某重力壩工程的樞紐布置與等級(jí)確定計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20047某重力壩工程的樞紐布置與等級(jí)確定計(jì)算案例 18310第一章基本資料 1150351.1流域概況 199681.2水文資料 2106791.2.1徑流資料 286721.2.2洪水資料 2296591.2.3泥沙資料 2232251.2.4冰情資料 2110391.2.5水位-流量關(guān)系 263031.3工程地質(zhì)資料 4110031.2.1區(qū)域地質(zhì) 4159981.2.2庫(kù)區(qū)地質(zhì) 4211471.2.3壩址區(qū)工程地質(zhì) 4243231.4工程地質(zhì)問題評(píng)價(jià)與建議 43811.4.1建基面的選擇 474701.4.2壩基抗滑穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 5292341.4.3壩基滲漏 598711.4.4左壩段分析 5113051.4.5右壩段分析 5154821.4.6泄洪排沙底孔設(shè)計(jì) 619611第二章樞紐布置與等級(jí)確定 7111792.1壩型、壩軸線的選擇 7102622.2樞紐等級(jí)確定 7200152.2.1工程等別的確定 744202.2.2大壩級(jí)別的確定 8208892.2.3洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定 8140302.3壩基開挖設(shè)計(jì) 9第一章基本資料1.1流域概況本次設(shè)計(jì)的供水工程壩址位于LJX鄉(xiāng)，在黃河干流水溫控制站所在河流的上游，其面積大約為九百平方公里。該工程的修建目的是為了給LJX鄉(xiāng)供水。1.2水文資料通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)LJX鄉(xiāng)存在有四十一年的徑流數(shù)據(jù)，其時(shí)間段為一九七零年至二零一零年。1.2.1徑流資料LJX鄉(xiāng)有一個(gè)水文觀測(cè)站，經(jīng)過調(diào)查及整理該水文站收集的觀測(cè)數(shù)據(jù)（具體數(shù)據(jù)見附錄），發(fā)現(xiàn)LJX鄉(xiāng)年均徑流量約為兩千八百萬(wàn)立方米，年均自然徑流量約為兩千九百萬(wàn)立方米，年均入庫(kù)徑流量約為兩千六百萬(wàn)立方米。1.2.2洪水資料LJX鄉(xiāng)在1888年、1969年與1977年發(fā)生過三次特大洪水，其中1888年的洪水總量最多。經(jīng)過計(jì)算，專家確認(rèn)，1888年特大洪水的重現(xiàn)期大約為一百三十年。經(jīng)過實(shí)地測(cè)量，LJX屈產(chǎn)河的多年平均洪峰流量為582m3/s。具體資料見附錄1表3。1.2.3泥沙資料經(jīng)過對(duì)收集的基本資料進(jìn)行研究分析（附錄1表4），發(fā)現(xiàn)LJX多年平均輸沙量為793萬(wàn)t。其中，1977年LJX鄉(xiāng)的輸沙量為5020萬(wàn)噸，懸移質(zhì)的平均輸沙量為661萬(wàn)噸，推移質(zhì)按照百分之二十計(jì)算為132萬(wàn)t。通過對(duì)比LJX多年泥沙資料，確定1977年是LJX輸沙量最大的一年。1.2.4冰情資料經(jīng)過對(duì)LJX觀測(cè)站收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)其并無(wú)實(shí)際測(cè)量的冰情資料。于是我們對(duì)LJX進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，通過對(duì)河流實(shí)際情況的調(diào)查以及對(duì)當(dāng)?shù)孛癖娺M(jìn)行的走訪，發(fā)現(xiàn)LJX鄉(xiāng)的結(jié)冰期一般為當(dāng)年十一月到次年三月。1.2.5水位-流量關(guān)系通過對(duì)LJX觀測(cè)站收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，總結(jié)出了LJX的水位、流量等資料。數(shù)據(jù)如下：表1.1LJX水文控制站流量Q～A?3通過上表，我們發(fā)現(xiàn)LJX的流量Q與A?3R圖1.1LJX流量Q～A?在此基礎(chǔ)上，我們利用LJX流量Q～A?3圖1.2壩下斷面水位～流量關(guān)系曲線表1.2壩下斷面水位～流量關(guān)系表1.3工程地質(zhì)資料1.2.1區(qū)域地質(zhì)LJX鄉(xiāng)位于秦嶺的中南部，地勢(shì)不平，且其水文情況與其巖石性質(zhì)密不可分。此區(qū)域的地震烈度經(jīng)過測(cè)量大約為I=6，且這一片區(qū)域的地下水主要是以降雨的形式進(jìn)行補(bǔ)給。1.2.2庫(kù)區(qū)地質(zhì)該壩建成后，庫(kù)區(qū)回水長(zhǎng)度約為3公里。該壩河床和谷底為弱透水層，沒有貫通斷層，因此大壩建成后的滲漏問題比較少。兩岸巖石整體穩(wěn)定性較好，但結(jié)構(gòu)較差。土層厚度約為2m，不利于水庫(kù)的正常運(yùn)行。經(jīng)過研究，我們發(fā)現(xiàn)，大壩建成投產(chǎn)后，其兩邊的土石坡有隨著時(shí)間的推移會(huì)逐漸掉落，坍落寬度預(yù)計(jì)為34.4-37.4米。此外，由于此庫(kù)區(qū)位于山區(qū)河谷段，兩岸有大面積高于正常水位的基巖裸露，因此該庫(kù)區(qū)在進(jìn)行蓄水后可能由于泥沙的堆積而造成一些功能的性能下降。1.2.3壩址區(qū)工程地質(zhì)經(jīng)過對(duì)資料的整理、分析，我們總結(jié)出了所設(shè)計(jì)大壩壩址的一系列地質(zhì)數(shù)據(jù)：LJX大壩壩址所在河谷的寬度大約有三十米，河谷的底部海拔約為八百零九米，其斷面的形狀從遠(yuǎn)處看類似于U。除此之外，我們還發(fā)現(xiàn)LJX大壩存在有2組節(jié)理裂隙，但并沒有斷層。1.4工程地質(zhì)問題評(píng)價(jià)與建議1.4.1建基面的選擇通過研究課本，我們發(fā)現(xiàn)：建基面指的是混凝土與混凝土之間或者混凝土與其他相關(guān)設(shè)備連接處的起始面。在水電工程中，建基面主要有四種：絕對(duì)基面、假定基面、測(cè)站基面以及凍結(jié)基面。在本設(shè)計(jì)中，將基礎(chǔ)平面放在T2er-3組弱風(fēng)化砂巖上。第三巖組(T2er-3)弱風(fēng)化砂巖承載力為1~1.2MPa。1.4.2壩基抗滑穩(wěn)定性評(píng)價(jià)通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)LJX所在壩址的巖體還是比較穩(wěn)定的，其抗剪強(qiáng)度經(jīng)過分析計(jì)算為f=0.45，由于大壩基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，建議對(duì)T2er-3砂巖、泥巖進(jìn)行基底面下深度為5m左右的固結(jié)灌漿。1.4.3壩基滲漏壩基滲漏是設(shè)計(jì)大壩時(shí)經(jīng)常需要考慮的一種可能性風(fēng)險(xiǎn)，其具體是指：由于大壩上下游存在水位差，且由于壩體本身材料存在的一定滲水性，在大壩蓄水放水時(shí)，水流通過壩體往外或往內(nèi)滲漏的現(xiàn)象。壩基滲漏很明顯會(huì)降低水庫(kù)利用水的效率，此外還有可能增大水流對(duì)大壩底部的揚(yáng)壓力，還會(huì)不停侵蝕大壩壩基的巖土從而導(dǎo)致壩基失穩(wěn)。壩基滲漏主要可以分為孔隙性滲漏、裂隙性滲漏以及管道式滲漏。對(duì)于控制滲漏的方法，主要有減少滲漏量和減小揚(yáng)壓力兩種方向。對(duì)于減少壩基滲漏量這個(gè)方向，我們可以利用防滲墻、帷幕灌漿以及堵塞溶洞措施來(lái)防止；對(duì)于減小揚(yáng)壓力這個(gè)方向，我們可以利用增設(shè)排水孔、排水廊道等工程部件來(lái)防止。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，通常會(huì)綜合考慮壩址所在位置的地質(zhì)數(shù)據(jù)以及觀測(cè)的滲漏嚴(yán)重情況選取一種防滲方法或多種防滲措施結(jié)合，以期獲得可執(zhí)行范圍內(nèi)最好的的防滲效率。在本設(shè)計(jì)中，鑒于基面滲漏嚴(yán)重，應(yīng)采取工程措施防止?jié)B漏，深度為T2er-2泥巖的2~4m左右。1.4.4左壩段分析左壩肩約2~3m寬，低液限淤泥厚2~3m。左橋臺(tái)所在區(qū)域有接縫，造成裂縫，建議全部挖出來(lái)。此處應(yīng)采取帷幕灌漿措施，深度2~4m，寬度40~50m。1.4.5右壩段分析右壩肩強(qiáng)分化層經(jīng)過測(cè)試，其硬度是比較高的，且厚度約為兩米；但其泥巖較為柔軟，其厚度大約有四米。另外通過綜合分析發(fā)現(xiàn)，其土石坡的結(jié)構(gòu)松散，不能滿足右壩肩穩(wěn)定要求，建議全部挖除。水庫(kù)正常蓄水時(shí)，要給右壩肩采取深度為T2er-2泥巖2～4m的帷幕灌漿。通過對(duì)基本資料進(jìn)行分析概括，我們總結(jié)出了以下內(nèi)容：LJX大壩所在位置的地形地質(zhì)條件整體趨于穩(wěn)定，但同時(shí)也存在一些細(xì)節(jié)問題。我們經(jīng)過分析、測(cè)試與研究，提出以下建議：LJX大壩的建基面可以考慮放置在T2er-3這一巖組的弱風(fēng)化砂巖上，并且要挖除所有的強(qiáng)風(fēng)化巖石與卵石混合土。同時(shí)，因?yàn)閴误w與地基接觸面的強(qiáng)度并不是很高，且其完整性也不是很好，可以考慮對(duì)LJX所在位置的基巖采取固結(jié)灌漿；此外，由于LJX大壩存在壩基滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，我們可以對(duì)LJX大壩的壩基進(jìn)行深入泥巖巖體2～4m的帷幕灌漿，左右壩肩同上。除此之外，考慮到施工的復(fù)雜度，為了消除可能影響或破壞施工的不利因素，應(yīng)在開工前清除左右壩肩的松散堆積物、強(qiáng)風(fēng)化巖體及危石。同時(shí)，我們應(yīng)該在LJX大壩的泄流段設(shè)置一些消能組件以防止因?yàn)樗鞯那治g而造成的坑的進(jìn)一步的發(fā)展與擴(kuò)大，以防其影響LJX大壩的壩基的穩(wěn)定性。此外，考慮到大壩泄流有可能對(duì)LJX大壩所在位置的左右岸岸坡進(jìn)行一定程度上的侵蝕，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行防護(hù)以確保LJX大壩兩岸地質(zhì)的穩(wěn)定性。1.4.6泄洪排沙底孔設(shè)計(jì)經(jīng)過研究，我們認(rèn)為L(zhǎng)JX大壩有必要在其非溢流段添置底孔壩段，且需要設(shè)置兩個(gè)泄洪底孔，其具體位置為L(zhǎng)JX大壩壩址的主河床。經(jīng)過勘察，我們發(fā)主河床地勢(shì)不平，海拔大約處于808~814m的范圍中。其砂巖層約2m，泥巖斷續(xù)分布，強(qiáng)風(fēng)化層厚3~5m，地下水位埋深0~2m。此外，這里需要布置一些減排措施以對(duì)應(yīng)基坑突水。

第二章樞紐布置與等級(jí)確定2.1壩型、壩軸線的選擇從第一章可知，LJX大壩所在位置的河水流動(dòng)速度較為湍急，且找不到合適的地方修建溢洪道，因此不考慮采用土石壩的方案。除此之外，河床和河谷斷面既不是V型也不對(duì)稱，因此拱壩方案也不可取。而重力壩由于大壩形狀較為簡(jiǎn)單，在一定程度上可以更為有效地利用LJX大壩所在地區(qū)的地勢(shì)，因此我們最終決定將LJX大壩的壩型定為重力壩。最初在進(jìn)行分析時(shí)，我們本擬定的是漿砌石重力壩的方案，但經(jīng)過對(duì)LJX周邊環(huán)境的勘察，我們發(fā)現(xiàn)LJX大壩壩址附近并沒有采石場(chǎng)，最近的采石場(chǎng)也距離LJX大壩大約有50公里以上，對(duì)于施工并不方便，同時(shí)砌石施工不如其他方案快速，因此放棄了該方案。經(jīng)過一系列資料分析，我們最終確定了混凝土重力壩的方案。其主要原因是混凝土重力壩施工工藝簡(jiǎn)單，并且?guī)缀蹩梢栽谌魏螇沃飞闲藿āｋm然重力壩也不可或少有一些缺陷，但這些缺陷具有可修補(bǔ)性，并不是不可避免的。經(jīng)過資料查閱，我們發(fā)現(xiàn)混凝土重力壩主要分為混凝土寬縫重力壩與混凝土空腹重力壩。經(jīng)過模型建立與預(yù)測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)：混凝土寬縫重力壩的寬縫技術(shù)是一大難題，因?yàn)樗氖┕ぜ夹g(shù)比較復(fù)雜，且設(shè)計(jì)難度也比較大。于是我們開始考慮混凝土空腹重力壩，經(jīng)過分析總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)混凝土空腹重力壩的設(shè)計(jì)特性是先按實(shí)體重力壩擬定剖面，接著設(shè)計(jì)空腹，其技術(shù)也不太好掌握，并且穩(wěn)定性欠佳。接著我們開始考慮混凝土實(shí)體重力壩，發(fā)現(xiàn)這種大壩的設(shè)計(jì)和施工難度均不大，且施工技術(shù)容易掌握，盡管它也有一些缺點(diǎn)，但這些缺點(diǎn)對(duì)于LJX大壩的周邊環(huán)境是可以承受的，且可以通過技術(shù)手段降低影響。綜上所述，我們經(jīng)過一系列的分析與利弊權(quán)衡，最終決定采用混凝土實(shí)體重力壩。2.2樞紐等級(jí)確定2.2.1工程等別的確定表2.1水利水電樞紐分等的指標(biāo)該水庫(kù)總庫(kù)容742.9萬(wàn)m32.2.2大壩級(jí)別的確定表2.2永久性水工建筑物的級(jí)別在LJX大壩的設(shè)計(jì)中，其主要建筑物為大壩主體，由上表可知，其對(duì)應(yīng)的級(jí)別為4級(jí)。2.2.3洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定表2.3山區(qū)水工建筑物洪水重現(xiàn)期（年）由上表可知，本設(shè)計(jì)中的LJX大壩對(duì)應(yīng)的洪水重現(xiàn)期為三十年，其校核洪水重現(xiàn)期為兩百年。綜合之前內(nèi)容的洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，我們計(jì)算出LJX大壩的校核洪水流量為五千二百三十五立方米每秒，其設(shè)計(jì)洪水流量為兩千七百一十五立方米每秒。通過綜合分析，我們進(jìn)一步計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的校核洪水位為八百三十九點(diǎn)三五米，其設(shè)計(jì)洪水位為八百三十三點(diǎn)一二米。2.3壩基開挖設(shè)計(jì)壩基開挖應(yīng)該綜合考慮工期、花費(fèi)等等因素然后比較確定。若壩基的開挖深度不夠深，會(huì)導(dǎo)致大壩的穩(wěn)定性和強(qiáng)度不能滿足其安全標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)降低大壩的使用壽命；若壩基的開挖深度超過了其允許的閥值，則其施工體量會(huì)加大，