工程选址工程总布置及主要建筑物

1、5 工程选址、工程总布置及主要建筑物5.1 设计依据5.1.1 工程等别及建筑物级别本电站位于四川省甘孜州乡城县定波乡麻拉坝。坝址位于定曲河支流郎拥曲，厂址位于定曲河右岸的麻拉坝，距乡城县县城110km。该电站装机规模为22MW4MW，为小型径流引水式电站。主要建筑物有：底格栏柵坝、沉沙池、引水明渠、倒虹管、压力前池、压力管道、发电厂房、尾水渠及变电站等。本电站以发电为单一开发目标，无其它综合利用要求。根据中华人民共和国国家标准之防洪标准(GB50201-94)“水利水电枢纽工程的等别和级别”及中华人民共和国行业标准水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)之规定，本工程等别为五等

2、小(2)型。其主要水工建筑物、次要水工建筑物、临时建筑物均按5级建筑物设计。5.1.2 洪水标准根据上述永久性建筑物的等级及防洪标准（GB50201-94）规定，拦河坝设计洪水为30年一遇，校核洪水为200年一遇。电站厂房设计洪水为30年一遇，校核洪水为50年一遇。5.1.3 设计基本资料5.1.3.1 水位流量(1)拦河坝设计洪水位3388.90m，相应流量Q=57.3m3/s。频率P=3.33%。校核洪水位3389.40m，相应流量Q= 88.5m3/s。频率P=0.5%。(2)厂房设计洪水位3004.17m，相应流量Q=345m3/s。频率P=3.33%。校核洪水位3004.28m，相应

3、流量Q=373m3/s。频率P=2%。5.1.3.2 水文、气象(1)水文麻拉生态水电站坝址、厂址的各级频率洪水流量见表5-1。各级频率洪水流量表表5-1单位：m3/s位 置P=0.5%P=1%P=2%P=3.33%P=5%坝 址88.577.4 57.351.4厂 址444408373345323(2)气象多年平均气温10.7极端最高气温34.4极端最低气温-14.4多年平均降水量447.6mm多年平均相对湿度50%最大风速 24m/s5.1.3.3 泥沙(1)悬移质多年平均输沙量1.03万t(2)推移质多年平均输沙量 0.21万t5.1.3.4 地质(1) 区域地质工程区处于云贵高原与青藏

4、高原的过渡地带,地貌以构造侵蚀类型的中高山为主。工程区出露地层除第四系外，主要为石炭系及二叠系地层，第四系地层岩性主要有崩坡积块碎石夹粉质粘土、粉质粘土夹碎块石，石炭系为一套海相碳酸盐岩沉积，岩性主要为灰岩，厚度594米763米，二叠系为海陆交互相沉积建造，岩性由石灰岩、板岩、硅质岩组成。(2) 坝址坝址位于定曲河支流郎拥曲之中下游，距离支流与定曲河汇入口约4公里，坝址河段总体较顺直，河流流向S35E，该段河流比降约20%，枯期河水位高程约3385.33388.7米，河道宽4.5米左右。取水口河段靠上游为灰岩溶洞泉水出露位置，泉水出露高程为3393.60米，该位置上游枯水期断流，下游汇集泉水。

5、河谷为不对称“V”型谷，右岸较陡，下部为崩坡积土坡，地形坡度30左右，上部为灰岩陡坡，坡度约4560。左岸相对较缓，均为崩坡积土坡，下部地形坡度1525，上部4050。坝址及其附近，未见滑坡、崩塌、泥石流等，不良物理地质现象主要为岩体的风化，基岩为二叠系石灰岩，抗风化能力较强，风化主要沿裂隙进行，强风化带厚度一般3米。坝址附近出露基岩为二叠系下统石灰岩，出露于河流右岸斜坡上部。第四系覆盖层有崩坡积及冲积层。崩坡积层分布于左岸斜坡及右岸斜坡下部，由巨块石（孤石）、碎块石及粉质粘土组成，结构松散，厚度一般25米不等。冲积层分布于现代河床，成分为漂块卵砾石夹砂，结构松散，厚度3.5米左右。岩石物理力

6、学试验指标见表5-2。坝址岩土物理力学指标建议值表5-2层 位岩 性干密度抗压强度Rc抗剪强度允许承载力R压缩模量Es与砼综合摩擦系数f渗透系数K允许坡降J允许开挖边坡干湿tanc临时永久g/cm3MPaMPaMPaMPacm/sQ4col+dl块碎石夹粉质粘土1.820.4600.2350.401:0.41:1Q4al漂块卵砾石夹砂1.980.5600.3400.480.030.131:0.41:1P1灰岩强风化2.6535300.5401.00.500.501:0.11:0.75弱风化60520.6002.00.550.551:01:0.5(3)引水线路引水线路为傍山明渠，沿线均为斜坡地形

7、，坡度2449不等，一般3046，其中岩坡相对较陡，土坡相对较缓。渠道所经过的山坡坡面总的较完整，仅有三条切割较深的冲沟。第一条冲沟为季节性流水沟，第二、三条冲沟为干沟。沿整个引水线未见滑坡、泥石流等分布，除分布有老的崩积物外，也未见新的缷荷危岩分布，因此不会有新的崩塌产生。沿引水线路山坡，大部份为第四系全新统崩坡积层所覆盖，仅部分线路裸露有二叠系下统基岩，在个别冲沟中，分布有冲洪积层，组成为块碎石混粉质粘土。岩土主要物理力学指标建议值见表5-3。引水渠线路岩土物理力学指标建议值表5-3层位岩性分布情况干密度抗 压强 度抗剪强度弹性模量变性模量泊松比坚固系数弹性抗力系数允许承载力压缩模量允 许

8、开 挖边 坡干湿渠线隧洞渠线隧洞RCtancEE0fK0REs临时永久g/cm3MPaMPaGPaGPaMPa/cmMPaMPaMPaQ4col+dl粉质粘土夹块碎石渠线1.780.400.15141:0.51:1.15块碎石夹粉质粘土渠线1.820.4600.22201:0.41:1P12灰岩强风化渠线隧洞2.6536300.5501.01:0.11:0.75弱风化60520.600523.51.50.252151.41:01:0.5新鲜2.7280700.7307342.50.23203.01:01:0.45板岩强风化渠线隧洞2.5015100.3800.61:0.21:1.25弱风化25

9、170.4302.51.5110.352101.01:0.11:1新鲜2.6040300.5003.52.5220.32141.21:0.11:0.75硅质岩强风化渠线隧洞2.6250460.6001.71:0.11:0.75弱风化80750.64062.5420.22152.01:01:0.5新鲜2.701201150.75083.5530.153201:01:0.45(4)厂址厂址位于定曲河右岸一级阶地靠近后缘。阶地为堆积阶地，最大宽度约73米，高出枯期河水位约2米，阶面平缓，不存在边坡稳定问题。阶地后缘以上山坡坡脚，坡度2840，处于自然稳定状态。厂房及附近无滑坡、崩塌、泥石流等不良物理

10、地质现象分布。前池位于斜坡中上部，微地貌处于相对较宽缓的山脊部位，沿山脊地形坡度17左右，山脊两侧地形坡度2830，前池及其四周未见滑坡、崩塌、泥石流等不良物理地质现象分布。前池场地内分布的岩土层有第四系全新统崩坡积层及二叠系上统石灰岩地层。崩坡积层主要为粉质粘土夹碎石，中下部为块碎石夹粉质粘土，部分地段，底部为块石、巨块石夹少量粉质粘土。沿压力管线主要为斜坡地形，斜坡坡面较平整，基本无沟坎分布，斜坡坡度2341，斜坡上无滑坡、崩塌、泥石流等不良物理地质现象分布，坡面植被发育，斜坡处于自然稳定状态。与厂房连接段为定曲河右岸的一级阶地近后缘，地势平缓，不存在边坡稳定问题。沿管线斜坡，全部为第四系

11、全新统崩坡积层所覆盖，沿压力管线无褶皱断层，构造上位于波格西背斜东翼，岩层倒转，产状为N30E / NW5163，岩层中层理及构造裂隙发育，岩体较破碎。厂址岩土物理力学指标详见表5-4。厂址岩土主要物理力学指标建议值表5-4层位岩性分布情况干密度抗压强度抗剪强度允许承载力压缩模量允许开挖边坡干湿RctancREs临时永久g/cm3MPaMPaMPaMPaQ4col+dl块碎石夹粉质粘土前池、压力管道、厂房B1.820.4600.22201:0.41:1Q4al粉土厂房A1.710.3800.12121:0.51:1.5砾卵石夹砂1.960.5100.24301:0.451:1.25P1灰岩强风

12、化前池、压力管道2.6535300.5701.01:0.11:0.75弱风化60520.6002.01:0.01:0.5板岩强风化压力管道、厂房2.515100.4000.61:0.21:1.25弱风化25170.4301.01:0.11:1.05.1.3.5 地震烈度根据国家地震局1/400万中国地震烈度区划图，本工程的地震基本烈度定为度。水工建筑物按度进行地震设防。5.1.3.6 建筑物安全系数拦河坝和厂房的抗滑稳定均按抗剪公式计算。其抗滑稳定安全系数分别按水闸设计规范(SL265-2001)和水电站厂房设计规范(SL266-2001)取值，详见表5-5。抗滑稳定安全系数表表5-5荷载组合

13、拦河坝厂房基本组合1.201.25特殊组合()1.051.055.2 工程选址及引水线路选择5.2.1 概况郎拥曲为定曲河右岸的一级支流，该支流侧向冲沟不甚发育，河谷为基本对称的“V”型谷，谷坡地形坡度一般30 45。河流平均比降85，坝址以上流域面积75.7km2，上游为季节性河流，中下游由于地下水补给，常年流水。郎拥曲流域及定曲河流域无水电规划。本阶段通过多次现场查勘，根据此河段地形地质条件，结合工程布置和施工等条件，在溶洞泉眼出露下游约10m处选择了一个坝址，在郎拥曲河沟口选择了上、下两个厂址比较。5.2.2 坝址选择郎拥曲上游为季节性河流，泉眼出露的中下游由于地下水补给，常年流水。本电

14、站取水主要为溶洞泉水，故坝址选择应位于溶洞泉水下游。由于河流平均比降85，整个河床较陡，其下游主要为地下水补给，坝址愈往下，水头损失愈大，取水流量增加较小，虽投资减少，但水头及电能损失愈大，不能充分利用水头。考虑引用流量小，仅为1.424m3/s，泉眼出露的下游约10m处河床较窄，覆盖层薄，便于修建闸坝，且能将溶洞泉水全部取走，所以将坝址选择在溶洞泉水下游约10m处，不再进行其他坝址选择。5.2.3 厂址选择麻拉生态水电站取水口位于定曲河支流郎拥曲上，厂房拟建于定曲河右岸的麻拉坝。从取水口到厂房，引水线路长约3公里，自然落差约389米。麻拉坝已有一座建成的小水电站发电供当地居民用电。拟建电站取

15、水口与已经建成的电站取水口同在郎拥曲河上，且拟建电站取水口位于上游，并将引走全部水量。已建电站利用水头约50m左右，装机容量400kw。在厂址选择时考虑了两个方案：上厂址位于已建电站前池上游侧，发电后，尾水经尾水渠直接排入已建电站的前池内，在拟建电站建成运行后已建电站仍能够正常使用；下厂址位于定曲河右岸的一级阶地近后缘，地势平缓，与已建电站厂房相邻，发电后，尾水直接排入定曲河，在拟建电站建成运行后已建电站不能使用。下厂址方案能够最大限度地获得发电量，运行总成本最小。所选两个厂址方案地引水线路布置基本相同，本阶段就上、下两个厂址进行比较。5.2.3.1 上厂址方案上厂址厂房位于与压力管道基本相同

16、的斜坡上，斜坡坡度2129，为超高土质陡坡，坡面较平整，无滑坡、崩塌等分布。斜坡上均为第四系崩坡积层所覆盖，崩坡积层主要为板岩块碎石夹粉质粘土，表层为干硬状的粉质粘土夹碎石，厚度47.5米，在厂房的横轴线方向存在明显的不均匀沉降，下伏为二叠系上统板岩，基岩埋藏较深。在自然条件下，边坡目前处于稳定状态。但由于坡度较陡，厂房场地开挖平整将形成较高的后壁开挖边坡，后壁边坡可能存在：土体可能沿基岩面产生局部的滑塌。由于岩石较破碎，抗风化能力较弱，开挖岩坡存在易风化剥落。主厂房纵轴线与定曲河水流方向夹角近13，与水流方向近于平行。为地面式，由主机间和安装间两部分组成，共一层。总长28.90m，宽12.1

17、0m。水轮机安装高程3055.625m，发电机层地面高程3055.10m。内设二台CJA237W75/27水轮发电机组，因地基存在明显的不均匀沉降，故将主厂房的基础置于岩石上。副厂房布置在主厂房靠定曲河一侧，与主厂房平行布置。中央控制室、6.3kv开关室、10kv开关室以及35kv开关室面积共546.15m2。开关室右侧为升压站，面积共290m2。尾水建筑物由尾水平台及尾水渠组成，发电尾水经电站尾水渠直接排入已建电站的前池，并在已建电站前池上游约120m处引水渠侧面设泄水道，将多余的水量排入郎拥曲河。5.2.3.2 下厂址方案下厂址厂房位于定曲河右岸的一级阶地近后缘，阶面平缓，地面高程3004

18、m3005m，高出枯期河水位约2米，最大宽度约73米。阶地后缘以上山坡坡脚，坡度2840，处于自然稳定状态。厂房及附近无滑坡、崩塌、泥石流等不良物理地质现象分布。堆积阶地覆盖土层均为第四系全新统冲积层，厚度较大，稍密，上部稍湿，地下水位以下呈饱和状态，粉土层厚度58米，承载力较低，变形性较大，具有振动液化趋势，基岩埋藏较深。主厂房纵轴线与定曲河水流方向夹角近22。为地面式，由主机间和安装间两部分组成，共一层。总长28.90m，宽12.10m。水轮机安装高程3005.625m，发电机层地面高程3005.10m，内设二台CJA237W75/27水轮发电机组。主厂房的基础置于砂卵石层上，因地基内存在

19、着易产生振动液化的粉土层，故对地基进行振冲加固，平均加固深度为8m。副厂房位于主厂房下游侧及左侧，呈 “”形。中央控制室、6.3kv开关室、10kv开关室以及35kv开关室面积共546.15m2。35kv开关室上游侧为升压站，面积共290m2。尾水建筑物由尾水渠组成，发电尾水经电站尾水渠直接排入定曲河。5.2.3.3厂址比较上、下厂址主要工程量及投资比较见表56。上、下厂址主要工程量投资比较表表5-6项 目单位上厂址下厂址覆盖层开挖（包括公路）m320230.66砂卵石开挖m31881.29砂卵石回填m3724.35混凝土C20砼m34782.173760.15C25砼m346.846.80钢

20、筋t59.0848.51振冲碎石桩m5984土建相对投资万元277.42289.78由上表可见，尽管下厂址方案的投资较上厂址方案多出约12万元，但就地形地貌而言，下厂址厂房位于较平坦的阶地上，施工场面宽阔，施工难度小，并且有现成的公路直达厂区；上厂址厂房位于陡边坡上，场地狭小，厂房开挖将形成较高的后壁边坡，施工难度大，而且，上厂址处没有公路直达，尚须修建约600m的盘山公路进厂。就地质条件而言，下厂址厂房地基虽存在粉土振动液化的问题，但可通过适当的地基处理满足建筑物的要求；上厂址边坡虽然目前是稳定的，但在开挖过程中存在局部土体滑塌和岩块风化剥落，并且，因处理厂房存在的明显的不均匀沉降的工程量也

21、很大。在动能方面，因上厂址方案加上已建电站所利用的水头与下厂址方案所利用的水头基本相同，而引用流量下厂址方案要多出0.324 m3/s，故下厂址方案装机容量相应增加200kw，年发电量相应增加323万kwh。在运行成本方面，二个厂房的运行费高于一个厂房，况且，已建电站设备老 化，若要继续使用，还需要投资进行维修改造。经综合比较，本阶段选择下厂址作为推荐厂址。5.2.4 引水线路综合比较本电站坝址在溶洞泉水下游约10m处，上、下厂址分别位于郎拥曲出口左岸的团结电站前池处及定曲河右岸一级阶地上，引水线路采取左岸取水。经综合经济比较厂址推荐下厂址，故引水线路选择针对坝址及下厂址进行了全隧洞与全渠道方

22、案比较、局部隧洞与渠道比较、局部倒虹管与渠道比较，最后选择采取渠道与第一支沟局部倒虹管接合的引水方案。（1） 全隧洞与全渠道方案比较全隧洞与全渠道方案底坡均采用i=0.001，隧洞洞线沿程围岩大部分为类，由于引用流量仅为1.424m3/s ，隧洞长度为2480m，渠道方案引渠长3529m，衬后断面1.4m1.5m，衬厚0.4m，两方案主要工程量及投资比较见表5-7。全隧洞与全渠道引水方案主要工程量及投资表表5-7项 目单位全渠道方案全隧洞方案差值覆盖层明挖m39823198231岩石明挖m32000020000岩石洞挖m3014147-14147土石回填m398540-9854混凝土m3838

23、571591226钢筋t74271626回填灌浆m23347-3347造价万元656820-164从表5-6可见，虽然全渠道方案比全隧洞方案长约1000m，但投资少164万元。根据当地实际情况，明渠道较隧洞施工方便，工作场地宽广，可利用当地人力资源施工，工期相对较短，即使两方案直接造价相当，在电能相差不大的情况下，亦宁可选择渠道方案。（2）局部倒虹管、局部隧洞方案为使所选渠线更加经济合理，对渠道方案又进行局部隧洞与渠道比较、局部倒虹管与渠道比较。根据实际地形，在明渠第一支沟及第二支沟布置了倒虹管与绕沟明渠进行比较。第一支沟绕沟明渠长535.18m，衬后断面1.4m1.5m，衬厚0.4m，倒虹管

24、长132m，考虑砼管现浇不便，选用直径D=100cm厚10mm的钢管。第二支沟绕沟明渠长193.85m，衬后断面1.4m1.5m，衬厚0.4m，倒虹管长110m，选用直径D=100cm厚10mm的钢管。两方案主要工程量及投资比较见表5-8。局部倒虹管比较方案主要工程量及投资表表5-8项 目单位第一支沟方案比较第二支沟方案比较明渠倒虹管明渠倒虹管覆盖层明挖m327677133483681岩石明挖m3040040土石回填m3623162553170混凝土m3996146435140钢筋t885394.5钢材t33028造价万元60.7634.6430.6032.21从表5-8可见，第一支沟绕沟明渠

25、比倒虹管长420m，投资多26万元，第一支沟选择倒虹管过沟方案。第二支沟绕沟明渠比倒虹管长84m，两者投资相差不大，只少1.6万元，根据当地实际情况，第二支沟选择绕沟明渠过沟方案。在全明渠方案中桩号1+787.712+848.90地形上为一突出山体，考虑裁弯取直，布置了一长680m的隧洞与1061m明渠比较，隧洞衬砌后断面采用最小施工断面1.5m1.85，衬厚0.35m；渠道方案衬后断面1.4m1.5m，衬厚0.4m。两方案主要工程量及投资比较见表5-9。局部隧洞与渠道引水方案主要工程量及投资表表5-9项 目单位局部渠道方案局部隧洞方案差值覆盖层明挖m33199331993岩石明挖m35000

26、5000岩石洞挖m302902-2902土石回填m3282602826混凝土m322551468787钢筋t20214755回填灌浆m2686-686造价万元185.27180.924.35从表5-9可见，虽然渠道方案比隧洞方案长约381m，但投资只比隧洞方案多4.35万元，根据当地实际情况，明渠较隧洞施工方便，工期相对较短，在两方案直接造价相当，电能相差不大的情况下，推荐渠道方案。根据以上各方案比较，引水渠道推荐除第一支沟采用倒虹管过沟方案外，其余渠段均采用傍山明渠的引水方案，整个渠长3147.88m,其中倒虹管长130.03m,渠底坡度 i=0.001，首部附近布置有沉砂池，在明渠末端约3

27、00m支沟处设有溢流堰供前池溢水。5.3 工程布置5.3.1 闸型选择本电站为小流量高水头径流式电站，由于天然河道坡降大，靠筑坝增加水头和获得库容，其投资与收益相比显然不经济，故适合选取低坝取水。由于坝址处河床覆盖层厚度较薄，仅3.5m左右，河道也较窄，选取底格栏柵坝与闸坝泄洪溢流宽度及坝前水位相差不大。因此，本阶段选取底格栏柵坝与闸坝两方案进行比较。两者相比，底格栏柵坝坝型是低坝和无坝引水的改进型式，结构简单，基础不需特别防渗处理，投资较省。特别适用于挟有大颗粒推移质的山溪性河流，不论洪枯季节都能保证正常引水，防止大颗粒砂石进入引渠内，进入渠内的小颗粒泥沙可通过沉砂池沉淀排除。闸坝方案由于坝

28、高由洪水位确定，可将正常水位雍高至洪水位，相对于底格栏柵坝可抬高4m水头，且能将洪期大颗粒推移质大排大泄至下游，由于泥沙主要在洪期，洪期取水仍为浑水，故仍须将小颗粒泥沙通过沉砂池沉淀排除，且将增加两扇工作门（4.4m3.7m）和一扇检修门（4.4m3.7m）。两方案投资比较见表5-10。底格栏柵坝与闸坝两方案主要工程量及投资表表5-10项 目单位底格栏柵坝闸坝方案差值覆盖层明挖m3349134910岩石明挖m32002000土石回填m38408400混凝土m313111618-307浆砌石m313741044330钢筋T48-4钢材T2.51914.5铅丝石笼m33043040回填灌浆m206

29、86-686造价万元54.5173.32-18.81从表5-10可见，底格栏柵坝比闸坝方案节约18.81万元，主要在于底格栏柵坝相比闸坝方案少三扇闸门及一扇扇拦污栅缘故，由于闸坝方案抬高的4m水头相对本电站360m水头比例太小，故本电站推荐底格栏柵坝。坝址附近虽有足够浆砌石料修建底格栏柵坝，但因当地气候寒冷，从坝体防渗、抗裂、抗冻、耐久性及工程量较小考虑，采用混凝土底格栏柵坝。5.3.2 工程总体布置本工程由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽三部分组成。通过前述工程厂址方案比较及引水线路方案比较，枢纽总体布置方案各部分具体布置如下：首部枢纽由拦河坝、沉沙池和引水明渠及溢流堰组成。拦河坝采用底格栏柵坝

30、坝型，包括底格栏柵坝、溢流坝和左、右岸挡水坝。坝顶总长41.64m，最大坝高7.5m(挡水坝) 。其中底格栏柵坝段长5m，坝高5m，布置于河床中部，其两侧为溢流坝。底格栏柵坝及其左侧溢流坝、挡水坝内设引水廊道。底格栏柵坝上游设5m长的浆砌石铺盖，下游设19.5m长的混凝土护坦、铅丝石笼海漫。沉沙池由进水闸、池身段和出水闸组成，池身段宽2.7m，深4.404.70m，长15m。引水明渠前接底格栏柵坝廊道出口，宽1.5m，i=0.002，在沉沙池前设一宽5m的溢流堰，将洪期多余引用流量及冲砂流量的水量溢出。在沉沙池后亦设一溢流堰，将可能引入的多余引水流量的水量溢出，溢流堰后接宽1.4m引水明渠。引

31、水系统为引水明渠。引水明渠从首部沉沙池后 引0+55.83开始，底板高程3385.50m。引水明渠总长3085.05m，断面为矩形，尺寸1.4m1.52.1m(宽高)，采用钢筋混凝土衬砌。厂区枢纽包括压力前池、压力管道和厂区建筑物。前池长17m，断面为矩形，高5.35m，钢筋混凝土衬砌。压力管道采用明管型式，主管总长794.75m，内径0.75m。沿线设8个镇墩，支墩采用鞍形滑动支座。岔管为“卜”形，采用月牙形内加强肋型式。支管内径0.5m。厂区建筑物包括主、副厂房、开关站、尾水渠及进厂公路等。厂房为地面式，主厂房长28.90m，宽12.10m，内设二台水轮发电机组，主厂房共一层，水轮机安装高

32、程3005.625m m。副厂房位于主厂房下游侧及左侧，呈 “”形。中央控制室长12.10m，宽10.6m，布置在主厂房下游侧。与主厂房左侧紧邻的是长28.82m，宽6.750m的6.3kv开关室。靠山坡一侧布置有长11.47m，宽7.75m的10kv开关室以及长17.35m，宽7.75m的35kv开关室。开关室上游侧为升压站，长20.00m，宽14.50m。各开关室与中央控制室、主机间有电缆沟相连。尾水建筑物由尾水渠组成。5.4 首部枢纽5.4.1 枢纽布置首部枢纽由底格栏柵坝、沉沙池和引水明渠溢流堰组成。水流由底格拦栅进入引水廊道后，经沉沙池进入引水明渠。5.4.1.1 底格栏柵坝建筑物由

33、左岸挡水坝、溢流坝、底格拦栅、右岸挡水坝组成，坝顶全长41.64m。取水底格拦栅段位于主河床部位，长5m，坝顶高程3388m，最大坝高5m。左、右岸挡水坝分别长23.14m和6.5m，坝顶高程3392m，最大坝高7.5m。溢流坝布置于底格拦栅两侧，共长7m，坝顶高程3388.3m，最大坝高5.3m。各坝段均为混凝土结构，基础置于基岩上，坝底建基高程3383.00m。底格栏柵坝顶部设长5m，宽1.5m的钢栅格，栅条间隙1cm。栅条断面为倒梯形，以使栅条间形成上小下大的间隙，避免卵砾石等杂物卡塞。为使水流能更好地冲走拦栅上的滞留物，栅格顺河流方向设计成i=0.1的坡度。底格拦栅下部设矩形引水廊道，

34、宽1.5m，高1.502.00m，纵向底坡i=0.1。为满足坝体防渗抗冲要求，在底格栏柵坝上游设置长5m的浆砌石铺盖，下游设长19.5m的混凝土护坦、铅丝石笼海墁。5.4.1.2 沉沙池(1)沉沙池设置判断及标准据泥沙资料，本电站坝址多年平均输沙量1.24万t，考虑本电站为山溪性河流，洪期泥沙将经过底格拦栅孔进入引水渠，参照我国已建电站及沉砂池设计规范（DL/T5107-1999）采用的设计标准，按最小沉降粒径0.25mm进行设计。(2)沉沙池型式选择由于本电站引用流量小，采用单室沉沙池，结构简单，运行方便可靠。(3)沉沙池布置沉沙池由进水闸、池身段出水闸组成，全长26.50m。正常运行水位为

35、3386.65m。沉沙池进水闸前引渠长24.33m，进水闸长2.5m，宽度由1.5m，底高程3385.95m，墩顶高程3388.45m池身段，设一宽1.5m、高2.0m的平板闸门，用以控制进入沉沙池水流、检修沉沙池、射流冲沙以及检修引水隧洞之用。沉沙池总长21m，其中渐变段长6m，坡降i=0.4，底高程由3385.95m渐变为3383.55m,宽度由1.5m渐变至池身段2.7m。沉沙池池身段长15m，宽2.7m，池底纵坡i=0.02，首端池深4.40m，末端池深4.70m，底板高程由3383.55m降至3383.25m。池身段末端底部设冲沙孔，孔口由喇叭口渐变至0.6m0.6m的矩形孔，后接直

36、径60cm的冲砂管。池身段末端出水闸长3.0m，宽度由1.4m，底高程3385.50m，设一宽1.5m、高2.0m的平板闸门上部，在检修沉沙池时使用。5.4.1.3 首部引水明渠及溢流堰引水明渠前接底格栏柵坝廊道出口，宽1.5m，i=0.002，在沉沙池前设一宽5m的溢流堰，将洪期多余引用流量及冲砂流量的水量溢出。在沉沙池后亦设一溢流堰，将可能引入的多余引水流量的水量溢出，溢流堰后接宽1.4m引水明渠。5.4.2 稳定计算5.4.2.1 抗滑稳定底格栏柵坝、溢流坝和非溢流坝抗滑稳定，按抗剪公式K=进行计算，其荷载组合如下：基本荷载组合：正常运用；设计洪水。特殊荷载组合：校核洪水。经计算，两种荷

37、载组合的不利情况计算结果列于表5-11。底格栏柵坝稳定应力计算成果表表5-11计 算 情 况抗滑稳定地基应力安全系数Ks上(MPa)s下 (MPa)正常运行2.90.040.15设计洪水情况5.60.060.07校核洪水6.50. 0700.085.4.2.2 渗透稳定坝基面渗径长度约12.5m，坝前坝后水头差约1.6m，渗透坡降J=0.128，小于地基允许坡降0.13。5.4.3 水力计算5.4.3.1 底格栏柵坝进水流量及廊道水面线计算(1)底格拦栅进水流量计算按武汉水院编水力计算手册公式计算。Q=0.855b(m2pLp)3/2Q栅格进水流量(m3/s)b栏栅水平投影宽度(m)p栏栅间隙

38、系数p=S栅条间隙宽(10mm)t栅条宽(15mm)Lp栏栅长度(m)m2栅孔流量系数m2=0.94m，m值由水工设计手册表38-2-12查取经计算，当b=1.5m，Lp=5m时(已乘堵塞系数1.5)， Q=2.22m3/s。5.4.3.2 泄流计算底格栏柵坝及溢流坝均系低坝，按宽顶实用堰进行泄流计算。设计洪水(Q=57.3m3/s)时，洪水位3390.30m；校核洪水(Q=88.7m3/s)时，洪水位3391.00m。由于本工程坝体均系低坝，坝前水位抬高不多，河道坡降陡，洪水中又含有推移质泥沙，因此采用急流式水面衔接上下游水位，坝后设10m长的混凝土护坦和9.5m长铅丝石笼海漫防冲。5.5

39、引水明渠5.5.1 引水方式比较引水线路沿线地形平缓，边坡稳定，未发现滑坡等不良地质状况，且引水断面较小，存在修建洞外前池的地形地质条件，据此采用明渠无压引水方式。5.5.2 引水明渠水力计算沉砂池后引水明渠全长3095.92m，全断面钢筋混凝土衬砌。由于断面小，考虑实际情况设计糙率取n=0.017，当两台机组满负荷运行，电站引用流量1.424 m3/s，明渠水头损失为3.52m。5.5.3 引水明渠引水线路为傍山线路，傍山山峰海拨高程约3654米，与郎拥曲最大相对高差约600米。沿引水线路均为斜坡地形，坡度2449不等，一般3046，其中岩坡相对较陡，土坡相对较缓。渠道所经过的山坡坡面总的较

40、完整，仅有三条切割较深的冲沟。第一条冲沟为季节性流水沟，第二、三条冲沟为干沟。沿整个引水线未见滑坡、泥石流等分布，除分布有老的崩积物外，也未见新的缷荷危岩分布，因此不会有新的崩塌产生。引水明渠全长3140.75m，傍山布置，首端底高程3386.00m，末端接前池，底高程为3381.80m，底坡i=0.001。断面为矩形，底宽1.4m，高1.41.6m，钢筋混凝土衬砌, 采用5cm厚的混凝土盖板防止沿途污物进入。在第一支沟引0+412.430+556.15处设有130.28m的倒虹管，管径1m，进口底高程为3385.10m，出口底高程为3384.60m，此段水头损失为0.5m。在前池前300m处

41、，设一宽8m的溢流堰供机组关机前池弃水用。5.6 厂区枢纽厂区枢纽包括压力前池、压力管道和厂区建筑物。5.6.1 压力前池5.6.1.1压力前池布置前池位于斜坡中上部，微地貌处于相对较宽缓的山脊部位，沿山脊地形坡度17左右，山脊两侧地形坡度2830，前池及其四周未见滑坡、崩塌、泥石流等不良物理地质现象分布。前池场地内分布的岩土层有第四系全新统崩坡积层及二叠系上统石灰岩地层。前池总长17m，进口底高程为3381.80m，池身底高程为3378.55,顶高程为3383.90m。池后进水闸设一0.75m0.75m 的事故工作门。前池正常水位为3382.80m，最高涌浪水位为3383.00m，前池最低涌

42、浪为3383.20m。5.6.1.2 水力计算(1)前池最高涌浪前池正常水位为3382.80，最高涌浪产生于两台机满发全丢负荷时，采用水工设计手册第七册公式, 经计算，全丢弃负荷时水位波动的最大升高值0.35m，最高涌浪水位为3383.00m。(2) 前池最低涌浪前池最低涌浪计算了一台机正常运行、第二台机全增负荷工况，一台机正常运行、第二台机全增负荷工况，引用流量由0.712m3/s增加至1.424m3/s，经计算，此种工况水位波动最大降低值为0.35m，前池最低涌浪为3382.20m。5.6.2 压力管道5.6.2.1 压力管道布置型式比较根据压力管道沿线地形地质条件，压力管道既可布置为明管

43、也可采用埋管型式。考虑到电站引用流量1.424m3/s，压力钢管直径仅0.75m，若采用埋藏管方案因受施工最小开挖洞径限制，钢管外部回填混凝土工程量大，明显不如明管方案经济合理。因此，压力管道采用明管方案。电站装机两台，因单机流量小，管道长，采用一管两机供水方式。5.6.2.2 选定方案引水建筑物布置沿压力管线主要为斜坡地形，斜坡坡面较平整，基本无沟坎分布，斜坡坡度2341，斜坡上无滑坡、崩塌、泥石流等不良物理地质现象分布，坡面植被发育，斜坡处于自然稳定状态。与厂房连接段为定曲河右岸的一级阶地近后缘，地势平缓，不存在边坡稳定问题。压力管道为明敷钢管，位于沟口与定曲河交汇口右岸顺向坡山脊上。压力

44、管道主管长794.75m，内径0.75m，因管径较小，采用光面管。管道首端中心线高程3380.425m，末端中心线高程3004.60m，平均纵坡29.3。沿线共设8个镇墩，每个镇墩下游设套筒式伸缩节，上游设检修进入孔。沿管线支墩因管径较小，采用金属鞍形滑动支座。钢管管床为梯形断面，底宽3.4m，两侧设宽70cm人行道和底宽30cm的排水沟，采用浆砌石护底和喷混凝土护坡。在8#镇墩左侧设事故排水沟通向定曲河。8#镇墩后的主管、支管埋设于混凝土中，岔管采用月牙形内加强肋钢岔管。支管内径为0.5m，下游与厂房内球阀联接。压力钢管采用A3钢板卷焊制造，按第四强度理论进行结构计算，考虑锈蚀及磨损厚度后，

45、主管壁厚为816mm，支管壁厚为12mm，月牙肋岔管壁厚16mm，肋板厚24mm。钢管外壁涂刷抗锈蚀和大气腐蚀的环氧沥青涂料，内壁涂刷环氧酶沥青漆以防腐蚀。5.6.2.3 压力管道水力计算(1)水头损失压力管道管径0.75m，管内平均流速为3.2 m/s，管道采用联合供水方式布置。主管长794.75m，管内最大流速3.2m/s，经过岔管后，分为两条内径0. 5m的支管，进入厂房与水轮机相接，管内最大流速3.62m/s。压力管道设计糙率n=0.012，另计入门槽、渐变段、弯道、岔管等局部损失，压力管道总水头损失hw =7.68Q2，当两台机组满发时压力管道总水头损失为15.57m。(2)水锤压力

46、计算压力钢管最大水锤压力出现在两台机组满负荷运行，电站引用流量为1.424m3/s时，突然丢弃全负荷的运行工况，此时喷嘴有效关闭时间按20秒计算，最大水锤升压发生在第一相水锤，水锤升压系数为0.05。按照规范规定“钢管末端压力升高采用值不应小于正常蓄水位钢管静水压力的10%”，按此要求相应钢管末端最大升压为0.42MPa，钢管最大的设计水头为420m。压力钢管的负水锤按一台机组满发，增加一台机负荷的运行工况计算，喷嘴有效开启时间按15秒计算，压力管道压力最大下降值为0.22MPa。5.6.2.4 压力管道管壁厚度确定 管壁厚度根据压力管道各段水击压力值分别计算，计算公式为：=PD0/(21)式

47、中：钢材允许应力，A3钢:=0.55s=0.55240=132N/mm2;16Mn钢:=0.55s=0.55340=187N/mm2 焊缝系数，=0.90.95，取0.9； 管壁厚度mm。计算结果再考虑2mm锈蚀厚度，压力管道管壁厚816mm，采用A3钢，支管管壁厚12mm。5.6.2.5 压力管道抗外压稳定钢管是一种薄壁结构，但在外压作用下，管壁可能失稳，故应根据强度计算的最小结构厚度8mm进行抗外压稳定较核。无加劲环的光面管，其管壁的临界外压公式为：式中：Pcr光面管的临界外压E钢材的弹性模量管壁厚度D钢管内径对于露天钢管，外压一般采用一个大气压，安全系数取2，按上述求出Pcr=0.20M

48、Pa，本工程管壁厚度为816mm，以最小厚度8mm进行复核，Pcr=0.51MPa0.2MPa，满足稳定要求。5.6.2.6 镇墩计算镇、支墩的稳定计算考虑了自重、管重、水重、摩擦力及水压力、地震惯性力等荷载组合。根据压力管道布置情况，对7#、8#镇墩进行稳定计算，采用参数如下：抗滑稳定安全系数=1.5；管道材料比重=7.9t/m3；镇墩与基础摩擦系数f=0.5。计算成果见表5-12。镇墩稳定成果计算表5-12镇墩水平力X(t)垂直力Y(t)安全系数K基底应力kg/cm2备注minmax7#8.55153.9090.51.7满足要求8#156.88470.641.50.44.8满足要求由上表数

49、据可以看出，镇墩抗滑稳定安全系数均大于1.5，支墩安全系数均大于1.2，基础应力均小于地基承载能力。5.6.3 厂区建筑物经综合比较，本阶段选择下厂址作为推荐厂址。厂区建筑由主厂房、副厂房、尾水建筑物、升压站、进厂公路等组成5.6.3.1 厂房布置及计算5.6.3.1.1主副厂房主厂房面对定曲河，厂房纵轴线与定曲河水流方向夹角近22。为地面式，由主机间和安装间两部分组成，总长25.90m，宽11.10m，其中主机间长18.90m，安装间长7.00m。主机间、安装间建基均为高程3001.75m，厂房高度10.9m。机组安装高程3005.625m。主厂房共一层，室内地面高程3005.10m，高出厂

50、区地表面约1.10m，内设二台CJA237W75/27水轮发电机组，调速器、油压装置、蝶阀、机旁盘等均布置在厂房靠岸边一侧，并设一台(20/5t)桥式起重机，供安装检修起吊设备之用。吊车轨顶高程3012.10m，主厂房屋面排架梁下缘高程3014.50m，屋面高程3016.00m。安装间上游侧设空压机室、透平油室等。主厂房进厂大门设于安装间面向定曲河一侧，尺寸为(宽高)5.305.0m。因整个厂房只有一层，且长度仅29.00m，故主机间与安装间之间未设置沉陷缝。副厂房位于主厂房三侧，呈 “”形。中央控制室长10.60m，宽11.10m，布置在主厂房下游侧；与主厂房左侧紧邻的是长12.10m，宽7

51、.20m的6.3kv开关室。靠山坡一侧布置有长12.10m，宽7.20m的10kv开关室以及长19.00m，宽7.20m的35kv开关室。开关室下游侧为升压站，长20.00m，宽19.35m，各开关室与中央控制室、主机间有电缆沟相连。副厂房采用混凝土框架结构，并与主厂房之间由沉陷缝分开。根据地质勘探揭示，厂区冲积土层地基内粉土层承载力较低，变形性较大，卵砾石层变形性相对较小，故将主厂房放置于砂卵石上，因砂卵石下卧土层为易发生振动液化的粉土层，由于其厚度较大（沿厂房横轴线方向为6m10m），如果采用全部挖出，将厂房放置于基岩上，则工程量较大；况且，厂区与压力管道的连接段地基内部也是中下部呈饱和状态，存在振动液化可能的粉土。因此，对主、副厂房以及厂区内压力管道的地基均采取振冲碎石桩加固处理，加固的平均深度为8m，碎石桩间距为1.51.5m。5.6.3.1 .2 厂房稳定及基础应力计算厂房基础置于冲积堆积的砂卵石层上，厂房整体稳定及基础应力按水电站厂房设计规范(SL266-2001)有关条款进行计算，经计算，厂房的稳定安全系数满足规范要求并有一定的富裕，应力小于地基的承载能力。抗滑稳定计算采用抗剪计算公式：