及防渗设施正常工作： a) 坝上、下游面的静水压力； b) 扬压力； c) 相应泄洪时动水压力。 10）其它出现机会很少的作用。 承载能力极限状态作用的基本组合和偶然组合按表 2-6 规定进行计算。 持久状况下正常使用极限状态设计时，应按长期组合计入“基本组合由下列 永久和可变作用产生的效应组合”的有关作用进行计算。 坝体在施工和检修情况下应按短期组合进行设计。作用值大小及其组合应按 照建筑物施工与检修具体条件确定。 表 2-6 作 用 类 型 设 计 状 况 作 用 组 合 主要考 虑情况 自 重 静 水 压 力 扬 压 力 淤 沙 压 力 浪 压 力 冰 压 力 动 水 压 力 土 压 力 备注 持 久 状 况 基 本 组 合 1.正常 蓄水位 情况 1）2）3） 4) 土压力根据坝 体外是否有填 土而定（下同） 以发电为主的 水库 15 短 暂 状 况 2设计 洪水位 情况 1）2）3） 4） 偶 然 状 况 偶 然 组 合 校核洪 水情况1）2）3） 4） 溢流坝考虑动 水压力 注： 应根据各种作用同时发生的概率，选择计算中最不利的组合； 承载能力极限状态设计包括： 1）坝体与坝基接触面抗滑稳定计算 ； 2） 坝址抗压强度验算； 3） 坝体层面（折坡面）下游端点抗压强度计算。 坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态： 作用效应函数 R PS （2-8） 抗滑稳定抗力函数 R R R RAcWfR （2-9） 式中： R P 坝基面上全部切向作用之和，kN； Rf 坝基面抗剪摩擦系数； Rc 坝基面抗剪断黏聚力，kPa。 核算坝基面抗滑稳定极限状态时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标 准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。 坝趾抗压强度承载能力极限状态： 作用效应函数 2 2 1m J TM A W S R RR R R （2- 10） 16 抗压强度极限状态抗力函数 c fR 或 R fR （2-11） 式中： R W 坝基面上全部法向作用之和，kN，向下为正； R M 全部作用对坝基面形心的力矩之和，逆时针方向为正； mKN R A 坝基面的面积， 2 m； R J 坝基面对形心轴的惯性矩， 4 m； R T 坝基面形心轴到下游面的距离，m； 2 m坝体下游坡度； c f 混凝土抗压强度，kPa； R f 基岩抗压强度，kPa。 核算坝趾抗压强度时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标准值或代表 值分别计算基本组合和偶然组合。 坝体选定截面（坝基面与折坡面）下游端点的抗压强度承载能力极限状态： 作用效应函数 2 2 1m J TM A W S c cc c c （2- 12） 抗压强度极限状态抗力函数 c fR （2- 13） 式中： c W 计算截面上全部法向作用之和，kN，向下为正； c M 全部作用对计算截面形心的力矩之和，逆时针方向为 mKN 正； c A 计算截面的面积， 2 m； c J 计算截面对形心轴的惯性力矩， 4 m； c T 计算截面形心轴到下游面的距离，m； 2 m 坝体下游坡度。 核算坝体选定计算截面下游截面端点抗压强度时，根据规定，应按材料的标 17 准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。 2.3.2.1.2 正常使用极限状态： 按材料力学方法进行坝体上、下游面混凝土拉应力验算，必要时进行坝体及 结构变形计算；复杂地基局部渗透稳定验算。 按正常使用极限状态设计时，应考虑下列两种效应组合： 1）短期组合持久状况或短暂状况下，可变作用的短期效应与永久作 用效应的组合； 2）长期组合持久状况下，可变作用的长期效应与永久作用效应的组 合。 坝体及结构的混凝土应按所处环境条件、使用条件、结构部位和结构型式及 施工条件，满足耐久性要求。 正常使用极限状态计算规定： 正常使用极限状态作用效应的短期组合采用下列设计表达式 310 /, dKKKKs CafQGS （2-14） 正常使用极限状态作用效应的长期组合采用下列设计表达式 （2- 420 /, dKKKKl CafQGS 15） 式中：、结构的功能限值；1 C 2 C 、作用效应的短期组合、长期组合时的效应函数； s S l S 、正常使用极限状态短期组合、长期组合时的结构系数； 3d 4d 可变作用标准值的长期组合系数，本规范取。 1 正常使用极限状态设计包括： 应按作用的标准值分别计算作用的短期组合和长期组合。 核算坝体上游面的垂直应力时，应按作用的标准值计算作用的长期组合。 计算公式为： （2- 0 ccc cc WM T AJ 16） 18 式中： c M 计算截面上全部作用对截面形心的力矩之和，逆 mKN 时针方向为正； c J 计算截面面积对形心轴的惯性矩， 4 m； c T 计算截面形心轴到上游的距离，m。 核算坝体下游面的垂直应力时，应按作用的标准值计算作用的短期组合。 计算公式为： （2- 100 ccc cc WM T kPa AJ 17） 2.3.2.2 计算成果： 2.3.2.2.1 设计状况: 基本组合：（持久状况）（上游为正常蓄水位，下游水位为 0） 坝基面： 1:0.15 240.35 112.00 160.00 225.16 1200 230.00 （正常蓄水位） 10860 1:0.79 (1) (2) (1) (2) (3) (1) (2) (3) 16209240 图 2-2 非溢流坝荷载计算简图（坝基面） 坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态： 19 0 155215.4 (*)1.1 1.0 6967976646.9129346.2 1.2 SkPakPa 满足要求。 坝址抗压强度承载能力极限状态： 0 13500 (*)1.1 1.0 2615.428775000 1.8 1.5 c dm f SkPakPa 满足要求。 正常使用极限状态的抗拉验算： 长期组合下坝踵不出现拉应力（运行期） 126253.1836113.7 54.3 737.20 108.6106735.3 RRR RR WM T kPaa AJ 满足要求。 短期组合下坝趾不出现拉应力（完建） 145300.52245350.3 54.3 195.6100 108.6106735.3 RRR RR WM T kPakPa AJ 满足要求。 折坡面： 240.35 160.00 225.16 1200 230.00 1:0.79 (1) (1) (2) 12005148 (1) (2) (3) 5748 600 （正常蓄水位） 图 2-3 非溢流坝荷载计算简图（折坡面） 坝体折坡面下游的抗压强度承载能力极限状态： 20 0 13500 (*)1.1 1.0 1253.21378.55000 1.8 1.5 c dm f SkPakPa 满足要求。 折坡点正常使用极限状态的抗拉验算： 长期组合下坝体上游垂直面不出现拉应力（运行期） 4639820842.9 31.74 699.90 63.4821317.2 RRR RR WM T kPa AJ 满足要求。 短期组合下坝体下游面不出现拉应力（完建） 54052.5664230.9 31.74 87.51100 63.4821317.2 RRR RR WM T kPakPa AJ 满足要求。 2.3.2.2.2 设计状况: 基本组合：（短暂状况） 上游为设计洪水位，下游为设计洪水最大下泄流量 5000（发电流量作为安 3 /ms 全储备）对应的下游水位132.6 11220.6m 坝基面： 21 1:0.15 240.35 112.00 160.00 225.16 1200 235.50 10860 1:0.79 (1) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (4) 16209240 132.60 (2) (4) (3) （设计洪水位） 图 2-4 非溢流坝荷载计算简图（坝基面） 坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态： 0 (*)140369.9 (*)1.1 0.95 74162.877500.1116974.9 1.2 d R SkPakPa 满足要求。 坝址抗压强度承载能力极限状态： 0 13500 (*)1.1 0.95 2647.42766.55000 1.8 1.5 c dm f SkPakPa 满足要求。 正常使用极限状态的抗拉验算： 长期组合下坝踵不出现拉应力（运行期） 109468.11186068.8 54.3 404.60 108.6106735.3 RRR RR WM T kPa AJ 满足要求。 短期组合下坝趾不出现拉应力（完建） 22 145300.52245350.3 54.3 195.6100 108.6106735.3 RRR RR WM T kPakPa AJ 满足要求。 折坡面： 240.35 160.00 225.16 1200 235.50 1:0.79 (1) (1) (2) 12005148 (1) (2) (3) 5748 600 （设计洪水位） 图 2-5 非溢流坝荷载计算简图（折坡面） 坝体折坡面下游的抗压强度承载能力极限状态： 0 13500 (*)1.1 0.95 1606.81679.15000 1.8 1.5 c dm f SkPakPa 满足要求。 折坡点正常使用极限状态的抗拉验算： 长期组合下坝体上游垂直面不出现拉应力（运行期） 45796.5173357.5 31.74 463.30 63.4821317.2 RRR RR WM T kPa AJ 满足要求。 短期组合下坝体下游面不出现拉应力（完建） 54052.5664230.9 31.74 87.51100 63.4821317.2 RRR RR WM T kPakPa AJ 23 满足要求。 2.3.2.2.3 校核状况: 特殊组合：（偶然状况） 上游为校核洪水位，下游为校核洪水最大下泄流量 7000（发电流量作为安 3 /ms 全储备）对应的下游水位134.8 11222.8m 坝基面： 1:0.15 240.35 112.00 160.00 225.16 1200 238.00 10860 1:0.79 (1) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (4) 16209240 134.80 (2) (4) (3) （校核洪水位） 图 2-6 非溢流坝荷载计算简图（坝基面） 坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态： 0 (*)138603.1 (*)1.1 0.85 76804.171811.8115502.6 1.2 d R SkPakPa 满足要求。 坝址抗压强度承载能力极限状态： 24 0 13500 (*)1.1 0.85 2781.52600.75000 1.8 1.5 c dm f SkPakPa 满足要求。 正常使用极限状态的抗拉验算： 长期组合下坝踵不出现拉应力（运行期） 107567.11382681.9 54.3 287.10 108.6106735.3 RRR RR WM T kPa AJ 满足要求。 折坡面： 240.35 160.00 225.16 1200 238.00 1:0.79 (1) (1) (2) 12005148 (1) (2) (3) 5748 600 （校核洪水位） 图 2-7 非溢流坝荷载计算简图（折坡面） 坝体折坡面下游的抗压强度承载能力极限状态： 0 13500 (*)1.1 0.85 1787.81671.65000 1.8 1.5 c dm f SkPakPa 满足要求。 折坡点正常使用极限状态的抗拉验算： 长期组合下坝体上游垂直面不出现拉应力（运行期） 45523.2250881 31.74 343.60 63.4821317.2 RRR RR WM T kPa AJ 25 满足要求。 2.3.3 混凝土坝的材料与构造 2.3.3.1 材料 采用的混凝土编号为 20 C 2.3.3.2 构造 2.3.3.2.1 坝顶结构 采用实体结构，顶面按路面设计，在坝顶上布置排水系统和照明设备 2.3.3.2.2 坝体分缝 横缝将坝体沿坝轴线方向分成若干坝段，其缝面常为平面，不设键槽，不进 行灌浆，使各坝段独立工作。缝的宽度器取 1cm，横缝间距为 20m，横缝止水用 两道金属止水片（紫铜片或不锈钢片）和一道防渗沥青井。 纵缝是为了适应混凝土的浇筑能力和减小施工期温度应力而设置的临时缝。 本设计采用两条垂直纵缝，距离为40 3038.6108.6m 为了加强坝体的整体性，缝面一般设置键槽，槽的短边和长边大致与第一及 第二主应力相交，使槽面基本承受正压力。且键与槽互相咬合，可提高纵缝的抗 剪强度。 2.3.3.2.3 坝内廊道 沿灌浆廊道向上，间隔 30m 布置一层廊道，共分三层，每层纵向廊道布置向 下游延伸的横向廊道，并在下游再布置一条纵向贯穿廊道作为连接。非溢流坝段 除底层廊道横向不贯穿至下游外，其余横向廊道均贯穿 除基础帷幕灌浆廊道宽 3m 高 3.5m 外，其余廊道尺寸宽 2.0m，高 3.0m。 2.3.4 地基处理 2.3.4.1 开挖与清理 左岸有断层破碎带贯穿整个山坡，故需进行灌桨加固处理，除适当加固表层 混凝土塞外，仍需在较深的部位开挖若干斜并和平洞，然后用混凝土回填密实， 形成由混凝土斜塞和水平塞所组成的刚性支架，用以封闭该范围内的破碎填充物， 限制其挤压变形，减小地下水对破碎带的有害作用。 26 河床段及右岸靠近河床段了裂隙，采用混凝土梁和混凝土拱进行加固，具体 分法是将软弱带挖至一定深度后，回填混凝土以提高地基局部地区的承载力。 2.3.4.2 坝基帷幕灌浆 帷幕灌浆是在靠近上游坝基设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的 裂缝和孔隙等渗水通道，在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕。其作用是：降 低坝基的渗透压力，减少渗透流量；防止坝基内产生机械或化学管涌，即防止基 岩裂缝中的充填物被带走或溶滤。 2.3.4.3 坝基排水设施 布置横向及纵向排水廊道大小为 mm5 . 22 2.4 混凝土溢流坝 2.4.1 溢流坝孔口尺寸的确定 2.4.1.1 下泻流量的确定 按千年一遇设计 假设最大下泄流量全部从溢流坝顶过流，可能遭遇检修或其他应急情况，故 发电流量作为安全储备 （设计） （校核） 3 5000/Qms 3 7000m /Qs 2.4.1.2 孔口尺寸 设计情况： 取单宽流量为： 3 q90m /s 溢流前沿总净宽： （2- 5000 55.56 90 Q Lm q 18） 按规范闸墩取为 3.0m（1.4+0.82），边墩取为 2.0m （2- 01 (1)2Lnbndd 19） 27 式中：溢流段总宽度 0 L 孔数n 没孔净宽b 闸墩宽度d 边墩宽度 1 d 0 5 12(5 1) 32 276 Lm 校核情况： 取单宽流量为： 3 90/qms 溢流前沿总净宽： 7000 77.78 90 Q Lm q 按规范闸墩取为 3.0m（1.4+0.82），边墩取为 2.0m 0 7 12(7 1) 32 2106 Lm 故按校核情况设计 2.4.2 溢流坝堰顶高程的确定 设计情况： （2- 32 0 2QL mgH 20） 式中：L溢流前缘总净宽，m； m流量系数，与堰型有关，非真空实用剖面堰在设计水头下一般为 0.490.50； 侧收缩系数，与闸墩形状，尺寸有关，一般为 0.900.95； 重力加速度； g 坝顶溢流的堰顶水头，m 0 H 32 0 5 12 0.9 0.492 9.815000 QH 0 12.21Hm 28 2 0 130 (235.5 112)16055Am 0 0 5000 0.31 / 16055 Q vm s A 22 0 0 0.31 12.2112.2 22 v HHm gg 堰顶高程=设计洪水位-H235.5 12.2233.3m 校核情况： 32 0 7 12 0.9 0.492 9.817000QH 0 12.21Hm 2 0 130 (238 112)16380Am 0 0 7000 0.427/ 16380 Q vm s A 22 0 0 0.427 12.2112.2 22 v HHm gg 堰顶高程=校核洪水位-H238 12.2225.8m 故堰顶高程取为 223