鐘呂水利樞紐鋼筋混凝土面板堆石壩設(shè)計說明書

摘 要鐘呂水利樞紐是以發(fā)電為主,同時兼顧灌溉、供水、防洪及養(yǎng)殖等綜合利用效益的跨流域開發(fā)的水利水電樞紐工程。在明確了建設(shè)目的并具有了建設(shè)依據(jù)和條件后設(shè)計的樞紐概況如下：擋水建筑物為鋼筋混凝土面板堆石壩，最大壩高55.5米，主壩軸線長220米，上下游邊坡均為1：1.55，正常蓄水位276.6m，設(shè)計洪水位277.7m，校核洪水位279.2m。電站裝機6400kW，設(shè)計水頭174米，保證出力1461kW。設(shè)計主要內(nèi)容為：1、根據(jù)防洪要求，對水庫進行洪水調(diào)節(jié)計算，最終確定壩頂高程為280.0m； 2、通過分析，對可能的方案進行比較，確定樞紐組成建筑物的型式、輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；3、詳細做出大壩設(shè)計，通過比較，確定大壩的基本剖面和輪廓尺寸，擬定地基處理方案與壩身構(gòu)造，進行水力、靜力計算；4、確定趾板等的構(gòu)造并進行初步設(shè)計階段的施工組織設(shè)計；5、進行專題的設(shè)計：技術(shù)標(biāo)的施工組織設(shè)計及進度計劃。本次設(shè)計以已建的混凝土面板堆石壩為參考，在注重各細部獨立分項設(shè)計的同時，綜合考慮了整體工程的統(tǒng)一性。在專題的編寫中參考實際工程招投標(biāo)階段的施工組織設(shè)計文件，對本工程各分部工程進行詳細的設(shè)計，編寫了適合本工程施工階段的施工組織設(shè)計文件和施工總進度計劃。在設(shè)計過程中充分運用所學(xué)知識，廣泛參考堆石壩設(shè)計、施工方面的相關(guān)書籍，嚴格遵照規(guī)范的規(guī)定進行設(shè)計，體現(xiàn)了本設(shè)計的科學(xué)性、規(guī)范性。關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土面板堆石壩 施工組織設(shè)計 進度計劃AbstractThe purpose of this design is to develop the water resources of Zhonglv Basin,constructing a power-based, taking into account irrigation, water supply, flood protection and aquaculture Etc. of comprehensive utilization efficiency, such as the development of inter-basin water conservancy and hydropower project.After clearing the purpose of the construction , having the basis and conditions of the construction the project is designed as follows:Water retaining works is concrete faced rock-fill dam ,height of 55.5m, the length of the main dam is about 220m,the upstream slope and downstream slope both are 1:1.55. the normal water level is 276.6m,the design flood level is 277.7m and the check flood level is 279.2m.The basin installs 6400kW,the design head of power station is 174m, the firm capacity is 1461kW.The primary coverage of the design is: 1.According to the flood control requirements,do the computation for storage routing of reservoir ,finalize the crest elevation of 280.0m.2. Through analysis, compare and choose the possible scheme, determine the composition of buildings type of the project, outline, and project layout scheme;3. Through dam design and comparison,determine the basic section and the size of the buildings,choose the scheme for foundation treatment and the construction of dam, and do hudraulic and static calculation.4.Determine the toe slab structure and do construction organization planning of the preliminary design phase.5.The second major works: construction organization planning of technical tender and progress schedule.The design is refer to the general CFRD .In the design process which is full use of the knowledge, extensive reference to the dam design, construction and other related books, and design within the provisions regulating, the design reflects the scientific and standardized.Key words: Reinforced Concrete Face Rockfill Dam Construction Organization Planning Progress Schedule 目 錄摘 要1Abstract2第一章 綜合說明11.1 工程特性表11.2 建設(shè)目的和依據(jù)21.3 建設(shè)的條件21.4 建設(shè)的規(guī)模及綜合利用效益31.4.1 建設(shè)規(guī)模31.4.2 綜合利用效益3第二章 自然地理條件42.1 地形條件42.2 水文特性42.3 工程地質(zhì)條件42.3.1 庫區(qū)工程地質(zhì)52.3.2 壩址工程地質(zhì)52.3.3 引水發(fā)電隧洞工程地質(zhì)條件72.4 氣象、地震及其他82.4.1 氣象、地震82.4.2 天然建筑材料8第三章 設(shè)計條件和設(shè)計依據(jù)93.1 設(shè)計任務(wù)93.2 設(shè)計依據(jù)9第四章 洪水調(diào)節(jié)計算104.1 洪水調(diào)洪演算104.1.1 洪水調(diào)洪演算原理104.1.2 洪水調(diào)洪演算方法124.2 洪水標(biāo)準分析124.3 泄水建筑物的型式選擇124.4 調(diào)洪演算及泄水建筑物尺寸的確定134.4.1 調(diào)洪演算過程144.4.2 洪水過程線的模擬144.4.3 計算公式154.4.4 計算結(jié)果154.4.5 方案選擇164.4.6 壩頂高程的確定16第五章 主要建筑物型式選擇及樞紐布置195.1 樞紐等別及組成建筑物級別195.2 壩型選擇195.2.1 定性分析195.2.2 定量分析245.3 泄水建筑物型式選擇255.4 主要建筑物型式255.4.1 擋水建筑物混凝土面板堆石壩255.4.2 泄水建筑物正槽溢洪道255.4.3 水電站25第六章 第一主要建筑物設(shè)計266.1 大壩輪廓尺寸及防浪墻設(shè)計266.1.1 壩頂高程及壩頂寬度266.1.2 壩體分區(qū)266.1.3 壩坡與馬道296.1.4 防浪墻設(shè)計296.2 堆石料設(shè)計366.2.1 堆石料基本特性參數(shù)366.2.2 主、次堆石料設(shè)計366.2.3 墊層、過渡層設(shè)計366.2.4 堆石體設(shè)計技術(shù)參數(shù)表386.2.5 堆石體填筑技術(shù)參數(shù)表386.3 鋼筋混凝土面板設(shè)計386.3.1 面板性狀396.3.2 面板厚度及寬度396.3.3 面板配筋406.4 壩坡穩(wěn)定分析406.4.1 計算原理及方法406.4.2 計算結(jié)果426.5 副壩設(shè)計436.5.1 副壩型式選擇436.5.2 副壩強度和穩(wěn)定驗算446.5.3 副壩與主壩的連接456.5.4 副壩的防滲設(shè)計466.6 細部構(gòu)造設(shè)計及地基處理466.6.1 壩頂構(gòu)造466.6.2 護坡設(shè)計466.6.3 分縫及止水466.6.4 壩基處理476.7 趾板設(shè)計496.7.1 趾板的作用496.7.2 趾板的體型及定線496.7.3 趾板剖面設(shè)計516.7.4 趾板的分縫及配筋546.7.5 趾板的地基開挖和處理556.8 工程量匯總556.8.1 堆石壩各分區(qū)工程量566.8.2 趾板工程量576.8.3 混凝土面板工程量576.8.4 副壩工程量586.8.5 防浪墻工程量58第七章 施工組織設(shè)計597.1 基本資料分析597.1.1 工程概況597.1.2 施工條件分析597.1.3 有效工日分析617.2 施工導(dǎo)流617.2.1 導(dǎo)流標(biāo)準617.2.2 導(dǎo)流方案617.2.3 大壩施工分期627.2.4 度汛方案627.2.5 導(dǎo)流建筑物設(shè)計及布置627.3 主體工程施工657.3.1 堆石體施工657.3.2 混凝土工程施工707.3.3 導(dǎo)流隧洞施工737.4 施工交通787.4.1 施工交通布置原則787.4.2 施工交通布置787.4.3 施工道路維護807.5 施工總布置807.5.1 布置原則807.5.2 施工總布置807.6 施工總進度81參考文獻82小結(jié)84- 76 -第一章 綜合說明1.1 工程特性表表1-1 工程特性表序號及名稱單 位數(shù) 量備 注一、水庫流域面積km233正常高水位m276.6死水位m248.0設(shè)計洪水位m277.7校核洪水位m279.2設(shè)計泄洪流量m3/s217.5校核泄洪流量m3/s316.0總庫容萬m32154.8死庫容萬m3172.0二、大壩壩型混凝土面板堆石壩壩頂高程m280.0防浪墻頂高程m281.2壩頂寬度m8.0最大壩高m55.5上游壩坡11.55下游壩坡11.55主壩壩軸線長m220副壩型式重力式擋墻副壩壩軸線長m64導(dǎo)流洞型式圓形斷面導(dǎo)流洞進口底高程m227.5導(dǎo)流洞出口底高程m226.5導(dǎo)流洞半徑Rm2.4導(dǎo)流洞長度m200續(xù)表1-1 工程特性表序號及名稱單 位數(shù) 量備 注三、溢洪道溢流前緣凈寬m10堰頂高程m273設(shè)計流量m3/s217.5校核流量m3/s316.0閘門型式平板閘門尺寸（寬高）m2106四、廠房系統(tǒng)1動能指標(biāo)最大凈水頭m174.0額定水頭m最小水頭m引用流量m3/s5.0額定出力kW6400保證出力kW14612廠房廠房型式地面式廠房面積m231.515.7主廠房寬度m10.8機組臺數(shù)2機組安裝高程m103.0水輪機型號HL110-WJ-76發(fā)電機型號SFW-J3000-6/1480開關(guān)站面積m211.527.251.2 建設(shè)目的和依據(jù)鐘呂水利樞紐工程是以發(fā)電為主，同時兼顧了灌溉、供水、防洪及養(yǎng)殖等綜合利用效益的跨流域開發(fā)的水利樞紐工程。1.3 建設(shè)的條件建設(shè)資金基本到位，施工準備工作已經(jīng)就緒。1.4 建設(shè)的規(guī)模及綜合利用效益1.4.1 建設(shè)規(guī)模本電站裝機6400 kW，保證出力1461kW。廠房總面積為31.515.7。開關(guān)站尺寸為11.527.25。水庫總庫容（校核洪水位以下的全部庫容）為2154.8萬m。1.4.2 綜合利用效益1.4.2.1 發(fā)電裝機6400kW，電站設(shè)計水頭為174m，多年平均發(fā)電量為1700104kWh，保證出力為1461kW。本電站裝2臺3200kW機組，正常蓄水位為276.6m，引水式發(fā)電，引水隧洞布置在右岸山體中，最大引用流量為5m/s。廠房位于段莘水江灣湖山村左岸下游340m處，地面式，總面積為31.515.7，其中主廠房寬10.8m，主廠房內(nèi)安裝二臺HL110-WJ-76，配SFW-J3000-6/1480的水輪發(fā)電機組，機組安裝高程為103m，開關(guān)站位于廠房的左上側(cè)，尺寸為11.527.25。1.4.2.2 灌溉下游利用發(fā)電尾水灌溉，上游增加灌溉面積1.0萬畝。1.4.2.3 供水供鐘呂村及其下游村民生活用水。1.4.2.4 防洪可減輕洪水對鐘呂村及下游江灣鎮(zhèn)的威脅，要求設(shè)計洪水最大下泄量限制為230m/s。1.4.2.5 漁業(yè)水庫蓄水后，正常蓄水位時水庫面積1.09km，為發(fā)展養(yǎng)魚等水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)創(chuàng)造了有利條件。第二章 自然地理條件2.1 地形條件鐘呂水庫位于江西婺源縣樂安河一級支流曉港水的鐘呂村上游約160m處，壩址以上控制流域面積33km。曉港水在鐘呂村上游約300m處，由兩支水系匯合而成，其中東支發(fā)源于石耳山，南支發(fā)源于清灣頭尖，河流在曉港村匯入樂安河，本流域上游為中低山區(qū)，山勢陡峭，中下游為低山丘陵區(qū)，山體凌亂，沖溝發(fā)育。2.2 水文特性據(jù)水文資料推算，壩址處多年平均流量1.28m/s，多年平均總徑流量4040萬m；經(jīng)頻率分析：p=0.1%的洪峰流量為551.5m/s,三日洪量為1569萬m，p=2%的洪峰流量為364.5m/s,三日洪量為965萬m。流域多年平均降雨值2047.7mm。流域河段多年平均輸砂量為0.29萬噸，泥沙容重估算為1.3t/m。估計水庫淤積年限與高程關(guān)系見表2-1。表2-1 淤積年限與高程關(guān)系表淤積年限（年）泥沙淤積量（萬m）淤積高程（m）5011.05236.0810022.1237.78水庫水位庫容關(guān)系曲線見表2-2。表2-2 水庫水位-庫容關(guān)系曲線表水位（m）227.5236.08237.78248276278.11庫容（104m）011.0522.1172.01910.02145.2壩址水位-流量關(guān)系曲線見表2-3。水位(m)227.5228.0228.5229.0229.5230.0230.5流量(m/s)06.028.966.77121.97196.05281.78表2-3 壩址水位-流量關(guān)系曲線表2.3 工程地質(zhì)條件2.3.1 庫區(qū)工程地質(zhì)庫區(qū)屬構(gòu)造剝蝕低山地貌，山勢陡峭，分水嶺雄厚，地形封閉，植被良好， 未見滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。組成庫岸及庫盆的地層巖性主要為前震旦系板溪群的千枚狀綠泥絹云母板巖，千枚巖和變質(zhì)砂巖。庫區(qū)巖石受多次構(gòu)造運動的影響，斷層和裂隙發(fā)育，巖石的褶皺和撓曲也很常見，構(gòu)造行跡以北東向壓扭性為主，常見有北西向張扭性斷裂和近東西向平推斷層，未見有較大的導(dǎo)水?dāng)嗔堰B通庫外。庫區(qū)地下水類型主要為第四系松散堆積物孔隙潛水和基巖裂隙水，受大氣降水補給，排泄于河谷與河床，庫岸山體地下水位較高，一般在300m高程以上，組成庫岸及庫盆的巖石表部透水性強，但深部巖石透水性微弱，屬相對不透水層。庫區(qū)工程地質(zhì)良好，水庫蓄水后，不存在永久滲漏、岸邊再造、浸沒及水庫誘發(fā)地震等問題。2.3.2 壩址工程地質(zhì)2.3.2.1 地貌 壩址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕低山地貌，山頂高程為280450m，壩區(qū)河床較寬，約2050m，為一“U”型河谷，兩岸山坡不對稱，左岸山體雄厚，山坡角3040度，右岸山體較為單薄，山坡角2030度，且在右岸有一低矮埡口，頂高程約276m，壩址區(qū)沖溝發(fā)育，且切割較深，未見滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，自然邊坡穩(wěn)定。2.3.2.2 地質(zhì)巖性壩址區(qū)出露的地層巖性為前震旦系板溪群第四段綠泥絹云母千枚巖夾變質(zhì)砂巖，第四系松散堆積物及變質(zhì)輝常巖，其巖性特征為：(1)泥絹云母千枚巖：灰綠色，主要礦物成分為絹云母、石英、長石、綠泥石等，千枚狀構(gòu)造，其余碎屑顯微鱗片狀構(gòu)造，巖石撓曲和褶皺常見，片理極發(fā)育，巖層產(chǎn)狀N4060E，NW3860。(2)質(zhì)砂巖：青灰色，主要礦物成分未石英、長石及巖屑等，中細砂粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，有輕微的變質(zhì)，巖石結(jié)構(gòu)致密，巖性堅硬。(3)第四系松散堆積物主要為沖擊砂卵石，漂石，厚11.5m，分布于河床部位，殘坡積壤土、碎塊石土，厚16m，分布于兩岸山坡及沖溝部位。(4)質(zhì)輝長巖：暗綠、深綠色，主要礦物成分為綠泥石、綠簾石、纖閃石及少量石英，輝長結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微具定向構(gòu)造，巖石質(zhì)地堅硬，在壩址區(qū)呈巖株或巖脈產(chǎn)出。2.3.2.3 地質(zhì)構(gòu)造壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構(gòu)造復(fù)合部位，出露的地層古老，經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層褶皺和撓曲常見。在初步設(shè)計階段共發(fā)現(xiàn)斷層20條。壩基開挖后，在壩基部位新發(fā)現(xiàn)小斷層14條及兩條風(fēng)化夾層，但密度均較小。(1)主要斷層：F5壓扭性斷層：產(chǎn)狀N35，NW80，寬0.10.15m，主要由片狀巖、碎性巖組成，構(gòu)造巖強風(fēng)化，性狀較差，出露于左岸趾板齒槽228m高程附近。F12壓扭性斷層：產(chǎn)狀N40E，NW66，寬0.20.4m，主要由片狀巖組成，構(gòu)造巖呈強風(fēng)化，性狀較差，出露于左岸趾板齒槽236m高程附近。F22層間擠壓破碎帶：產(chǎn)狀N55E，NW55，寬0.10.25m，主要由片狀巖、石英脈組成，構(gòu)造巖強風(fēng)化，性狀較差，出露于左岸趾板齒槽260m高程附近。F29壓扭性斷層：產(chǎn)狀N25E，NW70，寬0.080.1m，主要由碎裂巖組成，見0.51.5cm厚的斷層泥繼續(xù)分布，斷層間較平，構(gòu)造巖呈強風(fēng)化，性狀差，出露于河床趾板齒槽部位。(2)裂隙：壩址區(qū)巖石裂隙發(fā)育，巖石破碎，壩基開挖后，對壩基巖石裂隙作了統(tǒng)計，主要有兩組發(fā)育方向：一是NE向?qū)用?，裂隙產(chǎn)狀N4060E，NW3860，裂面稍扭，普遍見Fe、Mn質(zhì)浸染，表面張開或微張，局部見次生泥充填，延伸長，極發(fā)育；二是NW3050W，SW或NE4080，裂面光滑平整，見Fe、Mn質(zhì)浸染，間距一般20cm，延伸較短，發(fā)育。(3)風(fēng)化夾層：壩基開挖后，在河床右側(cè)趾板齒槽部位發(fā)現(xiàn)了兩條風(fēng)化夾層WJ1，WJ2，產(chǎn)狀N42E，NW0.7；弱風(fēng)化巖石0.55。飽和抗壓強度：微新巖石40MPa；弱風(fēng)化巖石25MPa。其他實驗參數(shù)見表2-4。表2-4 堆石試驗參數(shù)表組別試驗干密度（g/cm）C(KPa)KnRfGFDA2.104738.58800.350.820.460.201.5B2.056037.72600.320.810.430.181.82.3.3 引水發(fā)電隧洞工程地質(zhì)條件引水發(fā)電隧洞通過地段屬低山地貌區(qū)，山頂高程300400m相對高程100200m，隧洞區(qū)沖溝發(fā)育，山體切割較深且較零亂，地表植被發(fā)育，未見有不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。隧洞圍巖由絹云母千枚巖、變質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)千枚巖與粉砂質(zhì)板巖層。絹云母千枚巖偶夾粉砂質(zhì)板巖及粉砂質(zhì)板巖等組成。巖石層面裂隙極發(fā)育、褶皺、撓曲嚴重，斷層發(fā)育切規(guī)模大，性狀差，其中絹云母千枚巖、凝灰質(zhì)千枚巖水理性質(zhì)較差，且遇水易軟化，軟化系數(shù)低，凝灰質(zhì)千枚巖成分復(fù)雜，還易于風(fēng)化。絹云母千枚巖與凝灰質(zhì)千枚巖在洞線出露的長度占洞線總長的19%，說明洞線圍巖大部分由絹云母千枚巖與凝灰質(zhì)千枚巖構(gòu)成。根據(jù)工程類比可知：千枚巖的單軸飽和抗壓強度為1640Mpa，軟化系數(shù)0.630.93，屬半堅硬較軟化，抗水性較差的片狀（薄層狀）巖體。2.4 氣象、地震及其他2.4.1 氣象、地震流域內(nèi)氣候：流域內(nèi)多年平均氣溫16.7，以一月份平均氣溫4.6為最低，七月份平均氣溫28為最高，歷年極端最高氣溫41，極端最低氣溫-11。風(fēng)速及吹程：多年平均最大風(fēng)速12.6m/s，吹程1.6km。地震烈度：壩址及庫區(qū)地震烈度屬度以下，設(shè)計時可不考慮地震荷載。降 雨 量：流域多年平均降雨均值2047.7mm。2.4.2 天然建筑材料2.4.2.1 砂礫石料壩址流域砂礫石料貧乏，但在江灣水和段莘水流域有梨苗場和古玩料場，距大壩約1015km,有公路相通，運輸方便。梨苗場 、古玩料場均為砂卵（礫）石混合料，砂卵（礫）石儲量豐富，質(zhì)量良好，滿足工程要求。2.4.2.2 堆石料壩址附近廣泛分布綠泥絹云母千枚巖，弱至微風(fēng)化巖石，巖性較堅硬，力學(xué)強度較高，質(zhì)量較好，儲量豐富，可作為大壩堆石料。壩址附近粘土很少，壩址上下游有一定的粘土分布，均為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民耕地。第三章 設(shè)計條件和設(shè)計依據(jù)3.1 設(shè)計任務(wù)在對原始材料進行綜合分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合本次設(shè)計的專題研究，要求：(1)根據(jù)防洪要求，對水庫進行洪水調(diào)節(jié)計算，確定壩高程及岸坡溢洪道尺寸；(2)通過分析，對可能的方案進行比較，確定樞紐組成建筑物型式，輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；(3)詳細做出大壩設(shè)計，通過比較，確定壩的基本剖面與輪廓尺寸，擬定地基處理方案和壩身結(jié)構(gòu)，進行水力、靜力計算；(4)進行專題的設(shè)計：技術(shù)標(biāo)的施工組織設(shè)計；對總進度計劃編制進行深入研究。3.2 設(shè)計依據(jù)包括相關(guān)參考文獻、主要設(shè)計規(guī)范以及上級機關(guān)批文。(1)中華人民共和國水利部.混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范.北京:中國水利水電出版社，1998(2)中華人民共和國水利部.水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范（SL/T225-98）.北京：中國水利水電出版社，1998(3)中華人民共和國水利部.水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范.北京：中國水利水電出版社，1998(4)中華人民共和國水利部.水利水電工程等級劃分.北京：中國水利水電出版社，2000(5)中華人民共和國水利部.水工擋土墻設(shè)計規(guī)范.北京：中國水利水電出版社，2007第四章 洪水調(diào)節(jié)計算4.1 洪水調(diào)洪演算4.1.1 洪水調(diào)洪演算原理洪水在水庫中運行時，水庫沿程的水位、流量、過水?dāng)嗝?、流速等均隨時間而變化，其流態(tài)屬于明渠非恒定流。根據(jù)水力學(xué)，明渠非恒定流的基本方程，即圣維南方程組為：連續(xù)性方程： （4-1）運動方程： （4-2）式中： 過水?dāng)嗝婷娣e(m)； 時間（s）； 流量（m/s）； 沿水流方向距離（m）； 水位（m）； 重力加速度(m/s)； 斷面平均流速(m/s)； 流量系數(shù)(m/s)。一般采用簡化的近似解法，長期以來，普遍采用瞬時法，即用有限差值來代替微分值，并加以簡化，以近似地求解一系列瞬時流態(tài)。瞬時流態(tài)法將式(4-1)進行簡化而得出基本公式，再結(jié)合水庫的特有條件對基本公式進行簡化，得出用于水庫調(diào)洪計算的實用公式： （4-3）式中：， 分別為計算時段初、末的入庫流量(m/s)； 計算時段中的平均入庫流量(m/s) ，=(+)/2；， 分別為計算時段初、末的下泄流量(m/s)； 計算時段中的平均下泄流量(m3/s)，；， 分別為計算時段初、末水庫的蓄水量(m3)； 與之差； 計算時段。公式(4-3)表示為一個水量平衡方程式，表明：在一個計算時段內(nèi)，水庫水量與下泄水量之差即為該時段中水庫蓄水量的變化。顯然，公式中并未計入洪水入庫處至泄洪建筑物間的行進時間，也未計入沿程流速變化和動庫容等影響，這些因素均是其近似性的一個方面。當(dāng)已知水庫入庫洪水過程線時，、均為已知，、，則是計算時段開始時的初始條件。于是，式(4-3)中的未知數(shù)僅剩下、，當(dāng)前一時段的、求出后，其值即成為后一時段的、值，使計算能逐步地連續(xù)進行下去。僅一個方程來求解、是不可能的，必須再有一個方程式，與式(4-3)聯(lián)立，才能同時解出、的確定值，假定暫不計及自水庫取水的興利部門瀉向下游的流量，則下瀉量是泄水建筑物瀉流水頭的函數(shù)，而當(dāng)泄洪建筑物的型式、尺寸等已確定時 (4-4)式中： 系數(shù)，與泄洪建筑物的型式、尺寸、閘孔開度及淹沒系數(shù)有關(guān)； 指數(shù)，對于堰流一般等于3/2，對于閘孔出流一般=1/2。根據(jù)水力學(xué)公式，與的關(guān)系曲線可求。若是堰流即為庫水位Z與堰頂高程之差；若是閘孔出流即為庫水位Z與閘孔中心線高程之差。因此可以根據(jù)與的關(guān)系曲線求出Z與的關(guān)系曲線，并且由庫水位Z，又可借助于水庫容積特性曲線，求出相應(yīng)的水庫蓄水容積，則式(4-4)可用下泄流量與庫容的關(guān)系曲線代替，即，與式(4-3)聯(lián)立方程組，求解、。當(dāng)水庫承擔(dān)下游防洪任務(wù)時，要求保持不大于下游允許的最大下泄流量時，就要利用閘門控制流量，但計算的基本公式和方法與上述一致。本設(shè)計泄水建筑物是正槽溢洪道。采用閘門全開式泄洪，故下泄流量是，即為庫水位Z與堰頂高程之差，由于資料有限僅有0.1%和2%的流量及其對應(yīng)的三日洪峰流量，無法描繪出洪水過程線，故采用三角形法擬畫出洪水過程線（具體做法見本章4.4節(jié)）。本設(shè)計中進行調(diào)洪演算是為了定出設(shè)計、校核水位及相應(yīng)的下泄流量，已知下泄量與水頭的關(guān)系曲線（即式4-4），通過假定下泄流量，可利用洪水過程線計算出水庫蓄水量，通過可查出對應(yīng)的水位，得到曲線，通過兩條q-Z曲線即得到設(shè)計、校核水位及相應(yīng)流量。4.1.2 洪水調(diào)洪演算方法進行洪水調(diào)節(jié)計算的方法很多，目前常用的是：列表試算法，圖解法。由于本樞紐工程是以發(fā)電為主要任務(wù)，故本設(shè)計中以引水發(fā)電流量作為起調(diào)流量（5m/s）。本設(shè)計采用圖解法進行洪水調(diào)洪演算。4.2 洪水標(biāo)準分析根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準SL2522000，本樞紐工程工程等別為三等，工程規(guī)模為中型。主要水工建筑物級別為3級，次要水工建筑物級別為4級。參照山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物洪水標(biāo)準，3級水工建筑物設(shè)計情況洪水重現(xiàn)期采用50100年，校核情況洪水重現(xiàn)期采用10002000年，故本設(shè)計由給定的資料情況，采用以下洪水標(biāo)準：設(shè)計情況，采用50年一遇的洪水標(biāo)準P=2%的洪峰流量為364.5 m/s,三日洪量為965萬m。校核情況，采用1000年一遇的洪水標(biāo)準p=0.1%的洪峰流量為551.5 m/s,三日洪量為1569萬m。4.3 泄水建筑物的型式選擇水利樞紐中的泄水建筑物一般包括設(shè)于河床的溢流壩、泄水閘、泄水孔，設(shè)于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。本設(shè)計采用壩型為混凝土面板堆石壩，因此泄水建筑物一般不布置在河床。下面根據(jù)本工程的地形、地質(zhì)條件，對正槽溢洪道、側(cè)槽溢洪道及泄水隧洞這三種泄水建筑物進行比較選擇。泄水隧洞布置得一般原則是：地質(zhì)條件好，路線短，水流順暢，與樞紐其他建筑無相互不良的影響。洞線宜選擇在沿線地質(zhì)構(gòu)造簡單、巖體完整穩(wěn)定、巖性堅硬，上覆巖體厚度大，水文地質(zhì)條件有利和施工方便的地段。避開圍巖破碎、地下水位高或滲水量很大的巖層和可能坍塌的不穩(wěn)定地帶，同時防止洞身離地表太淺。本工程壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構(gòu)造復(fù)合部位，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層坍塌和撓曲常見。壩址區(qū)巖石的透水性及相對不透水層經(jīng)先導(dǎo)孔壓水試驗，左岸相對不透水層埋深1024米，上部透水層q值為6.7196.7Lu，大者達到341.7Lu，屬中等-嚴重透水層。本工程最大壩高55.5米，正常蓄水位276.6米，因此要避開透水層而布置泄水隧洞，工程量顯然很大，而且本工程地質(zhì)條件不好，故不采用隧洞泄洪。河岸溢洪道是布置在攔河壩壩肩或攔河壩上游水庫庫岸的泄洪通道，上游水庫多余的來洪經(jīng)此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有較大的超泄能力。包括兩種型式：正槽溢洪道過堰水流方向與堰后泄槽縱軸線方向一致；側(cè)槽溢洪道過堰水流過堰后急轉(zhuǎn)近90，再經(jīng)泄槽下泄。從地質(zhì)條件上來說，溢洪道應(yīng)力爭位于較堅硬的巖基上，但較泄洪隧洞要求較低，但在地基條件差的基巖上，要注意襯砌和防沖的設(shè)計。同時對于堆石壩而言，河岸溢洪道可與壩體相接，從而既可減少溢洪道的開挖量，也可以減少壩體的填筑量。因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。正槽溢洪道在水力學(xué)上的特點是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰頂水頭決定，過堰流量穩(wěn)定于某一值后，泄槽各斷面的流量也隨之都達到同一值，故水流平順穩(wěn)定，運用安全可靠，另外，結(jié)構(gòu)簡單、施工方便。側(cè)槽溢洪道在當(dāng)水利樞紐的攔河壩難以本身溢流，且河岸陡峭，布置正槽溢洪道將導(dǎo)致巨大的開挖量時，可能成為比較經(jīng)濟的泄水建筑物。與正槽溢洪道相比，側(cè)槽溢洪道前緣可少受地形限制，而向上游庫岸延伸，由增加溢流前緣寬度而引起開挖量增加較少，從而可以以較長的溢流前緣寬度換取較低的調(diào)洪水位，或換取較高的堰頂高程。本工程的溢洪道布置在左岸，岸坡較陡優(yōu)選側(cè)槽溢洪道，但是，溢洪道的興建需要注意和解決的問題是，高水頭、大流量及不利地形地質(zhì)條件下，高速水流引起的一系列水力學(xué)和結(jié)構(gòu)問題，而側(cè)槽溢洪道的水流現(xiàn)象復(fù)雜，進槽水流須立即轉(zhuǎn)彎近90，再順槽軸線下泄，對每一個不同的側(cè)槽斷面，其所通過的流量是不相同的，同時水流在槽中形成螺旋流?？紤]到側(cè)槽溢洪道水流現(xiàn)象的復(fù)雜，而且本工程壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構(gòu)造復(fù)合部位，出露的地層古老，經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層褶皺和撓曲常見。若采用側(cè)槽溢洪道，考慮側(cè)槽內(nèi)流態(tài)復(fù)雜，則側(cè)槽及泄水段的襯砌工程含量很大；同時考慮到堆石壩溢洪道可緊靠壩體布置這一優(yōu)點，同時由于本樞紐的壩體不是很高，正槽溢洪道的開挖量不會增加很大。綜上所述，結(jié)合本工程的地形、地質(zhì)條件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布置于左岸與壩體相接。4.4 調(diào)洪演算及泄水建筑物尺寸的確定4.4.1 調(diào)洪演算過程通過洪水資料，由三角形法作出設(shè)計情況和校核情況下的洪水過程線，假定不同的下泄流量，由洪水過程線求出庫容，由庫容，查水位庫容曲線，得到相應(yīng)的水庫水位，從而可作出設(shè)計洪水和校核洪水對應(yīng)的曲線；假定堰高、堰寬，確定起調(diào)流量之后，根據(jù)公式,又可作出一條溢洪道下泄能力曲線，即曲線。將曲線和曲線繪制在同一個坐標(biāo)系中，由圖中相應(yīng)交點即可確定的下泄流量和洪水位的值。4.4.2 洪水過程線的模擬由于本設(shè)計中資料有限，僅有、的洪峰流量及相應(yīng)的三日洪量，無法準確畫出洪水過程線。本設(shè)計中采用三角形法模擬洪水過程線，并在曲線形狀上盡量擬合為P型。根據(jù)洪峰流量和三日洪水總量，可大致作出一個三角形，根據(jù)水量相等原則，對三角形進行修正，得到兩條模擬的洪水過程線。圖4-1 設(shè)計洪水過程線圖4-2 校核洪水過程線4.4.3 計算公式計算采用公式： （4-5）式中：側(cè)收縮系數(shù)； m流量系數(shù)，m=0.502； B溢流孔口凈寬； H堰上水頭。注：1、由于在初步設(shè)計是不考慮淹沒出流的情況，故淹沒系數(shù)直接取為1。2、由水力學(xué)可知；單孔閘門，則；圓弧邊墩，則，由上可得上述公式簡化為：。4.4.4 計算結(jié)果表4-1 調(diào)洪演算方案匯總表方案堰頂高程(m)堰頂寬度B(m)設(shè)計洪水位H(m)設(shè)計下泄流量Q(m/s)校核洪水位H (m)校核下泄流量Q (m/s)設(shè)計情況單寬流量Q/B（m/s）12717276.9 200.0 278.7 284.2 28.6 28276.6 216.3 278.2 306.2 27.0 39276.3 229.7 277.8 323.3 25.5 410276.1 243.8 277.5 338.3 24.4 52727277.6 187.8 279.5 273.3 26.8 68277.3 204.3 279.0 295.0 25.5 79277.1 218.3 278.6 310.8 24.3 810276.8 230.0 278.3 327.2 23.0 92737278.3 177.5 280.2 263.6 25.4 108278.1 191.7 279.8 283.6 24.0 119277.9 204.5 279.5 300.0 22.7 1210277.7 217.5 279.2 316.0 21.8 132747279.1 165.4 281.0 251.6 23.6 148278.9 178.5 280.6 271.8 22.3 159278.7 191.4 280.3 288.5 21.3 1610278.5 200.0 280.0 303.1 20.0 172757279.8 154.0 281.8 241.0 22.0 188279.6 166.5 281.4 260.0 20.8 199279.4 177.6 281.1 276.0 19.7 2010279.2 187.4 280.8 289.5 18.7 4.4.5 方案選擇以上20個方案均滿足允許下泄流量，方案3、4的設(shè)計洪水位小于本設(shè)計的正常蓄水位，故舍棄。方案5、9、13、14、15、17、18、19、20的設(shè)計下泄流量均小于200 m3/s，太小，故不采用。因此在剩余的1、2、6、7、8、10、11、12方案中需通過經(jīng)濟技術(shù)比較：本設(shè)計對此只做定性分析，同時也考慮與導(dǎo)流洞結(jié)合的問題。一般情況下堰頂高程越低，溢洪道開挖量越大；堰頂高程越高，溢流前緣寬度一定的情況下，大壩洪水位越高，壩頂高程越高，大壩工程量越大；溢流前緣寬度B越大，堰頂高程一定的情況下，溢洪道開挖量越大； Q/B即單寬流量越大消能越困難，襯砌要求也高。方案1、2、6、7、8堰頂高程相對正常蓄水位高差過大，方案12相對于方案10、11，設(shè)計洪水位和校核洪水位低，單寬流量小，故最終選擇方案12：即堰頂高程273m，溢流孔口凈寬10m；該方案設(shè)計洪水位277.7m，設(shè)計下泄流量217.5m3/s，校核洪水位279.2m，校核下泄流量316m3/s。4.4.6 壩頂高程的確定4.4.6.1 工程等別及建筑物級別和洪水標(biāo)準的確定由校核洪水位279.2m查得相應(yīng)水庫的總庫容為2262萬m3，水電站裝機容量為6400kW, ,根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準（SL252-2000），本工程工程等別為三等，工程規(guī)模為中型，主要建筑物級別為3級、次要建筑物級別為4級。水工建筑物為3級的洪水標(biāo)準：設(shè)計下洪水重現(xiàn)期為50100年，校核下洪水重現(xiàn)期為10002000年。4.4.6.2波浪要素計算本工程位于江西省南部，庫區(qū)屬于低山丘陵地貌，按碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范SL2742001，波浪要素的計算可采用鶴地水庫公式進行： （4-6） （4-7）上式中：累積頻率為2%的波高，m； 平均波長，m。為水面以上10m處的風(fēng)速，正常運用條件下級壩，采用多年平均最大風(fēng)速的1.5倍；非常運用條件下的各級土石壩，采用多年平均最大風(fēng)速。設(shè)計波浪爬高值根據(jù)工程等級確定，3級壩采用累積頻率為1%的爬高值。按上述公式算出的為，再根據(jù)頻率法按下表可得出。表4-2 不同累積頻率下的波高與平均波高比值0.010.112451014 0.13.422.972.422.232.021.951.711.60.10.23.252.822.32.131.931.871.641.54波浪中心線高出計算靜水位按下式計算： （4-8）4.4.6.3 擋墻頂高程的確定根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范公式(5.3.1)，堰頂上游L型擋墻在水庫靜水位以上高度按下式確定： （4-9）式中：y壩頂超高； R最大波浪在壩坡上的爬高，按h1%算；e最大風(fēng)雍水面高度，按下式算： （4-10）安全超高，根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范5.3.1規(guī)定取值。 表4-3 安全超高匯總表YReA正常水位3.25 2.55 0.0021360.70 設(shè)計水位3.25 2.55 0.0020890.70 校核水位1.93 1.53 0.0009020.40 表4-4 壩頂高程確定表方案121 正常蓄水位276.63.25 279.85 防浪墻頂高程壩頂高程2 設(shè)計洪水位277.73.25 280.95 281.2 280.0 3 校核洪水位279.21.93 281.13 考慮施工方便和施工的精度，防浪墻頂高程為281.2m，根據(jù)混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范5.4.4要求，防浪墻頂高于壩頂1.2m，則壩頂高程為防浪墻頂要高出壩頂11.2m，本設(shè)計取1.2m,則壩頂高程為280.0m。4.4.6.4 閘門設(shè)計堰寬B=10m，單扇閘門擋水，選用平板閘門。閘門的高度由擋正常蓄水位確定，取6m；則其寬高比10/6=1.7，在1.62.0的范圍之內(nèi)，滿足閘門定型制造要求。另外布置時將閘門放在堰頂偏下游一些，以壓低水舌使其貼著堰面下泄。閘墩(邊墩)的長度應(yīng)滿足工作橋、交通橋及啟閉機等布置要求，取8m。閘墩高度取決于閘門和啟閉機的形式，應(yīng)保證開啟后的閘門底緣高出水庫最高洪水位，并留有一定安全超高，取為8m，閘墩厚度取2.0m。第五章 主要建筑物型式選擇及樞紐布置5.1 樞紐等別及組成建筑物級別經(jīng)調(diào)洪演算得，校核洪水位為279. 2m，水電站裝機容量為6400kW,水庫總庫容為，根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準SL252-2000，本工程等別為三等。B江水利樞紐工程：工程等別為三等； 主要建筑物級別：3級； 次要建筑物級別：4級。5