顺场滩水利枢纽工程设计毕业论文.docx

《顺场滩水利枢纽工程设计毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《顺场滩水利枢纽工程设计毕业论文.docx（49页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、顺场滩水利枢纽工程设计毕业论文目 录1 前 言11.1 面板堆石坝的发展11.2 面板堆石坝的主要特点11.2.1面板坝具有良好的抗滑稳定性11.2.2堆石坝具有良好的渗流稳定性21.2.3面板坝具有良好的抗震性21.3 本设计的主要研究容、思路及方法21.3.1主要研究容21.3.2主要研究思路及方法32 工程概况42.1 枢纽位置及任务42.2 地形条件42.3 工程地质及水文地质42.4 水文气象52.4.1水文特征52.4.2气象特征52.4.3泥沙情况62.5 施工条件62.5.1建筑材料62.5.2交通及施工场地63 水文水利计算73.1 工程等别及建筑物级别73.1.1工程规模和

2、工程等别73.1.2水工建筑物级别83.1.3洪水标准93.2 水文计算93.2.1洪水过程线推求方法93.2.1洪水过程线推求过程103.3 水利计算113.3.1泄洪方式的选择113.3.2泄洪建筑物的孔口尺寸113.3.3调洪演算114 枢纽布置及坝型论证164.1 枢 纽 布 置164.1.1枢纽布置的任务164.1.2枢纽布置的原则164.1.3枢纽建筑物的组成164.2 坝 型 选 择175 面板堆石坝设计185.1坝顶高程设计185.2坝顶构造185.3上下游坝坡195.4 筑坝材料及坝体分区195.5混凝土面板设计215.5.1面板厚度215.5.2面板分缝215.5.3面板混

3、凝土设计及配筋225.6趾板设计225.6.1 趾板的布置235.6.2 趾板结构设计235.6.3 趾板分缝及配筋235.7溢洪道设计245.7.1引水渠245.7.2控制段245.7.3泄槽设计255.7.4消能防冲段设计275.8施工初步设计275.8.1导流标准275.8.2导流方式296 重力坝设计316.1剖面设计316.1.1剖面设计原则316.1.2重力坝的基本剖面316.1.3重力坝的实用剖面316.1.4坝顶高程316.1.3坝顶宽度336.1.4非溢流坝最大坝高断面336.2非溢流坝段稳定分析336.2.1重力坝稳定分析目的336.2.2荷载组合346.2.3沿坝基面的抗

4、滑稳定分析346.3溢流坝段设计366.3.1溢流坝的工作特点和设计要点366.3.2溢流坝剖面设计376.3.3溢流坝段稳定分析417 方案比较428 面板堆石坝深入设计438.1趾板基础438.2止水设计44参考文献45结束语461 前 言1.1 面板堆石坝的发展堆石坝从公元前两百多年的都江堰水利工程到现代的各水利枢纽都以“可充分利用当地天然材料、能适应不同的地质条件、施工方法比较简便”等优点著称。在相当长的一段时间，堆石主要采用码砌或自高处向下抛填，再辅以压力水冲实的方法施工，著名的有狮子滩水电站大坝。20世纪60年代以后，坝体堆石的施工薄层填筑碾压代替了抛石填筑，其中混凝土面板堆石坝发

5、展最为迅速，其中著名的有是墨西哥187m 的阿瓜米尔帕坝和中国178m 的天生桥一级坝。中国的混凝土面板堆石坝起步较晚，第一座混凝土面板堆石坝柯柯亚坝坝高41.5m，建成于1982年，为方格式面板，但运用情况良好。中国156座面板堆石坝中，已建最高坝为233m水布垭坝。我国面板堆石坝发展过程中形成以下特点：严格渗流控制面板渗流量小及尽量减小面板裂缝施工设备不断改进止水材料的研制建立起复合中国特点的导流设计碾压砂浆护坡堆石预沉降时间。在“八五”期间，我国在高堆石坝方面解决几个关键的技术问题。如高堆石坝技术优化设计软件系统; 利用宽级配砾石土作高堆石坝防渗体的成套技术; 砼面板抗烈措施和接缝止水结

6、构的合理形式; 土工离心模型试验技术; 堆石坝坝体堆石料供应规划仿真模拟软件系统和填筑压实质量无损检测技术;在堆石坝材料方面，我国在利用宽级配土料作防渗体方面也已取得重大进展，如境大渡河上瀑布沟水电站，利用附近料场的宽级配砾石土作防渗土料。此外我国在混凝土面板施工工艺与高堆合坝离心模型试验研究上都有一定的成就。国外研究方面，巴西的伊塔坝引入了一种改进型的混凝土路缘碾压机，可降低成本, 加快堆石表面的铺筑以便混凝土面板的浇筑。各国之间相互取长补短，共同促进着堆石坝的向前发展。1.2 面板堆石坝的主要特点1.2.1面板坝具有良好的抗滑稳定性从面板坝的结构上来分析，坝体堆石全部在面板下游，水荷载作用

7、于面板，整个堆石体重量及面板上部水重均在抵抗因水荷载作用所引起的水平推力。水荷载的水平推力大致为堆石体及部分水重的七分之一左右，而水荷载的合力在坝轴线以上传到地基中，有利于坝体的稳定。另一方面，分层碾压的堆石具有较高的密实度，从而提高了堆石的抗剪强度。再者，堆石具有较好的透水性，坝体堆石几乎不受渗流力的影响。已建造的面板坝，大多数设计时不作稳定分析，而是按照已建工程用类比法选定坝体坡度，基于上述原因，面板坝具有良好的稳定性。1.2.2堆石坝具有良好的渗流稳定性堆石体填筑一般采用“进占法”施工，即将料卸在已铺好的层面上，然后用推土机朝卸料前进方向推平，此时，大块石跌落在每层底部，而小块石及细料则

8、滞留在每层的上部，充填表面坑洼及堆石体的空隙。每层石料出现分离，形成层状堆石。这种成层堆石除表面平整，有利于施工外，还具有较好的透水性，因为通过堆石体的渗流在水平方向比垂直方向容易，使堆石体不被水饱和，当施工期面板未被浇筑前坝体挡水时，可增强坝体的稳定性。成层堆石在通过振动碾压实以后，由于石块之间的相互挤压作用，石块之间紧密接触，形成一种骨架，承受堆石体的重量。组成骨架的堆石间相互接触面积小，产生很高的接触应力，从而使对时间产生很大的摩阻力，阻止骨架中的任一块岩石对其周围岩石作相对运动。这种使岩块保持稳定的摩阻力要比在渗流作用下、孔隙水流的拖拽力大得多，即使存在于堆石体孔隙中而没有参与形成骨架

9、的小石块、细粒及土状岩屑，可能会被渗透水流带走，但不会引起附加沉降。这种细粒碎屑被水流带走，下游坝趾暂时渗出浑水，但很快就会变清。这说明坝体堆石料在渗流作用下能保持良好的稳定性。1.2.3面板坝具有良好的抗震性面板坝就抵抗地震而言，具有很高的安全性。这是因为：面板坝的堆石体具有良好的排水性能，整个堆石体一般处于无水的状态，不可能因地震而形成孔隙水压力，因而也就不存在堆石体强度降低的趋势而造成堆石体液化和坝坡失稳。由于堆石体已压实到密实状态，地震也只能使坝体产生一些微小的变形。经过几次地震，混凝土面板坝也可以产生裂缝，引起漏水量增加，但这种漏水不会威胁坝体总的稳定性，因为渗过面板裂缝的漏水量因垫

10、层反滤作用很容易得到控制，从而安全地渗过堆石体。1.3 本设计的主要研究容、思路及方法1.3.1主要研究容（1）了解熟悉滩水利枢纽工程基本资料，借阅相关资料文献；（2）水文水利计算：确定枢纽的等别、建筑物级别、以及洪水标准，计算绘制洪水过程线 ，水库的特征水位和特征高程。（3）枢纽布置：进行枢纽的布置及坝型的论证，确定坝体、泄水建筑物的位置，在地形图上绘出枢纽布置方案草图；（4）深入细部设计：对堆石坝的趾板、周边缝、垂直缝、各止水结构进行仔细设计；（5）施工设计：导截流方式及导截流建筑物的初步。1.3.2主要研究思路及方法首先，根据所给资料及国家标准，确定枢纽的等别、建筑物级别以及洪水标准。通

11、过水文水利计算，推求设计和校核两种工况下的洪水过程线。利用程序进行调洪演算，确定水库的各种特征水位、泄洪方案以及泄洪建筑物的尺寸。然后，通过对工程基本资料包括枢纽位置处的地形条件、工程地质和水文地质、水文气象、坝址处筑坝材料及施工条件等进行认真研读，对本工程所选取的堆石坝进行论证。然后再根据规和已建工程确定各主要建筑物的剖面形式和具体位置。 其次，通过翻阅教材和向指导老师请教，对坝体及溢洪道进行细致深入设计，对大坝进行稳定渗流分析。最后，参考国外一些规模相近的工程，对大坝进行初步的施工设计。主要包括导截流方案、导截流时间的初步选择、围堰的选择以及施工总进度计划的初步拟定。2 工程概况2.1 枢

12、纽位置及任务 顺场滩水利枢纽位于顺河中游，距潭家场0.5km。上距白龙县城20km，下距全明镇约10km，均有公路相通。顺场滩枢纽是一座以灌溉为主，兼以发电的综合利用水库。工程建成后，可以灌溉下游8万多亩田地。发电站装机容量为4000KW，电能主要为附近城镇的工农业及农村产品加工业提供能源。2.2 地形条件 顺河发源于南岭山脉的南侧，河流上游两岸山势陡峻，河床比降较大。中游如潭家场以上一带，虽然山势雄伟，但是相对上游而言较为开阔，河床比降显著减小，并有小河湾存在，是水库的主要蓄水区；在潭家场以下河段，地势明显开阔，左岸较陡，右岸相对较缓，是农田主要分布区域。 枢纽坝址河谷呈“U型。谷底宽约30

13、m，在470m高程处宽约300m，两岸不甚对称。在右岸431m高程左右，分布有一宽约10m，长约40m的一级阶地。河床左岸平均坡度为30，右岸平均坡度为23。主河槽偏向左岸，但是流经潭家场后偏向右岸，致使右岸坡变陡，左岸形成一冲积台地。坝址上游左右两岸有小山弯地形，下游潭家场附近有一较大的冲积地形，详见地形图示。由于坝址区段地形条件的限制，坝轴线只可能在小围变动。2.3 工程地质及水文地质 经勘察及区域地质构造分析，库区出露地层主要为下白垩系地层和中生代上侏罗纪系砂页岩互层。砂岩中节理裂隙较发育，但是无大的断裂构造切割，库岸稳定，地下水主要向库补给，不存在向邻谷和下游渗流的问题。 根据省地震局

14、有关资料及中国地震烈度区划图综合分析，该区地震活动较弱，属相对稳定区。流域地震烈度为5度。坝址河谷谷底以下为厚约30m以上的巨厚层石英砂岩，为大坝的主要持力层；中部为厚3m的砂质粘土岩，下部为厚30m厚的石英砂岩，中夹有薄层砂质粘土岩，两岸以石英砂岩为主，中夹有砂质粘土岩，石英砂岩岩质坚硬，抗压、抗拉及抗剪强度较高，但是其表层节理裂隙发育特别是左岸更甚。坝基岩体物理力学特性见表2.1所示：表2.1 坝基岩体物理力学特性序号 力学参数岩类岩体容重R（t/m3）变形模量E（kg/cm2）抗压强度Rc（kg/cm2）泊桑比1石英砂岩2.666.51048000.252砂质粘土岩2.551.11041

15、900.302.4 水文气象2.4.1水文特征顺河流域属亚热带气候，由于受太平洋低压槽影响，本区雨量较为充沛。根据坝址下游5km处的桑坪水文站实测资料分析，多年平均降雨量为1020mm，雨量多集中在69月，占全年降雨量的80%。雨量年分配不均，多年平均降雨数152天，多年平均气温15，极端最高气温36，极端最低气温-5，分别发生在7月和1月份，全年无霜期289天。多年平均相对湿度80%。2.4.2气象特征根据当地气象站19571986年的实测风速资料，多年平均最大风速为7.2m/s，瞬时最大风速为16.9m/s，风向为西北风，与水库吹程方向近乎一致，水库吹程2km。根据桑坪水文站1967198

16、6年完整的水文资料分析，多年平均流量为240.5m3/s，实测最大洪峰流量为1600 m3/s，详见表2.2：表2.2 实测洪峰流量年 份1967196819691970197119721973197419751976洪峰流量（m3/s）1240590640795101091070016001120570年 份1977197819791980198119821983198419851986洪峰流量（m3/s）106072582093013806301430680860770本河段曾进行多次洪水调查，查出具有代表性的两次历史洪水流量如表2.3所示，各月和各时段的施工洪水流量见表2.4所示：表2.

17、3 历史洪水流量年份历史洪水量（m3/s）1957年23001899年2040表2.4 各月和各时段的施工洪水流量 月份频率1月2月3月4月5月10月11月12月全年10%0.82.52.91.55029134.25%1.24.04.1205938175.62.4.3泥沙情况顺河发源于南岭山脉南侧，由于受太平洋低压槽影响，流域气候温和，相对湿度较大，适宜植物生长。因此沿河两岸植被良好，无大面积固体径流来源，所以沙量变化较平稳。经分析，河流多年平均输沙总量为2.1万m3。淤沙浮容重0.75 t/m3，摩擦角13。2.5 施工条件2.5.1建筑材料顺河流域地处山区，坝址上下游蕴藏有丰富的石英砂岩，

18、表面覆盖较薄，易于开采，运输距离较近。混凝土及砂浆用的砂石料主要由坝址下游10km处的沙湾一带采集，水泥由地区水泥厂供给（400#水泥），钢材由县物资局统一调拨，流域土料缺乏，虽有农田覆盖，但是多为沙壤土，贮量小，土质差。其建筑用料的物理力学特性详见表2.5、表2.6：表2.5 砌体与混凝土的物理力学特性 力学特性名 称容重（t/m3）弹性模量E（kg/cm2）容许抗压强度（kg/cm2）容许抗拉强度（kg/cm2）浆砌块石2.34.01041480.5混凝土2.418104浆砌条石（M7.5）2.44.51041801.02.5.2交通及施工场地枢纽左岸有公路自潭家场经坝头通至县城，右岸有公

19、路通至全明镇，并可以通往县城，交通较为方便。以上公路除了个别地段加宽外，可以满足施工运输要求。坝址上下游两岸的开阔地形，特别是潭家场附近一带，均可以布置施工场地，而且有部分拆迁后的民房可供利用。3 水文水利计算3.1 工程等别及建筑物级别3.1.1工程规模和工程等别水利工程对社会经济的影响巨大，因此，应从社会经济全局的利益出发，将工程安全性与经济合理性统一考虑，进一步将枢纽中的建筑物进行分级。水利水电工程的等别，应根据其工程规模、效益及在国民经济中的重要性，按中华人民国行业标准水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）（见表3.1）进行确定。 表3.1 水利水电工程分等指标工程等别

20、工程规模水库总库容（亿m）防 洪治涝灌溉供水发电保护城镇及工矿企业的重要性保护农田（万亩）治涝面积（万亩）灌溉面积（万亩）供水对象重要性装机容量（万kW）大（1）型10特别重要500200150特别重要120大（2）型101.0重要5001002006015050重要12030中 型1.00.10中等100306015505中等305小（1）型0.100.01一般30515350.5一般51小（2）型0.010.001530.51注：1.水库总库容是指最高水位以下的静库容； 2.治涝面积和灌溉面积均指设计面积。工程分等指标：（1）水库总库容：本工程基本资料里给出的正常蓄水位高程为469.50m

21、，根据水位库容曲线，可以得知本工程总库容为3640万m3，0.1亿m30.364亿m33501.041、2级永久性水工建筑物淹没一般城镇、工矿企业或推迟总工期及第一台（批）机组发电，造成较大经济损失31.550151.00.153、4级永久性水工建筑物淹没基坑，但对总工期及第一台（批）机组发电影响不大，经济损失较小1.5150.1注：当临时性水工建筑物根据上表指标分属不同级别时，其级别应按其中最高级别确定，但对3级临时建筑物，符合该级别规定的指标不得少于两项。在本设计中工程等别为等，根据表3.2，可以得知该工程永久性水工建筑物中主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级；对于临时性水工建筑物，从表

22、3.3中得出的级别为4级。3.1.3洪水标准水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，查规水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），按山区、丘陵区和平原、滨海区分别确定。结合本工程基本资料，顺场滩水利枢纽为山区、丘陵区水利水电工程，所以永久性水工建筑物的洪水标准按表3.3确定。表3.4 山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准 重现期（年）项 目水工建筑物级别12345设 计10005005001001005050303020校核土石坝10000500050002000200010001000300300200混凝土坝、浆砌石坝5000200020001000100050

23、0500200200100顺场滩工程永久性水工建筑物级别为3级，根据表3.4可知，本工程正常运用（设计工况）下的洪水重现期为10050年，非常运用（校核工况）下的洪水重现期为20001000年。综合考虑后本设计取永久性水工建筑物洪水标准为：设计洪水标准为100年一遇（p=1%），校核洪水标准为2000年一遇（p=0.05%）。3.2 水文计算水文计算的主要目的是推求设计洪水过程线和校核洪水过程线。3.2.1洪水过程线推求方法设计洪水过程线和校核洪水过程线可由典型洪水过程线放大得到，其方法主要有两种：同频率放大法和同倍比放大法。本设计采用同倍比放大法。 同倍比放大法即按峰或量同倍比控制的方法，其

24、优点是可以较好地保持典型洪水过程线的特点，对多峰洪水过程的流域或分析洪水地区组成时均可适用，缺点是常使设计洪峰或设计洪量的放大结果有偏大或偏小的现象。同倍比放大法是按同一个倍比放大典型洪水过程线的各纵坐标值，从而得到设计洪水过程线。因此，方法的关键在于确定以谁为主的放大倍比值。放大倍比值的选用有两种： 一是“以峰控制”，其放大倍比为：式中：Qmp设计频率的洪峰流量； Qm典型洪水过程线的洪峰流量。二是“以量控制”，其放大倍比为：式中：Wtp设计频率的设计时段洪量，设计时段长短一般是根据工程情况决定； Wt典型洪水过程线的设计时段洪量。3.2.1洪水过程线推求过程根据本工程的水文资料及典型洪水过

25、程线综合分析，选取“以峰控制”的方法。顺场滩工程永久性主要建筑物等级是3级，正常运用（设计标准）下的洪水重现期为100年（P1），非常运用（校核标准）下的洪水重现期为2000年（P0.05）。由理论频率曲线查得P=1%和P=0.05%对应的流量分别为Q设=2341m3/s和Q校=3234m3/s 。 因此最大倍比为K设=2341/1600=1.46，K校=3234/1600=2.02。洪水过程线如图3-1所示。 图3-1 洪水过程线3.3 水利计算3.3.1泄洪方式的选择泄水建筑物是水利水电枢纽工程中的重要组成部分，其型式的选择与具体布置，需结合具体的水文、地形、地质、施工等条件及运用要求，通

26、过技术经济论证，从各种可行方案中，本着既安全又经济的原则选定。常见的泄洪建筑物有表面式溢洪道和深水式泄水洞。表面式溢洪道分为有闸溢洪道和无闸溢洪道。后者当库水为超过溢洪道的堰顶高程时，即自行泄流。因此水库只能延滞和调节洪水而不能控制洪水与兴利库容结合。对于有闸溢洪道，尽管增加了泄洪设施的投资和操作管理工作，但能够比较灵活地按需求控制流量和泄水时间，对大中型水库的防洪效果和枢纽的综合利用有较大的好处。对于本工程，从坝区地形图可知，右岸坝肩高程约为460470m之间有一宽约为70m的平缓地段，河流在坝轴线下游约为300m处向右岸拐弯，此处河道几乎与坝轴线平行。因此拟在高程约为460470m之间的平

27、缓地段布置河岸开敞式正槽溢洪道。3.3.2泄洪建筑物的孔口尺寸在确定泄洪建筑物孔口尺寸的时候，需要考虑以下几方面因素：（1）泄洪要求：为了维持一定的库水位,在汛期泄洪建筑物要有一定的泄洪能力；（2）闸门和启闭机：启闭力越大，工作桥的跨度相应地也就越大；（3）枢纽布置：孔口高度越大，单宽流量就越大，溢流堰宽度也就越小；孔口宽度越小，孔数就越多，闸敦数也越多，溢流堰总长度也就相应增大。（4）下游的水流条件：单宽流量越大，下游的消能问题就越突出，为了对称均衡地开启闸门，以控制下游河床的水流流态，孔口数目最好采用奇数。本设计参考国外已建工程，初步拟定溢流堰净宽为40m，单宽为8m。3.3.3调洪演算（

28、1）调洪演算基本原理：水库调洪是在水量平衡方程和动力平衡（圣维南方程组的连续方程和运动方程）的支配下进行的。水量平衡用水库水量平衡方程表示，动力平衡可由水库蓄泄方程（或蓄泄曲线）来表示。调洪计算就是从起调开始，逐时段连续求解这两个方程。水库水量平衡方程：水库蓄泄方程或水库蓄泄曲线：式中：、时段t始、末的入库流量，m3/s；、时段t始、末的出库流量，m3/s；、时段t始、末的水库蓄水量，m3/s；t计算时段，s。其中，t应以能较准确地反映洪水过程线的形状为原则。陡涨陡落的，t取短些。反之，取长些。 （2）列表试算法本设计考虑静库容进行调洪计算。用列表试算法来联立求解水量平衡方程和动力方程，以求得

29、水库的下泄流量过程线，其计算步骤如下：a.根据库区地形资料，绘制水库水位容积关系曲线,并根据既定的泄洪建筑物的型式和尺寸，由相应的水力学出流计算公式求得出库流量和库容的关系曲线。b.从第一时段开始调洪，由起调水位（即汛前水位）查及关系曲线得到水量平衡方程中的和；由入库洪水过程线查得和；然后假设一个值，根据水量平衡方程算得相应的，由在qV曲线上查得，若二者相等，即为所求，否则，应重设，重复上述计算过程，直到二者相等为止。c.将上时段末的和作为下一时段的起始条件，重复上述试算过程，最后即可得到出库下泄流量过程线。d.将入库洪水和计算的两条曲线点绘在一图上，若计算的最大下泄流量正好是二线的交点，说明

30、计算的是正确的。否则，计算的有误差，应改变时段重新进行试算，直至计算的正好是二线的交点为止。e.由查曲线，得到最高洪水位时的总库容，从中减去堰顶以下的库容，得到调洪库容。由查ZV曲线，得最高洪水位。显然，当入库洪水为设计标准的洪水时，求得的、即为设计标准的最大泄洪量、设计防洪库容和设计洪水位。同理，当入库洪水为校核标准的洪水时，求得的、即为校核标准的最大泄洪量、设计防洪库容和设计洪水位。以设计洪水情况为例，计算结果为：溢洪道最大下泄流量qm=1986m3/s，相应总库容Vm=3631.3万m3；堰顶高程以下的库容得V设=1381.3万m3；由ZV曲线查得Z设=469.4m。求得设计洪水过程线及

31、下泄流量过程曲线如图3-2所示。t（h）Q，q（m3/s）1 设计洪水过程线2 下泄流量过程线图3-2设计洪水过程线及下泄流量过程线（3）计算机调洪拟定两个方案，对设计洪水、校核洪水分别进行调洪演算。计算结果见表3.5。表3.5 调洪演算结果序号方案类型（孔数单宽）设计工况校核工况最大泄流qm（m3/s）水位Zm（m）最大泄流qm（m3/s）水位Zm（m）158m2038.62469.752807.98471.712510m2080.56468.672898.67471.06已知堰顶高程为461.50m，正常蓄水位为469.50m，则闸门高度至少为8m。方案二的设计洪水位和校核洪水位均只稍高于

32、方案一，但是闸孔净宽增加了10m，相应增宽了施工难度大的溢流坝面长度。通过比较分析，选择方案一，即闸孔数为5孔，单宽为8m，总净宽为40m。设计情况和校核情况的洪水过程线及下泄流量曲线见图3-3和图3-4.图3-3 设计洪水过程线及下泄流量过程线图3-4 校核洪水过程线及下泄流量过程线总结计算机调洪结果得到表3.6表3.6选定溢流方案的特性表设计情况校核情况上游水位（m）下游水位（m）下泄流量（m3/s)上游水位（m）下游水位（m）下泄流量（m3/s)469.75426.902038.62471.71427.602807.984 枢纽布置及坝型论证4.1 枢 纽 布 置4.1.1枢纽布置的任务

33、 为了满足防洪要求，获得灌溉、发电、供水等方面的效益，需要在河流的适宜地段修建不同类型的建筑物，用来控制和分配水流，这些建筑物统称为水工建筑物，而不同类型水工建筑物组成的综合体称为水利枢纽。水利枢纽按承担的任务不同可分为防洪枢纽、灌溉（或供水）枢纽、发电枢纽、航运枢纽等。大多数情况下水利枢纽都是多目标的综合利用枢纽。按其作用水头的大小又可分为高水头（H70m）、中水头（30mH70m）和低水头（H30m）水利枢纽。按其所在地区的地貌形态分为：平原地区水利枢纽和山区（包括丘陵区）水利枢纽；按拦河坝的形式还可分为重力坝枢纽、拱坝枢纽、土石坝枢纽及水闸枢纽等。枢纽布置的任务概括地说就是分析某一具体水

34、利枢纽的地形、地质、施工等条件，选择合适的水工建筑物的形式并明确各水工建筑物的位置。4.1.2枢纽布置的原则水利枢纽的规划和运行中，防洪、发电、灌溉等部门对水的要求不尽相同，为了协调上述各个部门供需之间的矛盾，需要进行合理的枢纽布置，统筹安排，最合理的开发利用水能资源，做到以最少的投资，最大限度地满足国民经济各个部门的需要。在枢纽布置中应当遵循以下原则：（1）水利枢纽布置须充分考虑地形、地质条件，使各种水工建筑物都布置在安全可靠的地基上，并能满足建筑物的尺度和布置要求以及施工的必要条件。（2）枢纽布置必须使各个不同功能的建筑物在其位置上各得其所，在运行中相互协调，充分有效地发挥所承担的任务。（

35、3）各个水工建筑物单独使用或联合使用的水流条件良好，上下游的河道冲淤变化不影响或少影响枢纽的安全运行。结构强度满足要求，即技术上安全可靠。（4）在满足基本要求的前提下，力求建筑物布置紧凑，一物多用，减少工程量，充分发挥综合效益，降低造价。尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益。（5）要充分考虑运行管理的便利和施工的方便，枢纽的外观与周围环境协调，在可能的情况下尽量考虑美学要求。4.1.3枢纽建筑物的组成本工程是以灌溉为主、兼以发电的综合利用水利枢纽。枢纽主要建筑物有：（1）挡水建筑物：面板堆石坝；（2）泄水建筑物：溢洪道； （3）输水建筑物：引水钢管等；（4）水电站建筑物：坝后式厂房

36、；（5）临时建筑物：施工围堰、导流洞。4.2 坝 型 选 择大坝按筑坝材料主要分为：拱坝、重力坝、土石坝以及堆石坝等坝型。本工程坝址区河谷呈“U”型，谷底宽约30m，在470m高程处宽约300m，两岸不甚对称，因此本工程不适合修建拱坝。初选重力坝、土石坝、堆石坝三种坝型进行比较。根据坝址区地质条件，土石坝及堆石坝均能修建，但堆石坝相比土石坝有一定优势，主要表现在：(1) 堆石坝比土石坝的坝坡稳定性好。(2)堆石坝的防渗板位于堆石体上面，承受水压力的性能好，坝体透水性比心墙坝好，几乎不受渗透水压力的影响。(3)堆石坝比土石坝的抗震性能好、地震变形小，不易因地震而产生孔隙水压力。(4 )堆石坝比土

37、石坝的施工导流与度汛方便。(5)堆石坝比土石坝受气候的影响较小。(6)堆石坝比土石坝施工干扰少。堆石坝分为面板堆石坝和土心墙堆石坝，二者对坝址地质、地形条件的适应性都比较强，但是顺场滩水利枢纽坝址处缺少土心墙料，且面板堆石坝工期比土心墙堆石坝短得多，这是由于坝体填筑与基础灌浆互不干扰，面板堆石坝的填筑不受下雨天气影响，坝体体积较小，坝体分期灵活，垫层料可以挡施工期洪水，部分堆石的填筑可以在导流前进行。故放弃土心墙堆石坝方案。因此，本工程主要选择混凝土面板堆石坝与重力坝方案进行比较。坝型选择要根据坝址区地形条件、地质条件、筑坝材料、施工条件、气候条件及工程量等多方面因素综合进行比较，选定技术上可

38、靠、经济上合理的坝型。5 面板堆石坝设计5.1坝顶高程设计坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应分别按以下运用情况计算，取其最大值：正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高；设计洪水加正常运用情况的坝顶超高；校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高；正常蓄水位加非常运用情况的坝顶超高。根据碾压式土石坝设计规（SL274-2001），坝顶超高y的计算公式为 式中：y 坝顶超高，m；R 最大波浪在坝坡上的爬高，m；e 最大风壅水面高度，m； A 安全加高，m。根据SL274-2001碾压式土石坝设计规，在4种运用条件下的坝顶高程计算如表5.1。表5.1 坝顶高程计算表运 用 情 况洪水水位（m）波浪爬高R1

39、%（m）风壅水面高度e（m）安全超高A（m）坝顶高程（m）设计洪水位加正常运用469.751.510.000870.7471.96正常蓄水位加正常运用469.501.510.000870.7471.71校核洪水位加非常运用471.700.890.000370.4472.99正常蓄水位加非常运用469.750.890.000370.4471.04坝顶上游侧应设置防浪墙，防浪墙的底部高程宜高于正常蓄水位（469.75m）,墙顶高出坝顶1m。故最后确定坝顶高程为473.00m，防浪墙顶高程为474.00m，防浪墙墙高为4m。5.2坝顶构造坝顶宽度应根据运行需要、坝顶设施布置和施工要求确定，坝顶宽度一

40、般为5m8m。当坝顶有交通需要时，坝顶宽度应满足交通要求。顺场滩水库为中型水库，参照工程经验，确定坝顶宽度为6.0m，坝顶铺有厚度为30cm的碎石垫层，路面混凝土厚度为30cm。为了排除雨水，坝顶面向下游侧倾斜，做成2%的坡度。坝顶上游侧应设置防浪墙，墙顶高出坝顶1m1.2m。防浪墙与混凝土面板顶部的水平接缝高程，宜高于水库正常蓄水位。防浪墙底部高程以上的坝体，应用细堆石料填筑，并铺设路面。防浪墙立墙上游的底板上，宜设宽度0.6m0.8m的检查用人行便道。本工程设计采用L型防浪墙，墙高4.0m，墙顶高出坝顶1.0m。检查用人行便道宽度为0.6m。防浪墙采用钢筋混凝土结构，墙顶部厚0.5m。防浪

41、墙底高程469.50m，顶高程473.50m。坝顶细部构造如图5-1。图5-1 坝顶结构图5.3上下游坝坡对于混凝土面板坝，当筑坝材料为质量良好的硬岩堆石料时，上、下游坝坡可采用1：1.31:1.4，当用质量良好的天然砂砾石料筑坝时，上、下游坝坡可采用1：1.51：1.6。软岩堆石料筑坝和软基上建坝，坝坡由稳定计算确定。本工程筑坝材料为砂岩，参照已建工程经验，满足规要求，拟定上游坝坡为1：1.4，下游坝坡1：1.5。上游为钢筋混凝土面板，无需护坡，下游采用干砌石护坡，厚0.4m，在高程为445.00m处，设宽为2.0m的马道，其中包括了宽0.4m的排水沟。5.4 筑坝材料及坝体分区堆石体在自重、水压等荷载的作用下，各部分的应力和变形特性不同，对面板工作产生的影响也不同，各部分对材料性质、级配、压实度和施工工艺的要求也各不相同，因此应根据料源及对坝料的强度、压缩性、渗透性、施工方便和经济合理等要求对坝体进行分区。一般，将坝体分为垫层区、过渡区、主堆石区及下游堆石区。填筑料的分区原则如下：各分区坝料的透水性宜满足水力过渡的要求，从上游到下游，坝料的渗透系数递增（软岩除外），下游堆石区下游水位以上的坝料不受此限制。相邻区下游坝料应对其上游区有反滤保护作用，防止产生渗透变形和渗透破坏；依据对面板的影响程度，从上游到下游坝料变形模