1、第一章 基本資料(一) 流域概況與氣候條件1、流域概況該水電站位于S河流的上游，電站壩址以上的流域面積為20300kln2，其上游38km處的水庫末端為一個(gè)多年調(diào)節(jié)電站B電站。本電站屬于該河流梯級(jí)電站中的一個(gè)。B電站10頻率的洪水泄量為5250m3s，3.3頻率的洪水泄量為6000m3s，1頻率的洪水泄量為6900m3s，0.1頻率的洪水泄量為9950m3s，保壩洪水泄量為17000m3s。B電站到本電站之間的流域面積為1300km2，有兩條較大的支流匯入：第一條支流控制流域面積534km2，第二條支流控制流域面積456krn2。此二大支流占全區(qū)間面積的76，且流經(jīng)山谷之中，河道的平均比降6左

2、右。流域內(nèi)為山林區(qū)，植被尚好。由于兩支流長(zhǎng)度相近，暴雨后的洪水集流較快，區(qū)間流量較大。2、氣候條件本電站處于高寒地區(qū)，冬季較長(zhǎng)，積雪較深，夏秋季多雨。壩址處年降雨量變化在6001 100mm，多年平均雨量為854mm。夏秋季(6-9月)雨量約占全年雨量的60-70，年蒸發(fā)量為850-1 174mm。從現(xiàn)有氣象觀測(cè)資料中統(tǒng)計(jì)，壩址處多年平均氣溫為3，最低氣溫36.5，最高氣溫38(見表317)，最大風(fēng)速22.3ms(風(fēng)向西北)，此時(shí)水庫吹程4.6km。電站所處河段冰期較長(zhǎng)，一般在10月中旬開始見冰，11月上旬開始流凌，11月下旬開始封凍，到次年4月上旬開江，4月中旬進(jìn)入無冰期，整個(gè)冰期可達(dá)56個(gè)

3、月。 表3-17 壩址處氣溫統(tǒng)計(jì)表 （單位：）月 份平 均最 高最 低1月-19.24.0-36.52月-15.312.0-31.73月-5.419.0-28.64月4.927.0-10.85月13.131.6-10.86月17-633.03.07月31.637.09.48月21.037.00.89月13.036.0-2.010月5.327.0-12.011月-5.516.1-24.012月-15.28.5-33.5全 年3.038.0-36.5(二) 水文站與徑流資料壩址附近有一水文站，位于壩址下游2km處，1936年建站，1945年-1950年缺測(cè)，新中國(guó)成立后繼續(xù)觀測(cè)。上游的B電站水文站

4、位于本電站壩址上游約38km處，1957年建站，一直連續(xù)觀測(cè)。B水電站至本電站區(qū)間各支流均未設(shè)站進(jìn)行觀測(cè)。因此，區(qū)間的洪水參數(shù)主要根據(jù)鄰近地區(qū)河流的水文觀測(cè)資料綜合分析得出。由于B電站水庫已經(jīng)蓄水發(fā)電，本電站的天然來水被調(diào)節(jié)，其年月徑流主要是根據(jù)B電站水庫調(diào)節(jié)后的徑流和B電站壩址至本電站壩址區(qū)間的徑流疊加而成。B電站水文站的年月徑流資料經(jīng)插補(bǔ)延長(zhǎng)可得到1933年以來約奶余年的徑流系列，其多年平均流量為239m3a。本電站的年月徑流資料經(jīng)插補(bǔ)延長(zhǎng)亦可得到40余年，其多年平均徑流量為258m3s。B電站至本電站間未進(jìn)行過專門水文觀測(cè)，僅有干流兩站1957以后同步對(duì)應(yīng)的觀測(cè)資料，區(qū)間的徑流由兩站相減

5、而得。(三) 設(shè)計(jì)洪水分析成果本水電站的設(shè)計(jì)洪水重點(diǎn)是研究區(qū)間的設(shè)計(jì)洪水。由于該區(qū)間未進(jìn)行水文觀測(cè)，而由上下游站相減所得的洪水資料精度太差，因此采用地區(qū)綜合分析法，在本流域附近選用了六個(gè)參證站，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而得出區(qū)間的洪水參數(shù)與設(shè)計(jì)成果，詳見表3-18。造成本電站以上流域的特大暴雨天氣，主要是北上臺(tái)風(fēng)。其暴雨特點(diǎn)是降雨歷程短，暴雨集中，強(qiáng)度較大，主要降雨歷時(shí)集中在24h內(nèi)。區(qū)間的洪水一般集中在3d內(nèi)，因此設(shè)計(jì)洪水過程線以3d洪量為控制。表 11 B電站至本電站區(qū)間設(shè)計(jì)洪水成果表項(xiàng) 目各種頻率（P%）及對(duì)應(yīng)流量值0.010.020.10.20.330.5123.351020洪峰流量48404

6、45034503040274025002110172014601220872540三天洪量2.712.552.121.941.811.701.521.331.21.080.880.68注：流量的單位為：m3/S，洪量單位：108m3三天流量的均值為0.45 m3/S,CV=0.72, CS/CV=2.0根據(jù)本電站暴雨洪水季節(jié)分布特點(diǎn)和施工情況，確定分期洪水為汛前期(4月15日-7月15日)，大汛期(7月15日9月15日)，大汛后(9月15日-封凍時(shí))三個(gè)時(shí)段。施工洪水的計(jì)算方法與大汛期設(shè)計(jì)洪水相同，也是采用臨近站作為參考綜合分析出區(qū)間的施工洪水，其成果見表3-19。表1-2 分期洪水成果表時(shí)

7、間4月15日 7月15日9月15日 封凍時(shí)P（%）5102051020QP（m3.S-1）3082612081047757(四)工程地質(zhì)條件省地震局在本電站的地震基本烈度報(bào)告中認(rèn)為，該電站靠近地震活動(dòng)帶，歷史上和近期均有地震發(fā)生，現(xiàn)今地震活動(dòng)頻繁，該區(qū)具有一定的發(fā)震構(gòu)造條件，本電站地震烈度以7度為宜。水庫兩岸山體雄偉高峻，無低凹啞口和單薄分水嶺。構(gòu)成庫區(qū)的主要巖石為前震旦紀(jì)結(jié)晶巖類和少量后期穿插的巖層，均系不透水巖石。兩岸玄武巖和地下水位分布高程均高于正常水位，故水庫蓄水后無永久性滲漏的可能性。庫區(qū)河谷狹窄，庫邊一般為基巖河岸，第四紀(jì)覆蓋不厚，植被茂密，不至產(chǎn)生大的坍岸，固體徑流來源有限。壩區(qū)

8、河谷呈U形，河谷底寬300-400m，平水期河床寬170m左右，水深1-2m。兩岸分布有不對(duì)稱的漫灘與階地，谷坡20-35。兩岸山頂為玄武巖臺(tái)地，比河床高200m-250m左右。壩址上游右岸漫灘長(zhǎng)約600m，寬約80m，高出江面水位0.5-1m。左岸漫灘寬約50m左右，一級(jí)階地寬60-70m，比河床高7-13m，階面平坦，延伸至上游250m左右趨于尖滅。構(gòu)成壩區(qū)的主要巖石為前震旦紀(jì)混合巖，中生代巖脈穿插在其中，第四紀(jì)主要分布在河谷及兩岸山體上?；旌蠋r：灰白色，由偉晶質(zhì)脈體和基體熔合而成。脈體成分有石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、黑云母等。基體由原巖黑云母片巖、斜長(zhǎng)角閃巖組成?；旌蠋r風(fēng)化程度較低，巖石致密

9、堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，但基體抗風(fēng)化能力較差。中生代巖脈多次侵入，分布密度和變化均較大，主要有以下巖類：花崗巖(包括斜長(zhǎng)花崗巖、花崗斑巖)：此類巖石為壩區(qū)分布最多的巖脈，寬度一般2l0m，個(gè)別寬達(dá)3040m，一般為淺肉紅色，主要礦物成分有正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英及角閃石、泥石等。斑狀一粗細(xì)粒結(jié)構(gòu)(斑晶為正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石等)、塊狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造，巖石性脆易碎，單塊巖石致密堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)。花崗巖閃長(zhǎng)巖：淺肉紅色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)角閃石、石英和黑云母等?；桶邘r：灰綠色或灰黑色，主要為細(xì)粒結(jié)構(gòu)塊狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造，主要礦物成分有斜長(zhǎng)石、略呈斑狀，斑晶大部分為角閃石及少量輝石，基質(zhì)以斜長(zhǎng)石為主，暗色礦物多已蝕變成綠泥石和碳酸

10、鹽化，巖石致密堅(jiān)硬，脈細(xì)而密，穿插于上述巖石之中。第四紀(jì)坡殘積層覆蓋于兩岸山坡，主要由亞砂土夾碎石和富含腐植質(zhì)的表土組成，一般厚度15m，最厚者大約為1011m。構(gòu)成左岸階地的沖積層由上部的粉細(xì)砂（厚約15m）和下部的砂礫石（厚度47m）組成。河床沖積的砂礫石層厚度為14m。主要巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，以及室內(nèi)巖石與混凝土摩擦試驗(yàn)結(jié)果見表3-20與3-21。表1-3 室內(nèi)巖石與混凝土摩擦試驗(yàn)成果匯總表巖 石名 稱剪切面性質(zhì)指標(biāo)名稱項(xiàng)目混凝土/巖石抗剪強(qiáng)度摩擦系數(shù)tan剪應(yīng)力/kPa681012混合巖半風(fēng)化粗磨面組數(shù)5555算術(shù)平均值51.068.885.0104.40.86小值平均值45.064.

11、070.096.00.76最小值45.056.070.090.00.70微風(fēng)化細(xì)磨面組數(shù)5555算術(shù)平均值54.054.475.4106.80.83小值平均值45.049.067.384.00.67最小值42.048.060.084.00.60表1-4 巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果匯總表巖石名稱指標(biāo)計(jì)算值重度/（kNm-3）比重孔隙率吸水率抗壓強(qiáng)度/MPa烘干飽和烘干飽和凍后混合巖半風(fēng)化組數(shù)5555535算數(shù)平均值26.826.827.40.950.19117.6119.2小值平均值26.426.427.00.360.17107.6100.1新鮮組數(shù)22112221算數(shù)平均值27.427.427.

12、51.090.14129.597.0128.8花崗巖半風(fēng)化組數(shù)332231350.8算數(shù)平均值25.926.226.93.710.73169.7161.62新鮮組數(shù)2222222162.3算數(shù)平均值26.026.227.14.060.70178.9169.1煌斑巖半風(fēng)化組數(shù)22222算數(shù)平均值26.826.927.70.38131.4壩區(qū)巖石經(jīng)受多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用，斷層、裂隙、巖脈均較發(fā)育?；旌蠋r片理方向變化不大，但總的走向近北東東向，傾向西北，傾角變化較大，一般為6070。壩區(qū)斷層方向主要有三組，最發(fā)育的為走向北東520，以F6為代表，是斜穿河床通過壩基的斷層，傾向下游，傾角一般為60-85，

13、有近水平與高角度兩組擦痕，為逆平推斷層，寬度達(dá)9-15m，壩基部位寬度為10llm，該斷層與壩線約成30銳角相交，通過壩基長(zhǎng)約55m左右。斷層是由23條0.30.8m寬的斷層泥和片狀、砂礫狀、角礫狀?yuàn)A層泥等物質(zhì)組成的斷裂破裂帶，在深部仍膠結(jié)不好，雖系高角斷層，對(duì)壩基變形及抗滑穩(wěn)定仍造成不利的影響。壩基巖石透水性微弱，壩下滲漏量極小。但由于滲透而產(chǎn)生的壓力對(duì)壩基穩(wěn)定將有一定的影響。根據(jù)巖石的滲透性質(zhì)，一般在25m深以上單位吸水量大于0.03L(minmm)，因而建議帷幕深度一般不小于2025m(由壩基巖面算起)；對(duì)斷層破碎帶部位，帷幕應(yīng)考慮適當(dāng)加強(qiáng)。壩基范圍內(nèi)雖為抗風(fēng)化的巖石，但由于構(gòu)造復(fù)雜，斷

14、層、巖脈眾多，縱橫交錯(cuò)，節(jié)理發(fā)育。從鉆孔中看，幾乎是孔孔見巖脈、小斷層和小破碎帶，使巖體失去完整性，巖石風(fēng)化程度相差懸殊。對(duì)壩區(qū)結(jié)合工程情況，將巖石風(fēng)化狀態(tài)分為全風(fēng)化、半風(fēng)化與新鮮巖石三類。壩基各地段巖石的風(fēng)化深度參見表3-22。 表1-5 壩基各地段巖石的風(fēng)化深度表 (單位：m)地段風(fēng)化狀態(tài)左岸山坡左岸階地河床右岸備注覆蓋層6124.5110.540.55.5巖石風(fēng)化深度從地面算起全風(fēng)化巖石6.514614.50.551.78半風(fēng)化巖石18211221613712.5從巖石的風(fēng)化狀態(tài)和巖石的強(qiáng)度來分析，作為高約40m的混凝土重力壩，建基面在半風(fēng)化巖石的下部是可以的。這里所指的半風(fēng)化巖石下部作

15、為建基標(biāo)準(zhǔn)是要求巖石要具有一定的強(qiáng)度并較完整，節(jié)理裂隙基本無泥，通過固結(jié)灌漿巖石的完整性能得到顯著改善。建議開挖深度從地面算起：右岸5-7m，河床4-5m，左岸階地lorn左右，左岸山坡10-12m。參照已有的試驗(yàn)成果，結(jié)合本電站壩坡構(gòu)造和巖石狀態(tài)，建議壩基D6斷層以右，混凝土與半風(fēng)化巖石摩擦系數(shù)采用065，斷層以左采用06，P6斷層帶采用045。(五) 建筑材料 勘探了四個(gè)砂礫石料場(chǎng)，分別為加級(jí)河、加級(jí)河口、壩上、橋下江心料場(chǎng)，均為A2級(jí)精度，共計(jì)勘探儲(chǔ)量149x1口m3。各料場(chǎng)質(zhì)量均能滿足要求，儲(chǔ)量情況詳見表3-23。這些料場(chǎng)分布在壩址上下游05-4km范圍內(nèi)，運(yùn)輸條件好。但這些料場(chǎng)地下水

16、位較淺，一般均需水下開采，開采條件較差，洪水期間易被淹沒。以上幾個(gè)料場(chǎng)，加級(jí)河與加級(jí)河口兩個(gè)料場(chǎng)，粗骨料中含玄武礫石較多，加級(jí)河料場(chǎng)砂子含泥量偏大，其它質(zhì)量均能滿足技術(shù)要求。壩下9km處的萬良河料場(chǎng)可作為補(bǔ)充料場(chǎng)。土料場(chǎng)位于壩下3-4km，已做B級(jí)勘探，質(zhì)量、儲(chǔ)量均可滿足要求。(六) 水利動(dòng)能本電站的主要任務(wù)是發(fā)電。結(jié)合水庫特性、地區(qū)要求可發(fā)揮養(yǎng)魚等綜合利用效益。電站建成后將同B水電站一起并入東北主網(wǎng)運(yùn)行，擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)相及少量事故備用。水庫下游河段內(nèi)，無防洪要求，加上本電站庫容小，不承擔(dān)下游防洪任務(wù)。本地區(qū)對(duì)工農(nóng)業(yè)用水、航運(yùn)、過木、過魚等均無要求。水庫蓄水后提供了發(fā)展?jié)O業(yè)的有利條件，需重點(diǎn)

17、清庫以利捕撈。B電站至本電站河段，河谷狹窄，沿江兩岸無大的城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)及大片農(nóng)田等重要保護(hù)對(duì)象；壩區(qū)地形地質(zhì)條件較好，加之上游B水電站的興建，對(duì)天然來水進(jìn)行多年調(diào)節(jié)，大大改善了天然來水的不均勻性，使本水電站參以較少的淹沒損失和工程量獲得較好的電能指標(biāo)。所以本電站設(shè)計(jì)蓄水位的選擇取決于同B水電站尾水位的合理 接，以充分利用B以下河段的水力資源。本電站水庫特征水位及電站動(dòng)能指標(biāo)見表3-24。(七) 壩線與壩型表1-6 料 場(chǎng) 分 布 情 況料場(chǎng)類型砂礫石料土料料場(chǎng)名稱壩 上橋下江心加級(jí)河口加級(jí)河萬良河本電站勘探級(jí)別A2A2A2A2A2B產(chǎn)地面積/(104m2)3.48.73.630.5892.0

18、26.0產(chǎn)地位置與距壩址距離壩上右岸灘地，距壩址0.5km壩址下游江心，距壩址約3km壩下左岸灘地，距壩址約3km壩下游左岸支流加級(jí)河，距壩址4km壩下游左岸支流萬良河，距壩址9km壩下游右岸橋下階地上，距壩址45km無效層平均厚度/m00.660.140.870.860.90有效層平均厚度/m3.712.862.863.232.252.40無效層儲(chǔ)/(104m3)07.640.0526.5878.2有效層儲(chǔ)/(104m3)13.0126.5810.04100.0415.662.4水上儲(chǔ)量/(104m3)05.501.1622.050.3表1-7 水電站工程特性表名 稱單 位數(shù) 量備 注一、水

19、性特性1、水庫特征水位校核洪水位（P=0.1%）m293.90設(shè)計(jì)洪水位（P=1%）m290.90正常蓄水位m290.00死水位m289.002、正常蓄水位時(shí)水庫面積Km215.173、水庫容積校核洪水時(shí)總庫容108m32.29正常蓄水位時(shí)庫容108m31.63相應(yīng)的下游水位m265死庫容108m31.49二、下泄流量及相應(yīng)下游水位包括機(jī)組過流量1、設(shè)計(jì)洪水最大下泄量m3s-18200.00相應(yīng)下游水位m2692、校核洪水最大下泄量m3s-110700.00相應(yīng)下游水位m269.90三、電站電能指標(biāo)裝機(jī)容量MW200.00保證也力MW35.00多年平均發(fā)電量108kWh4.35年利用小時(shí)數(shù)h2

20、255四、主要建筑物及設(shè)備1、擋土壩型式m混凝土重力壩壩頂高程m296.50最大壩高m46.00名 稱單 位數(shù) 量壩頂長(zhǎng)度m438.002、泄水建筑物型式混凝土溢流壩堰頂高程m28090溢流壩長(zhǎng)度m3/（sm）18700單寬流量5600消能方式m挑流弧形閘門（扇數(shù)寬高）101610弧形閘門啟閉機(jī)平板檢修閘門（扇數(shù)寬高）101610第二章 調(diào)洪演算及特征水位確定一、調(diào)洪演算及特征水位確定 水庫的蓄水或滯水是防洪調(diào)蓄工程的措施之一。通常是洪水波在河槽中經(jīng)過一段距離時(shí)，由于槽蓄作用，洪水過程先要逐步變形，一般是隨著洪水波沿河向下游推進(jìn)，洪峰流量逐漸減小，而洪水歷時(shí)逐漸加長(zhǎng)。水庫容積比一段河槽大的多，

21、對(duì)洪水的調(diào)蓄作用比河槽要強(qiáng)得多。特別是當(dāng)水庫有泄水閘門控制的情況下，洪水過程線變得更為顯著。 水庫的下游有防洪任務(wù)是，它的作用主要是消減下泄流量，使其不超過下游河床的安全泄量。水庫的作用主要是滯洪，記在一次洪水來臨時(shí)，將超過安全下泄流量的那部分洪水暫時(shí)攔截住，待洪峰過后，將攔截的洪水下泄掉，騰出庫容迎接下次洪水。有時(shí)水庫下泄與下游間洪水的支流相遇相疊加后其總量會(huì)超過下游的安全泄量，這是要求水庫起錯(cuò)峰作用，由于水庫本身有調(diào)蓄作用。洪水流量過程線任然要變形?？陀^上起滯洪作用，洪水流量過程線經(jīng)過水庫時(shí)的具體變化情況，與水庫的容積特性，泄洪建筑物的的型式和尺寸及水庫的運(yùn)行方式有關(guān)。 調(diào)洪演算的基本公式

22、為： Q=f(H)=AHB 或q=f(v)式中：A系數(shù)，與建筑的尺寸形式，閘孔開度以及淹沒系數(shù)有關(guān)。 B指數(shù)，對(duì)于堰流，B為2/3，對(duì)于閘孔初六，一般為1/2。 q下泄流量。 H泄流水頭。 目前，我國(guó)常用的是：列表法和半圖解法。 其泄洪流量如下表：經(jīng)水文水利調(diào)洪演算得：正常水位為290m,設(shè)計(jì)洪水位為：290.9m，校核洪水位為：293.9m。相應(yīng)的下游水位為：265m，269m,269.9m第三章 樞紐總體布置水利樞紐按承擔(dān)任務(wù)的不同可分為防洪樞紐、灌溉樞紐、發(fā)電樞紐、航運(yùn)樞紐等。而大多情況下都是多目標(biāo)的集合利用樞紐。水利樞紐布置必須充分考慮地形，地質(zhì)條件，使各種水工建筑物都能布置在安全可靠

23、的地基上，并能滿足建筑物的尺度和布置要求以及施工的必需條件，樞紐布置使各個(gè)不同功能的建筑物在其位置上各得其所，在運(yùn)行中相互協(xié)調(diào)，充分有效地發(fā)揮所承擔(dān)的任務(wù)。在滿足基本要求的前提下，力求建筑物布置緊湊，一物多用，減少工程量，降低造價(jià)。同時(shí)要充分考慮美學(xué)要求。一個(gè)大型水利樞紐工程的總體布置是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，需要按系統(tǒng)工程分析方法進(jìn)行論證確定。一、 工程等別確定確定原則：（1）按照水文水利計(jì)算結(jié)果，水庫的校核洪水位為138.8m，查水位庫容曲線，總庫容=2.29億m3在1-10億m3。達(dá)到大2型工程規(guī)模，等別為二等；二、壩址選擇壩址選擇與樞紐布置密切相關(guān)，不同壩型軸線應(yīng)采取不同的壩型和樞紐布置，同一

24、壩址也可以有不同的壩型和樞紐布置方案，通過經(jīng)濟(jì)比較擇優(yōu)選出壩軸線位置及相應(yīng)的合理壩型和樞紐布置。壩址選擇與地質(zhì)條件密切相關(guān)，理想壩址地質(zhì)條件是強(qiáng)度高，透水性好，不易風(fēng)化，沒有構(gòu)造缺陷的巖基，但一般來說，壩址在地質(zhì)上總是存在缺陷，因此，在選用壩址時(shí)應(yīng)用實(shí)際出發(fā)。不僅要慎重考慮壩基地質(zhì)條件，還要求庫區(qū)及壩址兩岸的邊坡有足夠的穩(wěn)定性。壩址地形條件與壩型選擇和樞紐布置有著密切關(guān)系。對(duì)本電站壩線的選擇進(jìn)行過大量的工作，曾對(duì)小陳木匠溝以上至雞冠砬子一段的上壩段研究了四條壩線，經(jīng)比較認(rèn)為上壩線較為優(yōu)越。后來又對(duì)小陳木匠溝以下至蘭旗一段的下壩段選了三條壩線作為當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚谋容^壩線，經(jīng)地質(zhì)勘察論證，下I壩線地質(zhì)

25、條件較好。最后又對(duì)上壩線和下I壩線進(jìn)行了比較，認(rèn)為上壩線地質(zhì)條件較好，故選上壩線作為壩址。三、壩型的選擇（一）重力壩1、重力壩主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)定要求；同時(shí)依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消由于水壓力所引起的拉應(yīng)力以滿足強(qiáng)度要求。重力壩之所以得到廣泛應(yīng)用，是因?yàn)槠渚哂幸韵聨讉€(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)： 安全可靠。重力壩剖面尺寸大，壩內(nèi)應(yīng)力較低，筑壩材料強(qiáng)度高，耐久性好，因而抵抗洪水漫頂、滲漏、地震和戰(zhàn)爭(zhēng)破壞的能力都比較強(qiáng)。 對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。任何形狀的河谷都可以修建重力壩。 樞紐泄洪問題容易解決。重力壩可以做成溢流的，也可以在壩內(nèi)不同高程設(shè)置泄水孔，一般不需要另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐

26、布置緊湊。 便于施工導(dǎo)流。在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，一般不需要另設(shè)導(dǎo)流隧洞。 施工方便。大體積混凝土可以采用機(jī)械化施工，在放樣、立模和混凝土澆筑方面都比較簡(jiǎn)單，并且加強(qiáng)、修復(fù)、維護(hù)或擴(kuò)建也比較方便。2、重力壩的缺點(diǎn)主要是壩體剖面尺寸大，材料用量多，壩體應(yīng)力較低，材料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，而且需要嚴(yán)格的溫度控制措施，壩基與地基的接觸面積大，相應(yīng)的壩體揚(yáng)壓力大，對(duì)穩(wěn)定不利。二、土石壩 1、土石壩是世界壩工建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型，它之所以得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展有以下優(yōu)點(diǎn)： 可以就地、就近取材，節(jié)省大量水泥、木材和鋼材，減少工地的外線運(yùn)輸量。 能適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。 大容量、

27、多功能、高效率施工機(jī)械的發(fā)展，提高了土石壩的施工質(zhì)量，加快了進(jìn)度，降低了造價(jià)，促進(jìn)了高土石壩建設(shè)的發(fā)展。但土石壩壩頂不能溢流，施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便，壩體的斷面大，土料填筑的質(zhì)量易受氣候的影響。（三）拱壩拱壩須是固接于基巖的空間殼體結(jié)構(gòu)，在平面上呈凸向上游的拱形，其拱冠剖面豎直的或向上游凸出的曲線形，壩體結(jié)構(gòu)既有拱作用又有梁作用。由于拱壩剖面較薄，壩體幾何形狀復(fù)雜，因此，對(duì)于施工質(zhì)量、建筑材料強(qiáng)和防滲要求等都較重力壩嚴(yán)格。除此之外，拱壩對(duì)地形的要求是左右兩岸對(duì)稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的峽谷段。本設(shè)計(jì)的兩岸地形不適合建拱壩。綜合以上三種壩形的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到本樞紐主要承擔(dān)了防洪作用

28、，而且在校核洪水位時(shí)的流量和泄流量都較大，需要開敞式的壩體泄流形式，由于土石壩自身不能在壩頂溢流的缺點(diǎn)，不能夠滿足防洪的需要，故選用重力壩作為設(shè)計(jì)壩型。（四）而重力壩的形式比較多，主要可分為實(shí)體重力壩、碾壓混凝土重力壩、寬縫重力壩等。下面介紹這幾種壩型： 1實(shí)體重力壩的主要優(yōu)點(diǎn)就是，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，施工比較方便，并且有豐富的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，施工過程中質(zhì)量容易控制。其不足之處就是壩體體積較大，揚(yáng)壓力也比較大，施工時(shí)不利于混凝土的散熱。再結(jié)合設(shè)計(jì)內(nèi)容，結(jié)合工程中有豐富的砂石料場(chǎng)，故確定選擇碾壓混凝土重力壩方案。四、樞紐的總體布置攔河壩在水利樞紐中占主要地位。在確定樞紐工程位置時(shí)，一般先確定建壩河段，再

29、進(jìn)一步確定壩軸線，同時(shí)還要考慮采用的壩型和樞紐中建筑物的總體布置，合理解決綜合利用要求。一般地，泄洪建筑物和電站廠房應(yīng)盡量布置在主河床位置，供水建筑物位于岸坡。該樞紐中重力壩由30個(gè)壩段組成。從左岸起，117號(hào)壩段為非溢流壩段，1830號(hào)壩段為溢流壩段。該壩的壩基最低高程為250.5m,壩頂高程為269.5m，最大壩高為46m，壩體總長(zhǎng)為483m。樞紐工程布置見附錄上下游立視圖。（一）溢流壩的布置溢流壩的位置應(yīng)使下泄洪水、排冰時(shí)能與下游平順連接，不致沖淘壩基和其他建筑物的基礎(chǔ)，其流態(tài)和沖淤不致影響其他建筑物的使用。因此，將溢流壩段設(shè)置在左岸，約187m，分為13個(gè)壩段，除18號(hào)壩段長(zhǎng)11m，其

30、余壩段均長(zhǎng)16m。溢流堰頂高程為280.9m，堰頂安裝工作閘門和檢修閘門。工作閘門為弧形閘門，閘門寬高=16m10m，采用液壓式啟閉機(jī)啟閉。公路橋高程與非溢流壩頂一致。堰頂設(shè)有12個(gè)中墩，其厚度為3m，2個(gè)邊墩，厚為3m，橫縫設(shè)在閘墩上，溢流堰面采用WES曲線，過堰水流采用連續(xù)式鼻坎挑流消能，坎頂高程為100.7m，反弧半徑為12m，挑射角為25。（二）非溢流壩的布置非溢流壩一般布置在河岸部分并與岸坡相連，非溢流壩與溢流壩或其他建筑物相連處，常用導(dǎo)墻隔開。連接處盡量使迎水面在同一平面上，以免部分建筑物受側(cè)向水壓力作用改變壩體的應(yīng)力。本設(shè)計(jì)的非溢流壩段長(zhǎng)271m，其中除12號(hào)壩段長(zhǎng)均為15m,其

31、余均長(zhǎng)16m。壩頂寬度為10m，壩頂兩側(cè)各設(shè)一人行道，人行道寬1m。壩頂上下游側(cè)均設(shè)置1.2m欄桿和燈柱。壩的其他尺寸為：上游坡度為1：0，下游坡度為1：0.8，折坡點(diǎn)高程為284m。第四章 非溢流壩段設(shè)計(jì)非溢流壩段主要是擋水建筑物。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是，剖面設(shè)計(jì)、穩(wěn)定分析，應(yīng)力分析，構(gòu)造設(shè)計(jì)。碾壓混凝土重力壩在材料與構(gòu)造方面需要適應(yīng)碾壓混凝土的特點(diǎn)。一 壩頂高程的確定壩頂應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱虘?yīng)高于波浪頂高程，其與正常蓄水位或校核洪水位的高差，可根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范，由下式，應(yīng)選擇兩者中高程的高者作為選定高程 式中： 防浪墻頂至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）；波高（m）

32、； 波浪中心線至正?；蛐：撕樗坏母卟睿╩）；安全超高，按混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，按下表31采用。表31 安全超高h(yuǎn)c相應(yīng)水位壩的安全級(jí)別正常蓄水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.3（一） 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)壩頂高程的確定壩的安全級(jí)別為I級(jí)，查表31得, m由于D=3 KmLL的深水波，在靜水面以下半波長(zhǎng)LL處，波浪壓力很小，為簡(jiǎn)化計(jì)算可假定等于零，而靜水面處波浪壓強(qiáng)最大，這樣，鉛垂壩面上總的浪壓力為：正常蓄水位，設(shè)計(jì)洪水時(shí):校核洪水位時(shí)：泥沙壓力水庫建成蓄水后，過水?dāng)嗝婕哟?，流速減緩，入庫水流挾帶的泥沙逐漸淤積在壩前，對(duì)壩體產(chǎn)生了泥沙壓力。由于泥沙淤積高程是隨時(shí)間而逐漸增加的。因此在

33、確定泥沙壓力時(shí)，先要規(guī)定一個(gè)淤積年限，然后再根據(jù)河流的挾沙量估算壩前淤積高程。淤積計(jì)算年限取100年。由于壩前泥沙不僅逐年淤高，而且也逐年固結(jié)，淤沙的容重和內(nèi)摩擦角既隨時(shí)間化，又因?qū)佣悾虼艘獪?zhǔn)確計(jì)算泥沙壓力是比較困難的。一般可參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按土壓力公式計(jì)算：tg2(45-) 其中：Pn泥沙對(duì)上游壩面的總水平壓力； n泥沙的浮容重，一般n=6.59.0KN/m hn泥沙的淤積高度（m） n泥沙的內(nèi)摩擦角。對(duì)于淤積時(shí)間較長(zhǎng)的粗顆粒泥沙，可取=1820，對(duì)于較細(xì)的粘土質(zhì)泥沙可取=1214，極細(xì)的泥沙粘土和膠質(zhì)顆粒可取=0。 tg2(45-)=1458KN（三）、校核洪水位時(shí)的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算1、壩

34、體混凝土與基巖接觸面的抗滑穩(wěn)定性極限狀態(tài) 計(jì)算作用效應(yīng)函數(shù)：S（）=19415.3-2307.4=17107.9KN抗力函數(shù)：R（）=+ 式中：壩基面上全部切向作用之和，KN ；壩基面抗剪斷摩擦系數(shù)；壩基面上全部法向作用之和，KN，向下為正；壩基面的面積，；壩基面抗剪斷黏聚力系數(shù)； 計(jì)算抗滑穩(wěn)定性抗力函數(shù)：本工程壩基巖石為弱風(fēng)化黑色硅質(zhì)頁巖，抗剪斷摩擦系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值=0.85，抗剪斷凝聚力系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值=。查混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范表821-2得、的材料性能分項(xiàng)系數(shù)分別為1.3，3.0 。則：摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值：=0.85/1.3=0.654粘聚力設(shè)計(jì)值： Kpa抗力函數(shù)：R（）=+式中：穩(wěn)定性核算：對(duì)偶然

35、組合 =1.1，=0.85，=1.2抗滑穩(wěn)定性需滿足 ： =1.10.8517107.9=15995.9KN/=28648.9/1.2=23874.1KN 經(jīng)計(jì)算可知，該重力壩在校核洪水位情況下壩基面的抗滑穩(wěn)定性滿足要求。2、 壩趾抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)（偶然組合）： 作用效應(yīng)函數(shù)： S（）=（）（1+） 抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)抗力函數(shù):= 或 = 式中：壩基面上全部法向作用之和，KN，向下為正；全部作用壩基面形心的力矩之和，KNm，逆時(shí)針方向?yàn)檎粔位娴拿娣e，；壩基面形心軸到下游面的距離，m；壩基面對(duì)形心軸的慣性矩，；壩體下游坡度；混凝土抗壓強(qiáng)度，KPa；基巖抗壓強(qiáng)度，Kpa； 碾壓混凝土選用

36、，且材料的分項(xiàng)系數(shù)為1.5，故：所以，經(jīng)過計(jì)算，壩趾抗壓強(qiáng)度滿足要求。3、正常使用極限狀態(tài)壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計(jì)揚(yáng)壓力）壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計(jì)揚(yáng)壓力），計(jì)算公式為： 0 壩基面形心軸到上游面的距離，m 。 、按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。 則：壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力。 重力壩的失穩(wěn)破壞過程是比較復(fù)雜的。理論分析，試驗(yàn)及原型觀測(cè)結(jié)果表明，位于均勻壩基上的混凝土重力壩沿壩基面的失穩(wěn)機(jī)理是：首先在壩踵處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)微裂松弛區(qū)，隨后在壩址處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)局部區(qū)域的剪切屈服，進(jìn)而屈服范圍逐漸增大并向上游延伸，最后形成滑動(dòng)通道，導(dǎo)致大壩的整體失穩(wěn)。通過對(duì)此設(shè)計(jì)大壩在校核洪水位下壩踵壩址抗壓強(qiáng)度的驗(yàn)算，

37、此設(shè)計(jì)大壩不會(huì)出現(xiàn)深層滑動(dòng)。（三） 正常蓄水位時(shí)壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算1荷載組合：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+淤沙壓力+浪壓力2荷載組合計(jì)算：荷載計(jì)算：包括壩體自重，水平水壓力、水重、揚(yáng)壓力、浪壓力、水平泥沙力和垂直泥沙壓力。具體計(jì)算參見下表荷載計(jì)算表42表42 基本組合下計(jì)算表荷 載垂直力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（KNm）+-自 重W1108107.378913W210306.636.668023.758水壓力P17645.22.116054.92P21030.277211.4水 重Q824.1824.520192.41浪壓力PL334.6636.612248.56泥沙壓力Pn

38、14588.812830.4揚(yáng)壓力U1168039.315624U282393.125540.9合 計(jì)21940.815899.229437.861030.22.22.133正常蓄水位時(shí)的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算 利用抗剪斷公式驗(yàn)算利用抗剪斷公式時(shí)，認(rèn)為壩體混凝土與基巖接觸良好。 為抗剪斷摩擦系數(shù)；為抗剪斷凝聚力此壩址初露巖性為大紅峪組石英砂巖與板狀粉細(xì)砂巖互層，巖石堅(jiān)硬，構(gòu)造簡(jiǎn)單，滲透性小查水工建筑物表36，壩體混凝土與基巖接觸面抗剪斷參數(shù)的參考值，得： =1.25，=1300Kpa故 所以，正常蓄水位時(shí)壩體混凝土與基巖接觸面的抗滑穩(wěn)定性滿足要求。(2) 壩趾抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)（基本組合）： 作

39、用效應(yīng)函數(shù)： S（）=（）（1+）抗力函數(shù): = 或 = T=24.5 所以，經(jīng)過計(jì)算，壩趾抗壓強(qiáng)度滿足要求。（3）正常使用極限狀態(tài)壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計(jì)揚(yáng)壓力）壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計(jì)揚(yáng)壓力），計(jì)算公式為：0 （ 、按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算）=則：壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力。（三）壩體內(nèi)層面（廊道中心線上面）的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算1荷載組合：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+淤沙壓力+浪壓力2荷載組合計(jì)算：同上。具體計(jì)算參見計(jì)算荷載計(jì)算表格3-3。表43 特殊組合時(shí)壩體內(nèi)層面荷載荷 載垂直力（KN）水平力（KN）自 重W18107.5W25790.4水壓力P14986.29P21844.2水 重Q183.49浪

40、壓力PL167.31泥沙壓力Pn1458揚(yáng)壓力U1852.9U26698.58合 計(jì)14081.397551.486611.618844.23驗(yàn)算：（1）壩體混凝土層面的抗滑穩(wěn)定性極限狀態(tài) 計(jì)算作用效應(yīng)函數(shù)：S（）=13982.4 KN抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)：R（）= + 式中：計(jì)算層面上全部切向作用之和，KN ；混凝土層面抗剪斷摩擦系數(shù)；計(jì)算層面上全部法向作用之和，KN，向下為正；計(jì)算層面的截面積，；壩基面抗剪斷黏聚力系數(shù)； 因?yàn)閴误w材料為碾壓混凝土，查混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范表821-2得、的材料性能分項(xiàng)系數(shù)分別為1.3，3.0 ；查附錄D表D3得=0.91，=0.97Mpa 。則：摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值：

41、=0.91/1.3=0.7粘聚力設(shè)計(jì)值： 抗力函數(shù)：R（）=+ 式中：穩(wěn)定性核算：對(duì)偶然組合 =1.1，=0.85，=1.2抗滑穩(wěn)定性需滿足 =1.10.856305.79=5859.91KN /=10974.14/1.2 = 9145.1KN 經(jīng)計(jì)算可知，該重力壩在校核洪水位情況下壩體內(nèi)層面的抗滑穩(wěn)定性滿足要求。四、 應(yīng)力計(jì)算（一） 應(yīng)力分析原則：1. 應(yīng)力分析的目的是為了檢驗(yàn)大壩在施工期和運(yùn)用期是否滿足強(qiáng)度要求，同時(shí)也2. 為了研究解決設(shè)計(jì)和施工中的某些問題。如，為混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)和某些部位的配筋等提供依據(jù)。3. 重力壩的應(yīng)力狀態(tài)與很多因素有關(guān)，如：壩體輪廓尺寸，靜力荷載，地基性質(zhì)，施工過程

42、，溫度變化以及地震特性等。4. 應(yīng)力分析的過程是：首先進(jìn)行荷載計(jì)算和荷載組合，然后選擇適宜的方法進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，最后檢驗(yàn)壩體各部位的應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求。5. 采取材料力學(xué)法分析壩體的應(yīng)力時(shí)，混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度指標(biāo)如下：壩基面的正應(yīng)力在運(yùn)用期（各種荷載組合下），地基面的最大鉛直正應(yīng)力應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力（計(jì)算時(shí)分別計(jì)入和不計(jì)入揚(yáng)壓力）；最小鉛直正應(yīng)力應(yīng)大于0（計(jì)算時(shí)應(yīng)計(jì)入揚(yáng)壓力 ）。6.應(yīng)力計(jì)算公式如下：上游面垂直正應(yīng)力： 下游面垂直正應(yīng)力： 上游面剪應(yīng)力： 下游面剪應(yīng)力： 上游面水平正應(yīng)力： 下游面水平正應(yīng)力： 上游面主應(yīng)力： 下游面主應(yīng)力： 式中： 壩體計(jì)算截面沿上、下游面的長(zhǎng)度，m ; 上游壩坡； 下游壩坡；、計(jì)算截面在上、下游壩面所承受的水壓力強(qiáng)度（如有淤沙壓力時(shí)，應(yīng)計(jì)入在內(nèi)）；、計(jì)算截面在上、下游壩面處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度； 計(jì)算截面上全部垂直力之和（包括壩體自重、水重、淤沙重及計(jì)算的揚(yáng)壓力等），以下向下為正，對(duì)于實(shí)體重力壩，均切取單位寬度壩體為準(zhǔn)（下同）；計(jì)算截面上全部垂直力及水平力對(duì)于計(jì)算截面形心的力矩之和，以使上游面產(chǎn)生壓應(yīng)力者為正。（二）、正常蓄水位壩基面的應(yīng)力計(jì)算（計(jì)揚(yáng)壓力）計(jì)算時(shí)： 表示上游水位，m ； 表示下游水位，m ； 表示淤沙高度， m