畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 南溝門常態(tài)混凝土重力壩 及溢流壩段設(shè)計設(shè)計 專 業(yè) 水利水電工程 班 級 工115班 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2015南溝門常態(tài)混凝土重力壩及溢流壩段設(shè)計摘 要南溝門水利樞紐工程位于陜西省延安市黃陵縣境內(nèi)，水庫壩址位于葫蘆河河口上游3公里處的南溝門附近，距黃陵城約25公里，距洛川縣城約17公里，距延安市約120公里，距西安市約180 公里。該水利樞紐工程主要任務(wù)是向延安石油化學(xué)工業(yè)基地及當(dāng)?shù)爻青l(xiāng)生活供水，改善其灌溉條件，并利用供水進(jìn)行發(fā)電。本次畢業(yè)設(shè)計分析了壩址的地形和地質(zhì)條件，對比幾種壩型最終選取常態(tài)混凝土重力壩和壩軸線并進(jìn)行了樞紐布置。樞紐建筑物包括泄水建筑物、擋水大壩、底孔、供水管道和電站等。然后對該工程的溢流壩及底孔的形式和消能及防沖進(jìn)行了設(shè)計。壩體剖面的穩(wěn)定和應(yīng)力計算，荷載組合取了基本組合和特殊組合兩種不同的情況，以正常蓄水位時的荷載組合作為基本組合；以校核荷載和地震荷載作為特殊組合。設(shè)計中選取了壩基面和廊道底部截面作為計算截面，對壩體的兩種穩(wěn)定和強度都進(jìn)行了計算，結(jié)果都滿足要求。本次設(shè)計的主要成果有：設(shè)計說明書1份，設(shè)計圖紙6張以及其他相關(guān)附圖附表等。關(guān)鍵詞： 常態(tài)混凝土重力壩；溢流壩；底孔；設(shè)計 。Copper cash dam water conservancy hub project layout andWater discharge building designABSTRACT Copper cash dam located in hanjiang river dam site tributary jade belt linked to the downstream, the reservoir for a factory in industrial water is given priority to, and compensation of farmland irrigation water downstream, and flood control, power generation, fish, and other comprehensive use of water conservancy hub project.The graduation design analysis of the dam site topographical and geological conditions, compared several dam type selection ultimately normal concrete gravity dam and dam axis and the general layout.Hub buildings including outlet structure,Block water dam,underport,Water supply pipe and power stations.Then the spillway and bottom outlet in the form of engineering and the energy dissipationand scour protection design. The stability of the dam profile and stress calculation, the load combination to take thebasic combinations and special combination of two different situation, normal water level of theload combination as the basic combination; checking loads and seismic loads as special combinations.In the design of the dam foundation and corridor on the surface as the section at the bottom section on the dam two stability and strength are calculated, the result is meet the requirements. The design of the main achievements are: a design specifications, design drawings and other relevant drawings six pictures schedule, etc. Keywords: normal concrete gravity dam; Overflow dam; underport; Design.前 言畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生綜合應(yīng)用在校所學(xué)的知識、結(jié)合工程實際，進(jìn)行一次系統(tǒng)的、有機的解決工程實際問題的實踐性環(huán)節(jié)，其目的是鞏固課本的專業(yè)知識，并使之系統(tǒng)化，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力，并初步掌握設(shè)計水利樞紐工程的內(nèi)容、原則、方法和步驟，進(jìn)一步提高學(xué)生設(shè)計、計算、繪圖和編寫說明書的能力等。本次畢業(yè)設(shè)計是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下，根據(jù)國家水利部及電力部頒發(fā)的關(guān)于水利水電工程的最新規(guī)范，同時參考了相關(guān)的教材、資料、設(shè)計手冊等的基礎(chǔ)上完成的。本次設(shè)計的主要內(nèi)容有：南溝門水庫洪水分析及調(diào)洪計算；壩軸線、壩型的比選及樞紐布置；壩高及非溢流壩段的剖面擬定；溢流壩段剖面擬定及消能設(shè)計；排沙底孔的剖面擬定；構(gòu)造設(shè)計；地基處理設(shè)計。南溝門水庫的建成能保證某工廠工業(yè)用水年平均流量，兼補償下游農(nóng)田灌溉用水，以及防洪、發(fā)電、養(yǎng)魚的要求。本次畢業(yè)設(shè)計從開題報告的撰寫到最終成果答辯歷時近四個月，經(jīng)過學(xué)習(xí)基本上達(dá)到了預(yù)期的目的。目錄第1章 南溝門水利樞紐工程概述11.1 工程概況11.2 工程特征表2第2章 水文氣象32.1 流域水文概況32.2洪水分析計算3第3章 興利調(diào)節(jié)和調(diào)洪計算73.1 底孔規(guī)模及死庫容確定73.2 興利庫容確定73.3 調(diào)洪計算8第4章 工程地質(zhì)144.1 區(qū)域地質(zhì)概況144.2 庫區(qū)工程地質(zhì)條件144.3 壩址工程地質(zhì)條件164.4 各壩軸線工程地質(zhì)條件18第5章 樞紐布置195.1 壩址選擇195.2 壩軸線選擇205.3 壩型選擇205.4 樞紐布置21第6章 建筑物設(shè)計236.1 非溢流壩壩體設(shè)計236.1.1 壩頂高程確定236.1.2 初擬壩體剖面256.1.3 荷載計算256.1.4 壩基面穩(wěn)定計算316.1.5 壩體應(yīng)力分析386.2 溢流壩設(shè)計416.2.1 溢流壩堰面體型設(shè)計426.2.2 挑流消能水利要素計算456.2.3 溢流壩面水面線計算466.3 排沙底孔設(shè)計516.3.1 體型設(shè)計516.3.2 挑流消能計算536.4 工業(yè)取水管設(shè)計55第7章 構(gòu)造設(shè)計567.1 壩頂構(gòu)造567.2 廊道系統(tǒng)567.2.1 基礎(chǔ)灌漿及排水合用廊道567.2.2 壩體檢查及排水廊道577.3 防滲系統(tǒng)577.4 橫縫構(gòu)造58第8章 地基處理598.1 地基開挖與清理598.2 帷幕灌漿與固結(jié)灌漿598.2.1 固結(jié)灌漿598.2.2 帷幕灌漿598.3 斷層、軟基夾層處理60致謝61參考文獻(xiàn)62第1章 南溝門工程概述1.1 工程概況南溝門水庫工程位于陜西省延安市黃陵縣境內(nèi)，由葫蘆河南溝門水庫、洛河引洛入葫馬家河引水樞紐和輸水隧洞三部分組成。南溝門水庫位于洛河支流葫蘆河下游，距黃陵縣城約20公里。水庫壩址距河口3km，控制流域面積5443km2，占全流域面積的99.9%。工程由攔河壩、溢流壩、泄洪排沙底孔、發(fā)電引水洞等組成。馬家河引水樞紐位于洛河中游洛川縣西北約12km的馬家河村，距下游交口河水文站約38 km，壩址以上流域面積11548 km2，占洛河流域總面積的42.9%。引洛入葫輸水隧洞洞長6.115km。南溝門水庫工程主要任務(wù)為：向延安石油化學(xué)工業(yè)基地及當(dāng)?shù)爻青l(xiāng)生活供水，改善灌溉條件，并利用供水進(jìn)行發(fā)電。1.2 工程特征表表 1-1 工程特征表工程名稱南溝門水利樞紐工程建設(shè)地點陜西省延安市黃陵縣所在河流葫蘆河水文特征壩軸線全長m 設(shè)計洪峰流量(P=1)1130m3/s二.泄洪建筑物形式溢流壩結(jié)合底孔校核洪峰流量 (P=0.02)2910m3/s1.溢流壩水庫特征堰頂高程848.8m 正常蓄水位848 單寬流量m3/s.m設(shè)計洪水位(P=1)849.2m 消能方式鼻坎挑流校核洪水位(P=0.1)851.4m 每孔凈寬13m 興利庫容5273萬m3孔數(shù)3個防洪庫容 (605-613.3m)2830萬m32.底孔死庫容 (588m以下)1075萬 m3孔口尺寸3.5m3m.主要建筑物進(jìn)口中心線高程803m 一.大壩孔數(shù)1個壩型常態(tài)混凝土重力壩設(shè)計洪水最大流速21.60m/s地震基本烈度度3.閘門及啟閉型式壩頂高程613.3m 底孔工作門弧形、液壓啟閉機最大壩高48.3m 事故檢修門平板門、直升式啟閉機第2章 水文氣象2.1 流域水文概況玉帶河發(fā)源于寧強縣巴山箭竹嶺，流貫寧強縣境內(nèi)，由南向北，于勉縣銅錢壩處流入漢江，河道曲折，高山植被良好，海拔1000m以下墾荒坡地少，河道總長110 km，河床平均比降3，下游河床比降為1/600-1/800。壩址以上集水面積798 km2。集水區(qū)呈狹長形，流域平均高程為1100m，多年平均降雨量1000mm-1100mm，由“陜西省年降雨量等值線圖”上可見，降水量分布由上游向下游遞減，且寧強、鐵鎖關(guān)一帶為暴雨中心。銅錢壩水庫壩址位于武侯鎮(zhèn)站與鐵索關(guān)站之間，以武侯鎮(zhèn)為控制站，進(jìn)行漢江上游年平均徑流平衡計算，推求出鐵索關(guān)至銅錢壩的區(qū)間年徑流，得銅錢壩處的徑流。洪水分析與計算見調(diào)洪計算。2.2洪水分析計算根據(jù)銅錢壩水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)，頻率為1，0.1所涉及洪峰、洪量及洪水過程線的有關(guān)資料如下：（1）設(shè)計洪峰銅錢壩位于鐵索關(guān)與武侯鎮(zhèn)站之間，經(jīng)分析武侯鎮(zhèn)站與鐵索關(guān)之間產(chǎn)生洪峰基本相對應(yīng)，兩站洪峰間具有一定關(guān)系。用武侯鎮(zhèn)站實測資料展延鐵索關(guān)洪水資料為1936-1941年、1950-1974年系列，并分別對武侯鎮(zhèn)站和鐵索關(guān)站最大流量進(jìn)行頻率分析，將獲得的不同頻率武侯鎮(zhèn)、鐵索關(guān)最大流量進(jìn)行頻率分析，將獲得的不同頻率武侯鎮(zhèn)、鐵索關(guān)洪峰值與積水面積關(guān)系繪于雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，用積水面積內(nèi)插法推求銅錢壩P=0.1，1的洪峰及洪峰均值。通過與洪水調(diào)查法、合理化公式法及漢中地區(qū)經(jīng)驗公式估算洪峰法所得值分析比較，最后選定銅錢壩水庫采用值為： ： （2）設(shè)計洪量的推求通過鐵鎖關(guān)站洪水資料分析，洪水過程線多呈單峰，洪水歷時為3天，銅錢壩洪水歷時定為3天。分別統(tǒng)計鐵鎖關(guān)站和武侯鎮(zhèn)站實測歷年最大一、三日洪量，見表2-1所示。進(jìn)行頻率計算，求得不同頻率各時段的洪量，繪制最大洪量與流域面積關(guān)系圖，內(nèi)插得銅錢壩頻率為1%時段的洪量。表2-1 實測歷年最大一、三日洪量時段一二三洪水總量（億 m3）1.321.792.08（3）洪水過程線典型放大已知銅錢壩水庫壩址設(shè)計洪水的一日洪量及洪峰量。選用鐵鎖關(guān)站1964年9月2-4日一次洪水過程線為典型：典型洪峰Q=1640m3/s；24小時洪量W24=0.52億m3，作為一日洪量（3日4時-4日4時）；用同倍比放大法推求設(shè)計需要的洪水過程線見表2-2，其曲線如圖2-1（其中比例因子C設(shè)=3100/1640=1.890；C校=4550/1640=2.774）,大壩庫水位-庫容關(guān)系曲線如圖2-2，水壩下游河道水位-流量的關(guān)系曲線見圖2-3：表2-2 銅錢壩典型洪水過程線與設(shè)計、校核洪水過程線日-時2-02-82-163-03-43-8Q（m3/s）4570100120140460設(shè)計(P=1)85.05132.3189226.8264.6869.4校核(P=0.1)124.83194.18277.4332.88388.361276.04日-時3-103-113-123-133-143-15Q（m3/s）50011801590164016001270設(shè)計(P=1)9452230.23005.13099.630242400.3校核(P=0.1)13873273.324410.664549.364438.43522.98日-時3-163-184-04-44-104-24Q（m3/s）89048025013810550設(shè)計(P=1)1682.1907.2472.5260.82198.4594.5校核(P=0.1)2468.861331.52693.5382.81291.27138.7圖2-1 銅錢壩水庫同倍比放大法推求設(shè)計洪水過程線表2-3 銅錢壩水庫Z-V和Z-A關(guān)系曲線庫水位(m)570.9580590600610620630庫容(萬m3)0211.41404.44112.48587.41494923378.5水面(m2)068.5180.5373.5525.5740952.08圖2-2 銅錢壩水庫水位-庫容的關(guān)系曲線表2-4 水庫壩下游河道水位流量關(guān)系曲線水位Z(m)570.9573575577579580582584流量Q (m3/s)020070016003000390056007600圖2-3 銅錢壩下游水位-流量的關(guān)系曲線第3章 興利調(diào)節(jié)和調(diào)洪計算3.1 底孔規(guī)模及死庫容確定灌溉要求放水入壩下游河道，選用武侯鎮(zhèn)、鐵索關(guān)和茶店子三站1966-1974年實測沙量資料，通過沙量平衡計算求得銅錢壩多年平均來沙量值，參照鐵索關(guān)站1936-1970年水文資料統(tǒng)計成果可以看出玉帶河河源來水、來沙的大小在月季的分配上基本相對應(yīng)，而且來沙比徑流出現(xiàn)更為集中，同時考慮意外情況下泄洪的需要，宜建底孔。根據(jù)水庫淤積計算和排沙要求，為了保證設(shè)計洪水時宣泄通暢，選取底孔進(jìn)口高程580m,孔口尺寸3.53m，兼顧水力發(fā)電最小工作水頭的要求，選取死水位（即興利下限水位）為588m，相應(yīng)死庫容為1075萬m3。3.2 興利庫容確定（1）工業(yè)供水凈用水量為1.5m3/s考慮管道沿途損失以10%計，工業(yè)供水保證率為97%。（2）農(nóng)業(yè)上要求水庫補償灌溉用水年3000萬m3。其中5月份1000萬m3，6月份2000萬m3。同時要求5、6、7、8四個月的河道天然徑流不納入水庫徑流調(diào)節(jié)。（3）水庫滲漏蒸發(fā)損失估算,根據(jù)當(dāng)?shù)厮臍庀筚Y料分析，水庫多年平均水面蒸發(fā)量為360 mm，水庫庫區(qū)地質(zhì)條件屬中等，月滲漏量以月平均庫容水量的1.5%計。（4）根據(jù)當(dāng)?shù)厮?、用水變化特點，選取調(diào)節(jié)度從9月初開始至次年8月底結(jié)束，確定水庫運用方式為10月至次年4月為蓄水期，5-6月為用水高峰期，7-9月為防汛排沙期。這樣可以做到工、農(nóng)業(yè)用水，蓄清、排渾相結(jié)合，保證水庫安全渡汛，延長水庫使用壽命，又可將部分興利庫容作為防汛使用。（5）用歷時列表法，進(jìn)行代表年P(guān)=25%，50%，75%，97%年調(diào)節(jié)興利庫容的推求，從中選擇最大者作為采用年調(diào)節(jié)興利庫容，綜合考慮水庫的淹沒及浸沒確定興利庫容V興=5275萬m3，相應(yīng)的正常高水位為605m。3.3 調(diào)洪計算初定大壩采用底孔和溢流壩聯(lián)合泄流，溢流壩段堰頂高程為605 m,溢流壩段總長定為69m，分成5孔，每孔凈寬13米。底孔設(shè)一個,進(jìn)口高程580m,孔口尺寸3.53m。大壩庫水位庫容ZV關(guān)系曲線見圖3-1，大壩下游河道水位流量ZQ關(guān)系曲線見圖3-2。 圖3-1 大壩庫水位庫容ZV關(guān)系曲線圖3-2 壩下游河道水位流量ZQ關(guān)系曲線表3-1 庫水位總泄量計算表庫水位總泄量計算表(t=3600s)庫水位Z(m)堰頂水頭H(m)排沙洞水頭H(m)庫容V （萬m3)堰頂以上庫容V （萬m3）V/t(m3/s)溢流壩泄流q1(m3/s)排沙底孔泄流q2(m3/s)總泄量q(m3/s)q/2(m3/s)V/t+q/2(m3/s)605 0.00 26.75 6100.0 0 0.00 0.00 192.4 192 96 96 606 1.00 27.75 6500.0 400 1111.11 131.20 196.0 327 164 1275 607 2.00 28.75 7000.0 900 2500.00 371.10 199.5 571 285 2785 608 3.00 29.75 7500.0 1400 3888.89 681.75 202.9 885 442 4331 609 4.00 30.75 8000.0 1900 5277.78 1049.62 206.3 1256 628 5906 610 5.00 31.75 8550.0 2450 6805.56 1466.89 209.7 1677 838 7644 611 6.00 32.75 9100.0 3000 8333.33 1928.27 212.9 2141 1071 9404 612 7.00 33.75 9700.0 3600 10000.00 2429.90 216.2 2646 1323 11323 613 8.00 34.75 10050.0 3950 10972.22 2968.77 219.3 3188 1594 12566 614 9.00 35.75 10650.0 4550 12638.89 3542.47 222.5 3765 1882 14521 615 10.0 36.75 11400.0 5300 14722.22 4148.99 225.6 4375 2187 16909 由庫水位計算表得如下圖3-3：圖3-3 表3-2 調(diào)洪計算工作曲線計算表(P=1% 設(shè)計洪水)時間入庫流量（m3/s）平均入庫流量（m3/s）V/T+q/2 (m3/s)下泄流量（m3/s ）水庫水位（m）151861901703718560516194197170421866051719920117053187605182032061706718860519208211170841906052021321617105193605.12121822017127196605.12222222517151198605.12322723017178201605.12423223517206205605.12523723817236208605.22623824217265212605.22724625117295215605.22825626117331219605.32926540817373224605.33055062517556245605.43170078517936289605.832870102018432356606.1331170170019096462606.6342230261820334688607.43530053053222641112608.63631003062242041578609.83730242713256881962610.63824012042264392160611.139168214412632021296114012001054256321947610.641907247391712610.1從設(shè)計洪水的調(diào)節(jié)得出:設(shè)計洪水位為611.1m，相應(yīng)的下泄流量2160m3/s.同理，對于1000年一遇校核洪水與100年一遇洪水調(diào)洪演算方法相同，可推求出校核洪水位及其相應(yīng)的下泄流量，見下表3-4：表3-3 調(diào)洪計算工作曲線計算表(P=0.1% 校核洪水)時間入庫流量（m3/s）平均入庫流量（m3/s）V/T+q/2 (m3/s)下泄流量（m3/s）水庫水位（m）7185.31901703718560581941991704218760592042101705418860510215220170751916051122523117104192605.11223624117143196605.11324625117188201605.11425626217238207605.21526727217292213605.21627728117351220605.31728428817412227605.31829129517472234605.41929830217533241605.42030530917593248605.52131231617654255605.52231932317714262605.62332633017775269605.62433334017835276605.72534735417899283605.72636136817970291605.82737438118047300605.92838843218128309605.929475550182503256063062571318475361606.23180093818827418606.4321075127319346502606.7331470177520117642607.334208026772125087260835327338422305416796103644114481252171836610.43745504495278622533611.83844393981298233075612.83935232996307293324613.34024692120304013235613.14117701551292862925612.54213321229279122547611.8431125265932190611.2由計算結(jié)果可得出最高水位即校核洪水位為613.3m,對應(yīng)的最大下泄流量為3324 m3/s。調(diào)洪成果匯總為下表3-5，表3-4 調(diào)洪成果匯總表P%庫水位Z(m)庫容（萬m3）下泄q(m3/s)下游水位（m)0.1613.3104503324579.351611.191802160577.926056350185572.9第4章 工程地質(zhì)4.1 區(qū)域地質(zhì)概況本區(qū)位于大巴山旋扭構(gòu)造西段北緣，北與秦嶺緯向構(gòu)造相連 ，由陽勉大斷裂與之相隔，區(qū)域主要構(gòu)造線方向為北東東向，局部有近南北向受多期構(gòu)造運動影響。主要褶曲有李家大山陽平關(guān)背斜，陳家大梁寬川鋪背斜、胡家壩陳家壩背斜，主要斷裂有胡家垣五月坪斷層、無墩溝雙河寺斷層，李家大山人長溝斷層和銅錢壩斷層等。本區(qū)屬于巴山系低山區(qū)，玉帶河屬山區(qū)河流，發(fā)源于巴山箭竹嶺，自南向北，流經(jīng)寧強勉縣，于勉縣銅錢壩注入漢江，全長110km，流域面積近800km2。近期該區(qū)屬緩慢上升區(qū)，河床及河谷兩岸覆蓋少，見有明顯的三級階地，河曲多，比降小，宜于見庫。4.2 庫區(qū)工程地質(zhì)條件（1）水庫滲漏玉帶河為漢江上游南岸最大的一條河流，河底均低于鄰谷數(shù)十米，上游庫段河谷兩岸，大部分為透水性很大的千枚巖，變質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)砂巖等，該區(qū)泉水出露高程在620m以上，回水后一般不會產(chǎn)生庫水向鄰近河谷滲漏的可能。震旦系燈影組硅質(zhì)白云巖有巖溶裂隙水，泉水流量不是很大，且高懸于640m-720m高程以上，不致產(chǎn)生滲漏，據(jù)水文二隊訪問，在七姐妹山東端玉帶河河床中偏左岸有水平溶洞，枯水季節(jié)可見從山里有一股泉水溢出，該處高程在600m左右，是值得注意的低點。庫區(qū)中游的白巖河兩條近東西向壓扭性斷層寬度一為40m，一為20m，地勢向西逐漸增高，山體連綿，斷層交會處已接近回水尾端，據(jù)水文二隊估計，無集中滲漏可能。玉帶河下游四溝一帶與漢江分水嶺，按回水標(biāo)高計算直線距離有2500m，燕幾溝一帶與漢江分水嶺山體單薄，寬度由2400m左右。水文二隊認(rèn)為回水后又可能發(fā)生滲漏。（2）水庫的淹沒及浸沒按正常高水位605m，庫區(qū)集中淹沒范圍僅在南溪溝、白巖河以下，即沿河谷兩岸高漫灘及一、二級階地和各大溪溝出口段的相應(yīng)高程內(nèi)。南溪溝至曲尺溝，河道狹窄，零星分布的前緣標(biāo)高在600m左右的一級階地屬淹沒范圍，未淹沒的部分一級階地大部分為浸沒范圍。南溪溝以下，河谷開闊，兩岸分布一、二級階地，一級階地為庫區(qū)主要淹沒區(qū)，二級階地部分淹沒。白巖河瓦廠里以下將淹沒部分一級階地，未淹沒的部分一級階地為庫區(qū)主要浸沒范圍，據(jù)統(tǒng)計，蓄水后將淹沒3000畝耕地和分散居民房屋千余間。（3）水庫坍岸庫岸基巖裸露，系堅硬巖石組成，河谷地區(qū)侵蝕剝蝕作用強烈，一般僅有厚度不大的強烈風(fēng)化層，甚至地表即位弱風(fēng)化巖層，不易產(chǎn)生塌滑體。庫區(qū)兩岸存在第四系土層的崩塌體、滑坡體等不良地質(zhì)體，將會產(chǎn)生坍岸變性?；麦w及崩塌踢大部分分布在土車壩以下河段，尤以張家油房、魏其溝、南溪溝、石馬灘、黃家溝及許家流等地較多，一般長約100m-150m，高50m-100m，厚20m-30m?；碌孛嫫露?5-30，水文二隊通過對60#和65#滑坡體驗算，最終她岸寬度分別為90m和81m，而根據(jù)地質(zhì)剖面分析65#滑坡塌岸最終寬度可能達(dá)100m以上。曲尺溝口30#滑坡有可能阻塞河道。另陳家壩和許家壩附近有基巖滑坡幾處。（4）固體徑流來流庫區(qū)左家灣以上，河床固體徑流，主要漂石夾卵塊石，來源于上游寒武、奧陶系地層分布段，左家灣至南溪灣溝段細(xì)碎物質(zhì)亦不多南溪溝以下，僅有部分溪谷出口處有小型碎塊石組成的洪積扇，輸沙量亦不大。庫段內(nèi)，覆蓋層不發(fā)育，基巖廣布，植被良好，固體徑流來源不多，據(jù)水文二隊獲得的資料，多年平均輸沙量為77.2萬t-84.9萬t，年固體徑流模數(shù)為1115t/km2。4.3 壩址工程地質(zhì)條件（1）地形地貌中壩址距下壩址400余米，玉帶河環(huán)繞單薄山脊，呈S形彎曲，中壩址河段較平直，河谷呈U形谷，流向北西西，主流偏左岸，河谷寬約80m-100m，谷底平坦，河床比降為1%-0.5%，平水及枯水期低漫灘廣泛分布，水面標(biāo)高571.6m左右，水深1-3m。壩址區(qū)河谷兩岸發(fā)育不對稱零星分布的階地，左岸地形較緩，坡度35-45，山坡上發(fā)育有小沖溝，左岸平洞上游岸邊河流側(cè)蝕沖刷，谷坡陡峭基巖裸露。右岸呈陡坡地形，坡度為45-60。上游略有變緩，下游有一條深沖溝切割。河床覆蓋層厚為4m-6m，河床及巖面略有起伏，但仍較平坦，未發(fā)現(xiàn)較大深槽。（2）地層巖性中下壩址均見有下元古界東房溝組（）及后期巖脈與第四紀(jì)地層，其巖性略有差別。元古界東房溝組：含炭砂質(zhì)板巖：灰深灰色，局部炭質(zhì)富集呈灰黑色，礦物成分以石英、絹云母為主，其次為炭質(zhì)，含少許黃鐵礦小晶體，板理發(fā)育，易風(fēng)化，新鮮巖石較堅硬。硅化灰質(zhì)礫巖夾巖質(zhì)板巖：深灰、灰黑色，礫石成分復(fù)雜，以灰?guī)r、砂巖、火成巖為主，次為板巖、千枚巖。次棱角狀及棱角狀，礫石大小不一，直徑一般為3cm-5cm，偶見大者達(dá)2m，膠結(jié)物為鈣質(zhì)、硅質(zhì)。以基底膠結(jié)為主，質(zhì)堅脆、石英脈發(fā)育、地表見有輕微的溶蝕現(xiàn)象，本層在中壩址變化較大。炭質(zhì)硅質(zhì)板巖：灰黑色、黑色，風(fēng)化后呈灰白色，以炭質(zhì)硅質(zhì)成分為主，板狀構(gòu)造、板理發(fā)育、單層厚3cm-5cm，質(zhì)堅脆、易風(fēng)化。紫色千枚巖：底部夾灰綠色千枚巖，具千枚狀構(gòu)造，質(zhì)軟，易風(fēng)化。青灰色千枚巖：具千枚狀構(gòu)造，片理明顯，質(zhì)軟，易風(fēng)化。黃綠色千枚巖夾竹葉狀灰?guī)r、砂巖：風(fēng)化后呈灰黃黃褐色，片理明顯，易沿片理剝落，質(zhì)軟易風(fēng)化。所夾砂巖、竹葉狀灰?guī)r呈夾層或透鏡狀。風(fēng)化面呈褐色、質(zhì)堅。巖脈：花崗閃長巖巖脈數(shù)條，多沿破碎帶或順層侵入，出露寬度一般1m-2m左右，最大厚度可達(dá)7m，與圍巖接觸較好，質(zhì)堅，難風(fēng)化。第四系全新統(tǒng)河床沖積砂卵石層：卵石成分主要為砂巖，次為板巖。砂粒以石英長石巖屑為主，砂巖比為4：6。（3）地質(zhì)構(gòu)造中壩址為淺薄山脊，為一傾覆倒轉(zhuǎn)背斜，背斜軸向大致為2.5-3.0東，向被東東方向傾覆，傾覆角50-70，軸部由含炭砂質(zhì)板巖地層組成，褶皺強烈，巖石層倒轉(zhuǎn)，傾角陡立，翼部由硅化灰質(zhì)礫巖、炭質(zhì)桂質(zhì)千枚巖等組成。為一緊密同斜褶曲，西翼巖層產(chǎn)狀：北20-30西，傾南西，傾角65-80。壩址斷層發(fā)育，按其發(fā)育方向，大致分為北西、北北東、北東東三組為主，北東東向為壓性斷層，北西與北東東為扭裂，南北向為壓性斷層。壩址區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育，根據(jù)壩肩平洞揭露，其中以北北東、北東東及北西西三組最為發(fā)育，次為北西西組，與壩址區(qū)構(gòu)造線方向基本一致。（4）主要物理地質(zhì)現(xiàn)象及巖石風(fēng)化情況規(guī)模較大的滑坡體有：左壩肩滑坡體、導(dǎo)流洞出口坍塌體、右壩肩坍塌體。左壩肩滑坡體對建筑物危害較大，該滑坡體東以壓性斷層為界，西以凹溝左壁為界，后緣位于CH15號孔下方（標(biāo)高630m左右），滑動方向為北25m，東西寬80m，南北長后緣位于CH15號孔下方（標(biāo)高630m左右），滑動方向為北25m，東西寬80m，南北長85m，鉆孔中接露厚為20m-24m。據(jù)水文二隊初步估算其方量達(dá)10萬m3，為一基巖谷滑坡，目前處于穩(wěn)定，但坡腳破壞，仍有復(fù)活可能。（5）水文地質(zhì)壩址區(qū)水文地質(zhì)條件較簡單，地下水有基巖裂隙水和河床砂卵石層孔隙潛水。壩基及壩肩基巖含有微弱的裂隙水，由于巖層裂隙發(fā)育，連通性和巖石破碎程度不一，使巖石透水性變化很大，含水不均，局部有帶狀裂隙承壓水，兩岸基巖裂隙水由大氣降水補給。排泄于玉帶河。由于裂隙充填較多，其透水性較河床基巖透水性為小。千枚巖夾砂巖為相對隔水層，透水性很差，但裂隙發(fā)育可含微量裂隙水，其透水性不均一。河床砂粒層為極強透水層，厚度4m-8.9m。根據(jù)中壩址兩個試坑抽水試驗，降深為0.315m-0.51m時滲漏系數(shù)為432m/d-523m/d。（6）其他地質(zhì)資料根據(jù)國家地政局蘭州地震大隊（76）蘭州烈度字第009號文件認(rèn)為，該城區(qū)的地震基本烈度為度。壩址上下游和漢江均有大量砂石粒料，但粗骨料級配、形狀均差，軟巖顆粒較多，細(xì)骨料含泥、含軟巖屑均多。主要砂料及全部骨料在當(dāng)?shù)?km范圍內(nèi)解決；部分砂料由宴河及黃沙河開采，運距28km-35km。4.4 各壩軸線工程地質(zhì)條件陜西省地質(zhì)局水文地質(zhì)二隊于1975年5月和1976年6月先后在中壩址進(jìn)行初步設(shè)計階段的工程地質(zhì)工作，擬定三條壩線地質(zhì)條件如下：（1） -壩線：位于背斜軸部，巖石擠壓破碎。左壩肩坐落在滑坡體上，處理困難；右壩肩上方CH16孔附近斷層破碎帶密集，寬8余米，其鉛直厚度達(dá)48m,并有巖脈穿插，強風(fēng)化層深達(dá)36.4m,巖脈透水性較強，滲透途徑短，圍繞壩滲漏主要通道。右壩肩下方有F5斷層通過，硅化灰質(zhì)礫巖組成，山體單薄，穩(wěn)定性差。（2） -壩線：左壩肩小凹溝有F4斷層的壓碎巖，寬約8m，壩腳坐落在滑坡體上，不利壩肩穩(wěn)定，強風(fēng)化層厚9-12m；右壩肩正處硅化灰質(zhì)礫巖與炭質(zhì)硅質(zhì)板巖軟弱帶上，近北東北、東東向、東向斷層發(fā)育，于此交匯，構(gòu)成斷層交匯帶，巖石強度低，穩(wěn)定性差，并為繞壩肩滲漏通道。（3） - 壩線：左壩肩發(fā)育有充填粘土的緩傾角裂隙，且有層間擠壓破碎帶；壩基有F5斷層斜交通過，巖石透水性較強，0.01L/min.m，底板埋深50m，為壩下滲透的主要通道；右壩肩坐落于F1、F5、F12斷層交匯處軟弱帶上。第5章 樞紐布置5.1 壩址選擇經(jīng)地質(zhì)勘探得出以下兩個比較合適的壩址相關(guān)資料：中壩址自然條件良好，河道平直，河床寬度80m100m，岸坡較緩，河床覆蓋層較薄。河床巖性左半部軟，右半部硬，壩基巖石較完整，左壩肩巖石軟、應(yīng)清除強風(fēng)化層較8m21m，右壩肩巖石硬、應(yīng)清除的強風(fēng)化層10m36m，炭質(zhì)層分布右岸平洞內(nèi)富集厚度大，應(yīng)進(jìn)行處理，對于下游沖刷坑巖石大部分較軟。地質(zhì)構(gòu)造方面，順壩軸線方向，有一傾伏倒轉(zhuǎn)背斜，軸向北西300，左壩肩有F4斷層，順壩軸線延伸到河床內(nèi)，寬3m8m，右壩肩有F1、F5、F12斷層向北東及北西延伸，右平洞內(nèi)出現(xiàn)壓碎糜棱巖占全洞的30%，有F4斷層橫跨河床，左壩肩有緩傾角裂隙，有粘土巖屑填充，應(yīng)做處理，右壩肩以陡傾角裂隙和寬破碎帶為主，河床巖基存在緩傾角裂隙。左壩肩巖石滑坡約10萬，風(fēng)化嚴(yán)重，應(yīng)處理，右壩肩局部構(gòu)造破碎及風(fēng)化，應(yīng)處理。左壩肩穩(wěn)定水位比較高，右壩肩比較低。下壩址河道轉(zhuǎn)彎，河床寬度90100m,岸坡較陡，河床覆蓋層較厚。河床巖性左半部硬，右半部軟，壩基巖石在號孔所見巖石破碎，左壩肩巖石硬脆、應(yīng)清除強風(fēng)化層較13m，右壩肩巖石軟、應(yīng)清除的強風(fēng)化層620m，炭質(zhì)層分布左岸平洞內(nèi)不連續(xù)的薄層狀，或板理面上分布，對于下游沖刷坑巖石破碎。地質(zhì)構(gòu)造方面，河床偏左，右岸一平行河傾伏倒轉(zhuǎn)背斜，軸向北東10。左壩肩有的斷層一般膠結(jié)較好，F(xiàn)7應(yīng)處理，右壩肩有小斷層擠壓帶及小褶皺。河床偏左岸有F5斷層順河通過。左壩肩緩傾角裂隙，面平短小，有兩條緩傾角斷層順坡裂隙，右壩肩緩傾及裂隙均不發(fā)育，河床存在緩傾角裂隙。左壩肩局部構(gòu)造破碎，應(yīng)處理，右壩肩巖石風(fēng)化嚴(yán)重應(yīng)該處理。壩肩穩(wěn)定水位較低。通過以上比較可以看出，本地區(qū)兩壩址地質(zhì)構(gòu)造均較復(fù)雜，但程度有所不同。中壩址自然條件良好，有修建混凝土重力壩的條件，位于單薄山梁上游，除壩區(qū)需處理兩岸壩肩及河床外，尚需妥善處理薄山梁的滑坡和滲漏問題，處理工程量和難度大；下壩址位于單薄山梁的小溝出口以下，需妥善處理通過壩肩與壩基的斷層破碎帶并需認(rèn)真考慮下游沖刷問題，處理工程量也比較大。衡量兩個壩址的地質(zhì)條件及施工處理難度等，所以本次設(shè)計選擇中壩址建壩。5.2 壩軸線選擇中壩址位單薄山梁傾伏倒轉(zhuǎn)背斜軸部，巖層強烈褶皺，斷裂發(fā)育，壩基及壩肩兩岸均坐落于含炭砂質(zhì)板巖、硅化灰質(zhì)礫巖及炭質(zhì)硅質(zhì)板巖上。壩址工程地質(zhì)條件復(fù)雜各壩址地質(zhì)條件比較如下：線：位于背斜軸部，巖石擠壓破碎，左壩肩坐落在滑坡體上，處理困難，右壩肩上方孔附近斷層破碎帶密集8余m，其鉛直厚度達(dá)48m，并有巖脈穿插，強風(fēng)化層深達(dá)36.4m，巖石透水性較強，滲透途徑短，為繞壩滲漏主要通道。右壩肩下方有斷層通過，硅化灰質(zhì)礫巖組成，山體單薄，穩(wěn)定性差。線：左壩肩小凹溝有斷層的壓碎巖寬約8m，壩腳坐落在滑坡體上，不利壩肩穩(wěn)定，強風(fēng)化層厚9m12m，右壩肩正處硅化灰質(zhì)礫巖與炭質(zhì)硅質(zhì)板巖軟弱帶上，近北東北，東東向東向斷層發(fā)育，于此交會，構(gòu)成斷層交會帶，巖石強度低，穩(wěn)定性差，并為繞壩滲漏通道。線：左壩肩發(fā)育有充填黏土的緩傾角裂隙，且有層間擠壓破碎帶，壩基有斷層斜交通過，巖石透水性較強，底板埋深大于50m，為壩下滲透的主要通道，右壩肩坐落于、斷層交會軟弱帶上。通過上述壩軸線工程地質(zhì)條件的比較，定性分析，可以看出壩線工程地質(zhì)條件比和線略好，因此本設(shè)計選擇線作為壩軸線。5.3 壩型選擇玉帶河整個中壩址河段較平坦，壩上游右岸溝內(nèi)和關(guān)山一帶有儲量豐富的塊石料，壩址上、下游和漢江均有大量砂石粒料，但粗骨料級配、形狀均差，軟巖顆粒較多，細(xì)骨料含泥、含軟巖屑均多。主要砂料及全部骨料在當(dāng)?shù)?km范圍內(nèi)解決；部分砂料由宴河及黃沙河開采，運距28km-35km。由此可知在銅錢壩建設(shè)常態(tài)混凝土重力壩比其他壩型方便。5.4 樞紐布置樞紐布置應(yīng)遵循的一般原則是：(1)壩址、大壩及其它主要建筑物的型式選擇和樞紐布置要做到施工方便，工期短，造價低即技術(shù)上可能，經(jīng)濟最優(yōu)化；(2)樞紐布置應(yīng)當(dāng)滿足在各個建筑物在布置上的要求，保證其在任何工作條件下都能正常工作，互不干擾；(3)在滿足建筑物強度和穩(wěn)定的條件下，結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，降低樞紐總造價和年運轉(zhuǎn)費用；(4)樞紐中各建筑物布置緊湊，盡量將同一工種的建筑物布置在一起，以減少聯(lián)結(jié)建筑；(5)盡可能使樞紐中的部分建筑物早期投產(chǎn)，提前發(fā)揮效益(如提前蓄水，早期發(fā)電或灌溉)；(6)樞紐的外觀應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，盡可能美化樞紐周圍的環(huán)境。根據(jù)對銅錢壩基本資料的分析和樞紐布置的一般原則和要求，其樞紐布置需要布置重力壩（包括擋水壩段和溢流壩段）、排沙底孔、引水管道和水電站廠房等水工建筑物，具體方案考慮如下：方案：玉帶河主河床的左右岸兩端各有一段用于擋水的重力壩段，河床的中間是溢流壩段，為壩頂開敞式溢流，初擬尺寸總長為69米，分為5孔，毎孔凈寬13米，設(shè)4個閘墩，每個寬1m。下泄時采用鼻坎挑流消能。排沙底孔設(shè)一個，位于大壩左岸非溢流壩段下面，進(jìn)口高程為580米，初擬孔口尺寸為3.53 m（寬高），水電站部分位于大壩左岸，并且水電站的引水口在排沙底孔的側(cè)上方，右岸非溢流壩段壩體內(nèi)設(shè)兩根管道為工業(yè)供水，上壩公路修于河床右岸，并通過壩頂公路聯(lián)接左岸交通，溢流壩段的壩頂公路通過橋墩支持連接兩側(cè)非溢流壩段。由于河谷較窄，底孔及溢流壩部分已基本占滿河槽，因此電站部分將向左岸山坡靠近。本方案的優(yōu)點是河床的主要建筑物布置相對容易，工程量相對較小，造價也相對較低。缺點是當(dāng)?shù)卓追潘畷r影響電站尾水位的穩(wěn)定性。方案：主河槽整個河床都為非溢流壩段，在右岸布置排沙底孔，在排沙底孔的正上方布置工業(yè)供水管道，在左岸的小埡口處設(shè)置正槽溢洪道通向大壩下游。其優(yōu)點是施工導(dǎo)流方便，泄流不影響電站尾水的穩(wěn)定性。缺點增加了修建溢洪道及相關(guān)道路等工程，造價高，且混凝土用量多。由此，比較上述兩個方案后可知，方案工程量相對較大，造價高，故以方案為推薦方案。 第6章 建筑物設(shè)計6.1 非溢流壩壩體設(shè)計6.1.1 壩頂高程確定根據(jù)混凝土壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定，壩頂高程或壩頂上游防浪墻頂高程按下式計算，并選用其中的較大值。壩頂高程 = 設(shè)計洪水位+h設(shè) 壩頂高程 = 校核洪水位+h校 其中：為水庫靜水位以上的超高，按公式h = hl + h