【《C水电站引水枢纽设计》17000字】

C水电站引水枢纽设计目录摘要: 1关键字 11.工程概况 21.1流域概况 21.1.1自然地理概况 21.1.2枢纽任务和开发方式 21.2水文、气象 31.2.1气候特征 31.2.2水文特征 31.2.3设计断面水位流量关系 4图1.1橙子沟水电站各坝址断面H~Q关系曲线 61.3.工程地质 61.3.1区域地质 61.3.2工程地质条件 61.3.3闸坝区工程地质条件 81.4建筑材料 112.工程等级及布置 122.1工程等级及主要建筑物级别 122.2工程选址 122.2.1上坝址枢纽布置 142.2.2中坝址枢纽布置 142.2.3下坝址枢纽布置 152.3枢纽布置 163.挡水建筑物 183.1坝顶高程确定 183.2挡水建筑物布置 203.3挡水建筑物（堆石坝）尺寸确定 204.泄水建筑物 214.1洪水标准 214.2泄水建筑物布置 224.3泄水建筑物尺寸确定 235.进水口设计 275.1进水口底槛高程的确定 275.2进水口布置 286.下游消能确定 296.1消力池深度确定: 296.2消力池长度确定： 297.泄洪闸稳定确定 307.1设计依据 307.2基本资料 307.3荷载组合 317.4闸室抗滑稳定确定 32参考文献 35摘要:白龙江是嘉陵江上游最大支流，总长度576km,流域概括31808km2,关键字：引水枢纽；挡水建筑物；泄水建筑物；进水口1.工程概况1.1流域概况1.1.1自然地理概况白龙江属长江水系,是嘉陵江上游最大支流。发源于甘肃、四川两省交界的岷山西段郎木寺以西的郭尔莽梁北麓。白龙江全长576km,流域面积31808km2,天然落差2783m,平均比降4.9‰,武都水文站以上流域面积14288km2,占全流域面积的44.9%在橙子沟水电站预可研设计阶段设计中,均按引水方案进行设计。上坝址~中坝址和下坝址~中坝址两条河道的间距分别为相距约1.17km和1.53km,且该区间内并未有较大的支流汇聚,则各坝址以上的流域面积均以14974km2考虑,其面积约为占白龙江全部流域总面积的47.0%。橙子沟水电站上、下两个厂址平均相距650m,厂址以上的流域土地面积均可利用15468km2,下坝址与厂址之间距离约20.6km。1.1.2枢纽任务和开发方式根据计划,该河道上游没有一个城镇,就没有防洪要求了。橙子沟水电站位于其所在的白龙江流域,由于该地区经济实力不允许,工业化水平较低，没有大型煤矿和矿场资源的开采，流域内也没有大型需水工业地存在,因此,该流域也不需要满足工业用水的需求。而且流域内城乡人口对灌溉用水和生活用水没有太大的需求。流域内人畜饮用水主要集中在长江流域的小型集中地带，由并且流域内水资源的可再生性较强,水资源的自我补给能力较为良好，因此，流域内水资源并不稀缺。又因为上游部分河段河岸较窄，并不具备通航能力。橙子沟三峡水电站一期采用下游引水式水电工程设计开发,引水工程孔洞长约17.2km,考虑到设计能够充分完全满足子沟水电站的下游引水工程性能设计要求,综上所述,B江C水电站在修建过程中的主要目标之一就是为了发电,并且需要兼顾下游降雨减水河道的生态环境及对灌溉饮用水的要求。1.2水文、气象1.2.1气候特征白龙江上游流域主要位于东部青藏高原和西部四川盆地之间的南北过渡平原地带,流域内部物理地形和流域气候变化条件上的变化相对比较严重,且流域气候自上、下游变化条件之间存在显著性的较大差异。白龙江黄河流域上、中游大部地区分别属于东北高原亚寒寒温带亚湿润气候地区,具有夏天夏季风力明显不热,冬天冬季风力明显不过冷,气温日相对湿度较差大,日照时间长的气候特征;其中白龙江黄河流域下游为高原北亚寒寒热带地区白龙江橙子沟大型水电站预测与可研研究报告4湿润山区地段,具有夏天较热,冬天不冷,降雨量较大的特点。1.2.2水文特征1）径流白龙江径流主要由降水补给,白龙江干流多年平均流量389立方米每秒，年径流量122.68亿立方米。在甘肃境内碧口水库断面，多年平均流量272立方米每秒，年径流量85.82亿立方米。在武都站，多年平均流量132.5立方米每秒，年径流量41.79亿立方米。白龙江径流基本靠降水补给，年径流和洪水模数均从上游向下流递增，水流丰沛，径流年陵变化比较稳定。洪水由暴雨形成，暴雨中心出现在碧口以下，洪水暴涨暴落，多发生在7-9月。枯期的洪水径流以采用地下水径流补给方式为主，地表水为辅。橙子沟坝址径流设计成果因橙子沟各坝址位于武都站和蒿子店站之间，其径流成果采用区间面积直线内插法由两水文站径流成果推求得到，成果见表1.1表1.1橙子沟坝址年径流和枯期径流设计成果表流量：m3/s时段(月)均值频率P（%）10255075905～413217415213011093.612～357.472.564.756.749.343.32）洪水橙子沟坝址、厂址设计洪水1.2表1.2橙子沟各坝、厂址设计水果表流量：m3/s名称频率（%）0.10.20.51251020各坝址2990272023702100183014801210951厂址30402770241021401870151012409771.2.3设计断面水位流量关系～曼宁～表1.3橙子沟水电站各坝址断面H~Q关系上坝址断面中坝址断面下坝址断面H(m)Q(m3/s)H(m)Q(m3/s)H(m)Q(m3/s)884.30.00883.00.00878.70.0885.27.65883.21.50879.11.50886.132.2883.59.80879.926.0886.454.0884.258.0880.247.2887.1124885.0137880.792.0887.5189885.7248880.9121887.9256886.0306881.4217888.4362887.0529881.8310888.8455887.7720882.3463889.4628888.0807882.5520889.8764889.01180883.1735890.91200890.01730883.5886892.01730891.02380884.01100893.02390891.52740884.51340894.03220892.03130884.71440885.11620885.51820886.02150886.52520887.02980887.53470左端点:左端点:左端点X=3678381.96X=3677970.79X=3677596.47Y=35508253.61Y=35507035.76Y=506273.20右端点:右端点:右端点X=3678588.38X=3678275.61X=3677535.75Y=35508038.36Y=35507029.83Y=505879.03图1.1橙子沟水电站各坝址断面H~Q关系曲线1.3.工程地质1.3.1区域地质工程区地处西秦岭之南脉山区,山体高陡挺拔,河谷深切,地势险峻。两岸山峰海拔高程大多在3000m~3500m以上,谷地海拔高程850~1350m,地形相对高差达1000~1500m以上,最大达2900m,呈典型的高山峡谷地型特征。1.3.2工程地质条件(1)水库渗漏水库水位基本限于Ⅰ级阶地。由于整个库区江河两岸都是丘陵地区山体雄厚,库盆内地区远离江河分水岭,地下河的水位一般要远于或高于正常岩质储存库的水位,而且整个库盆主要岩质是由相对硬而不透水的变质石灰岩、石英云母片岩等组成,无顺河断裂通过,水库封闭条件良好,无永久渗漏问题。(2)库岸稳定库岸整体稳定状况较好。位于库区的上宗家坝滑坡,滑坡体前缘已进入河床,现今环境下处于稳定状态。水库蓄水白龙江橙子沟水电站预可研报告后,水位抬高仅1.7m,基本与汛期水位相当,其稳定性不受水库水位抬升的影响。因此,水库在蓄水后基本没有改变任何滑坡体的自然状况,只是它的前缘部分可能出现一些较为小规模的崩溃和坍塌现象,但由于土地面积大和流动速度有限,并且不会直接影响到整个水库的正常工作和运行。(3)浸没、淹没问题库区范围内没有具开采价值的矿产,沿4.6Km的水库两岸分布有Ⅰ级阶地农田和部分高漫滩护堤造田。当水库正常蓄水位891.5m时,淹没农田面积约246亩,主要分布在近坝库段,有三块农田将要产受到主浸没影响,分别为:上宗家坝右岸,地面高程892~892.3m,浸没面积约7亩;白纳坝I区,地面高程:892~892.6m,浸没面积约24.4亩;白纳坝Ⅱ区,地面高程:892~892.8m,。浸没面积约8.2亩;总计浸没面积约39.60亩。三块农田地面高程均高出正常蓄水位30~150cm。根据Ⅰ级阶地10组砂壤土毛细管水上升高度试验值:白纳坝36.8~112.0cm,平均71.2cm;上宗家坝26.5~52.0cm,平均43.3cm,以及参考下游苗家坝库尾浸没专项试验及取值,Ⅰ级阶地砂壤土毛细水上升高度最终取1.3m,加0.5m超高,则地下水位临界深度取为1.8m,作为浸没面积计算评价指标。此外,在水库达到正常蓄水位891.5m时,左岸G212国道部分路段还将受到淹没、浸没的影响。(4)固体径流橙子沟水库的两岸末见较大规模的下游冲沟,局部较小的下游冲沟,前缘少量洪积物已经基本改造为农田,因此,暴发淤泥或洪水的概率小,仅在暴雨时期才会出现少量的稀性淤泥或洪水进入水库,对水库正常运行的影响很低;岸坡浅表层已经发育出卸荷松动的岩体,以及一些松散堆积物的库段,水坝蓄水后很有可能会进行较为有限度的库岸重新再造,将会使其成为该区段内固态径流的主要源泉。综合评估结果认为,库区的固体径流主要是由下游所携带的泥砂和进行库区岸边坡度再造,但并不致直接影响到水库的正常工作。(5)水库诱发地震橙子沟水电站为闸坝引水式电站,库区回水长度较短,水位抬高不大,因此,不存在水库诱发地震问题。综上所述,橙子沟水电站的水库不可能存在永久性渗漏的问题,水库淹没的农田面积约246亩,浸没的耕地面积39.60亩,目前均被划分为农田和经济林园;库区左岸虽然有一处滑坡,但是水库的自然水位仅抬高1.7m,基本上没有改变滑坡体的天然平衡和稳定。岸坡大多受局部水库的水位变化影响较小,整体上仍然处于平衡状态,因此,水库总体工程地质条件较好。1.3.3闸坝区工程地质条件上坝址工程地质条件(1)左岸坝肩左岸为岩质岸坡,自然坡度910m高程以下71°、以上30°,岸坡山体雄厚,上、下游侧无大的深切冲沟,坝区岩体出露断层规模都不大,以顺层挤压带较发育,断层一般延伸30~50m,裂隙结面以层面裂隙为主。岸坡岩体强风化厚度6~8m左右,弱风化带厚度一般6~20m。坝肩的防渗处理,根据对河床进行的钻孔压水实验,弱风化的岩体均可作为弱透水性的岩体,因此推测左岸坝肩防渗基本在强风化带内,作为河床式砼闸坝坝肩岩体,强度和变形均可满足要求。左岸岸坡整体稳定性较好,浅表层分布的松动岩块、危石等需清除,无大的不稳定块体,建议边坡开挖坡比为弱风化灰岩2:1~3:1,微风化灰岩3:1~4:1。(2)河床坝基河床部位为深厚覆盖层基础,最深59.0m,位于ZK1#、ZK2#钻孔部位,覆盖层总体形态呈"U"型,由河床最深部位向两侧逐渐变浅。坝轴线部位河床覆盖层宽度144.0m,右侧为现代河床冲积物,左岸为一级阶地,公路内外侧为农田,宽60.0m。根据钻孔揭露和覆盖层成因特性,将覆盖层分为4个岩组进行分别描述:Ⅰ岩组(Q4al):分布在一级阶地表部,为耕植砂壤土,厚度1.3~2.0m,分布高程:889.0~891.0m,为坝基不可利用基础;Ⅱ岩组(Q4al):为含砾粉细砂层,分布在(Ⅲ岩组)含块石、砂卵砾石层中,分布无规律性,呈透镜体状,分布高程:ZK1#钻孔889.55~882.0m,埋深1.2~8.75m,厚度7.55m;ZK2#钻孔835.39~833.44m,埋深52.05~54.0m,厚度1.95m。ZK1#钻孔含砾粉细砂层埋深较浅,厚度比较大,建议挖除。ⅲ岩组(q4al):为坝基上的河床冲积所形成的包含块石、砂卵砾石层,该岩组为坝基主要的砂岩组,局部区域有块石、沙质砾石层的颗粒相对偏细,含有污水物质的数量较多,级配也比较差。作为坝基基础其承载力能够满足要求。Ⅳ岩组(Q4al):为河床冲积含泥粉细砂层,分布高程ZK1#钻孔869.95m~868.55m,埋深20.8~22.20m,厚度2.2m;ZK2#钻孔,872.49~871.04m,埋深14.95~16.40m,ZK3#钻孔881.39~876.29m,埋深6.0~11.1m。埋深较浅部位,建议挖除,埋深在20.0m以内的,建议进行灌浆处理。(3)右岸坝肩右岸地区均为岩质岸坡,自然山势坡度940m高程以下78°,以上67°,岸坡山体雄厚,上、下游侧无大的深切冲沟,岩体中没有发现大的顺河向缓倾角的结构表面,出露断层规模都不大,顺层挤压带较发育,断层一般延伸30~50m,裂隙结面以层面裂隙为主。岸坡岩体强风化厚度8~10m左右,弱风化带厚度一般6~20m。坝肩的防渗处理,根据对河床进行的钻孔压水实验,弱风化的岩体均可作为弱透水性的岩体,因此推测左岸坝肩防渗基本在强风化带内,作为河床式砼闸坝坝肩岩体,强度和变形均可以满足要求。左岸岸坡整体稳定性较好,浅表层分布的松动岩块、危石等需清除,无大的不稳定块体,建议边坡开挖坡比为弱风化灰岩2:1~3:1,微风化灰岩3:1~4:1。中坝址工程地质条件(1)左岸坝肩左岸为岩质岸坡,公路以下自然坡度70°左右,以上40°左右。岸坡山体雄厚,上、下游侧无大的深切冲沟,岸坡岩体为深度卸荷变形岩体,沿坝轴线上游96.0m、下游24.0m范围内岩体卸荷松动拉裂,结构面均呈张开状,最大宽度达50cm左右。根据ZK4#钻孔揭露:在孔深36.2m~52.5m处为块、碎石夹泥质粉细砂,分布高程842.7m~859.0m,其中孔深36.2m~37.2m为泥质粉细砂夹碎石,泥质粉细砂含量占70%左右;37.2m~41.8m为块、碎石夹泥质粉细砂,块、碎石含量占70%;41.8m~52.4m为灰黑色於泥质粉细砂夹块、碎石,其中灰黑色於泥质粉细砂量占80%左右。同时,ZK18#钻孔揭露,在孔深14.5~17.3m处,分布高程:885.98~883.18m和孔深37.0~49.9m,分布高程:863.48~850.58m;ZK51#钻孔揭露,在孔深20.25~31.4m,分布高程:911.3~900.15m和孔深49.3~60.2m,分布高程:882.25~871.35m处,均为碎石土层。分析认为:由于岩体深度卸荷拉裂变形,岩体中松动架空现象严重,钻孔揭露组成物质块、碎石土夹於泥质粉细砂,为后期地表水和地下水运动携带造成,作为左岸坝肩防渗及进水口段围岩稳定性差,施工难度及工程量都较大。(2)河床坝基河床部位为深厚覆盖层基础,最深71.85m,位于ZK5#、ZK6#钻孔部位,覆盖层总体形态呈宽缓的"U"型,由河床最深部位向两侧逐渐变浅。坝轴线部位河床覆盖层宽度143.0m,左侧为现代河床冲积物,右侧为Ⅰ级阶地,表部为农田,宽90.0m。根据钻孔的揭露和覆盖层的成因特性,将其覆盖层分为5个岩组进行了分别描述:ⅰ岩组(q4al):主要分布在ⅰ级阶段的地表部,为耕作砂壤土,厚度1.3~2.0m,分布高程:885.6~887.66m,为坝基不可持续利用的基础;ⅱ岩组(q4al):为含砾粉细砂层,分布于(ⅲ岩组)的含块石、砂卵砾石层中,白龙江橙子沟水电站的预可研报告分布不具有规律性,呈透镜体状,分布高程:zk5#钻孔878.51~877.01m,埋深6.4~7.9m,厚度1.5m;875.09~874.09m,埋深9.82~10.82m,厚1.0m;852.26~849.81m,埋深32.65~35.10m,厚2.45m;838.21~836.11,埋深46.7~48.8m,厚2.1m;zk6#钻孔,分布高程:886.26~884.26m,埋深1.4~3.4m,厚度2.0m;878.66~877.16m,埋深9.5~10.5m。埋深较浅部位,建议挖除,埋深在20.0m以内的,建议进行灌浆处理。ⅲ岩组(q4al):为坝基上的河床冲积所形成的包含块石、砂卵砾石层,该岩组为坝基主要的砂岩组,局部区域有块石、沙质砾石层的颗粒相对偏细,含有污水物质的数量较多,级配也比较差。作为坝基基础其承载力能够满足要求。Ⅳ岩组(Q4al):为河床冲积含泥粉细砂层,分布无规律性,呈透镜体状,分布高程分别为:ZK5#钻孔664.41m~863.41m,埋深20.5~21.50m,厚度1.0m;847.46~846.56m,埋深37.45~38.35m,ZK6#钻孔886.26~882.26m,埋深1.4~3.4m,厚2.0m;878.16~877.16m,埋深9.5~10.5m,厚度1.0m。埋深较浅部位,建议挖除,埋深在20.0m以内的,建议进行灌浆处理。Ⅴ岩组(Q4al)为河床淤泥层,分布无规律性,呈透镜体状,分布高程:884.26~882.46m。该层分布较浅,建议挖除。下坝址工程地质条件(1)左岸坝肩左岸地区均为岩质岸坡,自然山势坡度930m高程以下74°、以上44°,岸坡山体雄厚,上、下游侧无大的深切冲沟,岩体中没有发现较大的顺河向慢倾角的结构表面,出露断层规模都不大,顺层挤压带较发育,断层一般延伸30~50m,结构面以层面裂隙为主。岸坡地带的岩体较强风化(卸荷)层厚度8~11m左右,较弱风化带的层厚一般8~24m。根据河床的钻孔压水实验,弱风化的岩体都是属于弱透水性的岩体,因此推测左岸坝肩防渗基本在强风化带内,作为河床式砼闸坝坝肩岩体,强度和变形均可以满足要求。左岸岸坡整体稳定性较好,浅表层分布的松动岩块、危石等需清除,无大的不稳定块体,建议边坡开挖坡比为弱风化灰岩2:1~3:1,微风化灰岩3:1~4:1。(2)河床坝基河床部位为深厚覆盖层基础,最深59.10m,位于ZK20#、ZK21#钻孔部位,覆盖层总体形态呈"U"型,由河床最深部位向两侧逐渐变浅。坝轴线部位河床覆盖层宽度151.0m,右侧为现代河床冲积物,左岸为Ⅰ级阶地,公路内外侧为白龙江橙子沟水电站预可研报告花椒园,宽64.0m。根据钻孔揭露和覆盖层成因特性,将其覆盖层划分为5个岩组进行了分别描述:ⅰ岩组(q4al):主要分布在ⅰ级阶地表部,为耕作砂壤土,厚度1.0左右m,分布高程:884.86~883.96m,为坝基不可持续利用的基础;ⅱ岩组(q4al):为含砾粉细砂质地层,分布于(ⅲ岩组)内的含块石、砂卵砾石地层中,为含砾粉细砂层,分布无规律性,呈透镜体状,分布高程:ZK19#钻孔876.46~875.76m,埋深8.40~9.10m,厚度0.70m;869.26~868.36m,埋深15.60~16.50m,厚度0.90m。ZK20#钻孔864.34~863.44m,埋深17.60~18.50m,厚度0.90m。含砾粉细砂层在各部位厚度仅1.00m左右,建议作一定的补强处理。ⅲ岩组(q4al):为坝基上的河床冲积所形成的包含块石、砂卵砾石层,该岩组为坝基主要的砂岩组,局部区域有块石、沙质砾石层的颗粒相对偏细,含有污水物质的数量较多,级配也比较差。作为坝基基础其承载力能够满足要求。Ⅳ岩组(Q4al):为河床冲积含泥粉细砂层,分布无规律性,呈透镜体状,分布高程:ZK19#钻孔883.96m~876.46m,埋深0.9~8.40m,厚度7.50m;852.16~839.41m,埋深34.6~35.35m,厚2.45m;ZK62#钻孔882.12~887.72m,埋深0.00~4.40m,厚4.40m。ZK19#和62#钻孔部位粉细砂层,建议挖除。Ⅴ岩组(Q4al):河床淤泥质夹少量块碎石,分布无规律性,呈透镜体状,分布高程:ZK19#钻孔841.85~839.41m,埋深43.0~45.45m,厚度2.4m。ZK20#钻孔881.94~878.84m,埋深0.00~3.10m,厚度3.10m。建议对ZK20#钻孔淤泥质夹少量块碎石进行挖除。综上所述:坝基及溢流坝段建基高程基本在875m左右,建议对埋深20.0m以内的粉细砂夹层或砂层透镜体进行适当的工程处理,较浅部位可予置换处理。(3)右岸坝肩右岸为岩质岸坡,自然坡度906m高程以下74°、906~935.0m45°、935m以上72°。岸坡山体雄厚,上、下游侧均无大的深切冲沟,岩体中未发现较大的顺河向缓倾角结构面,出露断层规模都不大,顺层挤压带较发育,断层一般延伸30~50m,裂隙以层面为主。岸坡变质岩体的强和弱风化层承带卸荷厚度8~14m(基层卸荷)左右,弱和强风化带的卸荷厚度一般8~30m。根据我国河床上可以进行透水钻孔的变质压力透水压力试验机的数据,弱化和风化的变质岩体都可能是一种属于弱风化透水性的变质岩体,因此推测左岸坝肩防渗基本在强风化带内,作为河床式砼闸坝坝肩岩体,强度和变形均可以满足要求。左岸岸坡整体稳定性较好,浅表层分布的松动岩块、危石等需清除,无大的不稳定块体,建议边坡开挖坡比为弱风化灰岩2:1~3:1,微风化灰岩3:1~4。1.4建筑材料橙子沟水电站为闸坝式长引水电站,右岸引水线路长近17.20km,根据本地区建筑材料的分布特点和设计需要量(堆石料2.2万m3,防渗土料0.15万m3,混凝土骨料26.8万m3),本阶段为橙子沟水电站工程选了三个砂砾石料场,一个块石料场,一个土料厂。2.工程等级及布置2.1工程等级及主要建筑物级别橙子沟水电站坝址地点位于武都县宗家坝,厂址地点位于文县临江镇冷堡子村,为白龙江主要干流武都汉王以下大园坝河段的梯级水电工程规划中所调整的第四级水电站,上与黄土坝电站尾水位相接,下与临江水电站库水相接,坝址以上控制流域总面积14974km2,多年平均流量132m3/s,坝址左岸线有212国道贯通,交通方便。橙子沟水电站属于大径流式防洪引水式大型水力发电站,开发区利用河段水流宽度约25km,利用河段水流最大落差66.6m,该水电工程的主要建设任务之一之那就是水力发电,水库正常施工设置时总蓄水位891.50m,总设计工程库容280万m3,设计工程引用总蓄水流量259.5m3/s,设计工程引用总蓄水头50.3m,装机容量115mw,多年以来累计综合发电能力已高达4.6288亿kw.h,年平均可以有效利用每秒的高能耗发电小时数4025h。根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(dl5180-2003)的相关要求,工程建设规模等级为三等中型高层建筑工程,主要大型建筑物设计等级为3级,次要大型建筑物设计等级为4级。本次洪水工程设计首部电站枢纽、泄水工程厂房和首部建筑物的电站设计首部洪水校验标准分别采用50年一次待遇,校验考核后的洪水校验标准分别采用1000年一次待遇,电站枢纽首部和泄水厂房的首部建筑物则分别采用50年一次待遇,校验考核后的设计洪水200年一次待遇。2.2工程选址坝址选择根据这三个拦水河段的特殊自然山貌地形、地质地理条件,在现场人员进行实地地质踏勘勘查基础上,在位于武都宗家坝村的水域范围内分别设计拟定了三个拦水坝址,受到河段自然山形地貌地质条件的特殊限制,每个拦水坝址各自分别挑选了一条拦水坝线。由下向上到中至下依次分别指的是上至下坝址(中、下至上坝址(两条铁路线)及下至上坝址(线)。上寨县坝址(一条双向快速道路)坝址位于武汉宜都市境内上坝县宗家乡下坝镇该村处在吊桥上游约50m的上游白龙江主要上游干流上,左岸双向道路高度略低于正常历年洪水平均水位891.5m。中洪道坝址(一条双向道路坝址)坝点位于上洪道宗家峡大坝镇中村下游约450m千米处,据大坝上游分洪道规定坝址1.17km,左岸双向道路总设计高程895m;下洪道宗家峡村坝址(一条双向分洪道路线)坝址位于下洪道宗家坝村上游约500m千米处,和中洪道坝址大致方向相距1.53km,左岸双向道路的总高程885m。上、中、下两个地理坝址的相对位置地理变化位置及其可能性参见如下图2.1。根据各坝址的自然地形、不同的地质环境,结合第一段河流枢纽的水工建筑物进行布置和上、中、下坝址(线)处的水流特点,并吸取河段已建电站的成功经验,各坝址首部枢纽以河床泄洪冲沙闸、挡水副坝及岸边电站进水口为主要布置格局,这种格局既能满足初期导流,又能满足运行期泄洪和排沙要求。坝址比较时,为了在技术、经济上有可比性,坝址均以水库正常蓄水位891.50m、装机容量115MW及采用左岸引水的方案进行设计布置。并分别以上、中、下坝址(线)和至上厂址的引水发电系统组合拟定布置方案(见图2.1上、中、下坝址(线)相对位置图)。通过综合技术经济比较,确定推荐坝址。图2.1上、中、下坝址（线）相对位置图三个坝址(线)首部枢纽布置均采用主河床泄洪闸+两岸堆石坝+左岸引水发电厂房的枢纽布置格局。2.2.1上坝址枢纽布置(1)首部枢纽首部枢纽由泄洪冲砂闸、右岸堆石坝及左岸发电厂的进水口等部分构成,坝顶高程897.00m,校核洪水位895.20m,正常蓄水位891.50m。最大坝高17m,坝顶长度260m。泄洪冲砂闸布置于河床左岸紧靠山体,最大泄量3000m3/s,共5孔,每孔闸室净宽10m。由闸室段,消力池段和海漫组成，(2)发电引水建筑物发电牵引式供水的建筑物主要布置在左岸,并且是采用了一洞三机的联动供水模式。发电引水的建筑物主要包括进水嘴、引出的隧洞、调压井以及带有高强度的压力型钢管。发电洞全长19880m,最大引水流量259.5m3/s。隧洞的直径一般为10.5m,二类围岩喷涂钢筋混凝土12cm,三、四类隧洞围岩一般采用钢筋混凝土作衬砌,其厚度0.4~0.7m。高压管道段直径为8.6m。调压井的结构为阻抗式,调压实验室的直径35m,阻抗孔的直径4.8m,钢筋砼作为衬砌。调压井最低水位918.45m,最低水位854.80m,调压井顶面平均高程920.00m。(3)发电厂房该厂区的建筑群布置在白龙江左岸的河滩上。布置为有主副工厂、尾水沟、开关车站及其他附属的建筑物。厂区基础为砂卵砾石层,厂区地面高程838m,下游校核水位836.25m。主厂房尺寸为47.5m×21.6m×45.8m(长×宽×高),安装间位于机组段右侧,与主厂房同宽,长24m。该厂在厂区内分别布置了三台独立的单容量38.3mw的水轮风力发电机组。由于各坝址电站厂房布置相同。因此工程量不影响坝址比较。2.2.2中坝址枢纽布置(1)首部枢纽首部交通枢纽由泄洪冲砂闸、右岸堆石坝及火力发电厂的进水口等部分构成,坝顶高程897.00m,校核洪水位895.20m,正常蓄水位891.50m。最大坝高17m,坝顶长度190m。泄洪冲砂闸布置于河床左岸紧靠山体,最大泄量3000m3/s,共3孔,每孔闸室净宽12m。由闸室段,消力池段和海漫组成。(2)发电引水建筑物发电牵引式供水的建筑物主要布置在左岸,并且是采用了一洞三机的联动供水模式。发电引水的建筑物主要包括进水嘴、引出的隧洞、调压井以及带有高强度的压力型钢管。发电洞全长18562m,最大引水流量259.5m3/s。隧洞的直径一般为10.5m,二类围岩喷涂钢筋混凝土10cm,三、四类隧洞围岩一般采用钢筋混凝土进行衬砌,其厚度为0.3~0.7m。高压管道段直径为8.6m。调压井采用阻抗式,大井内径35m,阻抗孔内径4.8m,调压井最高水位917.53m,最低水位855.00m,调压井顶面高程919.00m。(3)发电厂房厂区建筑物布置同上坝址方案。2.2.3下坝址枢纽布置首部枢纽布置格局、泄水建筑物及电站进水口布置基本同中坝址方案该工程坝址河道的主流在右岸,因此,3孔泄洪冲砂闸布置在河道右岸,左侧为挡水坝及电站的进水口,堆石挡水坝长92m。发电牵引式供水的建筑物主要布置在左岸,并且是采用了一洞三机的联动供水模式。发电引水的建筑物主要包括进水嘴、引出的隧洞、调压井以及带有高强度的压力型钢管。发电洞全长18174m。调压井位置、型式及压力管道布置与中坝址基本一致。坝址比选对上、中、下坝址从大坝的布置、水力学、设计、运营、经济等各种环境因素进行的综合评价。由于其下坝址在技术上具有特殊的地质环境条件、施工设备条件、运营环境条件相对较好等明显的优势,直接建设的投资金额较少,因此选择下坝址作为其推荐的坝址。具体见图2.2图2.2坝址比较：下坝址枢纽布置平面图首部枢纽布置由冲沙闸、泄洪闸、堆石副坝及引水发电建筑物组成，坝顶高程895.50m，最大坝高19m。泄水建筑物布置在河床右岸的主河床位置，由1孔冲沙闸、3孔泄洪闸组成，泄水建筑物坝段总宽度57.80m，顺水流方向总长度30m。冲沙闸共设1孔，布置在河床最右侧，孔口净宽6m，边墩厚2.5m，进口底板高程879.50m，设弧形工作门和平板检修门各一扇，孔口尺寸分别为6m×7m、6m×9m；3孔泄洪闸紧靠冲沙闸左侧布置，单孔净宽10.6m，边墩厚2.5m，进口底板高程879.50m，设平板工作门和平板检修门各一扇，孔口尺寸为10.6m×12m。左岸副坝采用堆石坝，坝段长82.10m，坝顶宽度6m，上游坝坡1:2.5，下游坝坡1:1.6，采用复合土工膜防渗，电站进水口布置在坝前右岸边，紧邻冲沙闸。2.3枢纽布置橙子沟水电站推荐方案枢纽布置格局为:下坝线首部枢纽+右岸引水系统+上厂址岸边厂房。首部泄水枢纽的整体布置主要包括有有左右岸两孔泄水型主体建筑物(1孔泄水冲砂闸、3孔泄水溢洪闸)、左岸泄水堆石坝、右岸岸边式水力发电厂的首部进水口等二十多种类型的泄水建筑。坝顶最大高程895.5m,最大坝高19m。挡水建筑物为左岸堆石坝,紧靠冲沙闸布置;泄水建筑物包括1孔冲沙闸、3孔泄洪闸。冲砂闸和二期泄洪排水泵主要兼二期排水导流、泄洪、拉沙两个大部分于水为一体,布置于黄河右岸的主要支流河床上;该型水电站的二期进水口一般都是布置于泄洪坝前的黄河右岸,为岸边一个带有涡流高压的大型进水口。电站生态用水靠右副坝内设置的放水管排放。引水发电隧洞沿中国白龙江西北岸向海岸东南方向进行布置,引水隧洞发电隧道系统引水隧洞隧道全长约17.2km,引用的水流量压力q=259.50m3/s,调压井前的两个引水发电隧洞隧道全长17051.97m,为一个不具有一定压力的引水发电隧洞,纵向斜坡倾斜时效率大约为0.1943%。引水式室内围岩围墙隧洞一般呈一个个的圆形围墙断面,ⅲ、ⅳ等五类室内围岩隧洞采用优质单层钢筋混凝土全围墙断面断层砌筑或优质砖石式围墙断层砌筑素衬,开挖后室内洞径分别为11.3m、11.7m、12.1m,衬砌后的室内洞径均一般设计为10.5m,洞内平均最大流速3.01m/s;ⅱ类室内围岩一般设计采用底部分层素衬及顶部分层喷涂的钢筋混凝土材料进行分层衬砌,开挖后室内洞径一般设计为12.56m,衬砌后的室内洞径一般设计为12.26m,洞内平均最大流速2.21m/s。调压井一般称为阻抗式调压井,调压井的大室断面宽度d=35m,阻抗式涌波孔的直径约为4.8m,调压井的底部高程855.00m,井顶表层外露,井顶高程923.50m,最高涌波水位916.79m,最低涌波水位855.83m。调压井的主体大室高度68m,采用优质钢筋混凝土材料衬砌,其衬墙厚度一般为2.0m,同时采用固结或灌浆的方式进行补强和防渗,阻抗孔内径4.8m。调压井后再进行连接一根新的压力管型钢管,压力管型钢管的两根主管连接直径c/d=8.6m,支管的连接直径4.3m,主管与支管采用"卜"型钢岔管连接。橙子沟风力水电站一期厂房建筑类型主要为引水右岸混流引水式岸边明亮型厂房,厂内共设计安装三台引水混流式大型风力发电配套机组,单机发电容量38.33mw,总综合发电能力115mw。主安装厂房机组全长71.5m,宽21.6m,高46.9m,机组段内部施工时间应采用一机两接缝,安装间与施工机组间内部应同时铺设永久性接缝。厂房各层中央水冷发电机机组楼板楼各层安装高程分别为838.50m,水冷涡轮机机组楼板楼各层安装高程分别为830.50m,机组各层安装轨顶高程分别为826.00m,厂区内各层共建一台210/50t的大型桥式汽车起重机,轨顶安装高程850.00m。引水管和支管在每次进入尾水机组之前在尾水厂内分别设置的各有一道控制检修蝴蝶机的阀,尾水管内还分别设有一道用于尾水自动控制检修蝴蝶阀。3.挡水建筑物3.1坝顶高程确定本工程泄水闸和挡水坝均属挡水建筑物,因此坝顶高程可按闸和坝分别计算,取其大者。（1）闸顶高程计算闸顶高程按《混凝土重力坝设计规范》DL5108-1999计算，按下式计算：∆h=h1%式中：∆h—h1%—；hz—；hc—；波浪要素采用“官厅水库公式”计算，多年平均最大风速10.4m/s，吹程0.5km，计算结果见表3.1。正常蓄水位：∆h=h坝顶高程=坝前水位+∆h=891.5+2.0=893.5校核洪水位：∆h=h1%+h坝顶水位=坝前水位+∆h=893+1.89=894.89由表3.1可以看出，计算的坝顶高程为894.89m，但同时考闸顶交通要求，考虑桥的梁高为1.2m及0.1m的现浇层，梁底高程应高出最高洪水位0.2m以上，因此经综合结构布置及计算成果，确定闸坝顶高程为894.91m。表3.1闸顶高程计算成果表计算情况坝前水位(m)安全超高hc(m)h1%(m)hz(m)△h(m)计算坝顶高程（m）正常蓄水891.500.41.20.42.0893.5校核洪水893.000.31.260.331.89894.89（2）堆石坝坝顶高程计算坝顶高程按《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001计算，按下式计算：y=R+e+A（3-2）式中：y—；R—；e—；A—；表3.2堆石坝坝顶高程计算成果表计算情况坝前水位(m)安全超高A(m)R(m)e(m)地震涌浪高度(m)地震坝顶沉陷(m)y(m)计算坝顶高程（m）正常蓄水891.500.71.830.00210.233.762895.262校核洪水893.000.32.050.0012.351895.351正常蓄水位：坝顶超高y=R+e+A=1.83+0.002+0.7+1+0.23=3.762坝顶高程=坝顶超高+坝前水位=3.762+891.50=895.262校核洪水位：坝顶超高y=R+e+A=2.05+0.001+0.3=2.351坝顶高程=坝顶超高+坝前水位=2.351+893=895.351通过以上计算，坝顶高程取895.45m。3.2挡水建筑物布置堆石坝位于主要河道的右岸,紧临泄洪闸布置,全长100.20m。堆石坝的堆石采用本工程隧洞开挖弃料,砂砾石取之于宗家坝沙砾石料场。坝体上游坝坡为1:2.5,下游坝坡为1:1.6,坝顶高程895.50m,坝顶宽6.0m,最大坝高17m,坝基最大宽度80m。堆石坝的分层防渗处理方法主要是一般采用的在坝体上游的横向坝坡出口处整体布置多层复合混凝土工膜层并进行分层防渗。坝体的上、下游护坡均分别采用0.5m和0.30m厚的干砌卵石护坡和浆砌石条带网格。坝顶上游侧分别顶部设置高3.7m,宽0.15m的泥质l形碎石围护和障墙;其中坝顶下游路面顶部采用厚0.5m深的大型泥质梯形碎石,路面底部采用同为泥质碎石结构的梯形碎石。为了尽量有效排除长期积累的大量雨水,将水库坝顶坝体表层水平面向下游一侧倾斜2%。坝顶依次在下游侧边坡设置一道纵纵横向的弧形排水沟,断面沟的长度一般为20cm×30cm;该排水坝下游两侧边坡每间沟的间距80m有缺处时则应重新建设另一条横竖式横向排水沟,断面30cm×40cm。坝体与泄洪闸边墙接头采用挡墙连接,挡墙顶部最大高程895.50m,顶宽2.0m,顶长126.8m,侧坡1:0.4~1:0.8。3.3挡水建筑物（堆石坝）尺寸确定橙子沟水电站坝体填筑方量较小，料原充足。参照已建工程经验，以及《碾压式土石坝设计规范》确定堆石坝坝型如下：坝体上游坝坡为1:2.5，下游坝坡为1:1.6，坝顶宽6.0m，最大坝高17m，坝基最大宽度80m。土坝在坝体上游坝坡上布置一道复合土工膜防渗，并与上黏土铺盖相接；坝体上、下游护坡分别采用0.50m和0.30m厚的干砌块石护坡。坝体上游侧设置高2.0m，厚0.30m的“L”墙，“L”墙上接防浪墙，防浪墙高1.2m。坝顶下游设置栏杆，坝顶宽度6.0m，坝顶路面铺筑厚0.5m的碎石，路面为泥结碎石路面。为了排除雨水，坝顶面向下游倾斜2%。坝顶靠下游侧设一道纵向排水沟，断面为20cm×30cm；土坝下游坡每隔80m设一条竖向排水沟，断面30cm×40cm。坝顶上游设0.9m宽的人行道，且沿坝轴线方向间隔6m布置灯柱。坝顶上游设贯通坝顶的电缆沟。具体见图3.1图3.1坝体断面图4.泄水建筑物基本资料上游正常、设计水位 891.50m上游校核水位 893.00m下游正常尾水位 880.96m下游设计洪水位 885.50m下游校核洪水位 887.00m4.1洪水标准橙子沟大型水电站泄洪系统一般属三级中型泄水工程,主要的的泄水工程建设物的级别一般分类为3级;次要的泄水建筑物(护岸等)为5级。本次相遇洪水校核标准设计是根据50年第一次相同遭遇的特大洪水而重新进行标准设计,1000年第二次相遇遭到洪水校核。消能层和防水缓冲的防水建筑物一般是按30年一次中所遭受的特大洪水而进行修建,设计中须兼顾低频率及小洪水等不利情况。不同情况入库洪峰流量见表4.1表4.1入库洪峰流量表洪水标准不同频率设计值（P%）0.10.20.51251020入库洪峰流量（m3/s）2985271524102100183014801210951运用要求本次调节电站的设计情况下入库洪水流量1830m3/s,校核的情况下入库洪水流量2985m3/s,且由于水库的储备仓库容很小,为无法对其进行调节,不考虑到水库的调洪功能,泄水建筑物的溢流能力是以入库时洪水的流量来确定,即要去泄多少。泄洪闸与施工时的导流明渠相结合,应能够满足第二期的导流及泄洪需要,还应能够满足大型洪水的运用需要。枢纽泄水建筑物设置应满足排污、排沙要求。泄水建筑物运行要求做到均匀对称,以获得较好的水流流态。布置原则本次工程是一个径流导向引水型发电厂,泄水型建筑物的布置除了能够保证安全地宣泄各级规定的设计用水流量外,还必须充分考虑到电站在取水、防砂、排除废弃物、清淤和保库等方面的综合性要求。因此泄水建筑物布置采用平底泄洪闸的布置方式。本次工程泄洪闸与施工导流明渠相结合,为了满足施工导流布置的要求,且必须兼顾发电厂进水口开关门前清等任务,要求泄洪冲沙闸进口靠近电站进水口,泄洪闸宜布置在岸边。结合当时的地形和地质情况,泄水式的建筑物要求布局简单,使工程量最省。泄水式建筑物的孔道布置,应严格保证其运行安全可靠,灵活方便;能够很好地适应不同的来流状态下的防洪、排砂要求,所以在进行消能工程的设计时必须要满足不同条件下水力工程的设计。由于枢纽汛期泄洪的流量较大,泄水建筑物的下游为砂卵石砾岩层,为了有效减小下游河床的冲淤和变形,下泄水流时应尽量顺应自然河势,入湖单宽的流量要力求其分布均衡,避免出现顶冲河岸或返回流域所带来的折冲性水流。4.2泄水建筑物布置泄水性建筑物的布局除了保证安全地宣泄各类设计的洪水外,必须充分考虑到电站取水、防砂、排出污物和清淤保库的综合性要求。所以对于泄水楼房的布局就是选择了开启式泄洪闸进行布局。在枢纽进行布置比较时对发生的泄水建筑物格局进行了多种解决方案的比较,最终确定了发生的泄水建筑物格局+1孔冲砂闸(圆弧型工作门)+3孔泄洪闸(平板工作门)。泄水的建筑物应该布置在位于河床左岸的主要河床上。有冲沙闸、泄洪闸组成,泄水建筑物坝段总长57.80m。冲砂闸出口总体共计开设1孔,布置在出口河床的最右侧,孔口总长净宽6m,边的底墩厚2.5m,进口口和底板的底层高程879.50m,设有两个圆弧形的检修工作门及两个平板式的两个检修工作门各一扇,孔口净宽大小设计尺寸分别应该是6m×7m、6m×9m;3孔板式泄洪闸总体位于出口紧靠河床冲沙闸左侧的一个地方进行布置,单独一孔孔口净宽10.6m,边的底墩厚2.5m,进口口的底板高度879.50m,设有平板式的工作门及两个平板式的检修工作门各一扇,孔口净宽大小尺寸为10.6m×12m。4.3泄水建筑物尺寸确定根据泄水建筑物的运行要求和布置原则，结合本工程具体地形、地质条件、施工导流以及枢纽布置等特点，枢纽泄水建筑物的泄流能力要满足下泄1000年一遇洪水（相应洪峰流量Q=2980m3/s）的泄流能力要求，亦要满足水库的排沙运行要求。按此要求确定的各泄水建筑物的形式及孔口尺寸见表4.2所示。表4.2泄水建筑物孔口尺寸表项目名称底槛高程（m）孔口尺寸（宽×高）（m2）消力池尺寸（m）进口出口孔数尺寸长宽底板高程尾坎高程泄水闸879.55879.55310.6×1256.5555.35877.55880.55冲沙闸879.55879.5516×71)泄洪闸左岸泄洪闸兼导流、泄洪、集中排沙为一体，为枢纽主要建筑物。泄水闸为无坎平底闸，采用开敞式堰流泄流能力计算公式（参见《水闸设计规范》SL265—2001）：Q=mεσB02gH式中：Q—；B0—；H0—；σ—；ε—；g—；m—；2)冲砂闸冲砂闸为带胸墙的无坎平底闸，采用孔口出流计算公式（参见《水闸设计规范》SL265—2001）：Q=μσ,heB式中：Q—；B0—；H0—；he—；μ—；σ’—；枢纽泄洪组合见表4.3表4.3计算枢纽泄洪组合表运用情况泄流量（m3/s）运用情况入库流量(m3/s)库水位（m）1孔冲沙闸3孔泄洪闸机组总泄量(m3/s)校核情况2985893.00380260702982设计情况1825891.503521465（2孔）173（2台机）1980表4.4单孔泄洪闸下泄流量计算表水位(Z)底板高程孔数n单孔宽宽度（B）m侧收ε(2g)1/2HVV2/2gH0(H0)3/2计算假定Q假定Q计算后Q总和流量888.00879.516.06.00.3850.9504.4278.5001.8240.1708.67025.527241248248248888.50879.516.06.00.3850.9504.4279.0001.8750.1799.17927.811262270270270889.00879.516.06.00.3850.9504.4279.5001.9280.1909.69030.162284293293293889.50879.516.06.00.3850.9504.42710.0001.9750.19910.19932.571307316316316890.00879.516.06.00.3850.9504.42710.5002.0300.21010.71035.051331341341341890.50879.516.06.00.3850.9504.42711.0002.0740.21911.21937.580354365365365891.00879.516.06.00.3850.9504.42711.5002.1200.22911.72940.170379390390390891.50879.516.06.00.3850.9504.42712.0002.1670.24012.24042.820404416416416892.00879.516.06.00.3850.9504.42712.5002.2100.24912.74945.522429442442442892.50879.516.06.00.3850.9504.42713.0002.2550.25913.25948.282455469469469893.00879.516.06.00.3850.9504.42713.5002.2960.26913.76951.092482496496496893.50879.516.06.00.3850.9504.42714.0002.3390.27914.27953.958509524524524

表4.5三孔泄洪闸下泄流量计算表水位(Z)底板高程孔数n单孔宽宽度（B）m侧收ε(2g)1/2HVV2/2gH0(H0)3/2计算假定Q假定Q计算后Q总和流量888.00879.5310.631.80.3850.9504.4278.5004.1650.8859.38528.7521276148014801480888.50879.5310.631.80.3850.9504.4279.0004.2880.9389.93831.3291390161316131613889.00879.5310.631.80.3850.9504.4279.5004.4040.99010.49033.9741508174917491749889.50879.5310.631.80.3850.9504.42710.0004.5191.04211.04236.6921628188918891889890.00879.5310.631.80.3850.9504.42710.5004.6321.09511.59539.4811752203320332033890.50879.5310.631.80.3850.9504.42711.0004.7411.14712.14742.3351879218021802180891.00879.5310.631.80.3850.9504.42711.5004.8471.19912.69945.2522008233023302330891.50879.5310.631.80.3850.9504.42712.0004.9521.25113.25148.2372140248424842484892.00879.5310.631.80.3850.9504.42712.5005.0531.30313.80351.2792276264026402640892.50879.5310.631.80.3850.9504.42713.0005.1531.35514.35554.3862414280028002800893.00879.5310.631.80.3850.9504.42713.5005.2531.40814.90857.5592554296429642964893.50879.5310.631.80.3850.9504.42714.0005.3491.46015.46060.7852697313031303130

由计算结果可以看出，泄水建筑物的泄量满足要求5.进水口设计电站进水口布置在坝前右岸，为岸边有压进水口，为保证进水口门前清，进水口尽量靠近泄洪冲沙闸，符合正向排沙，侧向引水的设计思路。水库正常蓄水位为891.50m进水口淹没深度的条件下，应尽量抬高底板高程，增加下部拦沙坎高度，进水口底（5×9m）66（5×9m）61800kN的桥式启闭1250kN设计引用流量259.50m/s3，过栅流速为1.104m3/s，事故门后渐变段长16m，由10.5m×10.5m方形断面渐变为洞径D=10.50m5.1进水口底槛高程的确定根据《电站进水口设计规范》D03-8（试行，对于压力进水口，为防止进5.2进水口布置采用机械清污式进水口，拦污栅采用固定式，拦污栅的布置在立面上呈倾斜状，倾角80°，由于清污机的荷载较小，因此进水口的布置和常规进水口有很大的不同：①取消了拦污栅启闭设备和排架；②将拦污栅移向进水口检修门前移动，利用检修门启闭机排架上伸出的悬臂构件承载清污设备；③将拦污栅底坎下移到和检修门底坎同高，以加大拦污栅的高度来缩小拦污栅的孔口宽度。进水口设一道固定拦污栅（7.5×20m）2孔2扇，平板事故门（10.5×10.5m）一孔一扇，清污由布置清污机排架上的抓斗式清污机进行。平板事故门由布置在启闭机平台上的1250kN的固定式启闭机启闭。具体布置见图5.16.下游消能确定采用矩形断面等宽消力池，池深、池长按下式计算：（参见《水闸设计规范》SL265—2001）6.1消力池深度确定:d=σ0hc"hc''=hchc3−∆Z=αq—cσ0—；ch″—;h—α—q—T—△—hs'—6.2消力池长度确定：Lsj