（土木工程专业论文）石水缸水库工程坝型设计方案研究.pdf

摘要 本文以浙江宁海地区典型工程石水缸水库工程的坝型选择为主 要研究内容，针对石水缸水库坝址地形、地质条件，遵循水库建设规 划的指导思想，选择混凝土面板堆石坝和浆砌石拱坝二种坝型进行坝 型选择设计，并对二种大坝坝型的结构特点进行了分析，根据坝型选 择的一般原则，经论证认为石水缸水库工程最适宜设计方案是浆砌石 拱坝方案。 论文还对石水缸水库工程规模的确定，枢纽总体布置，工程量与 投资、施工导流、渡汛，以及建库后对环境影响及经济综合评价等都 一一进行了简略说明。这样做的目的是使本工程硕士论文的整体内容 即要突出重点，又有全面的顾及，是一个比较完整的工程设计项目的 策划，具有一定特色。 关键词：浆砌石拱坝，混凝土面板堆石坝，坝型，结构分析 a b s t r a c t s e l e c t i n gt h ed a mt y p eo f t y p i c a ls h i s h u i g a n gr e s e ! v o i t e n g i n e e r i n gi n n i h a ir e g i o no f z h e j i a n gp r o v i n c ei ss t u d i e dm a i n l y i nc o n s i d e r a t i o no f t h et e r r a i na n dg e o l o g yc o n d i t i o na t s h i s h u i g a n gr e s e r v o i rd a n as i t ea n d t h ep r i n c i p l eo fr e s e r v o i rc o n s u u c t i o n ，t h ec h o i c eb e t w e e n c o n c r e t et h c e d r o c k - f i l l d a m ( c f r d ) a n dp l a s m b o n d s t o n ea r c hd a m i sm a d e t 1 1 e s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so ft w od a m t y p e s a l e a n a l y z e da n dc o m p a z e d i n c o m b i n a t i o nw i t hg e n e r a lr u l eo f c h o o s i n gd a n at y p e ，i ti sc o n f i r m e dt h a t p l a s mb o n d s t o n ea r c hd a m i sm o s ts u i t a b l et b rs h i s h u i g a n g r e s e r v o i r i no r d e rt ob ed e l i c a t ea n d g e n e r a l t h e c o r r e l a t i o n a s p e c t s ( t h e d e t e r m i n a t i o no fs h i s h u i g a n gr e s e r v o i re n g i n e e r i n g s c a l e ，h i n g el a y i n g t h en u m b e ra n di n v e s t m e n to f e n g i n e e z i n g ，c o n s t r u c t i o na n dd i s c h a r g e t h ei n f l u e n c eo fe n v i r o n m e n t ，e c o n o m i cc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n a n d s o o n ) a r e s h o w e d s i m p l y i ng e n e l a l l y , a n i n t e g r a t e d s c h e m eo f e n g i n e e r i n gd e s i g np r o j e c ti sc o m p l e t e di nt h ep a p e r k e y w o r d s ：p l a s m b o n d s t o n ea r c h d a m ；c o n c r e t et h c e d1 o c k f i d a m ( c f r d ) ；d a mt y p e ；s t r u c t u r a la n a l y s i s 第一章绪论 第一节研究的目的和意义 建国以来，我国共修建8 5 万多座堤坝，其中1 5 m 以上大坝有1 8 万余座， 居世界第一位。2 0 0 0 年底，水库总库容约6 0 0 0 多亿m a ；装机容量达7 9 0 0 万k w ； 总供水量5 0 0 多亿m 3 以上，灌溉面积8 2 亿亩。这些工程是我国国民经济的重要 基础设施，在防洪、灌溉、发电、供水等方面产生了巨大的社会经济效益。 建设石水缸水库主要为满足宁海县西店镇工业、居民生活用水及原洞口庙水 库的六干亩农田灌溉等。西店镇是宁海县重点开发乡镇之一，其工农业总产值在 宁海县名列前茅。但该镇是贫水地区，水资源十分缺乏，随着国民经济的发展， 用水矛盾日益突出，严重制约着经济发展。 目前磋店镇的年供水能力约为9 0 0 万m 3 ，按1 9 9 6 年平均日用水4 0 万m 3 测算， 尚缺水量5 6 0 万m 3 ：到2 0 0 0 年按4 5 万3 测算，缺水量为7 4 0 万m 3 。 西店镇用水紧张究其根本原因是供水均依靠原有的农用水库，更谈不上有足 够的水量储备。为此必须建造水库以缓解西店镇用水矛盾。 因西店镇内较大的流域只有紫溪，经综合比较，选择在紫溪流域的洞口庙水 库上游建造石水缸水库是县人代会确定为宁海县重点建设项目之一。作为西店镇 供水水库。在该处建坝，除了供水外还可以提高下游防洪能力，彻底消除洞口庙 水库不安全因素，另外可通过供水发电，并调节洞口庙水库的灌溉水量。 石水缸水库的建设除了向西店镇供水为主，兼顾发电、防洪、灌溉等功能。 对西店镇乃至宁海县来说，它的建设意义十分重大，并十分必要。 第二节工程建设规划概述 没有一个好的工程建设规划，就没有一个好的工程设计。 一、流域规划的重要性 一 中小河流有条件的应进行流域规划，通过规划可以对流域的灌溉、防洪、治 涝、给水、发电和养鱼等问题全面考虑，统一安排，以达到兴利除害，充分利用 水利资源和综合利用的目的。 流域规划，涉及面广，特别是水库建设，决不能仅仅限于水库本身，而应从 整个流域来考虑，合理布局，定出治理和开发的对象，从而明确修库任务、建库 地点和规模。若不经过认真地勘测和全面规划而盲目修建水库或其他水利工程， 就容易造成上下游和远近期的水利矛盾，使水利工程不能充分发挥效益，甚至造 成政治上的影响和经济上的浪费。故对流域规划必须引起足够的重视，认真做好 调查研究，广泛征求群众意见，使水利工程和水库建设项目做到有计划的进行， 以达到改造自然面貌，改善地区环境，为地区工农业生产和社会主义建设服务的 目的。 中小河流的流域规划，政策性很强，必须认真贯彻“小型为主，配套为主， 地方自办为主”的水利建设方针；要因地制宜，从实际出发，广泛听取群众意见 和各部门对水利建设的要求，以达到统筹安排，全面治理和综合利用的目的。 中小河流的规划，一般以农田灌溉为主。并结合解决防洪、发电、供水、治 涝、养鱼等问题，在人畜用水比较困难的地区也应尽量给予解决。 在用水账方面，需要估算农田灌溉和其他部门的年用水量( 包括年内各月所 需水量的分配情况) ：在来水账方面，重点要弄清地表水的水源情况( 在有条件的 地区，也要弄清地下水源情况) ，计算年来水总量和逐月来水量的分配规律；还要 估算经过水库或其他蓄水工程调节后可以利用的水量：有些地区还可考虑利用一 部分工农业回归水。有了来水量和用水量即可进行水量平衡计算。如果来水量( 主 要指可利用的水量) 不能满足用水量的要求时，可考虑增加蓄水工程或开发地下 水源；如仍不能满足要求时，则应首先满足主要部门的要求，其次满足次要部门 的要求。但在水量平衡计算时，应注意近期和远景用水要求相结合的问题，以免 产生远近期用水矛盾。 根据流域内的特点和存在问题，可拟定几个规划方案进行工程布局，确定新 建、改建和扩建的工程项目及规模，然后计算工程量和工程效益，经过分析比较 后从中选定一个最优规划方案。规划方案确定后，即可根据工程的主次关系，按 收效快、投资少、易施工的原则，逐项安排工程修建的顺序。 2 二、水库规划的主要内容 水库规划一般是在流域规划的基础上进行的，其规划内容如下： ( 一) 在流域规划选定库址的基础上，进一步调查和勘测修库建坝的各种条 件。 ( 二) 确定水库的主次任务，分析水库对各项任务可能满足的程度。 ( 三) 确定水库的工程规模 计算水库的库容，选择水库的各种特征水位( 如正常高水位、最高水位、死 水位等) ，确定输水和泄洪建筑物的位景及其断面尺寸；当有水电站时，还要选定 水电站的位置和装机容量。 ( 四) 估算工程量、三材、用工数、投资、淹没损失和水库效益 水库规划在方案比较过程中应估算工程量、三材、用工数、投资、淹没损失 和效益，以便从各方面做到对水库有一个全面的评价。 三、库址选择条件 应考虑以下几点 ( 一) 库址地形要“肚大口小”。 ( 二) 坝址以上要有比较大的集水面积，使水库能够拦蓄所需要的水量。 ( 三) 坝址地质条件要良好。坝基和两岸山头要有较完整的岩石或透水性小 的坚实地层( 如粘土、壤土等) ，以免漏水或下沉。影响坝体安全。 ( 四) 坝址附近要有适合修筑溢洪道和输水洞的地形地质条件，且便于施工。 ( 五) 库区淹没和浸没要小。 ( 六) 坝址附近要有数量较多、质量较好的建坝材料( 如土料和砂、石料等) ， 且运输方便。 ( 七) 库址应尽量靠近灌区，以缩短引水渠道的长度和减少输水损失。 四、水库的主要建筑物 中小型水库的主要建筑物，一般包括挡水坝、泄洪建筑物、输水建筑物三部 分。有发电条件的水库，还包括水电站。 ( 一) 挡水坝，也叫拦河坝，是横拦河道的建筑物，其作用是拦蓄河水，形 3 成水库。中小型水库多采用土石坝，近年来我省也修砌石坝等。 ( 二) 泄洪建筑物，是用来泄弃水库内多余的洪水，保证大坝安全的建筑物。 ( - - ) 输水建筑物即输水道，也叫输水洞或叫放水管。 五、拦河坝主要坝型 据国际大坝委员会1 9 8 8 年对世界大坝的各种类型按不同高度统计，坝高6 0 m 以上大坝中，重力坝和拱坝占5 0 7 0 ，大坝高超过l o o m 的高坝中。拱坝数超过 重力坝；大坝高1 5 0 m 一2 0 0 m 范围内的7 6 座大坝中，拱坝2 9 座，土石坝2 8 座， 重力坝9 座，分别占4 5 、4 3 、1 2 。在坝高超过2 0 0 m 的高坝共有2 6 座，拱坝 1 4 座占5 4 ，土石坝7 座占2 7 ，重力坝4 座占1 5 。表明在高坝中由于拱坝充分 利用材料抗压强度、结构安全高度等优点被广泛采用；土石坝的坝体大部分是用 块石堆筑的，施工技术较简单，且能节省水泥，对地基的要求也稍低，所以亦被 广泛采用。 第三节拱坝和混凝土面板堆石坝发展 拱坝和混凝土面板堆石坝是目前应用最广泛的二种坝型。 一、拱坝 ( 一) 拱坝的发展 拱坝是水利工程中大坝的主要坝型之一，人类修建拱坝已经具有很悠久的历 史。早在罗马帝国时代就出现了圆桶型圬工拱坝。到二十世纪初，美国开始修建 较高的拱坝，如1 9 1 0 年建成的巴菲罗比尔拱坝，高9 9 m 。第一次世界大战后，拱 坝逐渐进入欧洲。1 9 2 0 年建成的瑞士蒙特萨文斯拱坝和1 9 3 7 年建成的意大利奥西 里利塔拱坝等对双曲拱坝的发展起到了推动作用。第二次世界大战以后，拱坝有 了进一步发展，修建数量显著增加，拱坝体型也趋于多样化，出现了不少高而薄 的双曲拱坝。六十年代美国及欧洲某些国家修建拱坝较多，这一时期所建的较高 的拱坝普遍采用双曲体型。目前世界上最高的拱坝为六十年代修建的，高达2 7 1 5 米的前苏联英古里双曲拱坝，坝底厚8 g m ，厚高比为0 3 3 。 我国修建拱坝也具有悠久的历史。1 9 2 8 年在福建省厦门市建成第一座上里浆 4 砌石拱坝，坝高2 7 3 米，至今运行正常。在1 9 5 0 年以前，四川建成了一批小型 溢流浆砌石拱坝。在五十年代，我国开始修建了一批混凝土拱坝，如1 9 5 8 年建成 的响洪甸重力拱坝，坝高8 6 5 米。七十年代以来，我国拱坝建设有了新的发展， 建坝数量到八十年代末已占世界总数的l 2 ，居世界首位。八十年代，我国已建成 的拱坝中，最高的是台湾省大成双曲拱坝，坝高1 8 1 米，其次是青海的龙羊峡重 力拱坝，高1 7 5 米。九十年代建成的四川二滩双曲拱坝高2 4 0 米，居世界第四位； 在建的高2 9 2 米的小湾拱坝和高2 7 3 米的溪洛渡双曲拱规都是世界最高的拱坝。 ( 二) 拱坝的结构特点 拱坝是一个高次超静定的空间壳体结构。坝体承受的荷载一部分通过拱的作 用传递给两岸基岩，另一部分通过垂直梁的作用传到坝底基岩。因此常用抗压性 能高的材料( 如砌石料、混凝土) 建造。坝体的稳定主要靠两岸拱端的反力作用， 并不靠坝体自重来维持。在外荷载作用下，摸坝的应力状态以受压为主，这有利 于充分发挥混凝土或岩石等筑坝材料抗压强度高的特点。拱坝是一种受压结构， 拱的作用显著，从而节省工程量。由于拱坝的高次超静特性，坝体的安全裕度一 般较大。另外，拱坝是整体性的空间结构，坝体轻韧、弹性好，具有较高的抗震 能力。 二、混凝土面板堆石坝 ( 一) 面板堆石坝的发展 混凝土面板堆石坝( 简称面板堆石坝) 是以堆石体为支撑结构，并在其上游设 置混凝土面板作为防渗结构的一种堆石坝。它与传统的土石坝相比，具有投资省、 工期短、安全可靠、施工简便、适应性广等优点，是目前极有应用前途的一种坝 型。从1 9 8 5 年美国建成高5 4 m 莫拉( m o r e n a ) 坝至今，混凝土面板堆石坝的建设 与发展已经历了整整一个世纪。这个历程亦是面板堆石坝工程经验不断积累、不 断丰富的过程。 我国自1 9 9 5 年修建现代碾压式土石坝以来，据不完全统计，已建成的面板堆 石坝2 0 余座，在建和己立项准备兴建的约3 0 ，余座，属设计阶段的约5 0 余座。较 早建的面板堆石坝最高的是9 5 m 高的西北口坝 已建最高的是天生桥一级，坝高 s 1 7 8 m ；在建坝中最高的是水布垭面板堆石坝，坝高2 3 4 m 。我国的面板堆石坝建设 起步虽晚，但从上世纪八十年代至今的二十多年时间内，发展很快，已形成了一 整套百米级面板堆石坝的筑坝技术。设计和施工技术不断提高，已具备建设2 0 0 米以上级面板堆石坝的能力。目前我国的面板堆石坝建设，无论从建筑数量上， 还是建坝高度上都处于世界前列。 面板堆石坝在我国之所以发展很快，是与坝工界的辛勤劳动和该坝型自身的优 点分不开的。面板堆石坝具有断面小、安全性好、施工方便、工期短、造价低、 可以简化施工导流工程等特点，这在坝工界己取得了共识。我国面板堆石坝的发 展，是坝工界的广大科技人员依靠科学技术，重视科试验的过程。在“七五”、 “八五”和“九五”期间都将面板堆石坝的研究列为国家重点科技攻关项目， 并组织设计、科研、建设单位和高等学校进行协同攻关，使科研成果直接转化为 现实生产力，促进了面板堆石坝设计和施工技术更趋成熟。 ( = ) 混凝土面板堆石坝结构特点 混凝土面板设置于堆石体上游面，整个坝体都是受力结构，水压力在上游坝面 的铅直分力有助于坝体的稳定，振动碾压导致的高密实度堆石体变形小，使面板 抗裂防漏有了保证，坝体的运行安全度是很高的；混凝土面板还超着护坡防浪作 用，经济合理；但钢筋混凝土面板对基础沉陷很敏感，当坝基有缺陷时，要重视 坝基的处理。 第四节本文主要研究工作 本论文的选题是根据河海大学校学位办公室2 0 0 1 年1 0 月关于工程硕士论 文答辩、学位申请的通知精神，工程硕士论文选题应“直接来源于生产实际， 具有明确的生产背景和应用价值，密切结合二l 程硕士生所在企业面临的技术改造、 革新、引进等技术难题和科攻关项目”：“论文形式可以是一个完整的工程设计或 工程项目策划或技术改造项目，也可以是专题研究，应有创新或有特色。” 根据通知精神，结合我单位当地实际情况以及所从事的本职工作和在校攻读 工程硕士期间学习的基本理论，力求学以致用，学用结合；力求论文有创新、有 6 特色。 本文的主要研究工作有以下几个方面： 一、全面参与工程设计全过程 对某项工程设计全过程的了解，实际是对这项工程设计学习的全过程。工程 设计全过程是多项知识的综合创造过程，是集参加设计的全体设计人员的心血凝 成的。设计的专业特点，是精细的分工，一般设计人员只做全过程的一部分。为 了完成自己的学业，主动对设计全过程进行了解、学习、提高和研究，并编写好 论文。 二、进行了二种重要坝型的设计方法的研究 原来对混凝土面板堆石坝的设计知识了解甚少；对浆砌石坝由于省内中、小 型水利工程颇多，设计方面的工作有一定基础，但远没有达到作为工程硕士论文 的要求，去系统地、完整地综合并加以提高。尤其对混凝土面板堆石坝的设计更 是一个学习提高过程。通过实践基本上掌握了二种坝型的设计基本要求，对这种 两种坝型的基本设计理论和设计方法有了比较完整的概念。 三、进行了坝型设计方案比较 当前水工设计界最常采用的两种坝型是土石坝和拱坝。一般在石料多土料少 的地区，修建堆石坝和浆砌石坝。本论文根据二种坝型的结构特点，结合本地区 的建坝实际情况及其他一些因素经过工程设计人员的反复论证，石水缸水库工程 选择了浆砌石拱坝坝型。 第二章石水缸水库枢纽规模确定及布置 开发河川水利资源，常须在河流适当地段集中修建不同类型与功能的水工建 筑物，以控制水流并便于协调运行和管理，这一多种水工建筑物组成的综合体称 为水利枢纽。 水利枢纽的规划、设计、旌工等应遵循综合利用水资源的原则。为实现多种 目标而兴建的水利枢纽，建成后能满足国民经济不同部门需要，称为综合利用水 利枢纽。 第一节石水缸水库工程规模的确定 一、水库特性曲线 水库特性曲线为水库水位与面积和水库水位与库容的关系曲线。水库特性曲 线示于表2 - 1 。 表2 - 1水库水位( g ) 、水面面积( f ) 、库容( v ) 关系曲线表 水位水面面积库容水位水面面积库容 g ( m )f ( 万r o bv ( 万m 3 ) g ( m ) f ( 万，m 2 )v ( 万m 3 ) 4 8 0o08 0 01 2 6 81 3 5 0 7 5 0 0o 1 3 0 1 8 英钟 8 2 01 4 0 81 6 】8 3 5 2 0o 3 80 7 48 4 01 5 6 61 9 1 5 7 5 4 0o 5 0 1 6 28 6 01 6 7 82 2 4 0 1 5 6 00 9 43 0 68 8 o1 8 3 l2 5 9 1 0 5 8 01 2 05 2 09 0 02 0 2 52 9 7 6 6 6 0 o1 7 68 1 69 2 o2 1 4 23 3 9 3 2 6 2 o2 2 41 2 1 69 4 02 2 8 23 8 3 5 6 6 4 02 6 81 7 0 89 6 02 4 3 24 3 0 7 0 6 6 03 3 82 3 1 49 8 o2 6 2 44 8 1 2 6 6 8 o4 7 83 1 3 01 0 0 02 8 1 45 3 5 6 4 7 0 06 4 04 2 4 81 0 2 02 9 1 25 9 2 9 0 7 2 07 3 65 6 2 41 0 4 03 0 8 6 6 5 2 8 8 7 4 08 5 07 2 1 01 0 6 o3 2 5 9 7 1 6 3 3 7 6 09 7 19 0 3 l1 0 8 03 4 4 87 8 3 4 0 7 8 01 1 1 91 1 1 2 01 1 0 o3 6 1 28 5 4 0 1 二、死库容的拟定 拟选坝址河床的最低高程为4 8 0 m ，而洞口庙水库正常蓄水位为4 3 3 m 高程， 水位对大坝没有影响。供水并不决定死水位，决定死库容的只是泥沙淤积所需库 8 容和发电死水位。本水库5 0 年泥沙淤积为2 3 7 万i l l ，按供水的水质要求，应适 当加大死库存容，但考虑到发电、供水的结合，则要求降低死水位。经综合分析， 拟定死水位为6 0 0 0 m ，高程相应库容为8 1 6 万m 3 。 三、兴利库容的拟定 西店为水资源相对贫乏的地区，径流量在年季内分配也极不均匀。兴利库容 的拟定主要是根据西店镇及洞口庙灌区用水的需要，经径流量调节计算及技术经 济比确定。 l 、城镇用水及灌溉用水要求 本工程主要为西店镇供水服务，并保证洞e l 庙水库灌区原有灌溉水平。就需 水要求来讲，本工程应尽可能拦蓄丰水期及丰水年径流，以满足枯水年用水要求。 2 、径流调节计算 本次径流调节计算就石水缸水库不同蓄水容积不同供水量进行综合分析论证 以推荐合理的工程规模和备选工程方案。 本次径流调节计算基于水库以供水为主，补充洞口庙水库农灌水量的前提下 进行科学计算。原洞口庙水库灌溉面积为6 0 0 0 亩，按8 0 的保证率计，石水缸水 库拦截径流后，需向洞口庙水库补充年灌溉需水量1 5 0 万一亩；西店镇增加灌溉 1 5 0 0 亩，年需水量为5 0 万m 3 。总农灌年水量为2 0 0 万i n 3 。 水库径流调节计算成果见表2 2 。 表2 - 2径流调节计算成果表 方案供水灌溉 正常库容 日供水( t )保证率( )缺水年数保证率( )缺水年数 ( 万m ) 1 49 527 98 4 0 61 5 9 527 69 1 69 237 41 0 1 59 527 69 4 5 6 1 68 947 69 1 78 946 61 3 1 59 52 69 5 0 61 69 23 69 1 78 94 6 81 2 从表2 2 可看出三种正常库容在日供水1 5 1 6 万m 3 供水保证率和灌溉保证 率8 0 唰；h 差不大，而三种方案的正常高水位分别为9 4 7 5 m 、9 7 0 m 、9 8 9 1 m ，坝项 9 高程为9 7 8 m ，1 0 0 0 m ，1 0 1 9 m ，因此经供水能力和工程投资比较，推荐采用4 5 6 万 m 3 库容方案为石水缸水库规模的最优方案。 四、工程建筑物分等分级 根据o k 利水电枢纽工程等级划分及设计标准( 山区、丘陵部分) s d 1 1 2 - 7 8 ( 试 行) 及其补充规定，本工程属四等工程，主要建筑物为3 级，次要建筑物为4 级( 由 于坝高 4 0 m ，级别提高一级，设计洪水标准不予提高) 。设计洪水重现期为3 0 年 一遇，校核洪水重现期为2 0 0 年一遇，考虑下游洞口庙水库防洪要求，校核洪水 重现期提高一级，定为5 0 0 年一遇。 五、坝顶高程的确定 根据浆砌石坝设计规范( s l , ；- 9 1 ) ，坝顶( 防浪墙顶) 高程等于最高静水 位加超高h 。 x h 表示为 。 、 h = 2 h l + h o + h c 式中： 2h l - 波浪高，( m ) ； h o - 风壅高度，( m ) ； h f - 安全超高，( m ) ； ( 一) 超高h 的确定 h = 2 h 1 + h 0 + h c = 1 6 7 + 0 0 1 + 0 4 = 2 0 8 m ( 二) 坝顶高程g 的确定 1 、设计g 日1 g # = g 垃+ ：9 7 9 i + 2 0 8 = 9 9 9 9 m 2 、校核g m gm = g 飒+ a = 9 8 3 3 + i 3 2 = 9 9 6 5 m 根据计算结果确定坝顶高程为1 0 0 0 0 m 。 0 第二节水库建设条件 一、水文气象 ( 一) 流域概况 石水缸水库位于宁海县紫溪流域，坝址在洞口庙上游约1 2 k m 处，即东经1 2 1 。2 5 ，北纬2 9 。2 6 。 紫溪发源于伍山林场鹁鸪尖，沿途流经龙潭坑，紫溪洞至洞口庙水库，经璜 溪口入铁港注入象山港出海。紫溪干流全长7 k m ，流域面积1 2 k m 2 。 流域地势由西向东倾斜，西部分水岭为5 5 0 - - 8 0 0 m 的高山，坝址以上部分为 山地。 ( 二) 气象情况 流域内无雨量站，只有一个洞1 ：3 庙水库报汛站。邻近凫溪流域自1 9 5 7 年起先 后建了大蔡、里岙、深圳、里加坑、洪家塔等雨量站。 宁海站于1 9 5 1 年开始观测降水，1 9 5 7 年改为地面气象站，增加气温、温度、 蒸发、风向、风速等项目。 该地区主要气候特征为 i 、降水 本流域属付热带季风气候，全年雨量充沛，主要集中在3 1 0 月，占全年的 8 7 3 ，其中5 9 月占年总水量的6 7 5 ，为主要降水期，据洞口庙水库报汛站 1 9 6 6 - - 1 9 9 5 年资料统计，以上流域多年均降水量为1 3 6 0 5 m m ，最大降水量为 2 0 0 3 o m m ( 1 9 9 2 年) ，最小年降水量为8 2 3 o m m ( 1 9 6 7 ) 。 2 、气温 杨梅岭水库区气温，据宁海站1 9 5 7 - - 1 9 8 8 年实测资料统计成果，年平均气温 1 6 1 ，极端最高气温为3 9 7 c ( 1 9 7 1 年8 月) ；极端最低气温为一9 6 c ( 1 9 7 9 年 2 月) 。 3 、蒸发 石水缸水库库区水面蒸发，是根据宁海站1 9 5 7 - - 1 9 8 8 年资料( 审2 0 c m 蒸发器) 统计，再乘以浙江省双林实验站水面换算系数而得，多年平均水面蒸发量 l l 1 0 9 1 o m m ，陆地蒸发根据水量平衡法由多年平均降水量和多年平均径流量求得为 6 5 0 2 m m 。 ( 三) 流域及相邻地区暴雨特征 石水缸水库流域的暴雨一般发生在5 一1 0 月，以7 一l o 月台风暴雨为甚，当 台风在福建北部沿海登陆，对本流域均有影响。由于河道走向与台风水汽流入方 向对峙，天台山脉地形阻挡起抬升作用，有利于水汽的堆积，因此该地区常成为 暴雨中心地区，如1 9 8 8 年7 月3 0 日暴雨，产生本次暴雨的天气系统是东风拔动( 即 未发展成熟的热带低压台风) ，在东南沿海登陆后，因受天台山地形阻挡抬升作 用，造成了该地区百余年来罕见的特大暴雨。 洪家塔站1 9 5 7 1 9 9 4 年年最大流量统计，7 一l o 月台风暴雨造成的年最大流量 占8 4 1 ，从洪峰流量的量级来看，较大的洪水多系台风暴雨造成，非台风暴雨 形成的洪水量级都很小。台风暴雨强度大，历时短，一般持续时间为1 - 2 天。 ( 四) 降雨和径流 石水缸水库坝址控制流域面积8 4 1 k m 2 ，流域面积较小，可用雨量代表面雨景 进行计算。相距5 k m 的邻近凫溪流域洪家塔水文站有3 8 年以上实测流量资料，石 水缸水库坝址的径流系数是利用洪家塔站资料经面积比换算求得，求得的径流系 数后，用p - i i i 型曲线绘制经验频率p = ( h n + i ) x 1 0 0 ，并用适线法进行频率计算。 ( 五) 洪水计算 本次洪水分四种情况计算：1 、按洪家塔站实测流量推算：2 、将洞口庙报汛 站雨量资料跟凫溪流域实测雨量资料相关延长后计算；3 、根据浙江省可能最大 暴雨图集计算；4 、直接移用凫溪流域实测雨量资料计算。经综合比较，设计洪 水采用按洪家塔实测流量推算的计算结果。 ( 六) 泥沙 石水缸水库坝址上、下游均无实测泥沙资料，泥沙淤积库容可按公式v 。 = m m s f t r 计算。 v * 预留淤积总库容( m 3 ) ； t 水库使用年限，取5 0 年； 1 2 m s - - 侵蚀模数，采用1 0 0 t k m 2 年； 卜流域面积为8 1 4 k m 2 ； m 一库中泥沙沉积率( ) ，取o 7 ： r 淤积泥沙的干容重，取1 2 t m 3 。 v * = o 7 xi 0 0 8 1 4 5 0 i 2 = 2 3 7 4 2 m 3 = 2 3 7 万r f l 3 ； 由库容曲线可查得淤积高程为5 5 0 5 m 。 二、工程地质 ( 一) 钻探点布置 石水缸水库位于宁海县西店镇紫溪流域的中、下游。库区地貌为丘陵一低山 过渡带。紫溪的河谷为峡谷，两侧谷坡较陡，谷底较窄。谷底普遍分布有冲洪积 物、漂石，局部地段基岩出露。据实测地形、地貌和现场踏勘，初选了三个坝址 进行分析比较，在拟选的较为理想的主坝址处( 约距洞口庙水库1 2 k m 处) ，布置 地质勘探线，设四个钻探孔。右岸坝肩设两个钻探孔( 4 t i l l 与5 t i l l ) ，左岸坝肩设 一个钻探孔( 2 # 孑l ) ，河床中间设一个钻探孔( 3 # 孑l ) ，在合适的副坝址处设一个钻 探孔( 1 # 孔) ，进行工程地质和水文地质勘查。 ( 二) 库区地质条件 库区位于西店镇洞口庙水库上游1 2 k m 处，距象山港底端仅有2 k m 。从区域构 造上看，库区位于象山港向斜西南仰起端附近。根据冶金部宁波勘察研究院的工 程地质勘察报告，库区内无大的断裂通过，区域构造主要有n n e 向的深圳断裂， n e 向的深圳一前金断裂和一条n w w 向桐树岙瓦窑畈断裂，其中深圳断裂和桐 树岙瓦窑畈断裂均为弱活动性断裂，但对拟建水库无影响。 库区岩性分布：北部为燕山晚期第三次侵入的璜溪口中细粒钾长花岗岩 岩株的一部分，基岩出露良好。南部为侏罗系上统西山组晶屑破屑熔结凝灰岩， 普遍被坡积物所覆盖，仅在坡麓及河谷谷底的局部地段有出露。中一细粒钾长花 岗岩与晶屑玻屑熔结凝灰岩的接触界线均被第四系冲洪积物掩盖，二者为侵入接 触关系。 第四系地层按成因类型分主要有冲一洪积层和坡一洪积层。冲一洪积层沿紫 1 3 溪河谷呈狭长带状普遍分布，岩性主要为卵石，漂石及少量圆砾、粗砂等，磨圆 库较好，在紫溪两条支流汇合处，分布面积最广，该处顶部还普遍分布有粘性土 及含砾粘性土。坡一洪积层土要分布于副坝址的鞍部及两侧，以及紫溪北西向支 流的局部地段。岩性主要为碎石及砾砂，磨圆度较差，往上粒度变细，表层为粘 性土含角砾、碎石。副坝址处的坡一洪积层厚度为1 9 4 3 m 。 工程地质测绘结果表明。库区内无大的断裂存在。库区内未发现有滑坡、泥 石流等不良地质现象。仅在局部地段发现有崩塌堆积物，其山坡上方原有自然产 生崩塌的岩质边坡已处于稳定状态。库区内山体的自然坡度一般在3 0 。一5 0 。间， 库区内植被发育，多为丛林及松、杉幼林，局部为竹林，无水土流失现象。 ( 三) 坝址地质条件 l 、主坝址地质条件 ( 1 ) 岩性构成 主坝地处基岩岩性全部为中一粒钾长花岗岩，溪谷两岸边坡上分布有较薄的 一层坡残积土，其厚度均小于2 o m 。中、细粒钾长花岗岩的强风化层厚度均不超 过1 o m 。 ( 2 ) 断层 测绘成果表明，在主坝址处可能存在f 、f ：f 。三条小断层。f 断层总体走向 为7 0 。一7 5 。左右，往东延伸至小路附近走向折向5 0 。左右延伸出测区，在测区 内长约1 5 0 m 。断层倾向1 6 0 。一1 6 5 。，倾角8 0 。- 8 4 。，在小路上方的冲沟两侧 发育成断层崖，断层破碎带宽0 2 0 f r r 一1 5 0 m ，沿破碎带有断层角砾岩发育；在拟 选主坝址河段，该断层沿河谷底发育，破碎带被流水冲刷破坏后形成沟槽，后又 被河床冲积物、卵砾石及漂石充填。断层面平直，较光滑。为逆断层，属扭性断 层。 f 、f 。走向j o 。左右，与f 。北东段基本平行。f 。为f 旁侧小的逆断层，产状 3 2 0 。 8 2 。，破碎带宽o 1 0 。3 m ，局部见有断层角砾岩，推测延长l o o m 左右。 f 。为推测断层，断层两侧岩石完整，形成约l 一2 m 左右高的陡坎，中间宽约 o 9 1 3 m 冲沟，推测为断层破碎带被冲刷破碎后又堆积了坡洪积物所致。断层面 1 4 产状为3 2 5 。 8 4 。 ( 3 ) 节理 主坝址附近主要发育有走向分别为n w w 、n n w 、n e e 及近s n 向四组节理。 n w w 向节理在j 。、 及 点发育，倾向1 7 8 。一1 9 0 。，在山点呈反倾向，倾 角介于7 0 。一9 0 。，节理密度介于5 1 0 条米，节理张开性差，节理面光滑，被 铁锰质渲染，属剪节理。 近s n 向节理，在j ，、j 。和 点发育，倾向2 6 0 。一2 8 0 。，倾角3 9 。一5 l 。， 节理密度4 6 条米，在工点有一组倾向9 0 。，倾角1 0 。一2 l 。，节理密度7 5 条米，节理张开性差，节理面光滑，被铁猛质渲染，属剪节理。 n w w 向节理除 点外均有发育，倾向5 8 。一7 7 。，理密度2 l l 条米，在 点存在一组反倾向节理，倾向2 4 3 0 2 6 0 0 ，节理张开性差，节理表面光滑，被铁锰 质渲染，局部有高岭土化现象，属剪节理。 n n e 向节理，除j 点外均有发育，倾角3 0 0 3 3 5 0 ，节倾角除 点外均介于8 0 。一9 0 。， 点介于3 0 。一6 0 。，节理密度介于2 - - 8 条米，在j 6 点存在一组反 倾向节理，倾向1 5 2 。，倾角8 2 。该组节理延伸较远，有一定张开性，节理面 稍显粗糙，多被铁猛质渲染，局部有高岭土化现象，属张剪节理。 2 、副坝址地质条件 拟选副坝址位于库区南部，是库区唯一的低矮垭口，其鞍部高程仅8 8 3 8 m ， 地基覆盖有茂密的灌木丛。 ( 1 ) 岩性构成 其上部地层为第四系坡洪积层，主要由含粘性土砾砂和含碎石粘性土组成， 最大厚度4 3 0 m 。在l # 钻孔岩心采取率低，多呈岩粉状，少量呈角砾及碎石状， 强风化层厚度近9 【i l 。 ( 2 ) 断层和节理 从副坝址处的地形地貌以及l # 钻孔揭露的岩心状况推测在副坝址处存在一条 挤压小断层，具体位置和产状暂不明。 ( 四) 建筑材料 i5 库区和坝址的地质测绘结果表明，库区及附近没有合适的砂砾料和土料，而 块石料却大量分布。 库区北部山体岩石均由中、缅粒钾长花岗岩组成。其上覆第四系土层较薄， 岩石新鲜度、强度均较高，是较好的块石料。建议选取主坝址西南侧的一处山体 开采块石料。 ( 五) 工程地质评价及物理力学指标 1 、工程地质评价 ( 1 ) 渗漏评价 拟选主坝址处基岩岩性单一，溪谷两岸边坡上覆第四系土层较薄，故花岗岩 岩体中的节理裂隙将构成渗水的主要通道，其中n n e 向垂直主坝的高角度节理和 n n w 向平行主坝倾向下游的两组节理对防渗尤为不利。3 # 钻孔附近的f - 断层，也将 是防渗的不利地段。 主坝处的岩石单位吸水量w 值一般介于l 一5 吕荣之间，属于微透水类型。 值得注意的是：2 # 钻孔孔深9 8 m ( 高程7 9 9 m ) 以上，5 # 钻孔孔深7 5 m ( 高程 7 8 8 8 m ) 以上，压水试验结果出现强烈透水；3 # 钻孔孔深1 0 3 0 m 以下渗流量较大， 上述三处应进行重点防渗处理。 副坝址处地层主要由上覆第四系坡洪积土层和下伏侏罗系晶屑、玻眉熔结凝 灰岩构成。上覆坡、洪积层成份组成较不均匀，局部为含粘性土砾砂，局部为含 碎石粘性土，其中含粘性土砾砂中的细微颗粒在建坝以后的高水头差作用下易发 生管漏或流土，故建议将上覆土层清除。下伏晶屑、玻屑熔结凝灰岩因节理发育， 岩石完整性较差。并考虑到推测断层的存在和上部较厚的强风化层等仍应进行灌 浆处理。 ( 2 ) 坝址稳定性评价 拟选主坝址处的花岗岩岩体总体上完整性较好，无软弱夹层存在，岩石的承 载能力较高。f l 断层虽延伸至主坝址且非活动性断层，故对大坝的的稳定无大的 影响。 6 溪谷两岩自然山坡稳定。左岩边坡节理闭合性较好，连续性较差，右岩边坡 节理可能构成潜在滑动面，但其高程大于1 0 0 m ，且规模小，对主坝稳定没有影响。 可以判定左、右岸边坡均是稳定的。 副坝处上覆有较厚的坡、洪积层，由于其厚度和成份不均匀，建坝后易产生 不均匀沉降，应予清除。下伏熔结凝灰岩承载力值虽较低，但因副坝坝高低，在 基础灌浆后，将能承受坝体的荷载。副坝址处两岸边坡坡度较缓，自然稳定。 2 、岩石的物理力学指标 岩石的主要物理力学行性质及允许承载力汇总于表2 3 表2 - 3岩石主要物理力学性质及允许承载力 含碎石 岩7 倍称中、细粒钾陡花岗岩晶屑玻屑熔结凝灰岩 粘性大 风化程度中等风化微风化强风化中等风化 天然密度( g c m 3 ) 2 5 82 6 02 32 5 单轴饱和 1 2 01 5 01 22 5 抗压强度( m p a ) 软化系数 0 9 5f 抗剪c ( m p a ) 3 7 2 8i1 2 强度m ( 度)4 2 5f3 5 静弹性模黉 4 5 05 8 0| 1 0 1 ( m p a ) 动弹性模量 2 6 24 7 5 1 0 。( m p a ) 动剪切模量 1 0 21 7 1 ? 1 0 1 ( m p a ) 动泊松化 0 2 80 3 9 | 允许承载力 2 03 08 0 05 0 0 02 5 0 ( m p a ) 第三节库址选择及枢纽总体布置 一、库址选择 石水缸水库位于宁海县西店镇紫溪流域的中下游，在洞口庙水库的上游约 1 2 k m 处，距象山港底端约2 k m ，库区地貌为丘陵一低山过渡带，紫溪的两条支 流分别从南和北西两个方向流入库区，在库区中部汇合折向北东一东方向流入库 区，注入洞1 3 庙水库，紫溪的河谷类型属峡谷，河谷横剖面呈“v ”形，两侧谷坡 较陡，谷底较窄，谷底普遍分布有冲洪积物卵石、漂石，局部地段基岩出露，据 实测地形、地貌和现场踏勘，初选了三个坝址( 记为i 、i i 、i i i 号) 进行分析比较 i 号坝址位于最上游，此处河谷最为开阔，山体表层破碎；且左岸山坡较缓，如 选为坝址，此坝肩处理工程量大，为保证库容要求，还必须有较高的坝高；i i i 号 坝址位于最下游，此处河谷也较开阔，山体也较薄弱，且有f 。、f 。、凡三条断层通 过，基础处理工作最大；i i 号坝址在i 、i h 中间，此处河谷最狭窄，坝肩山体 雄厚，f 断层也在此坝址处潜伏，是较理想的坝址，故最后选定i i 号坝址。该坝址 在三支流汇合处，约距洞口庙水库1 2 k m t h ，在该处布置地质勘测线，设四个探孔 进行工程地质和水文地质勘查，受地质勘探资料的限制，仅在选定i i 号坝址的地 质勘探线附近分析比较优选了轴线，并作坝型比较和相应的枢纽布置工作。 二、枢纽工程总体布置 本枢纽工程的主要任务是向西店镇地区供水，兼顾发电。枢纽的主要建筑物由 拦河大坝、输水建筑物、泄洪建筑物、电站厂房等组成。河床稚置拦河坝，左岸 设输水建筑物，泄洪建筑物设在库区南部唯一的低矮垭口处，电站厂房布置于前 门山脚下。 图2 - 1 示出石水缸水库纽布置图。 小一 匝蓉专剜肇避*。一8*_【匝 第三章石水缸水库坝型选择方案之一 一混凝土面板堆石坝设计与分析 根据坝址处的地形地貌、工程地质条件，河谷形成及河流特性，综合考虑筑坝 等因素，在该坝址处修筑混凝土面板堆石坝和浆砌石坝均是适宜的。本章与第四 章就混凝土面板堆石坝和浆砌石坝两种坝型作为选择坝型的设计与分析，得到的 结果供坝型比较用。 第一节混凝土面板堆石坝设计 一、工程布置 河床布嚣混凝面板堆石坝，最大坝高5 4 m ，坝轴线长1 4 7 m 。根据供水、发电、 防洪等要求，为简化工程布置、节省投资，拟将供水工程隧洞、发电引水洞和施 工导流洞结合，其引入洞口布置于左岸，开挖口径2 0 m 的隧洞穿过山体。洞口底 高程为5 6 m ，洞长约1 1 k m 。泄洪采用实用堰泄洪道，布置于离右岸约4 7 0 m 的垭 口处，接右坝肩，引向下游河流，溢洪道底高程9 7 m 、长约6 0 m 。电站厂房为 明厂房，布置于距大坝约1 2 k m 的前门山脚下，设一台机组2 0 0 k w 。 二、混凝士面板堆石坝设计 ( 一) 地质条件与坝体轮廊尺寸 坝轴线附近地质剖面图表明，河床底高程4 8 3 3 m ，基岩为中等风化的花岗岩， 中等风化与微风化交界处基岩高程3 3 13 m ，河谷左岸坡7 3 m 到l l o m 高程范围有 约l m 厚的坡积土，予以清除，而中等风化基岩的强度等指标均较高，故确定开挖 河谷周边约2 m 深度的中等风化基岩，谷底高程为4 6 m ，趾板基础高程在河谷为4 6 m ， 因坝址处河流曲折，故趾板高程随河流有所变化。最大坝高5 4 m ，坝顶宽5 m ，坝 顶高程l o o m ，防浪墙高2 m 、墙顶高程l o l m ，墙上游边线和坝轴线重合。坝体上游 边坡1 ：1 4 m ，下游边坡1 ：1 5 ，坝顶坝轴线长度1 4 7 m 。 椒轴线 图3 1 大坝典型断面 ( 二) 筑坝材料及填筑分区 筑坝材料充分利用基础开挖及引水隧洞开挖料。基础开挖料为中等风化花岗 岩石料，隧洞开挖料为较好的花岗岩，强度均较高，经适当筛选后，均可填筑在 坝体下游次堆石料区：上游区主堆石料，要有较高的强度，粒径、级配等，要符 合规范要求，故采用大坝上游约1 5 0 m 处右岸山体料场开采的新鲜花岗岩石。主堆 料区底宽最大约l o o m ，垫层和过渡层料区堆石各3 m 等宽布置，须有良好的级配。 主堆石区分界线坡度l ：o 2 。 ( 三) 坝体防渗及排水设计 堆石坝防渗体由混凝土面板底部接趾板，顶部与防浪墙连接而成。混凝土面 板