B江水利枢纽设计说明书

B江水利枢纽设计说明书摘要本次项目旨在开发利用水利资源，同时创建以发电为主，同时兼顾灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用的跨流域开发的水利水电枢纽工程。该工程的主要设计内容包括：选定泄洪方式和拟定泄洪建筑物孔口尺寸；确定防洪库容、上游设计和校核洪水位及相应的下泄流量。确定枢纽组成建筑物及其设计等级；通过不同方案的初步技术经济比较，选定坝型；通过定性分析比较，选定水电站厂房及其他建筑物型式；确定水利枢纽的布置方案。通过分析比较，确定大坝基本剖面型式与轮廓尺寸；拟定地基处理方案与坝身构造；进行水力和静力计算；进行细部结构设计。第二主要建筑物——溢洪道设计，施工组织设计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：B江水利枢纽为复合土工膜防渗堆石坝最大坝高54.0米，装机6400kW，电站设计水头174米，保证出力1461kW，装有两台3200kW机组，正常蓄水位276.0m，主坝长236.5米左右，上游边坡1：1.5,下游边坡马道以上1：1.52，马道以下1：1.53。B河流水利工程设计为土工膜堆石坝，坝顶高程281.3米，装机6400KW，电站设计水头为174m，多年平均发电量为1700×104kW·h，保证出力1461KW。本电站装2台3200KW机组，正常蓄水位276米，死水位248米，引水式发电，引水隧洞布置在右岸山体中，最大引用流量为5m3/sec。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31.5×15.7m2，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。本次的工程设计是以混凝土面板堆石坝和一些早已经建成的复合土工膜堆石坝做为参考依据，我们的设计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和大坝的整体安全性。在施工组织设计中我们进行了详细的研究组织设计，将三控三管理一协调，安全管理最重要进行到底。同时在本次设计过程中既充分运用了大学中所学的基础理论知识，同时我们也广泛参考了堆石坝设计、已建成工程的设计资料等等相关书籍，同时我们也在规范规定内设计，体现了本设计的科学性、严谨性、规范性和实际运用性。关键词：土工膜面板堆石坝溢洪道引水隧洞坝基处理施工组织设计Abstract:Thepurposeofthisprojectistodevelopandutilizewaterresources,andatthesametime,tocreateacross-basinwaterconservancyandhydropowerprojectthatfocusesonpowergenerationandgivesconsiderationtocomprehensiveutilizationofirrigation,watersupply,floodcontrolandaquaculture.Themaindesigncontentsoftheprojectinclude:selectingflooddischargemodeanddrawinguporificesizeofflooddischargestructure;Determinefloodcontrolcapacity,upstreamdesignandcheckfloodlevelandcorrespondingdischarge.Determinethecompositionbuildingsofthehubandtheirdesigngrades;Throughthepreliminarytechnicalandeconomiccomparisonofdifferentschemes,thedamtypeisselected;Throughqualitativeanalysisandcomparison,thetypesofhydropowerplantandotherbuildingsareselected;Determinethelayoutplanofthewatercontrolproject.Throughanalysisandcomparison,thebasicsectiontypeandoutlinesizeofthedamaredetermined;Drawupfoundationtreatmentschemeanddambodystructure;Carryouthydraulicandstaticcalculation;Carryoutdetailedstructuraldesign.Thesecondmainbuilding-spillwaydesign,constructionorganizationdesignThegeneralsituationofthedesignedhubisasfollows:theBriverwatercontrolhubisacompositegeomembraneimperviousrockfilldamwithamaximumdamheightof54.0meters,aninstalledcapacityof6400kW,adesignheadof174meters,aguaranteedoutputof1461kW,two3200kWunits,anormalwaterlevelof276.0m,amaindamlengthofabout236.5meters,anupstreamslopeof1:1.5andadownstreamslopeabovethehorseroad.BRiverwaterconservancyprojectbisdesignedasgeomembranerockfilldam,withcrestelevationof281.3m,installedcapacityof6400KW,designheadofpowerstationof174m,annualaveragepowergenerationof1700×104kW·handguaranteedoutputof1461KW.Two3200KWunitsareinstalledinthispowerstation,withnormalwaterstoragelevelof276manddeadwaterlevelof248m.Thediversiontunnelisarrangedinthemountainontherightbank,andthemaximumquotedflowis5m3/sec.Thefactorybuildingislocatedat340mdownstreamoftheleftbankofHushanVillageinJiangwan,DuanShenshui,withatotalareaof31.5×15.7m2,ofwhichthemainfactorybuildingis10.8mwide.TwoHL110-WJ-76hydro-generatorsetswithSFW-J3000-6/1480areinstalledinthemainfactorybuilding,withtheinstallationelevationoftheunitsbeing103m,andtheswitchyardislocatedattheupperleftsideofthefactorybuilding.Thedesignofthisprojectisbasedontheconcretefacerockfilldamandsomealreadybuiltcompositegeomembranerockfilldams.Ourdesignpaysattentiontotheindependentsub-itemdesignofeachdetail,andcomprehensivelyconsiderstheunityofthewholeprojectandtheoverallsafetyofthedam.Intheconstructionorganizationdesign,wecarriedoutdetailedresearchandorganizationdesign,andcarriedoutthreecontrol,threemanagementandonecoordination,andsafetymanagementwasthemostimportant.Atthesametime,inthedesignprocess,wenotonlymakefulluseofthebasictheoreticalknowledgelearnedinuniversities,butalsoextensivelyrefertorelevantbookssuchasthedesignofrockfilldamsandthedesigndataofcompletedprojects.Atthesametime,wealsodesignwithinthespecifications,whichreflectsthescientific,rigorous,normativeandpracticalapplicabilityofthedesign.

目录TOC\o"1-3"\h\u434第一章设计基本资料 1253851.1.工程特性表 167511.2.工程目的和依据 455921.3.建设的条件 4256751.4.工程的规模及综合利用效益 425041.4.1.工程规模 4113931.4.2.综合利用效益 431161第二章流域概况 6258802.1.b江流域概况 641832.2.气候特性 6213042.2.1.气温 6221862.2.2.降雨量 6231042.2.3.风速和吹程 638842.3.水文特性 6135852.3.1.年日常径流 6108402.3.2.洪峰流量 7140322.3.3.水文特性资料表 710481表二-1水库水位~库容关系 713982表二-2坝址水位~流量关系 78538表二-3水库淤积特性 797422.4.工程地质 722162.4.1.库区工程地质 742032.4.2.坝址工程地区 895652.4.3.岩体风化 9289382.4.4.水文地质条件 102372.4.5.建基面岩体有关地质参数建议值 103072.4.6.引水发电隧洞工程地质条件 1157582.5.地震烈度 12252052.6.建筑材料 12124112.6.1.砂砾石料 12287562.6.2.堆石料 12133032.7.经济资料 1220466第三章设计条件和设计依据 1352493.1.设计任务 13307183.2.设计依据 133288第四章洪水调节演算 14293674.1.洪水调节验算 14273704.1.1.洪水调节演算原理 14123014.1.2.洪水调洪演算方法 1555974.2.洪水标准分析 15188024.3.泄水建筑物的型式选择 15126964.4.调洪演算及泄水建筑物尺寸的确定 1568244.4.1.调洪演算方法 15154594.4.2.洪水过程线的模拟 16153924.4.3.计算结果 1623309表四-1 1632009调洪演算汇总表 16202854.4.4.方案比选 17212064.5.坝顶高程的确定 17126364.5.1.工程等别及建筑物级别和洪水标准的确定 1746164.5.2.波浪要素计算 1747914.6.挡墙顶高程的确定 1987704.7.溢洪道 2045544.7.1.溢洪道的总体布置 20122644.7.2.进水渠设计 20311914.7.3.控制端设计 20122574.7.4.排水通道设计 2341454.7.5.出口消能段设计 231251第五章主要建筑物型式选择及枢纽布置 25262255.1.枢纽等别及组成建筑物级别 25270425.2.坝型选择 25239815.2.1.定性分析 25269155.2.2.定量分析 27119465.3.枢纽方案的综合比较 2726385.3.1.挡水建筑物——混凝土副坝 2717705.3.2.泄水建筑物——正槽溢洪道 27260885.3.3.水电站建筑物 2710919第六章第一主要建筑物设计 2888636.1.大坝轮廓尺寸及防浪墙设计 28273426.1.1.L型挡墙顶高程及坝顶高程、宽度 28324296.1.2.坝体分区 28183706.1.3.L型防浪墙设计 29165376.1.4.坝坡与马道 35295016.2.堆石料设计 36305976.2.1.堆石料基本特性参数 36314886.2.2.主次堆石料设计 36206806.2.3.垫层防护层材料设计 36151586.3.复合土工膜设计 37213.复合土工膜 372993.防护层及下垫层及复合土工膜分区 37170466.4.大坝稳定分析 38126206.4.1.计算原理及方法 38204256.4.2.坝坡稳定分析 4080406.4.3.坝坡面复合土工膜的稳定分析 41118956.5.副坝设计 42189286.5.1.副坝的型式选择 4256996.5.2.副坝的稳定验算 4411013 44158106.5.3.副坝与主坝的连接 4561306.5.4.副坝的地基处理防渗设计 454736.6.细部构造设计 4529916.6.1.坝顶构造 45175996.6.2.护坡设计 46200376.6.3.分缝及止水 46108176.7.地基处理 47103866.7.1.坝基处理 47171536.7.2.固结灌浆 4838436.7.3.帷幕灌浆及排水 4917276.8.趾板设计 50172086.8.1.趾板的作用 50158626.8.2.坝轴线的选取 50111846.8.3.趾板剖面设计 50156966.8.4.趾板的配筋 52230256.8.5.趾板的地基开挖和处理 53106846.9.坝体沉降估算 53150436.10.引水发电隧洞 54292246.10.1.隧洞线路选择和布置 5424256.10.2.隧洞体型设计 549826第七章施工组织设计 57111037.1.基本资料 57127577.1.1.工程概况 5716327.1.2.施工条件 5762547.1.3.有效工日分析 5774007.2.施工导流计划 58252147.2.1.导流标准 58204477.2.2.施工导流方案 58265597.2.3.大坝施工分期及度汛方案 59288667.2.4.导流建筑物规划布置 59209297.3.主体工程施工 63125097.3.1.堆石坝施工 63273137.3.2.其他施工 67244347.3.3.导流隧洞施工 68254467.4.施工交通道路运输布置 7156517.4.1.布置原则 71212157.4.2.布置说明 72114407.5.施工总进度 72656参考文献 7423335致谢 75设计基本资料工程特性表序号及名称单位数量一、水库流域面积km233正常高水位m276死水位m248汛前限制水位m274设计洪水位m278.8校核洪水位m281.1设计泄洪流量m3/s242.8校核泄洪流量m3/s387.1总库容万m32333.6死库容万m3248兴利库容万m31662有效库容万m32085.6二、大坝坝型复合土工膜防渗堆石坝坝顶高程m281.3防浪墙顶高程m282.3坝顶宽度m8最大坝高m52.5上游坝坡1∶1.5下游坝坡1∶1.51主坝坝轴线长m220副坝型式重力式挡墙副坝坝轴线长m90导流洞型式圆形导流洞进口底高程m227.5导流洞出口底高程m226.5导流洞半径Rm2.4导流洞长度m400三、溢洪道溢流前缘净宽m8堰顶高程m273设计流量m3/s191校核流量m3/s298.47闸门型式平板闸门尺寸（宽×高）m210×6四、厂房系统1．动能指标最大净水头m174额定水头m174最小水头m143引用流量m3/s5额定出力kW6400保证出力kW14612．厂房厂房型式地面式厂房面积m231.5×15.7主厂房宽度m10.8机组台数2机组安装高程m103水轮机型号HL110-WJ-76发电机型号SFW-J3000-6/1480开关站面积m211.5×27.25五、引水系统进水口型式塔式进水口高程m244.7压力钢管直径m1.2管壁厚度mm10有压隧洞洞径m1.8衬砌厚度cm50钢衬厚度mm4调压井最高涌浪水位m280调压井最低涌浪水位m226.32五、工程量1．主坝堆石料工程量m3565804.4混凝土方量(L型挡墙)m3825混凝土方量（趾板）m3710.94混凝土方量（现浇混凝土保护层）m34140.422．副坝混凝土方量m34940.4工程目的和依据本次所设计的工程是一个跨流域开发的水利枢纽工程，这个水利枢纽工程最主要是利用水流的落差来实现发电，不仅如此，其建设的意义在于对农田的灌溉和对村民提供所需的生活用水，防止大雨产生的洪水对财产造成的一些损失，并且可以在水库里进行一些渔事和种植水产品。建设的条件充足的资金，足够的施工机械和人员以及合理的施工计划是施工的所有条件。工程的规模及综合利用效益工程规模该项目装机容量6400KW，电站设计扬程174m，年平均发电量1700×104kW·h，保证输出1461KW。建筑面积为31.5×15.7m2，其中主建筑面积为11.5×27.25m2。综合利用效益发电装机容量6400kW，设计扬程174m，年平均发电量1700×104kW·h，保证输出1461kW。该电厂装有两台3200kW机组，正常蓄水位为276m，死水位为248m，旁路隧道设在右岸的山上。最大参考流量为5m3/s。灌溉下游使用尾水进行发电灌溉，上游增加灌溉面积10,000亩。防洪修建水库的目的在于防止洪涝灾害的发生，特别是发生大洪水对钟吕村以及当地居民的威胁，其中设计洪水最大下泄流量要求在245m3/s。渔业水库蓄满水后，促进了当地渔业的发展供水钟吕村、下游的村民去用水。其他完成在三年内。流域概况地形条件本工程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33km2。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，山体零乱，冲沟发育。气候特性气温流域内多年平均气温16.7℃，其中1月份气温最低，七月份气温最高，历年气温极端最高41℃，气温极端最低为-11℃。降雨量流域多年平均降雨均值2047.7mm。风速和吹程多年平均最大风速12.6m/s，吹程1600m。水文特性年日常径流据水文资料推算，坝址处多年平均流量1.28m3/s，多年平均总径流量4040万m3。洪峰流量经频率分析，p=0.1%的洪峰流量为551.5m3/sec，三日洪量为1569万m3，p=2%的洪峰流量为364.5m3/sec，三日洪量为965万m3。水文特性资料表表STYLEREF1\s二-SEQ表\*ARABIC1水库水位~库容关系水位(m)227.5236.08237.78248276278.11库容(104m3)011.0522.1172.01910.02145.2表STYLEREF1\s二-SEQ表\*ARABIC2坝址水位~流量关系水位(m)227.5228.0228.5229.0229.5230.0230.5231.0流量（m3/s）06.028.966.77121.97196.05281.78365.95表STYLEREF1\s二-SEQ表\*ARABIC3水库淤积特性淤积年限（年）泥沙淤积量（万m3）淤积高程（m）5011.05236.0810022.1237.78工程地质库区工程地质库区属于构造剥蚀和低山地形，山势陡，地形封闭，植被很好，无滑坡等恶劣的地质现象。河岸和盆地的地层岩性主要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。水库工程地质条件良好，无永久渗漏、海岸围垦、洪水和水库诱发地震。坝址工程地区地貌坝址区域是一种结构裸露的低山地貌，山顶海拔为280-450m。坝区的河床很宽，大约20-50m。这是一个“U”形的山谷。30-40度，右岸相对较薄，倾斜角度为20-30度，右岸有一个低通，高程约276m，在大坝和切口很深，没有观察到诸如滑坡之类的不良物理地质现象。自然坡度稳定。岩体风化坝区岩体的风化主要受地形，岩性和结构等因素的影响。它的特征通常是表面均匀风化和沿断层加深风化。坝址左岸240m高处以上是强风化的中下岩石，240m以下高处是弱风化的岩石，235-270m高处是强风化的岩石，而270m以上是完全风化的岩石。部分剩余的0-1.5m厚的第四纪残留坡壤土。水文地质条件坝址地区的地下水类型主要是第四纪疏松的沉积物孔隙水和基岩裂隙水，上部为渗透岩层该值通常为6.7至196.7Lu，最大的为341.7Lu，这是中等强度的可渗透层。河床相对不透水层埋藏在11至17m深，上层透水岩层一般为7〜29.9Lu，为中等严重渗透率层。右岸斜坡埋在深度为19〜27m的相对不透水层中，上层为透水岩层的值通常为5.6〜50.3Lu，较大的为127.3Lu。它是——的中等渗透性层，中间有严重渗透性的晶状体。建基面岩体有关地质参数建议值①混凝土与岩石接触面之间的摩擦系数：强风化千枚岩：f=0.3~0.38弱风化千枚岩：f=0.5~0.6②坝基岩体结构面之间的摩擦系数：裂隙夹泥与含断层泥的断层：f=0.3~0.35一般裂隙、断层：f=0.35~0.45③试验参数a．堆石试验参数软化系数：微新岩石>0.7弱风化岩石>0.55表STYLEREF1\s二-SEQ表\*ARABIC4堆石试验参数组别试验干密度（g/cm3）C(kPa)KnGFDA2.104738.586800.350.820.460.201.5B2.056037.726000.320.810.430.181.8b．复合土工膜表STYLEREF1\s二-SEQ表\*ARABIC5复合土工膜参数项目单位量值备注单位面积质量g/m2>1100>1300350/0.4/350350/0.6/350膜厚250m高程以上mm0.4250m高程以下mm0.6周边缝等处mm0.8周边缝、水平缝、分缝处宽条纵向拉伸强度kN/m>15>18350/0.4/350350/0.6/350伸长率%>50窄条纵向拉伸强度kN/m>15>18350/0.4/350350/0.6/350伸长率%>50摩擦系数与水泥砂浆0.577与现浇混凝土0.6粘结力kg/cm2>0.1渗透系数cm/s<1×1-1引水发电隧洞工程地质条件隧道围岩有绢云母千枚岩、变质粉砂岩、凝灰岩和粉砂岩。主要由绢云母千枚岩和粉砂岩组成的。岩石破裂程度、褶皱、挠度严重，大尺度断裂发育。包括绢云母千枚岩、凝灰质千枚岩水理性质差，易软化，凝灰千枚岩组分复杂，易风化。该两种岩石占洞线总长的百分之十九。根据资料可知千枚岩为半坚硬-较软化，抗水性差的片状岩。地震烈度坝址及库区地震烈度属Ⅵ度以下区，设计时可以不考虑地震荷载。建筑材料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10～15km,有公路相通，运输方便。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。经济资料1.库区经济：受洪水的影响，由384人移民。2.交通对外3.下属工厂和生活区4.位置负荷设计条件和设计依据设计任务=1\*GB1⒈根据水库防洪要求，对其进行洪水计算，确定大坝坝顶大小与溢洪道大小；=2\*GB1⒉通过对比分析可能的方案，确定枢纽布置方案以及建筑物的组成=3\*GB1⒊进行第一主要建筑物大坝的设计，包括确定大坝基本剖面型式与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力和静力计算和细部结构设计。=4\*GB1⒋进行施工组织设计，主要包括确定施工导流方案，大坝的工程量计算，主体工程施工以及安排施工的控制性进度，大坝主体工程量的计算，编制概预算、施工招标公告及施工投标文件。设计依据包括相关参考文献、主要设计规范、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，19982、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，19983、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，19984、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，20005、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

洪水调节演算洪水调节验算洪水调节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：运动方程：式中——过水断面面积,m2；t——时间,s；Q——流量,m3/s；s——沿水流方向距离,m；Z——水位,m；g——重力加速度,m/s2；v——断面平均流速,m/s；K——流量系数,m3/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：（4-1）式中：，—分别为计算时段初、末的入库流量(m3/s)；—计算时段中的平均入库流量(m3/s)，=(+)/2；，—分别为计算时段初、末的下泄流量(m3/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； —考虑的时段。与4-1相关的公式还包括如下：（4-2）（4-3）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B一般等于3/2，对于闸孔出流一般B=1/2。（4-4）式中：ε—侧收缩系数，取0.9.m—堰的流量系数，取0.5B—溢流孔口净宽；H—堰上水头。公式(4-1)表示是水量平衡的意义，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。洪水调洪演算方法计算洪水调节的方法有：列表试验算法和半图形法。该设计使用简化的三角形方法，也称为高切林方法洪水标准分析设计情况，采用50年一遇的洪水标准。P=2%的洪峰流量为364.5m3/s,三日洪量为965万m3。校核情况，采用千年一遇的洪水标准。p=0.1%洪峰流量为551.5m3/s,三日洪量为1569万m3泄水建筑物的型式选择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10～24m，上部透水层q值为6.7～196.7Lu，大者达到341.7Lu，属中等-严重透水层。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，水库的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。正槽溢洪道——过堰水流方向与堰下泄槽纵轴线方向一致。侧槽溢洪道——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。因为本工程坝型设计为土工膜堆石坝。洪水期洪水漫过坝顶会危坝体安全与稳定，需设置一处泄水建筑物。正常溢洪道的类型很多，从流态的区别考虑，有正槽溢洪道、侧槽溢洪道、井式溢洪道、虹吸式溢洪道。正槽溢洪道结构简单，施工方便，目前大中小型工程都在采用；侧槽溢洪道适用于两岸山势陡峻；综合考虑本工程的概况选用正槽溢洪道。调洪演算及泄水建筑物尺寸的确定调洪演算方法通过洪水资料，采用简化三角形的方法,利用洪峰流量，假设流量，假设堰高可以得到设计和校核下的Q和H曲线，由公式,又可作出三种不同堰高下Q～H曲线；同时在不同堰高下画出设计和校核的Q～H曲线，从而可以在Q～H图中确定相应交点的Q和H值，得出最终数据。洪水过程线的模拟根据给定的设计资料比较有限，无法精确画出洪水过程线，所以要利用洪峰流量，水量平衡原则，在CAD上模拟洪水过程线，在对其经行多次修改，根据水量平衡原理，就能得到设计和校核下的洪水过程线。三角形法洪水过程线调洪演算公式选择：式中ε——侧收缩系数，ε=0.9；M——流量系数，m=0.5；B——溢流孔口净宽；H——堰上水头。汛前限制水位设为275m。起调流量式中H为汛前限制水位-堰顶高程。计算结果表4-1调洪演算计算结果方案堰高（m）孔宽(m)设计洪水位(m)设计下泄流量(m³/s)校核洪水位(m)校核下泄流量(m³/s)12718277.9309.8280.0454.1210277.4333.2279.3504.8312276.8361.8278.7540.042728278.3278.6280.4411.2510277.8307.0279.8448.5612277.6331.9278.1488.672738278.8247.8281.0387.1810278.3268.5280.6442.9912278.0282.1280.2481.8注：超高△Z=校核洪水位-正常蓄水位；发电引用最大流量5m3/s，相对较小，在计算时不予考虑。方案比选方案的选择需要通过以上方案的9个方案并从经济技术方面比较而选定，一般来说，设计的洪水位不能低于正常的存储位，并且如果堰顶高程越低的话，那么孔口的宽度就会越大的，坝顶的高程就会越低的，所以说工程量就会减少的越多，反之如果堰顶的高程越高的话，孔口的宽度就会越小，则会一定量的减少溢洪道的开挖量，而且对我们所设计的下泄流量也必须再最大下泄流量的要求的限制范围中的5%内，同样越接近越好；设计方案中的最大排放流量必须小于245m3/s；不要选择Q/B值大的一个，因为Q/B，B意味着单宽度流动越高，耗散能量的难度就越大，并且对涂层的要求也很高；堰定高程高的话，孔口宽度就可以选用小些，溢洪道的开挖量就会减少。最后采用方案7，堰顶高程取273.0米，溢流孔口净宽取8米，设计洪水位取278.8米，校核洪水位取281.1米.

坝顶高程的确定工程等别及建筑物级别和洪水标准的确定本次工程的校核洪水位为281.1m，查水位库容曲线得总库容为2432.5万m3，即0.24亿m3，在0.1~1.0之间，属Ⅲ等工程，同时该水电站的装机容量为6400kw，即6.4MW小于10MW属于Ⅳ等工程，因此该水利枢纽的级别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级、次要建筑物级别为4级、临时建筑物级别为Ⅴ级。水工建筑物为3级的洪水标准，校核下洪水重现期为2000～1000年。设计下洪水重现期为100～50年。波浪要素计算由于大坝所在地区为丘陵地区，所以根据《水工建筑物荷载设计规范DL5077-1997》,波浪要素宜采用鹤地公式计算（适用于库水较深，V0<26.5m/s及D<6.5km）。（4-5）（4-6）式中——累积频率为2%的波高(m)；Lm——平均波长(m)。V0就是水面上面的10m处的风的速度，在其正常运用条件下为III级坝，就这样采用多年的平均最大风速的1.5倍；在各级土石坝，可采用的是多年平均最大的风速。那么设计波浪爬高值就根据工程等级来进行确定，在III级坝时候就采用累积频率为1%的爬高值h1%。按上述公式算出的为h5%，然后就再根据频率法按下表可得出h1%。表4-2不同累计频率下的波高与平均波高比值(hp/hm)hm/Hm0.010.112451014205090<0.13.422.972.422.232.021.951.711.61.430.940.370.1～31.871.641.541.380.950.43波浪中心线高出计算静水位hz按下式计算：（4-7）式中：H为水深；h1%为累积频率1%的波高。表4-3计算结果工况正常工况下设计工况下校核工况下D160016001600Hm48.551.353.6e0.00220.002040.00087V18.918.912.6Ah2%1.321.320.71Lm9.3179.3176.211hm0.590.590.32hz0.680.680.39h1%1.421.420.77挡墙顶高程的确定（4-8）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hz算；A——安全超高。表4-4土石坝坝顶超高值坝的级别1234、5设计1.501.000.700.50校核山区、丘陵区0.700.500.400.30平原、滨海区1.000.700.500.30则L型防浪墙的高程=max正常蓄水位：276+1.42+0.0022+0.7=278.12m设计洪水位：278.8+1.42+0.00204+0.7=280.92m校核洪水位：281.1+0.77+0.00087+0.4=282.27m防浪墙高程取三种工况下最大值，故为282.3m因为根据《混凝土面板堆石坝设计规范》里的内容要求：由于坝顶的高程必须是要低于防浪墙高程1~2米，所以坝顶的高程可以为281.3米。对于闸门设计，因为B=10m，不是特别的宽，所以我们采用单扇闸门进行挡水。闸门的高度由挡正常蓄水位加0.3～0.5m超高确定，我们可以取3.5m。当然另外布置时将闸门放在堰顶偏下游一些，然后继续选用平板闸门。溢洪道溢洪道的总体布置正槽溢洪道，从上游到下游依次由引水渠、控制堰、泄水槽、消能设施和尾水渠等部分组成。但并不是每座溢洪道都有这些组成部分，本工程控制堰直接面临水库，因此引水渠可只设计近堰的喇叭口段，并可以减少水头损失；经过消能后的水流可与下游原河道衔接，则也无需尾水渠。进水渠设计进水渠的布置遵循原则:1、选择有利的地形,地质条件.2、在选择轴线方向时,应使进水顺畅3、渠内限制流速在1.5～3.0m/s控制端设计1.闸墩门缝尺寸：工作门缝一般不小于0.3m，占0.4m；宽度0.51.0m，取0.64m；维护门插槽的深度通常为0.150.25，取0.2m；门槽的最小厚度不应小于0.5m，因此弹簧的最小厚度为0.4+0.4+0.5=1.3m，取1.5m;两扇门之间的净距不应小于1.5m，取2m表4-5安全超高表运用情况水闸级别1234，5挡水时正常蓄水位0.3最高挡水位0.2泄水时设计洪水位1.51.00.70.5校核洪水位1.0(1)正常蓄水位:正常蓄水位；：浪高；：安全超高本水闸级别为3级，故h3=0.4mh2=hm=0.58mh1=276mh=276+0.4+0.58=276.98m(2)设计洪水位h=278.8+0.7+0.59=280.09m（3）校核洪水位h=281.1+0.5+0.32=281.92对比分析闸墩顶高程取282m.根据工程概况闸墩长度取6.5m工作桥采用固定启闭设备，桥的高度为门高的两倍加1m富余高度，故桥面高程为273+62+1=286m3闸门设计闸门顶高程要高于正常蓄水位,276-273=3m,取门高6m，闸门宽度=10+0.22=10.4m常用的溢洪控制堰有宽顶堰和各种非真空剖面实用堰两大类。根据本工程的地质条件，宜采用非真空实用堰，采用WES标准剖面堰。实用堰的尺寸如图所示：图4-1本设计选取WESI型实用堰，设计定型水头Hd一般取孔口中心至交合水位的75%～95%，即（75%～95%）（278.8-273）=4.35～5.51m.取Hd=5m上游面坡度取为0k=2n=1.85a=0.175=0.875mR3=0.04Hd=0.2m排水通道设计排水通道是溢流堰正下方的排水通道，用于将溢流堰的水流引至下游。为了使水以快速状态流入储罐而不会影响溢流堰的排放能力，储罐底部的纵向坡度通常被视为比临界坡度大的陡坡，因此也称为陡坡在高水位情况下，料斗中会有高速水流。此时，为了正确设计风道，应充分注意高速水流引起的曝气，冲击波和气蚀等问题，并在工程中应采取适当的措施。如加强风管的侧壁，以确保溢洪道的安全。出口消能段设计本设计采用挑流消能方式，挑流鼻坎为连续式，挑角取20°.校核水位工况下，校核下泄流量Q=387.1m3/s,校核水位281.1m,堰顶高程273m，因此堰上水头HO=281.1-273=8.1mq=Q/B=387.1/8=48.39m2/s断面平均流速：,φ=0.91我国现行规范的挑流射距算法：水舌挑距估算公式： （4-9）式中：—水舌挑距，为鼻坎末端至冲刷坑最深点的距离；—坎顶水面流速;—鼻坎挑射角度,=20°；—坎顶平均水深在铅直面上的投影；—坎顶至河床表面之差。校核洪水位下，鼻坎坎顶平均流速：Zc=48.1mVc=28m/sh=q/Vc=48.39/28=1.73mV1=1.1Vc=30.7m/sH1=hcos20=1.73cos20=0.71mH2=233.2-227.5=5.7mL=75.97m经计算满足要求。对反弧段分析，R=(612)h1即(612)0.71=4.26~8.52取R=8ma=R(1-cos)=8(1-cos20°)=0.48m校核水位下对应的下泄流量为387.1m3/s，查坝址水位流量关系，得下游水位为232，而鼻坎高程取高出下游水位1.2m，即233.2m上游水位差Z=281.1-233.2=47.9下游水深t=232-227.5=4.5mTr=26.3075.97/26.3=2.9属于2.5-5.0内故符合要求

主要建筑物型式选择及枢纽布置枢纽等别及组成建筑物级别本次工程的校核洪水位为281.1m，因此该水利枢纽的级别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级、次要建筑物级别为4级、临时建筑物级别为5级。坝型选择坝型选择是设计中最先需要解决的一个重要且首要的问题，是因为坝型选择是关系到工程量、投资和工期。影响坝型选择的因素主要包括：筑坝材料、地形、坝高、气候、施工和运行条件等等。定性分析常见的坝型水利工程中挡水建筑物大坝常见的主要型式有：重力坝、拱坝、土石坝、堆石坝等。根据本工程的地质条件、地形和所需要材料储备情况对坝型进行比较，通过这些情况来选择适合的坝型。坝型的比较拱坝是在平面上呈凸向上游的挡水建筑物，借助拱的作用将上游水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。拱坝的工作原理：一是依靠悬臂梁的作用将荷载传给基岩，二是依靠拱的作用，将荷载传给拱座，三拱坝是高次超静定结构。其主要特点：1)坝体积小，主要依靠拱作用维持稳定，自重作用影响不大；2)受力条件好，河谷形状深窄较好；3)超载能力强，安全度高；4)施工技术要求高，地基处理要求严格。根据拱坝的特点，要求建造于狭窄河谷上；对地质较理想的条件是岩石尽量密致，质地均匀，足够的强度；边坡稳定，并且两岸拱座的基岩坚固而完整，没有大的断裂构造和软弱夹层。而对于本工程的地形河谷比较宽，尤其特别是地质条件相对较差：岩石破碎，强度低，根据实验，相对不透水层埋藏较深，透水层属中等—严重透水层，若建造拱坝，则开挖量巨大，花费的经费较多，且大坝的安全性不高，所以坝型选择上不不适合选择建拱坝。而重力坝的工作原理是利用自身的重力去达到稳定和强度要求。其特点一般来说抗冲刷能力强；结构简单；耗费材料，温度控制等方面不是很好。通过资料可知本工程的地质条件差，重力坝所需要的材料和工程地质相对较远，经济效益上不划算，因此本工程不太合适选用重力坝。拱坝的工作原理是利用拱形结构和悬臂梁结构将两边的荷载作用到坝基的位置上。一般来说拱坝具有以下特点：适用于河谷狭窄；不需要依靠自身重力来维持稳定，一般稳定是借助拱的形状；安全性能好等优点，但是拱坝的施工难度大。并且通过基本资料可知，本地区的河谷较宽，并且有断层裂隙发育、岩石破碎，地质条件差，左岸右岸山坡高程不一，不对称等不利因素影响，为了整体的安全性，不适宜在这里修筑拱坝。土石坝一般来说有以下优点：可以直接使用当地的材料；适应地形的能力强；施工方便比较灵活；结构简单，造价低廉便于日后维修管理。同时土石坝四期的工程量如下：第Ⅰ期：H=3,L=46.75,l=33.55,m1=1.5,m2=1.4,b=5V=1097.50m3第Ⅱ期:H=32.2,L=137.1,l=33.55,m1=1.5,m2=1.5,b=85.4V=336966.16m3第Ⅲ期:H=17.5,L=214.1,l=137.1,m1=1.5,m2=1.5,b=32.9V=126056.07m3第=4\*ROMANIV期:H=8.3,L=249.65,l=214.1,m1=1.5,m2=1.5,b=8V=37966.76m3与重力坝相比，工程量小因此通过以上分析本次工程应该选择土石坝来设计。具体坝型的选择土石坝类型很多：均质坝，斜墙坝，不透水土体的岩心墙坝和堆石坝。根据以上数据分析，对于均质水坝，斜墙水坝和岩心墙水坝，它们在水坝位置附近需要的粘土很少。虽然在坝址的上游和下游都有一定数量的粘土分布，但它们都是当地农民的耕地。要使用这些粘土，必须将当地农民搬迁，并增加项目的移民成本，这在经济比较中没有成本效益，因此不使用均质水坝。土体防渗墙芯坝和斜墙坝的类型。土工薄膜防渗的土石坝不仅继承了钢筋混凝土面板堆石坝的优点，而且土工膜的施工比钢筋混凝土面板价格便宜，施工更加快捷方便，同时克服了面板对基础沉陷很敏感的缺点，但是土工膜受一定的气候条件限制，气温过低就不能发挥作用。就本工程而言，气温适中，不存在该问题。相比而言因此，最合适的解决方案是选择堆石坝。定量分析对于堆石坝，土工膜防渗土石坝不仅继承了钢筋混凝土面板堆石坝的优点，而且土工膜的造价低。面板的话，对地基沉陷非常敏感，而土工膜会受某些气候条件的影响，温度过低就无法发挥作用。对于这项工程，温度适中，不存在这种问题。故选择具有土工膜坝面的防渗堆石坝。枢纽方案的综合比较挡水建筑物——土工膜堆石坝主坝的布置考虑到了坝轴线足够短，可以减少主坝的工程量，减低工程造价。根据本次工程设计资料显示，库区右岸处有一低矮垭口，可以考虑在其处建设混凝土挡墙，当作副坝挡水。可以降低石料填筑的工程量，更经济合理。泄水建筑物——正槽溢洪道此次设计采用的坝型选择是土工膜防渗堆石坝，因此泄水建筑物不能布置于河床，根据本工程的地质啊、地形条件等等因素，对正、侧槽溢洪道及泄水隧洞进行比较选择。采用正槽溢洪道，施工方便，结构简单，少开挖量，减少堆石料填筑量，溢洪道与堆石坝坝体紧密连接，布置于左岸。溢洪道与坝体以混凝土挡墙隔开，挡墙既能导流，又能防渗。虽然右岸有天然垭口，本是布置溢洪道的有利条件，但是垭口下游地形太陡，有村庄和农田,如果开挖溢洪道可以增加移民,所以综合比较左岸溢洪道布局。水电站建筑物采用引水式水电站，布置在右岸山体中，引电站厂房可以布置于段莘江湾湖山村左岸下游340m处，开关站位于工厂的左上方，尺寸为11.5x27.25m2开关尺寸为11.5×27.25m2.第一主要建筑物设计大坝轮廓尺寸及防浪墙设计L型挡墙顶高程及坝顶高程、宽度L型挡墙顶高程282.3m，坝顶高程低于挡墙顶高程1~2米，故可取坝顶高程281.3米坝顶的宽度可以根据施工条件和布置坝顶设施的施工要求来取值，因此可取B=8m。坝体分区为了充分利用石场和工地的挖掘材料，必须根据堆石体在水库内不同部位的作用，合理划分坝体。一般来说，为了对堆石体的各部分分别提出材料特性、最大粒径、粒径梯度、碾压后的密度和变形率、透水性和施工技术要求，需要根据堆石体各部分的受力条件和作用进行研究，妥善划分堆石体以利于施工，降低工程成本。1—素混凝土；2—无砂混凝土；3—垫层区；4—过渡区；5—主堆石区；6—次堆石区；7—下游保护层；8—特殊垫层区图6-1坝体分区图大坝主体的分离本身就是因为由于堆石在大坝不同部位的不同作用的分离、强度、渗透性、施工简便性和经济合理的要求，然而利用石材和工厂的钻井材料是为了确定了合适的充填标准。一般来说，我们对堆石主体的各个部分来说，材料性能、最大粒径、粒径分类和变形系数碾压后，渗透性及施工技术提交。因此，堆石体的分类可以分为:：（I）垫层，（II）过渡层，（III）主堆石区，（IV）下游堆石区。L型防浪墙设计L型防浪墙尺寸防浪墙的高程为281.3m，底高程为276.8m，因此尺寸为高度4.5m，底面宽度4.5m，厚度为0.5m。L型挡墙的尺寸见图（尺寸单位m，高程单位m）L型挡墙尺寸图L型挡墙荷载一般来说在L型挡墙中共存在三种计算的工况：正常的工况下，设计的工况下，校核的工况下荷载计算公式土压力：（6-1）式中：E—土压力；γ—土的容重；h—土体厚度；K—土压力系数。静止土压力系数：（6-2）静水压力：（6-3）式中：—水的容重；H—水深。浪压力：（工况为深水波）（6-4）式中：—水的容重—累积频率1%的波高。—波浪中心线高出计算静水位荷载图图6-2荷载计算结果关于不同工况下的计算：正常蓄水位：堆石体A＞10克每立方厘米。因此：自重W1=γV=24*0.5*4*1=48KNW2=γV=24*0.5*4.5*1=54KN堆石体重：γ=2.05*9.81=20.11G=γbh=20.11*3*3.2=193.056KN静止土压力：k0=0.44E0=1/2*0.44*20.11*3*3=39.82KN对Ι—Ι截面：M1=Eh=39.82*（1/3*3-0.5）=19.91KN·m(顺时针)对Π—Π截面：M2=W2*0.95+G*1.6-0.25W1=54*0.95+193.056*1.6-0.25*48=348.18KN(顺时针)设计洪水位：a.水压力①水平静水压力Px=0.5*9.81*0.5*0.5=1.23KN②铅直静水压力Pz=1*9.81*0.5*0.8=3.924KN③浪压力H=55.5>Lm/2=9.317/2=4.66Pwk=0.25*9.81*9.317*(0.68+1.42)=47.98KNP=0.5*4.16*1.29*9.81=26.32KNPl=Pwk-p=47.98-26.32=21.66KN式中：—挡墙底部以上浪压力；—波浪波长。b.静止土压力：P=Px+Pl=1.23+21.66=22.89KNc.堆石体自重G=γbh=20.11*3.2*3=193.056KNd.L型挡墙的自重W1=γV=24*0.5*4*1=48KNW2=γV=24*0.5*4.5*1=54KN对Ι—Ι截面：M1=P*1/3*(0.68+1.42+0.5)-E*(1/3*3.5-0.5)=22.89*0.867-39.82*0.67=-6.83KN(逆时针)对Ⅱ—Ⅱ截面：M2=W2*0.95+G*1.6-0.25W1-Pz*(0.4+0.5)=54*0.95+193.056*1.6-0.25*48-3.924*0.8=345.05KN`M(顺时针)校核洪水位：a.水压力①水平静水压力Px=0.5*9.81*2.8*2.8=38.46KN②铅直静水压力Pz=1*9.81*2.8*0.8=21.97KN③浪压力H=57.8>Lm/2=9.317/2=4.66Pwk=0.25*9.81*6.211*(0.39+0.77)=17.67KNP=0.5*0.31*0.08*9.81=0.12KNPl=Pwk-p=17.67+0.12=17.79KN式中：—挡墙底部以上浪压力；—波浪波长。b.静止土压力：P=Px+Pl=38.46+17.79=56.25KNc.堆石体自重G=γbh=20.11*3*3.2=193.056KNd.L型挡墙的自重W1=γV=24*0.5*4*1=48KNW2=γV=24*0.5*4.5*1=54KN对Ι—Ι截面：M1=P*1/3*(2.8+0.39+0.77)-E*(1/3*3.5-0.5)=56.25*1.32-39.82*0.667=47.70KN`M(顺时针)对Π—Π截面：M2=W2*0.95+G*1.6-0.25W1-Pz*(0.4+0.5)=54*0.95+193.056*1.6-0.25*48-3.924*0.8=345.05KN`M(顺时针)L型挡墙基底反力（6-5）式中：—挡墙基底应力的最大值或最小值；—作用在挡墙上全部垂直于基底面的荷载（kN）；—作用在挡墙上的全部荷载对于挡墙底板底部中点的力矩之和；A—挡墙基底面的面积；W—挡墙基底面对于基底面中点平行前墙方向的截面矩。且σmax/σm