大渡河金子坝电站中坝址宽缝重力坝设计毕业论文.doc

大渡河金子坝电站中坝址宽缝重力坝设计毕业论文第1章 工程概述1.1 河流规划概况2003年8月成勘院受四川省发展计划委员会委托，对大渡河铜街子青衣江汇口河段进行水电开发研究，并完成大渡河干流（铜街子青衣江汇口段）水电开发研究报告。报告根据河段的河谷形态、城镇、人口及耕地的分布情况，将梯级开发方案的研究分为沙湾以上和沙湾以下两段，对沙湾以上河段推荐采用一级混合式开发。沙湾以下河段设置金子坝梯级。根据川计能源2003940号文大渡河干流（铜街子青衣江汇口段）水电开发研究报告审查意见的内容，同意大渡河干流（铜街子青衣江汇口段）按沙湾水电站（一级混合式开发）和金子坝水电站两级开发方案，规划河段总装机容量72万kW。目前沙湾电站已开工建设，金子坝电站正开展前期研究工作。原规划为控制淹没损失初拟金子坝梯级利用落差8m，为低闸河床式开发。随着研究工作的进一步深入，经对工程涉及河段的现场踏勘发现，通过修建沿河堤防、整治疏浚河道等工程措施可以有效控制电站开发引起的淹没损失、提高沿河防洪标准，增加金子坝电站的利用落差和装机规模，从而改善该项目在经济上生存与竞争的能力，提高该项目的开发价值。因此，本次设计研究方案为沿左岸修建长约13.2km防洪挡水副坝并结合修建长约7.5km的尾水渠对沙湾城区下游至青衣江汇口河段的水能资源进行开发利用。1.2 工程等别金子坝水电站工程是大渡河干流梯级开发的最后一级，上游接在建沙湾水电站，坝址位于沙湾区金子坝镇泊滩村，距上游沙湾水电站约35Km，下游距乐山市区15Km，有省道S103从枢纽区左岸通过，对外交通较方便。该电站工程开发任务为发电和航运，并兼有防洪、灌溉、供水等。本电站采用混合式开发方式，水库正常蓄水位400.00m，总库容7443万m3，电站装机容量680MW，设计引用流量350m3/s。根据中华人民共和国国家标准防洪标准（GB50201-94）和水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（DL/T51802003）规范，属大（2）型水电站，等工程，主要建筑物：冲砂泄洪闸坝、电站主副厂房、非溢流坝、副坝、尾水渠、升压站等为2级建筑物，次要建筑物：铺盖、拦砂坎、上下游导墙、护坦、海漫等为3级，临时建筑物为4级。下游河道左岸防洪堤为4级建筑物。根据有关规划，大渡河铜街子至金子坝河段为级航道，金子坝船闸为级航道上船闸，根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）及内河通船标准（GBJ139-90）设计船闸，设计最低通航水位保证率为90%，代表船型为 2300吨。该工程为综合利用水利水电枢纽，根据船闸水工建筑物设计规范，在综合利用水利枢纽中船闸挡水部分的主要建筑物（闸首、闸室）级别应与大坝、电站等建筑物级别一致，因而船闸闸首、闸室按2级水工建筑物设计，上下游引墙等按3级水工建筑物设计。1.3 基本资料1.3.1 水文气象资料表1.1 主要水文特征值表序 号名 称单 位数 量备 注一流域面积km277400下坝址二坝址以上流域面积km276717三利用水文系列长度年66四多年平均年径流量亿m3470五代表性流量1多年平均流量m3/s2492实测最大流量m3/s10701939年7月19日铜街子站3实测最小流量m3/s4洪峰流量P=2%m3/s989P=1%m3/s1070P=0.05%m3/s1400表1.2 中坝址水位流量关系曲线流率表（CS4）水位00.10.20.30.40.50.60.70.80.937790.792.896.237810110711412313314515717118520037921723525327329331433535838140638043245948751654657760964468372038175779783988393097910301080114012003821260132013801450表1.3泥沙特性表序 号名 称单 位数 量备 注1多年平均悬移质输沙量万t3933下坝址2多年平均推移质输沙量万t81.2/62.3下坝址3多年平均含沙量kg/m30.838表1.4 悬移质泥沙颗粒级配表粒径级（mm）0.0070.0100.0250.0500.100.250.501.03.0平均小于某粒径重量百分比（%）11.517.52342.661.581.995.499.81000.129表1.5 气象资料多年平均气温（）极端最高气温（）极端最低气温（）多年平均降雨量（mm）实测最大风速（m/s）17.136.8-2.91323.2171.3.2 水能资料正常蓄水位392.00m校核洪水位396.0m设计洪水位394.0 m校核下泄流量 1400m3/s设计下泄流量 1070m3/s设计尾水位361.03m（单机满发）装机容量 680MW保证出力 204.3MW引用流量 350m3/s电站最大水头 327m电站最小水头 34.71m电站额头水头 35m1.3.3 地址资料表1.6 枢纽区岩、土体物理力学指标建议数据表地层代号岩性风化程度干密度允许承载力变形模量渗透允许坡降稳定边坡g/cm3MpaGpa临时永久Q4砂卵石松散稍密（-）2.00.30.020.10.12水上1:1水下:1.25水上:1.25水下1:1.5中密密实（-）2.12.240.6030.050.10.15K1jK1j中厚层状夹薄层状砂岩强风化0.30.40.050.1弱风化2.140.40.60.40.61:0.751:11:11:1.25新鲜2.190.60.80.60.81:0.51:0.751:0.751:1K1j夹薄层状夹中厚层砂岩新鲜2.010.30.50.10.21:0.51:0.751:0.51:0.75K1jj泥岩新鲜2.310.40.50.30.51:0.51:0.751:0.51:0.751:0.51:0.751.4 设计规范本阶段采用的主要规范有：（1）DL/T5206-2005水电工程预可行性研究报告编制规程（2）DL/T5180-2003水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（3）GB 50201-94 防洪标准（4）SL265-2001 水闸设计规范（5）DL 5101999 混凝土重力坝设计规范（6）SL266-2001 水电站厂房设计规范（7）DL/T 5016-1999 混凝土面板堆石坝设计规范（8）SL274-2001碾压式土石坝设计规范（9）DL 5077-1997 水工建筑物荷载设计规范（10）GB50286-98 堤防工程设计规范（11）GB/T50265-97泵站设计规范（12）DL5073-2000 水工建筑物抗震设计规范（16）DL/T50881999水电水利工程工程量计算规定第2章 坝址、坝轴线、坝型选择和枢纽布置方案选择2.1 坝址的选择根据工程所在河段的地形、地质条件、施工条件、上下游交通、河道走势、水头利用的要求，将大渡河干流嘉农镇金子坝镇近6km河段作为坝址选择的范围。再往上河道地形、地质条件没有明显变化，若要获得本设计河段的最大可利用水头，尾水渠及下游河道疏竣相应增长，工程量增幅较大，且库区回水也会加大对沙湾区、太平镇的影响；往下河道骤然开阔，右岸为地形平缓的级阶地安谷镇，其地面高程低于正常高水位近30m，需修建副坝挡水并解决安谷镇的排涝问题。本阶段经过现场反复踏勘及地形图测量，拟定上、中、下三个坝址进行比选，上坝址位于生姜坡河段，下坝址位于高山农场，距上坝址约2.5km。2.1.1 上坝址地形地质条件该河段较顺直，大渡河自北东向流经枢纽区，区内地貌形态主要表现为侵蚀堆积地貌。河谷宽缓，河床宽度9501200m,最大宽度约2100m,心滩、漫滩极为发育，两岸地形不甚对称。右岸为冰水堆积组成的级基座阶地，山顶高程420460m，地形较为陡竣，坡脚为白滩堰引水渠，岸坡自然坡度角2250，局部呈直立状，坡体内冲沟发育；河心岛为高漫滩，地面高程一般在378383m间，主要呈长条形或椭圆形发育于大渡河中；左岸沿江为一大片级阶地，宽度0.81.5km，地形较为平缓，地面高程均低于正常高水位，为保护级阶地上的罗汉、嘉农两镇的大片建筑和耕地，拟在大渡河左岸河床中修建挡水副坝。枢纽区内除右岸有零星基岩出露外，其余地区被第四系松散堆积层广泛覆盖。坝基覆盖层厚10.124.0m，为砂卵砾石层，右岸坝肩覆盖层厚12.016.1m，主要为粘土夹卵石层。坝址下伏基岩为夹关组（K1j）之砂岩夹薄层或透镜体状泥岩。坝址区内无区域性断裂构造，坝区岩层产状为N5075E/NW37，倾左岸偏下游，坝区岩体中优势构造裂隙主要发育有两组。右岸发育有一条规模较大的沫龙溪冲沟，以NW向流经三河口转为NE流向经大湾山于上坝址下游500m处汇入大渡河，该冲沟常年流水，枯期流量约0.5L/s，沟宽210m，沟低高程381.0394.5m，该冲沟为上坝址库区右岸的低邻谷，当水库蓄水后，库水可能存在沿下部卵砾石夹砂和基岩接触面向沫龙溪沟产生渗漏问题。2.1.2 下坝址地形地质条件该河段较顺直，大渡河自北东向流经枢纽区，区内地貌形态主要表现为侵蚀堆积地貌。河谷宽缓，河床宽度9501200m,最大宽度约2100m,心滩、漫滩极为发育，两岸地形不甚对称。右岸为冰水堆积组成的级基座阶地，山顶高程420460m，地形较为陡竣，坡脚为白滩堰引水渠，岸坡自然坡度角2250，局部呈直立状，坡体内冲沟发育；河心岛为高漫滩，地面高程一般在378383m间，主要呈长条形或椭圆形发育于大渡河中；左岸沿江为一大片级阶地，宽度0.81.5km，地形较为平缓，地面高程均低于正常高水位，为保护级阶地上的罗汉、嘉农两镇的大片建筑和耕地，拟在大渡河左岸河床中修建挡水副坝。枢纽区内除右岸有零星基岩出露外，其余地区被第四系松散堆积层广泛覆盖。坝基覆盖层厚9.5632.45m，为砂卵砾石层，右岸坝肩覆盖层厚26.534.0m，主要为粘土夹卵石层。坝址下伏基岩为夹关组（K1j）之砂岩夹薄层或透镜体状泥岩。坝址区内无区域性断裂构造，坝区岩层产状为N5075E/NW37，倾左岸偏下游，坝区岩体中优势构造裂隙主要发育有两组。右岸发育有一条规模较大的沫龙溪冲沟，以NW向流经三河口转为NE流向经大湾山于下坝址上游约2.0km处汇入大渡河，该冲沟常年流水，枯期流量约0.5L/s，沟宽210m，沟低高程381.0394.5m，该冲沟组成支库，其回水长度达5.3km，将淹没大量农田及部分安谷至太平公路，设计拟定在沫龙溪沟口设置副坝并设置排涝洞向下游排泄沟水、地表水，采取该方案后沫龙溪仍然是库区右岸的低邻谷，同时还存在沫龙溪副坝两坝肩的绕坝渗漏问题。2.1.3 上下坝址综合比较表2.1 上下坝址经济技术比较 坝 址 项 目上 坝 址下 坝 址评价地形地质条件地形地貌河段较顺直，汊濠众多。河谷宽度12002400m，枯期主河水面宽度100150m。两岸地形不对称，左岸发育有级阶地，阶面高程381385m，阶地宽度8001200m；右岸地形较为陡竣，岸坡自然坡度角2250，局部呈直立状，坡体内冲沟发育，上下坝址间发育有沫龙溪沟。基本与上坝址相同。沫龙溪沟位于下坝址上游约2.0km。上坝址优坝基条件覆盖层主要为砾卵石夹砂，局部为砾卵石夹粘土或砾石层，厚10.124.0m；下伏基岩为K1j弱风化中厚层夹薄层状砂岩及泥岩薄层，可作坝基持力层；局部段强风化带厚26m，大部分段无强风化，弱风化带厚度3.020.0m；K1j层岩体中分布有不连续的软弱夹层19条，主要为岩块岩屑型（X）、岩屑夹泥型（C）、泥型（泥化夹层）（Nj）三种类型，其软弱带产状受岩层产状控制，一般顺层发育。覆盖层主要为砾卵石夹砂，局部为砾卵石夹粘土或砾石层，厚9.5632.45m；下伏基岩为K1j弱风化中厚层夹薄层状砂岩及泥岩薄层，可作坝基持力层；局部段强风化带厚34m，大部分段无强风化，弱风化带厚度512m；K1j层岩体中分布有不连续的软弱夹层12条，主要为岩块岩屑型（X）、岩屑夹泥型（C）、泥型（泥化夹层）（Nj）三种类型，其软弱带产状受岩层产状控制，一般顺层发育。下坝址略优库区渗漏近坝段右岸存在向低邻谷沫龙溪渗漏需修建沫龙溪副坝及排涝洞。右岸存在向底邻谷沫龙溪渗漏。上坝址优工程布置条件采用船闸厂房同岸布置，左岸副坝长10.62km，尾水渠长9.5km，下游河道疏竣长约8km，受右岸低邻谷沫龙溪沟的影响，需封闭约1.6km的库岸。采用船闸厂房同岸布置，左岸副坝长13.194km，尾水渠长7.5km，下游河道疏竣长约6.3km，受右岸低邻谷沫龙溪沟的影响，需修建490m长的副坝，2.6km长的排涝洞，并封闭约4.1km的库岸。排涝洪水对尾水渠有一定的影响。基本相当续上表2.1 坝 址项 目上 坝 址下 坝 址备 注水库参数及效益正常蓄水位m400.00m400.00最大闸高m270m30.70坝轴线长m676.05m675.60装机容量MW680MW680多年平均电量万kw.h334961336046年利用时数h4926h4942枯期电量(124月)万kw.h8139381701保证出力MW203.5204.3主体工程量土石方开挖万m34164.233361.95土石方填筑万m3143701607.49砼及钢筋砼万m3336.18346.62砼防渗墙万m39.9111.59钢筋及钢材t12.4512.27帷幕灌浆万m9.1510.11固结灌浆万m1.141.78相 对 投 资库区淹没及占地投资万元枢纽工程投资万元581363567981工程总投资万元 通过上表可看出，两坝址地形地质、水文地质条件大致相当，覆盖层均为第四系中更新统冰水堆积层（Q2fgl）以及河床第四系全新统现代冲积堆积层（Q42al），坝基岩性均为K1j中厚层夹薄层状砂岩及泥岩薄层或透镜体，具备修建闸坝的地质条件。上坝址河床及右岸坝肩覆盖层厚度比下坝址要薄些，上坝址坝基岩体风化带厚度比下坝要小，副坝长度下坝址比上坝要长2.57km，尾水渠长度下坝址较上坝址短2.0km，下游河道疏竣下坝址较上坝址短2.5km，但下坝址方案需修建沫龙溪副坝及排涝洞。因此，经综合比较，上、下坝址各有利弊，所以，本次设计中和两坝址的优点和缺点，选用中坝址为最终选址。2.2 坝轴线的选择因为本阶段以选择中坝址为推荐方案，根据中坝址河段的地形、地质条件、施工条件、上下游交通、河道走势等条件，拟定大坝轴线，具体见大坝平面布置图。2.3 坝型的选择根据坝址的地形、地质、建筑材料，宣泄洪水的能力以及抗震性能等特点，通过定性分析，初步选择三种坝型进行较详细的技术经济比较，分别为碾压式粘土斜墙土石坝和混凝土宽缝重力坝，通过技术经济比较以确定推荐（基本）坝型。而左岸副坝考虑造价问题直接采用混凝土面板堆石坝方案。2.3.1 混凝土宽缝重力坝优点：安全可靠，设计及施工简单，对地形和地质条件适应性较好，对地基要求不太高，适用于各种气候条件下的修建，受冻害影响较小；经验丰富，维护修理费用低：施工导流和永久性泄洪问题容易解决。缺点：体积大，消耗水泥、石料较多；材料强度不能充分发挥；坝底扬压力较大；混凝土水化热较大，温控措施较高。该坝型总体枢纽布置为：枢纽右岸通过混凝土重力接头坝与岸边相接，右岸通过非溢流面板与库间副坝（砼面板坝）相接。枢纽从左至右依次布置非溢流面板坝、左储门槽坝段、泄洪冲沙闸、主厂房、右储门槽坝段（安装间）、右岸接头坝、副厂房、升压站等，坝线全长 676.05 m。为保护左岸即阶梯上的罗汉、嘉农两镇的大片建筑和耕地，在大渡河左岸河床中修建挡水副坝。副坝为砼面板坝，轴线长10620.00m，堤距500m。其中，为保证坝后阶地的生产生活及环境用水、排涝等问题，在库位设置底孔取水闸从水库内取水，排涝沟沿右岸布置，至峨眉河汇口处，轴线长约22.317km。2.3.2 土石坝优点：就地取材，节约材料。能很好的适用较差的地质条件，抗震性较好，结构简单，工作可靠，使用寿命长。缺点：坝坡较小，工程量大，坝顶不能过水，需要另加泄水建筑物；施工导流不方便；对坝的防渗要求高；沉降问题存在。土石坝正常蓄水位392.00m，校核洪水位396.0m，坝顶高程400m。最低建基面高程355m，最大坝高45m，坝顶宽度8m，最大坝底宽度141.50m，坝顶长度544.52m。大坝上游边坡在387.5m处设宽为2m马道即采用一次变坡，坡率从上到下依次为2.5和3.0；下游边破坡率为2.0根据金子坝水电站中坝址两岸的地形、地质条件，溢洪道布置于大坝左岸以期最大限度地利用天然河道。该溢洪道为有闸控制正溢洪道。溢洪道轴线基本垂直，与坝轴线基本垂直，将洪水泄入下游河床深槽。溢洪道由引水渠、控制段、泄槽段、消能防冲设施组成，为适应槽内高速水流的冲刷作用，溢洪道地板采用钢筋砼衬护。溢流堰采用WES适用堰，堰顶高程为386.0m，堰高19m，溢流净宽140m，宣泄校核洪水时，最大泄流量为1580，堰顶单宽流量为70，宣泄设计洪水时，最大下泄流量为1070，堰顶单宽流量为99.07。溢洪坝消能方式采用底流消能，溢流总长度为1300.25m。2.3.3 坝型对比分析表2.2 坝型对比分析表项 目方 案宽缝重力坝方案 土石坝方案备注工程布置条件坝轴线总长675.60m。泄洪冲沙闸位于原分濠河段，下游河道疏浚量较大；安谷排涝沟的入渠供水，对尾水水力条件有影响。可通过模型试验论证，完善。坝轴线总长544.52m，右岸与山体接头复杂，处理困难；安谷排涝沟的入渠供水，对尾水的水利影响较小。重力坝优施工布置条件闸坝枢纽采用分期导流方式。一期采用全年围堰，进行闸坝段，厂房施工，二期采用枯期围堰，进行左岸非溢流坝施工同样采用分期导流方式。一期采用全年围堰，进行坝段，溢洪道、厂房施工；二期利用溢洪道和导流洞导流，进行厂房及细部结构完善基本相当通过以上分析可知，该处地址条件不是很好，易沉降，且防渗要求高，河床较宽，先选宽缝重力坝进行设计。2.4 泄水建筑物参与比选的泄水方案有三：河岸溢洪道、泄洪隧洞和溢流坝。分别将其特点和适用条件列于表2.3。表2.3 泄水建筑物特点及适用条件方式特点适用条件河岸溢洪道 其结构特点是地面开敞式。他具有超大的泄流能力；溢洪道检修方便，运行安全可靠；可充分利用地形，减少开挖量。 最好能布置在垭口等有利地形处，常和土石坝联合修建。对于本枢纽明显不适合。泄洪隧洞 在山体中开挖的一种水利通道，它作为水利枢纽的或渠首的重要组成部分，在水利枢纽中广泛应用，而且工程规模越来越大。泄洪隧洞按进口高底可分表孔和深孔。 表孔的进口属于堰流，超泄流能力大，结构简单，运行方便可靠。而深孔结构复杂，对闸门要求高，在设计、施工和运行管理方面都有一些特殊的问题，必须妥善解决。 泄水隧洞总的来说开挖量较大，施工工序多、速度慢、难度大，工作量大、场地狭小、运输困难、易发生事故，且工程投资较大。 表孔常用于要求泄水量随水位增长而较快增长时，或需要排除表面污物时；深孔适用于要求调节水库水位或水库有放空要求时。他们一般常用在拱坝中，本枢纽不优先采用。溢流坝 通过坝身宣泄洪水的泄流建筑物。溢流坝结构上简单，检修方便；水流平顺；便于排除漂浮物，不易堵塞；超泄流潜力大；施工简单方便。但在开始泄流时流量较小，不能适时加大泄流量来降低水位。另外它不满足排沙防空等要求；所以必须根据需要设置防空排沙等设施。 在重力坝枢纽中一般多用这种此种泄流方式。在枢纽中设置溢流坝段，可以很好的宣泄较大的洪水流量，且较其他泄水方式较经济。从经济和施工方面考虑，拟采用溢流坝的泄水方式来宣泄洪水。第3章 枢纽布置3.1 枢纽布置的基本原则3.1.1 挡水建筑物挡水建筑物通常布置成直线，使坝轴线最短，坝身体积最小。3.1.2泄水建筑物对于溢流坝，其前沿应正对上流来水的主方向，以使坝前流速均匀分布。如果和电站相连接，二者之间还需设置导墙，隔开水流，减少干扰。3.1.3水电站建筑物要求进口前水流顺畅，水头损失小。厂房尾水能顺利排出，避免因尾水雍高而减少发电水头。3.1.4过坝建筑物为了避免互相干扰，船闸和电站应尽可能的分置于两岸，并注意安排交通路线和泊船码头。应保证上下游引航道有足够的宽度和深度，并可与原河道顺畅衔接，以利通航。3.2 枢纽布置3.2.1枢纽总体布置该坝型总体布置为：枢纽右岸通过砼重力接头坝与岸坡相接，左岸通过非溢流面板坝与库区副坝（砼面板坝）相接。枢纽从左到右依次布置非溢流面板坝、泄洪冲沙闸、主厂房、右储门槽坝段（安装间）、右岸接头坝、副厂房、升压站等，坝线全长680m。为保护左岸级阶地上的罗汉、嘉农两镇的大片耕地和建筑，在大渡河左岸河床中修建挡水副坝。副坝为砼面板坝，轴线长10620.00m，堤距500m。其中，为保证坝后阶地的生产生活及环境用水，排涝等问题，在尾库设置底孔取水闸从库内取水，并对原右岸的分濠经行疏浚（以下简称排涝沟），使其能宣泄十年一遇的内涝洪水，排涝沟沿右岸布置，至峨眉河汇口处，轴线长22.317km。3.2.2 左岸非溢流坝（混凝土面板堆石坝）左岸面板堆石坝长78.75m，与库区左岸副坝（砼面板坝）相接，右岸泄洪冲沙闸门坝段。设计洪水标准百年一遇，校核洪水标准2000年一遇，坝顶高程按照碾压式土石坝设计规范（SL274-2001)相关要求计算，为402.2m，坝顶设1m高防浪墙。坝顶宽为10m，最大坝高27.7m，为砂卵石填筑砼面板坝。上游坝坡1:1.6，下游坝坡1:1.6，迎水面采用30cm厚C25钢筋砼面板，坡脚与C25砼趾板相接。坝体背坡采用砼网格植草皮护坡，校核洪水位以下设砼网格干砌大卵石贴坡排水体。面板堆石坝段地表上部1 3m为松散 稍密粉细沙及沙卵砾石层，下部为沙卵砾石层，结构中密 密实，可做坝基持力层。因此，左岸非溢流坝（面板堆石坝）趾板建基于-层的砂卵石上，趾板下设80cm厚的C20砼防潮墙，贯穿砂卵石覆盖层，嵌入基岩1m，由于下部基岩属中等透水层，在防渗墙以下设穿墙帷幕，帷幕底界高程350 355m，并与左岸副坝防渗帷幕带连成整体。3.2.3 闸坝段根据枢纽布置，闸孔布置于主河床上，本段河床地面高程376.5377.0m，闸底高程以尽量增加泄流能力，有利排砂，工程量最小为原则，本阶段取河床平均高程377.0m作为闸室底板高程。该闸（坝）段长186.0m（含34.0m储门槽段），共9孔，其中冲砂闸3孔（1#3#），泄洪闸6孔（4#9#）。闸坝段从左至右采用2孔一缝，其中储门槽段为一闸段，1#冲砂闸为一闸段，其余每2孔为一闸段。储门槽段为砼重坝，沿坝轴线长34.00m。坝顶宽7.0m,上游坡为直立面，下游坡比1:0.7，基础置于弱风化岩体上，基础高程361.00m，最大坝高41.70m。沿坝轴线方向设两孔储门槽，放置泄洪冲砂闸检修门。9孔泄洪冲砂闸采用相同结构布置，均为开敞式平底堰型，单孔净宽12.0m，闸室顺水流方向长40m。闸底板厚5m，上部为0.5m厚C50HF抗磨砼，下部为C15砼，底板以下采用C10埋石砼换基回填。最大闸高30.70m。泄洪冲砂闸中墩厚4.0m，缝墩厚2.5m2，边墩均厚4.0m，闸墩净高23.7m，为C20砼。泄洪冲砂闸设共用平面检修门一扇，弧形工作门9扇，检修门采用一台2630kN单向门机启闭，工作门采用23200KN液压启闭机启闭，工作门支铰高程390.00m，启闭平台高程397.70m，其上设启闭机房。工作门后底板采用1:3.5的斜坡与消力池相接。闸室上游侧设砼铺盖，顺水流方向长20m，厚2m，上部为0.5m厚C35HF抗磨砼，下部为C15砼，基础置于砂卵石层上，上游侧设厚3m、宽2.5m的齿槽。根据河床地形的变化，上游侧以1：1.5的反坡与原河床连接。泄洪冲砂闸均采用底流消能，经计算，需采用多级消能方式。第一级消力池底板顶高程371.00m，长46m，池中部设高5m的消力墩，池未端设差动式消力坎，坎高4.256.0m，坎后以1:2的斜坡与第二级消力池相接；第二级消力池底板高程373.00m，长23.0m，池未端设差动式消力坎，坎高2.754.0m，坎后以1:2的斜坡与第三级消力池相接；第三级消力池底板高程374.00m，长16.0m，池未消力坎高3m。消力池段总长105.0m，底板厚2.0m，上部为0.5m厚C50HF抗磨砼，下部为C15砼，基础置于砂卵石层上，其下设80cm厚的反滤层。第一、二级消力池内设80mm的排水孔，孔排距3.0m，梅花型布置，消力池段未端设防冲齿槽至弱风化基岩，且其后接砼框格卵石海漫，长183m，并在海漫末端设抛填大卵石防冲槽。闸坝段基础防渗设一排灌浆帷幕，孔距2m，以地质提供渗透剖面5Lu线以下5m为防渗帷幕底界。3.2.4 非溢流坝段（厂房坝段）厂房坝段紧靠泄洪闸布置在右岸的主河道，由主机间坝段和安装间坝段组成，沿坝轴线方向总长197.00m。其中主机段沿轴线长144.5m，顺水流方向长81.50m，底板基础置于K1j新鲜砂岩上，基础高程326.434m；安装间段沿轴线长52.5m，顺水流方向长56.60m，底板基础置于K1jK1j弱风化岩体上，基础高程364.70m。主机间坝段左端紧靠泄洪冲砂闸，右端接安装间坝段。主机间段沿坝轴线长144.50m，采用一机一缝布置，分为四个机组段，从左至右各段长度分别为45.50m、33.00m、33.00m、33.00m，收缩缝宽0.02m。机组段顺水流方向由进水室段、厂房段、尾水段组成，顺水流方向总长81.50m。厂房最大跨度24.50m，最大高度69.20m。主机间内安装4台轴流转浆式水轮发电机组，单机容量170MW，总装机容量680MW。水轮机型号ZZD345E-LH-800，安装高程351.10m。安装间坝段位于主机间右侧，和主机间呈“一”字形布置。由上游储门槽段、安装间、主变室、GIS室及下游防洪墙组成。储门槽坝段位于安装间上游侧，坝型为砼重坝。沿坝轴线长52.00m，分为三段，每段长17.50m、17.50m、17.00m。重力坝顶宽7.0m,上游坡为直立面，下游坡比1:0.6，基础置于弱风化岩体上，基础高程362.70m，最大坝高40.00m。沿坝轴线方向设三孔储门槽，放置主厂房进口检修门。为保证厂房防洪要求，在主机间及安装间下游侧设置了封闭的防洪墙。墙顶高程为校核洪水位（P=0.05%）加0.5m安全超高，为3715m。厂房坝段基础以薄层砂岩为主，强度低，完整性差，因此考虑对基础进行固结灌浆，孔排距3m，孔深5m。为减少坝基渗透量，降低基础扬压力，在主机间上游侧底板内布置一条基础帷幕灌浆廊道，断面尺寸3.03.5m。设一排灌浆帷幕，孔距2m，以地质提供渗透剖面5Lu线以下5m为防渗帷幕底界。由于厂基开挖深度较大，上部覆盖层开挖边坡稳定性较差，且弱风化岩体中分布有薄层泥岩和软弱夹层，岩层倾向左岸偏下游，对厂基开挖边坡稳定不利，因此考虑对开挖边坡设置马道，采用喷砼临时支护，并设排水沟。3.2.5 右岸接头坝右岸接头坝段沿坝轴线长123.00m，其中14.00m的接头坝位于船闸与厂房段之间，另109.00m段紧靠船闸右侧布置，沿坝轴线分为四段，每段分别长30.0m、30.0m、30.0m、27.55m。坝型均采用砼重力坝。坝顶高程402.70m，坝顶宽7m，上游坡为直立面，下游坡比1:0.6，基础置于弱风化岩体上，基础高程363.70m364.70m，最大坝高39.00m。右岸接头坝段基础置于弱风化砂岩上，为提高坝基的整体性，考虑做固结灌浆处理，孔排距3.0m，平均孔深5m。基础防渗设一排灌浆帷幕，孔距2m，以地质提供渗透剖面5Lu线以下5m为防渗帷幕底界。库区右岸下坝址小黑岩（覆盖层段）段长约4.1km，存在邻谷沫龙溪沟，其在正常高水位处河间地块宽450800m，山顶高程420435m，沫龙溪沟底高程在387394.5m。根据地质报告，河间地块由中更新统冰水堆积层（Q2fgl）组成，其上部残留13m的粘土层，中部为粘土夹卵砾石，厚1529m，下部为厚524m卵砾石夹砂，局部为粘土充填。基岩卧坡约0.33，其顶界高程在380395m间，为白垩系下统夹关组（K1j）厚层细砂岩、粉砂岩夹薄层泥岩。Q2fgl中、下部砾卵石层及下部的卵砾石夹砂或粘土渗透系数为5.010-41.210-2cm/s，属中等透水层，并且该层历史上曾经开采过砂金，留下很多废弃矿洞。另外，沫龙溪沟底高程低于砂卵石层和基岩卧坡高程，并且砂卵石层中地下泉水沿与基岩卧坡接触面出露，因此，当水库蓄水后，库水可能存在沿下部卵砾石夹砂和基岩接触面向沫龙溪沟产生渗漏问题。为使防渗帷幕封闭，解决库区渗漏及坝肩绕渗，右坝肩开挖边坡采用C15砼回填至坝顶高程，并沿右坝肩向上游对库岸覆盖层进行防渗封闭处理。设计采取30cm厚的C20砼面板护坡，坡比1:1.5，坡脚深入基岩1.0m。护坡砼面板在安谷副坝处与两坝肩相接，形成防渗封闭体系。第4章 挡水建筑物设计4.1 剖面形状的拟定根据强度和稳定的要求，盐基上的重力坝在基本荷载的作用下，理论剖面是一个以上游水位为定点的三角形，但实际上，为了防止水流漫溢流坝顶，常需一定的坝顶超高，为了满足一定的要求，也需要一定的坝顶宽度；为了有更好的稳定及应力条件和满足一些其他的要求，坝体如图4-1所示：4.2 坝体尺寸确定坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，可由式（4.1）计算确定，应选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。 （4.1） （4.2） （4.3） （4.4）由式（4.2）得： （4.5）由式（4.3）得： （4.6）其中 防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）； 波高（m）； 波浪中心线至正常或校核洪水位的高差（m）； 安全超高，按表4.1采用； 波浪中心线至静水位高度 计算风速，正常、设计情况取17；校核情况取12m/sD 吹程由地形图上量取大致取为10 km； 平均波长（m）；表4.1坝顶高程计算成果表计算工况水位（m)波浪壅高(m)波浪爬高(m)安全超高(m)计算坝顶高程(m)正常情况3920.8291.8470.5395.176设计情况3940.8291.8470.5397.176校核情况3960.4911.1940.4398.085为了大坝的安全，选取较大值，取坝顶高程为400m建基面高程和坝高的确定：由河谷地形图量得河谷高程为371m，取开挖深度为16m，则建基面高程为355m；坝高为H=400-355=45m。根据混凝土重力坝设计规范（DL5108-1999)，常态混凝土重力坝坝顶最小宽度为3m。当在坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度要满足安装门机轨道的要求。本设计取坝顶宽度B=5m。坝段计算单元宽度：一般采用L=16 24m。取L=20m。宽缝比：一般采用=0.2 0.35。取0.2，S=2m。上游头部厚度应满足强度、防渗、人防和布置灌浆廊道等的需要，通常取=（0.07 0.10）h（h为截面以上水深）且不小于3m，下游尾部厚度通常采用3 5m，考虑强度和施工要求，不宜小雨2m，在寒冷地区还应适当加厚。tu=4mtd=4m坝底宽度约为坝高的0.7 0.9倍，取B=36m。4.3 边坡坡度上游坝面一般做成变坡，上部铅直，下部n=0.15 0.35；下游坡率m=0.6 0.8。为了减小变厚突变处引起的应力集中，在变厚处的坡率和一般在1 2之间。宽缝的上、下游坡率和一般与坝面坡率n和m一致。宽缝不宜贯穿坝顶。综上n=0.2，m=0.7，=1，上游边坡处高程为375m，宽缝高度与边坡高程相同。最后确定的坡度需要经过坝体的剖面应力计算后才能最终确定。第5章 稳定及应力分析5.1 荷载分析的基本原理和计算方法抗滑稳定分析是重力坝设计中的一项重要内容，其目的是核算坝体沿坝基面或坝基内部缓倾角软弱结构面抗滑稳定的安全度。重力坝的失稳破坏过程是比较复杂的，理论分析、试验及原型观测结果表明，位于均匀坝基上的混凝土重力坝沿坝基面的失稳机理是：首先在坝轴踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝址处基岩和胶结面出现局部区域的剪切屈服，进而屈服范围逐渐增大并向上游延伸，最后，形成滑动通道，导致坝的整体失稳。此处采用抗剪强度公式进行计算。抗滑稳定分析主要就是核算坝体沿建基面或地基深沉软弱结构面抗滑稳定的安全度。主要的计算方法有两种：抗剪断强度公式（Ksh）抗剪强度公式（Ksl），根据我国1984年颁布的混凝土重力坝设计规范SDJ21-78(试行）补充规定中规定，除中型工程的中低坝外，应按抗剪断强度公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数。表5.1 荷载组合荷载组合主要考虑情况荷 载自重静水压力浪压力淤沙压力浪压力冰压力地震荷载动水压力土压力其他荷载基本组合正常蓄水位情况+ +-+设计洪水位情况+-+冰冻情况 +-+-+特殊组合校核洪水情况+-+地震情况+-+-+坝体抗滑稳定计算主要核算坝基面滑动条件，应按抗剪断强度公式（5.1）或抗剪强度公式（5.2）计算坝基面的抗滑稳定安全系数。抗剪断强度的计算公式： （5.1）抗剪强度的计算公式： （5.2）其中：K 按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数；f 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数；C 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa；A 坝基接触面截面积，m2。W 作用于坝体上全部荷载（包括扬压力，下同）对滑动平面的法向分值kN；P 作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN；按抗剪断强度公式（5.1）计算的坝基面抗滑稳定安全系数K值应不小于表5-2的规定。表5.2 坝基面抗滑稳定安全系数荷 载 组 合基 本 组 合3.0 特 殊 组 合（1）2.5（2）2.3按抗剪强度公式（5.3）计算的坝基面抗滑稳定安全系数K值应不小于表5-3的规定。表5.3 坝基面抗滑稳定安全系数K荷 载 组 合坝 的 级 别123基 本 组 合1.101.051.05特 殊组 合（1）1.051.001.00（2）1.001.001.005.2 各种荷载计算基本荷载有：坝体自重、上游水压力、下游水压力、泥沙压力、浪压力、扬压力。把大坝分成几部分来计算如下图图5.1底面荷载分析图把扬压力分为四部分来计算如下图图5.2 底面扬压力分析图图5.3 1-1截面各应力分布图5.2.1自重W坝体自重的计算公式 （5.3）式中：V坝体体积，；通常把它分成如图3-3 所示的若干个简单的几何图形分别计算重力；c 坝体混凝土的重度（本设计中混凝土的重度为24kN/m3）。5.2.2静水压力P静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力和垂直水压力两种。 表5.4 不同情况下的上下游水深特征水位上游水深下游水深上下游水位差正常蓄水位3724.6712.33设计洪水位3926.6812.32校核洪水位4127.2313.77计算各种情况下静水压力：水平水压力计算公式： (5.4)式中：H 计算点处的作用水头,；水的重度，常取；垂直水压力按水重计算。5.2.3 扬压力U当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为，排水孔中心线处为，下游（坝趾）处为H2，其间各段依次以直线连接。渗透压力强度系数按表5.5选取。表5.5 坝底面的渗透压力、扬压力强度系数坝型及部位坝基处理情况（A）设置防渗帷幕及排水孔（B）设置防渗帷幕及主、副排水孔并抽排部位坝型舌头压力强度系数主排水孔前的扬压力强度系数残余扬压力强度系数河床坝段实体重力坝0.250.200.50宽缝重力坝0.200.150.50大头支墩坝0.200.150.50空腹重力坝0.25-岸坡坝段实体重力坝0.35-宽缝重力坝0.30-大头支墩坝0.30-空腹重力坝0.35-注1：当坝基仅设排水孔而未设防渗帷幕时，渗透压力强度系数可按表中（A）项适当提高。查表取渗透压力强度系数为0.20.取帷幕灌浆位置距坝踵的