1、庫(kù)崖水利樞紐布置及工程估算楊登科第一章 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38千米處的 水庫(kù)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5250米3s,3.3頻率的 洪水泄量為6000米3s,1頻率的 洪水泄量為6900米3s,0.1頻率的 洪水泄量為9950米3s,保壩洪水泄量為17000米3s.B電站到本電站之間的 流域面積為1300千米2,有兩條較大 的 支流匯入:第一條支流控制流域面積534千米2,第二條支流控制流域面積456krn2.此二大 支

2、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 100米米,多年平均雨量為854米米.夏秋季(6-9月)雨量約占全年雨量的 60-70,年蒸發(fā)量為850-1 174米米.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(jiàn)表317),最大 風(fēng)速22.3米s(風(fēng)向西北),此時(shí)水庫(kù)吹程4.6千米.電站所處河段冰期較長(zhǎng),一般在10月中旬開(kāi)始見(jiàn)冰,11月上旬開(kāi)始流凌,11月下

3、旬開(kāi)始封凍,到次年4月上旬開(kāi)江,4月中旬進(jìn)入無(wú)冰期,整個(gè)冰期可達(dá)56個(gè)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2千米處,1936年建站

4、,1945年-1950年缺測(cè),新中國(guó)成立后繼續(xù)觀測(cè).上游的 B電站水文站位于本電站壩址上游約38千米處,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(kù)已經(jīng)蓄水發(fā)電,本電站的 天然來(lái)水被調(diào)節(jié),其年月徑流主要是根據(jù)B電站水庫(kù)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(lái)約奶余年的 徑流系列,其多年平均流量為239米3a.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258米3s.B電站至本電站

5、間未進(jìn)行過(guò)專(zhuān)門(mén)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(jiàn)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(guò)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

6、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4840445034503040274025002110172014601220872540三天洪量2.712.552.121.941.811.701.521.331.21.080.880.68注:流量的 單位為:米3/S,洪量單位:108米3三天流量的 均值為0.45 米3/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)

7、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(jiàn)表3-19.表1-2 分期洪水成果表時(shí) 間4月15日 7月15日9月15日 封凍時(shí)P(%)5102051020QP(米3.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(kù)兩岸山體雄偉高峻,無(wú)低凹啞口和單薄分水嶺.構(gòu)成庫(kù)區(qū)的 主要巖石為前震旦紀(jì)結(jié)晶巖類(lèi)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

8、常水位,故水庫(kù)蓄水后無(wú)永久性滲漏的 可能性.庫(kù)區(qū)河谷狹窄,庫(kù)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(lái)源有限.壩區(qū)河谷呈U形,河谷底寬300-400米,平水期河床寬170米左右,水深1-2米.兩岸分布有不對(duì)稱(chēng)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200米-250米左右.壩址上游右岸漫灘長(zhǎng)約600米,寬約80米,高出江面水位0.5-1米.左岸漫灘寬約50米左右,一級(jí)階地寬60-70米,比河床高7-13米,階面平坦,延伸至上游250米左右趨于尖滅.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.

9、混合巖: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.混合巖風(fēng)化程度 較低,巖石致密堅(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(lèi):花崗巖(包括斜長(zhǎng)花崗巖、花崗斑巖):此類(lèi)巖石為壩區(qū)分布最多的 巖脈,寬度 一般2l0米,個(gè)別寬達(dá)3040米,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.

10、煌斑巖: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 15米,最厚者大 約為1011米.構(gòu)成左岸階地的 沖積層由上部的 粉細(xì)砂(厚約15米)和下部的 砂礫石(厚度 47米)組成.河床沖積的 砂礫石層厚度 為14米.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(jiàn)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(chēng)剪切

11、面性質(zhì)指標(biāo)名稱(chēng)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45.064.070.096.00.76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(chēng)指標(biāo)計(jì)算值重度 /(kN米-3)比重孔隙率吸水率抗壓強(qiáng)度 /米Pa烘干飽和烘干飽和凍后混合巖半風(fēng)化組數(shù)555553

12、5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27.427.427.51.090.14129.597.0128.8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.混合巖片

13、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(guò)壩基的 斷層,傾向下游,傾角一般為60-85,有近水平與高角度 兩組擦痕,為逆平推斷層,寬度 達(dá)9-15米,壩基部位寬度 為10ll米,該斷層與壩線約成30銳角相交,通過(guò)壩基長(zhǎng)約55米左右.斷層是由23條0.30.8米寬的 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

14、的 影響.根據(jù)巖石的 滲透性質(zhì),一般在25米深以上單位吸水量大 于0.03L(米in米米),因而建議帷幕深度 一般不小 于2025米(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(jiàn)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(lèi).壩基各地段巖石的 風(fēng)化深度 參見(jiàn)表3-22. 表1-5 壩基各地段巖石的 風(fēng)化深度 表 (單位:米)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.

15、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(lái)分析,作為高約40米的 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(wú)泥,通過(guò)固結(jié)灌漿巖石的 完整性能得到顯著改善.建議開(kāi)挖深度 從地面算起:右岸5-7米,河床4-5米,左岸階地lorn左右,左岸山坡10-12米.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

16、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口米3.各料場(chǎng)質(zhì)量均能滿(mǎn)足要求,儲(chǔ)量情況詳見(jiàn)表3-23.這些料場(chǎng)分布在壩址上下游05-4千米范圍內(nèi),運(yùn)輸條件好.但這些料場(chǎng)地下水位較淺,一般均需水下開(kāi)采,開(kāi)采條件較差,洪水期間易被淹沒(méi).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(mǎn)足技術(shù)要求.壩下9千米處的 萬(wàn)良河料場(chǎng)可作為補(bǔ)充料場(chǎng).土料場(chǎng)位于壩下3-4千米,已做B級(jí)勘探,質(zhì)量、儲(chǔ)量均可滿(mǎn)足要求.(六) 水利動(dòng)能本電站的 主要任務(wù)是

17、發(fā)電.結(jié)合水庫(kù)特性、地區(qū)要求可發(fā)揮養(yǎng)魚(yú)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(kù)下游河段內(nèi),無(wú)防洪要求,加上本電站庫(kù)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(guò)木、過(guò)魚(yú)等均無(wú)要求.水庫(kù)蓄水后提供了 發(fā)展?jié)O業(yè)的 有利條件,需重點(diǎn)清庫(kù)以利捕撈.B電站至本電站河段,河谷狹窄,沿江兩岸無(wú)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(lái)水進(jìn)行多年調(diào)節(jié),大 大 改善了 天然來(lái)水的 不均勻性,使本水電站參以較少的 淹沒(méi)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

18、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(kù)特征水位及電站動(dòng)能指標(biāo)見(jiàn)表3-24.(七) 壩線與壩型表1-6 料 場(chǎng) 分 布 情 況料場(chǎng)類(lèi)型砂礫石料土料料場(chǎng)名稱(chēng)壩 上橋下江心加級(jí)河口加級(jí)河萬(wàn)良河本電站勘探級(jí)別A2A2A2A2A2B產(chǎn)地面積/(104米2)3.48.73.630.5892.026.0產(chǎn)地位置與距壩址距離壩上右岸灘地,距壩址0.5千米壩址下游江心,距壩址約3千米壩下左岸灘地,距壩址約3千米壩下游左岸支流加級(jí)河,距壩址4千米壩下游左岸支流萬(wàn)良河,距壩址9千米壩下游右岸橋下階地上,距壩址45千米無(wú)效層平均厚度 /米00.660.140.870.860.90

19、有效層平均厚度 /米3.712.862.863.232.252.40無(wú)效層儲(chǔ)/(104米3)07.640.0526.5878.2有效層儲(chǔ)/(104米3)13.0126.5810.04100.0415.662.4水上儲(chǔ)量/(104米3)05.501.1622.050.3表1-7 水電站工程特性表名 稱(chēng)單 位數(shù) 量備 注一、水性特性1、水庫(kù)特征水位校核洪水位(P=0.1%)米293.90設(shè)計(jì)洪水位(P=1%)米290.90正常蓄水位米290.00死水位米289.002、正常蓄水位時(shí)水庫(kù)面積千米215.173、水庫(kù)容積校核洪水時(shí)總庫(kù)容108米32.29正常蓄水位時(shí)庫(kù)容108米31.63相應(yīng)的 下游水

20、位米265死庫(kù)容108米31.49二、下泄流量及相應(yīng)下游水位包括機(jī)組過(guò)流量1、設(shè)計(jì)洪水最大 下泄量米3s-18200.00相應(yīng)下游水位米2692、校核洪水最大 下泄量米3s-110700.00相應(yīng)下游水位米269.90三、電站電能指標(biāo)裝機(jī)容量米W200.00保證也力米W35.00多年平均發(fā)電量108kWh4.35年利用小 時(shí)數(shù)h2255四、主要建筑物及設(shè)備1、擋土壩型式米混凝土重力壩壩頂高程米296.50最大 壩高米46.00名 稱(chēng)單 位數(shù) 量壩頂長(zhǎng)度 米438.002、泄水建筑物型式混凝土溢流壩堰頂高程米28090溢流壩長(zhǎng)度 米3/(s米)18700單寬流量5600消能方式米挑流弧形閘門(mén)(扇

21、數(shù)寬高)101610弧形閘門(mén)啟閉機(jī)平板檢修閘門(mén)(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(kù)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(guò)一段距離時(shí),由于槽蓄作用,洪水過(guò)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(kù)容積比一段河槽大 的 多,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(kù)有泄水閘門(mén)控制的 情況下,洪水過(guò)程線變得更為顯著. 水庫(kù)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(guò)下游河床的 安全泄量.水庫(kù)的 作用主要是滯洪,記在一次洪水來(lái)臨時(shí),將超過(guò)安全下泄流量的

22、那部分洪水暫時(shí)攔截住,待洪峰過(guò)后,將攔截的 洪水下泄掉,騰出庫(kù)容迎接下次洪水.有時(shí)水庫(kù)下泄與下游間洪水的 支流相遇相疊加后其總量會(huì)超過(guò)下游的 安全泄量,這是要求水庫(kù)起錯(cuò)峰作用,由于水庫(kù)本身有調(diào)蓄作用.洪水流量過(guò)程線任然要變形.客觀上起滯洪作用,洪水流量過(guò)程線經(jīng)過(guò)水庫(kù)時(shí)的 具體變化情況,與水庫(kù)的 容積特性,泄洪建筑物的 的 型式和尺寸及水庫(kù)的 運(yùn)行方式有關(guān). 調(diào)洪演算的 基本公式為: 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(kāi)度 以及淹沒(méi)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

23、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290米,設(shè)計(jì)洪水位為:290.9米,校核洪水位為:293.9米.相應(yīng)的 下游水位為:265米,269米,269.9米第三章 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的 地基上,并能滿(mǎn)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(mǎn)足基本要求的 前提下,力求建筑物布

24、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(kù)的 校核洪水位為138.8米,查水位庫(kù)容曲線,總庫(kù)容=2.29億米3在1-10億米3.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,同一壩址也可以有不同的 壩型和樞紐布置方案 ,通過(guò)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(méi)

25、有構(gòu)造缺陷的 巖基,但一般來(lái)說(shuō),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(kù)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(guò)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(lái)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?比較壩線,經(jīng)地質(zhì)勘察論證,下I壩線地質(zhì)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

26、產(chǎn)生的 抗滑力來(lái)滿(mǎn)足穩(wěn)定要求;同時(shí)依靠壩體自重產(chǎn)生的 壓應(yīng)力來(lái)抵消由于水壓力所引起的 拉應(yīng)力以滿(mǎn)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(wèn)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,

27、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、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),

28、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(chēng),岸坡平順無(wú)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,而且在校核洪水位時(shí)的 流量和泄流量都較大 ,需

29、要開(kāi)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(mǎn)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(guò)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,再進(jìn)一步確定壩軸線,同

30、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250.5米,壩頂高程為269.5米,最大 壩高為46米,壩體總長(zhǎng)為483米.樞紐工程布置見(jiàn)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187米,分為13個(gè)壩段,除18號(hào)壩段長(zhǎng)11米,其余壩

31、段均長(zhǎng)16米.溢流堰頂高程為280.9米,堰頂安裝工作閘門(mén)和檢修閘門(mén).工作閘門(mén)為弧形閘門(mén),閘門(mén)寬高=16米10米,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3米,2個(gè)邊墩,厚為3米,橫縫設(shè)在閘墩上,溢流堰面采用WES曲線,過(guò)堰水流采用連續(xù)式鼻坎挑流消能,坎頂高程為100.7米,反弧半徑為12米,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(kāi).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)271米,其中除12號(hào)壩段長(zhǎng)均為15米

32、,其余均長(zhǎng)16米.壩頂寬度 為10米,壩頂兩側(cè)各設(shè)一人行道,人行道寬1米.壩頂上下游側(cè)均設(shè)置1.2米欄桿和燈柱.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284米.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)?高程應(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

33、的 高差(米);波高(米); 波浪中心線至正?；蛐：撕樗坏?高差(米);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, 米由于D=3 千米LL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(kù)建成蓄水后,過(guò)水?dāng)嗝婕哟?,流速減緩,入庫(kù)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

34、力.由于泥沙淤積高程是隨時(shí)間而逐漸增加的 .因此在確定泥沙壓力時(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?因此要準(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/米 hn泥沙的 淤積高度 (米) 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?？扇?0.

35、tg2(45-)=1458KN(三)、校核洪水位時(shí)的 抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算1、壩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(yè)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

36、.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)偶然組合 =1.1,=0.85,=1.2抗滑穩(wěn)定性需滿(mǎn)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(mǎn)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,KN米,逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?壩基面的 面積,;壩基面形心軸到下游面的 距離,米;壩基面對(duì)

37、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,且材料的 分項(xiàng)系數(shù)為1.5,故:所以,經(jīng)過(guò)計(jì)算,壩趾抗壓強(qiáng)度 滿(mǎn)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,米 . 、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(guò)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

38、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(guò)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,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(jiàn)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(米)力矩(KN米)+-自 重W1108107.378913W210306.636.668023.758水壓力P17645.22.116054.9

39、2P21030.277211.4水 重Q824.1824.520192.41浪壓力PL334.6636.612248.56泥沙壓力Pn14588.812830.4揚(yáng)壓力U1168039.315624U282393.125540.9合 計(jì)21940.815899.229437.861030.22133339.22123300.133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)

40、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(mǎn)足要求.(2) 壩趾抗壓強(qiáng)度 承載能力極限狀態(tài)(基本組合): 作用效應(yīng)函數(shù): S()=()(1+)抗力函數(shù): = 或 = T=24.5 所以,經(jīng)過(guò)計(jì)算,壩趾抗壓強(qiáng)度 滿(mǎn)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(jiàn)計(jì)算荷載計(jì)算表格

41、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)

42、; 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,=0.97米pa .則:摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值:=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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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(wèn)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(guò)程,溫度 變化以及地震特性等.4. 應(yīng)力分析的 過(guò)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(mǎn)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