【某水电站沥青混凝土心墙堆石坝的坝型选择及枢纽布置分析案例6200字】

某水电站沥青混凝土心墙堆石坝的坝型选择及枢纽布置分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u30576第一章概述 -2-1807第二章堆石坝工程概况 -2-207452.1地理位置和枢纽任务 -2-300882.2地形条件 -2-312212.3地质条件 -3-274892.3.1区域地质 -3-239932.3.2枢纽坝址地质 -3-109522.3.3坝基岩体的物理力学特性 -4-121642.3.4坝址区永久开挖边坡 -4-53852.4水文气象 -4-89542.4.1气象特征 -4-124412.4.2水文特性 -5-185862.4.3泥沙 -7-185362.5建筑材料 -7-46702.6经济资料 -8-140622.6.1对外交通条件 -8-267382.6.2施工场地条件 -8-170492.6.3施工用水与电力供应 -8-163182.6.4施工队伍及期限 -8-24178第三章坝型选择及枢纽布置 -9-217883.1坝址及坝型选择 -9-310383.1.1坝址选择 -9-130953.1.2坝型选择 -9-57403.2枢纽总体布置 -10-281113.2.1挡水建筑物——土石坝 -10-19203.2.2泄水建筑物——泄洪隧洞 -11-124323.2.3水电站建筑物 -11-第一章概述土石坝其适宜在各种地基上建造、能就地取材和充分利用各类材质、施工费用低廉及抗震性能好等优点，对于水利水电工程建设不论是国内还是国外都发挥巨大的作用，是世界各国广泛采用的坝型。而沥青混凝土是有一定级配的碎石或卵石、砂、石料和沥青按一定比例配合混合物，经摊铺、碾压达到一定密度的工程复合材料。它对构造的形状变化反应非常灵活；同时防止渗漏和无故障使用的性能也较好。因此，其经常成为防渗体的材料选择。土石坝设计在我国已有较为系统的规范和技术要求，也有不少较成熟工程设计应用实例，可供同类工程设计和研究参考。第二章堆石坝工程概况2.1地理位置和枢纽任务黄楠坪水电站位于青江中游，系流域开发的第一期工程。河流由北向南流出国境后注入源江。流域总面积75万平方公里。青江在国境内河长2000公里，落差5000m，流域面积17.4万平方公里。电站枢纽坝址以上流域面积12万平方公里。流域呈条带状，其平均宽度为80公里。枢纽距大明市约500公里。本枢纽是一座以发电灌溉为主，辅以防洪等的综合利用工程。主要灌区在枢纽下游沿河两岸，灌溉水量主要由电站尾水供给，库区两岸部分农田主要由提灌取水。电站建成后，并入西南电网，对缓解该地区用电紧缺的局面，特别是保证峡口钢铁联合企业用电的需求及相邻地区工农业生产发展将起着重要的作用。2.2地形条件青江发源于青藏高原唐古拉山脉，流域由北向南呈条带状分布，其地形起伏较大，上游区除高大险峻的雪峰外，一般地形较平缓，中游区深切于横断山脉之间，山高谷深，除黄楠坪一段有较为开阔的峡谷阶地外，其余均属“V”型峡谷，河宽80~150m，两岸山高50~500m，岸坡坡度30°~40°；下游区海拔高程显著降低，山势变化较为平缓。流域两岸人烟较少，淹没损失不大。2.3地质条件2.3.1区域地质本区地层以中、上三迭统的火山岩及火山碎屑岩分布最广，由于造山运动影响，区域地质构造较复杂。青江上游地区自第四纪以来，地壳上升幅度较大，河谷深切，两岸物理地质作用较强烈，但受地层岩性、地质构造等因素的制约，不时有滑坡出现，但都出现在距黄楠坪电站200公里以外的地段。工程位于花岗岩岩基为主的岩浆岩边部，属相对稳定区。根据《中国地震烈度区划图》和有关地震局分析，青江中游河段地震烈度在6度以下。水库库区出露地层主要为燕山期岩浆岩和轻度变质的中生代碎屑沉积岩，无通向邻谷的断层，不存在向邻谷和下游渗漏的问题。2.3.2枢纽坝址地质电站坝址建筑物地区基岩条件较好，属中三迭统流纹岩——英安岩类，属中酸性火山岩——次火山岩。按岩性不同分为蚀变英安岩，包括英岩和英安质凝灰岩()、英安岩（）和流纹英安岩()。蚀变英安岩分布在左岸山脊F301东面，属中等坚硬岩石；英安岩分布在F301断层西面和右岸滩地；流纹英安岩分布在右岸滩地西南，均属坚硬岩石。基岩中无原生软弱夹层，岩性相对均一，岩质坚硬，抗压；抗剪强度和弹性模量及变形模量较高，能满足工程要求。仅在某些断层带或构造挤压带中，有局部破碎带和蚀变岩带，部分裂隙中有高岭土膜或细脉填充，膜层厚度一般1~3mm，且延伸不长，转折变化很大，经现场试验查明，有高岭土填充的碎裂岩体，由于岩块闽相互嵌入啮合，抗剪强度，弹模及变模仍较高，对工程影响不大。坝区构造以北西向的断层为主，其次为东西向和南北向，断层带超过2m的共有五条，均分布在坝区东部和北部，至使该地带岩体挤压破碎，工程地质条件较差，坝区西南部河湾地带，仅有断层带宽小于2m的中小断层分布，岩体相对比较完整。河床冲积层厚4~7m，无大断层沿河床通过。岩体透水性普遍较弱，地下深都的脉状裂隙承压水埋藏在河床以下70~140m，对工程无不利影响。坝区稍大的断层，大部属陡倾角，对工程的影响有限。左岸807和F301连线以东，英安岩已大多蚀变，岩体软弱破碎，不宜布置水工和导流建筑物。坝址区岩石弱风化深度(微风化顶板埋深)：左岸830m高程以上为30~40m，以下为20~40m；河床约7~16m(包括冲积层)。右岸滩地及830m高程以下为15~30m，以上约为20~30m，左岸山脊的弱风化深度为40~60m．详细分布见蓝图。2.3.3坝基岩体的物理力学特性根据试验资料，岩体物理力学特性建议如表2.1：表2.1岩体物理力学特性项目新鲜或微风化英安岩、流纹英安岩蚀变英安岩天然容重γρ（t/m3）2.65~2.682.62~2.65抗压强度（kg/cm2）1000~1200400~600摩擦系数f混凝土/基岩0.65~0.700.60~0.62基岩/基岩0.60~0.650.52~0.55变形模量（kg/cm2）8~10×1044~6×104泊桑比μ0.25~0.300.30~0.352.3.4坝址区永久开挖边坡表2.2坝址区永久开挖边坡岩类项目左岸右岸新鲜英安岩1：0.51：0.5微风化英安岩1：0.51：0.5弱风化英安岩1：0.71：0.5全风化英安岩1：11：0.7微风化流纹岩1：0.51：0.5冲积层水上1：11：1水下1：1.251：1.252.4水文气象2.4.1气象特征青江流域上下游气候相差较大，由上游青藏高原的高寒气候，变化到中下游的亚热带气候，水气来源受西南季风控制造成暴雨的天气系统，以切变、低槽、冷锋、孟加拉湾季风低压等为主。根据坝址下游黄楠坪水文站1957年~1982年实测资料分析统计，多年平均降雨量为1027．6mm，6~9月为雨季，11月至次年5月为旱季，雨季平均降雨量占全年总降雨量的80％，多年平均降雨天数150天。多年平均气温19.1℃，绝对最高气温为40．9℃，绝对最低气温为-0.8℃，详表2.3示。多年平均蒸发量为12．66mm，月最大蒸发量为245mm，出现在4~5月，月最小为40.3mm，出现在12月。多年平均相对湿度为80％。河床多年平均水温16.3oC，最高为23.2oC，最低为8.2oC。多年平均最大风速为6.3m/s，瞬时最大风速为21.9m/s，风向偏北。水库吹程10公里。表2.3坝区主要气象要素项目月份1234567多年平均气温（℃）11.213.717.821.423.924.424.1极端最高气温（℃）27.430.734.237.740.940.535.7极端最低气温（℃）-0.82.23.06.412.214.718.0项目月份89101112全年多年平均气温（℃）23.922.319.015.512.519.1极端最高气温（℃）36.434.634.531.527.040.9极端最低气温（℃）17.513.98.06.42.2-0.82.4.2水文特性根据坝址下游6公里处黄楠坪水文站1965~1987年完整的水文资料分析，多年平均流量为773m3/s，实测最大洪峰流量5850m3/s（出现在1974年9月），次大洪水流量为4740m3/s（出现在1970年8月），详表2.4示。洪峰一般出现在7~8月份，多年实测洪、枯流量比为33.2，详表2.5示。一般洪水期为6~10月，12月至次年4月为枯水期，水位变幅较大。表2.4实测洪峰流量年份1965196619671968196919701971洪峰流量（m3/s）3440221029102360241027403060年份19721973197419751976197719781979洪峰流量（m3/s）30102810585019502010208040002020年份19801981198219831984198519861987洪峰流量（m3/s）32702620403023002180212025804470表2.5历年各月实测最大、最小流量及洪峰及洪枯比项目月份1234567最大流量（m3/s）432370465780144027704000最小流量（m3/s）190178175175231280565洪枯比2.32.12.74.56.29.97.1项目月份89101112全年最大流量（m3/s）53805850447017858255850最小流量（m3/s）800678467337224175洪枯比6.78.69.65.33.733.5本河段曾进行过多次洪水调查，查出具有代表性的两次历史洪水流量，如表2.6示：表2.6代表性历史洪峰流量年份历史洪峰流量（m3/s）1660970018557450分月及不同时段各种频率的施工洪水流量，如表2.7示：表2.7分月及不同时段的施工洪水时段P（％）0.512510201月/4904604203863402月/4304083783493203月/6405805054483874月/9989208197406505月/2060182015201286105010月/1980188015681376120011月上旬/12201130992896787中旬/1110940825740650下旬/86080069863053412月上旬/716665590530470中旬/600560510466417下旬/49747043039535710月~5月39503610327027902410204011月~5月24702250203017301490125012月~4月114092887680075068012月~5月19401780167013801210102011月~6月335833003058272624402140各典型年月平均流量及多年平均流量如表2.8示：表2.8各典型年月平均流量及多年平均流量表典型年月份1234567丰水年3482973023595309851380中水年25023924733352011701260枯水年231195177243306870908多年平均26824025627054010171459典型年月份89101112全年丰水年2800261013767044701013中水年16381024920535327697枯水年1440830876678330590多年平均18101430950950358773电站枢纽坝址处不同频率设计洪水如表2.9示：表2.9黄楠坪电站枢纽坝址处不同频率设计洪水重现期（年）10000500020001000500100频率（%）0.010.020.050.10.21洪峰流量（m3/s）18100131001168010680970076002.4.3泥沙青江发源于青藏高原，源远流长，流量变化较平缓，沿河没有大面积集中的固体径流来源，所以沙量变化也比较平缓。经实测资料分析，河流多年平均输沙总量280万吨。水库淤沙浮容重0.75t/m3，内摩擦角13o。2.5建筑材料砂料主要分布在坝下游3公里以外的两岸，尤以心滩河砂料场易于开采，含砂率达25％。此外，两岸山坡分布有储量达200万立方的花岗岩风化料，经粉碎筛分后便可利用。混凝土骨料除心滩河的砂砾石外，不足的可用英安岩轧制而成。另外还可利用田坝和阿里两个花岗岩料场，储量足，远距仅五公里。用于土石坝的粘土料，可由安乐、新田及平坝等三个料场供给，储量约90万立方米，大部分为砂质粘土和粉质壤土，小于0.005mm粒径的含量约为18~20％，三轴剪切试验得φ＝23o。C＝1.02kg/cm2，渗透系数1.48×10-6~4.25×10-7cm/s，粘粒含量较低，土料的物理力学指标见蓝图附表示。土石坝的坝壳料，可用两岸山坡的花岗岩供给或用工程开挖后的石碴填筑。心墙两侧过渡料，拟用人工砂和小碎石填筑，有关级配曲线详见蓝图。水泥主要由大明市、开元等地供应。木材由当地采伐，钢材由省内外调拨。2.6经济资料2.6.1对外交通条件施工期间外来的物资，机械设备等全靠公路运输。现有国防公路一条由坝址右岸附近通过，且全为柏油路，除部分地段需改线、加宽外，可满足施工运输要求。2.6.2施工场地条件坝址下游两岸地形比较开阔，两岸岸坡25°~35°。因此，可利用坝址下游两岸河边台地、右岸下游缓坡地、左岸上游山脊及下游徐家沟两岸作为施工场地，有效使用面积达80万平米。此外，下游三公里处的干海子缓坡地约36万平米，必要时亦可利用作为施工场地。2.6.3施工用水与电力供应施工及生活用水均由河水供给，水质较好。电力主要由左岸约五公里处的西南电网中心镇变电站架设35千伏输电线路至工地各变电站，即可满足施工及照明要求。2.6.4施工队伍及期限由专业水电工程局担任。工期为6年(至第一台机组发电)。第三章坝型选择及枢纽布置3.1坝址及坝型选择3.1.1坝址选择坝址区河道平面上较为顺直，两岸基岩裸露、河床覆盖层厚度及颗粒组成差异不大。整个坝址区河谷较为开阔、水流湍急，结合坝址区的地形地质条件，综合考虑坝基渗透处理布置与坝体开挖量、引水发电系统和导流系统的布置、运行条件等要素，拟定了上、下两个坝址。上、下两个坝址均处在同等地震烈度区，河道较顺直，河谷较开阔，坝址地形条件适宜于建当地材料坝。现大致分析比较上、下两个坝址的优缺点，从中选择出一个更加合适的坝址。（1）上、下坝址河道均较为顺直。两坝址基岩特性和地质构造相似，筑坝材料的质量和数量也都基本满足要求。由参考资料获悉河谷较开阔，极不对称的地势陡峭的凸向左岸与凹向右岸构成坝址区基本地形条件。因此，在地形地质条件这一因素来考虑，下坝址更好一些。（2）从枢纽布置上来看，两坝址的两岸均具有良好的成洞条件，上坝址可以利用左岸有利的地形条件，将泄洪洞、溢洪道等泄水建筑物布置于左岸。下坝址进厂交通洞较长且直。（3）从建坝条件上来看，上坝址河谷狭窄，岸坡陡峻，施工期岸坡稳定较差，可能存在很大的拱效应，对心墙的防渗不利。下坝址两岸岸坡较顺，岸坡稳定条件较好，心墙受力条件较好。由此，下坝址占有优势。（4）从运行条件上，上、下坝址处的枢纽建筑物布置两岸比较均匀、分散，施工运行干扰较小。（5）从施工条件上看，上坝址的交通布置道路相对下坝址来说较困难，施工场地不开阔，工期的保证性较差。因此在这方面下坝址占据优势。（6）除此之外还要进行能量指标和经济指标的比较。综上所述，对于泄水建筑物的位置可选择地形地质环境更合适的上坝址，减小工程量，但下坝址与上坝址相比拥有更多其他优势，因此本工程选定下坝址。3.1.2坝型选择根据规范DL/T5395-2007规定，坝型选择应综合考虑坝体构成填料、施工方案、坝高、枢纽布置、地形地质条件、坝基处理以及运行条件、工程设计等因素，经技术经济比较确定。3.1.2.1重力坝重力坝的坝体自重是抗滑力和压应力的应力来源，前者保证稳定的基础，后者确保足够的强度以抵消拉应力，减小水体负荷的危害。剖面三角形是重力坝的几何特性，坝体设计主要取决于上游面，坝底与基岩固结。坝体剖面尺寸由于为满足抗滑性能和牢固要求，做的较大，消耗的筑坝料量大，反而易造成失稳;为避免施工期混凝土的凝结时大量放热和硬化收缩的不利影响，消除温度裂缝的潜在危害，大体积重力坝施工时必须严格要求温度控制。对于本工程，由于黄楠坪坝体高度较大，若修建重力坝，投入资金显著增长，因此不推荐此坝型。3.1.2.2拱坝拱坝是底部与基岩固定联结的三维壳体结构，拱向上游凸出，拱冠剖面呈竖直的或凸出的曲线形，维稳作用取决于两岸拱端的反力。拱坝设计时不能忽略坝体应力受温度变化和基础偏移带来的性能失效;而且拱坝身形繁冗，在设计施工过程中极易出现问题。对于本工程，如果选定拱坝修建，坝体强度稳定不能保证，设计施工复杂。因此不推荐此坝型。3.1.2.3土石坝土石坝是指由土、石料或混合料等本地材料填筑而成的坝。土石坝的优点:①适宜在各种地基上建造；②能就地取材和充分利用各类材质；③抗震性能好，修建流程成熟系统化，技术简单、施工费用低廉。土石坝的缺点:①溢流功效在坝顶受限，所需泄水建筑物附带的投资成本不甚低廉;②修筑围堰以维护基坑施工保持干燥环境的要求与河谷狭窄，洪水流量大的施工河道地形条件有适配压力;③粘性土料作为主要用料，使气候变化的制约能力提高。对于黄楠坪水电站工程，选择土石坝方案。主要考虑因素有当地土料