水利樞紐工程設(shè)計

1、 清水江水利樞紐工程設(shè)計（下壩址，左岸通航建筑物布置方案1 基本資料清水江是我國的一條河流，根據(jù)流域規(guī)劃擬建一水電站?，F(xiàn)對清水江水利樞紐進行設(shè)計，其基本資料如下。1.1水文1.1.1 流域概況清水江是沅水的上游主流河段，沅水是洞庭湖水系四水之中水能資源最豐富的河流。流域大致呈東西長、南北短的長方形。流域地勢西南高而東北低，海拔高程在20000180000m之間，周邊東部與北部分水嶺高程在6000080000m，其余流域邊界高程均在100000m以上。清水江有南北二源，南源馬尾河，發(fā)源于貴州省某縣境斗篷山南麓，流經(jīng)都勻等至岔河口，全長174km，流域面積2708km2；北源重安江出自某縣之水頭，

2、流經(jīng)福泉等至岔河口，河長144km，流域面積2799km2。兩源于岔河口匯合后稱清水江，河流向東先后納諸河后至湖南省境內(nèi)，與渠水匯合后稱沅水。主流河長485km，流域平均寬度約69km。該壩址位于貴州省某縣境內(nèi)，下距某縣約28km，控制流域面積16530 km2。上距梯級電站563km，下距梯級電站562km，控制流域面積16530km2。流域內(nèi)植被狀態(tài)良好，多為杉、松等用材林覆蓋。1.1.2氣象特性清水江流域?qū)俑睙釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，暖濕多雨，冬冷夏熱，四季分明。流域內(nèi)設(shè)有多個氣象站，觀測有氣溫、降水、蒸發(fā)、風(fēng)力、風(fēng)向等氣象要素。壩址以上流域多年平均氣溫153，極端最高氣溫為391，極端最低氣溫為

3、131，歷年月平均氣溫以1月份最低，為44，7月份最高，為249；多年平均降雨量為1279mm。一般每年4月份進入雨季，8月份以后雨量逐漸減少，48月份降雨量較集中，約占全年雨量的68，其中57月份占46，多年平均降雨日為1835d；多年平均水面蒸發(fā)量12406mm；多年平均相對濕度81；多年平均風(fēng)速介于0830m/s之間，歷年實測最大風(fēng)速286m/s，相應(yīng)風(fēng)向為北風(fēng)。壩址處無實測氣象資料，距壩址較近的某氣象站，直線距離約28km，壩址氣象要素特征值采用該氣象站統(tǒng)計，河流水溫采用上游干流水文站資料統(tǒng)計。成果見表11。表1-1 壩址氣象要素特征值表項目單位數(shù)量氣溫多年平均氣溫161最高月平均氣溫

4、266最低月平均氣溫48極端最高氣溫386極端最低氣溫114降水量多年平均降水量mm1280實測最大1d雨量1261項目單位數(shù)量降水日數(shù)多年平均降水日數(shù)d1803水面蒸發(fā)多年平均蒸發(fā)量mm1054相對濕度多年平均相對濕度83最小相對濕度12水溫多年平均水溫178最高月平均水溫292最低月平均水溫41極端最高水溫331極端最低水溫18風(fēng)速風(fēng)向多年平均風(fēng)速m/s13實測最大風(fēng)速14實測最大風(fēng)速相應(yīng)風(fēng)向S1.1.3 水文基本資料清水江干流、支流先后均設(shè)有若干站，沅水干流、支流先后設(shè)有一些站，是該水電站工程水文分析計算的主要依據(jù)站。為滿足工程設(shè)計的需要，某設(shè)計院在壩址河段設(shè)立了3組水尺，觀測水位資料。

5、1.1.4 徑流該水電站壩址河段無實測徑流資料，壩址徑流采用上下游、干支流控制水文站徑流插補計算。清水江徑流由降水形成，徑流特性與降雨特性一致，48月份為汛期，該壩址48月份水量占全年水量的688，其中57月份占497，平枯水期（9月次年3月）徑流量僅占全年的312。月平均流量1月份最小為119m3/s，6月份最大為809m3/s。徑流年際變化較為穩(wěn)定，多年平均流量為359m3/s，相應(yīng)多年平均徑流量為1132，最大年平均流量558m3/s，最小年平均流量217m3/s，最大、最小年平均流量分別為多年平均流量的155倍和06倍。1.1.5 洪水清水江流域洪水由暴雨形成，暴雨一般出現(xiàn)在410月份

6、，大暴雨集中在57月份。年最大洪水自4月至10月份各月均可出現(xiàn)，但主要集中在汛期58月份，占總數(shù)的877，其中57月份出現(xiàn)次數(shù)最多，約占772。該壩址以上洪水以單峰型居多，一次洪水過程一般為37d。該壩址無實測水文資料，壩址設(shè)計洪水依據(jù)上下游、干支流水文站設(shè)計洪水成果，考慮有關(guān)工程設(shè)計成果，由地區(qū)綜合法推求。該壩址設(shè)計洪水如表12。表12 壩址各頻率年最大洪水成果表壩址集水面積（km2）項目單位P（）0102051251016530Qm3/s2270020700181001610014100113009360W3d億m3287265236213191160136W7d億m34033753373

7、082782382061.1.6泥沙該壩址無實測泥沙資料，壩址泥沙特征值由干支流、上下游測站及工程設(shè)計資料推算，與梯級電站等上下游工程一致，泥沙系列采用19631991年。該壩址多年平均輸沙量232萬t，多年平均含沙量0216kg/m3，最大年輸沙量964萬t，最小年輸沙量495萬t。1.1.7 壩址水位流量關(guān)系該水電站壩址等設(shè)計斷面ZQ關(guān)系以相關(guān)水文站為依據(jù)站，通過水位相關(guān)、高水延長計算推求。壩址水位流量關(guān)系見表42。1.2 地質(zhì)1.2.1 區(qū)域地質(zhì)概況該水電站位于清水江下游河段，為苗嶺山脈與雪峰山西南余脈組成的中低山、低山地形，以低山丘陵壟脊寬谷地貌為主，受風(fēng)化剝蝕山頂渾圓，山脈的延伸與構(gòu)

8、造線一致，多為北東向，高程一般在3000080000m；區(qū)內(nèi)發(fā)育3級夷平面和多級階地。河谷多為“U”型谷，河谷高程1900030000m，河道蜿蜒曲折，河床礁灘密布，坡降大，河流沖積物不發(fā)育；干流兩岸階地不甚發(fā)育，一般為帶狀基座階地。清水江流域梯級電站區(qū)內(nèi)出露地層為第四系、第三系、白堊系、二疊系、震旦系、前震旦系，以前震旦系上板溪群最為發(fā)育。本區(qū)大地構(gòu)造單元屬揚子準(zhǔn)地臺的江南臺隆次級構(gòu)造單元。從大地構(gòu)造體系來看，位于新華夏系雪峰山褶皺隆起帶西南端，隸屬雪峰武陵復(fù)式背斜?；緲?gòu)造為華夏系構(gòu)造，主干構(gòu)造為北東向壓性構(gòu)造。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為大面積間歇抬升，斷塊差異性活動明顯。流域內(nèi)以加里東期褶皺

9、為主，表現(xiàn)形態(tài)為巨型復(fù)式褶皺，屬北東向構(gòu)造，為圖區(qū)最顯著的構(gòu)造形跡，但多數(shù)被斷裂錯切、破壞。燕山期褶皺多為寬緩的短軸背、向斜。流域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要形成于加里東期，部分屬燕山期和挽近期，部分?jǐn)鄬泳哂卸嗥谛?，以北東組為主。根據(jù)中國地質(zhì)局1400萬中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（BG183062001），該水電站的地震動峰值加速度小于005g，地震動反應(yīng)譜特征周期為035s，相應(yīng)地震烈度小于6度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好。1.2.2 水庫工程地質(zhì)水庫區(qū)出露地層均為前震旦系上板溪群拉纜組，均由板巖、長石砂巖等相對不透水的區(qū)域淺變質(zhì)巖組成，巖性較單一。水庫滲漏：水庫位于清水江的下游中低山、低山區(qū)，庫岸山頂高程達(dá)400

10、0050000m，山勢雄厚，構(gòu)成封閉的水庫地形；庫盆由相對不透水的地層巖石組成，庫岸地下水位高于水庫正常蓄水位30000m。庫區(qū)雖有破壞性較大的溪口斷裂將庫岸切斷并通向庫外，但屬壓性，斷層通過分水嶺地段，地下水位遠(yuǎn)高于水庫正常蓄水位，因此，不會導(dǎo)致水庫向鄰谷滲漏。庫岸穩(wěn)定：壩址至遠(yuǎn)口段兩岸為低山丘陵壟脊寬谷地貌，山體呈渾圓狀，階地較發(fā)育，水庫蓄水后階地將被淹，其后緣與岸坡接合部的表部覆蓋層及強風(fēng)化巖體在庫水影響下產(chǎn)生淺層坍滑和岸坡再造現(xiàn)象，階地分布之外，岸坡以斜向巖質(zhì)邊坡或反向巖質(zhì)邊坡為主，僅局部為順向巖質(zhì)邊坡，邊坡穩(wěn)定性一般較好。遠(yuǎn)口至庫尾段，左岸為中低山臺地峽谷地貌，右岸為低山丘陵壟脊寬谷

11、地貌，兩岸階地不發(fā)育，岸坡以巖質(zhì)邊坡為主，大部分邊坡由板溪群的硬質(zhì)巖石組成，邊坡穩(wěn)定性較好。水庫淤積：兩岸主要為巖質(zhì)邊坡，組成岸坡的巖石主要為中硬、堅硬巖石，抗風(fēng)化能力強。庫區(qū)植被良好，第四系沉積物不發(fā)育，固體徑流來源少，水庫淤積輕微。水庫誘發(fā)地震：庫區(qū)位于完整性較好的穩(wěn)定地塊上，不存在發(fā)生強震的活動斷層。水庫不具備產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的地質(zhì)構(gòu)造背景。因此本工程無高于本地區(qū)地震基本烈度的水庫誘發(fā)地震的可能。1.2.3壩段工程地質(zhì)壩段位于清水江下游某鎮(zhèn)的坪內(nèi)村長約27km的河段，下距該鎮(zhèn)137km。壩段大致以蘭溪口為界，以上為上壩址，以下為下壩址。地形地貌：壩段內(nèi)河谷為“U”型河谷，河流進入壩段后逐

12、漸向北西方向偏轉(zhuǎn)，以345°方向流經(jīng)上壩址，然后在蘭溪口附近逐漸向NW偏轉(zhuǎn)，以296°方向流經(jīng)下壩址，平面上河流呈弧形。上壩址河谷開闊，寬210260m，河道順直，主流偏右岸，水深25m，河床左側(cè)為淺灘，水面寬60100m；下壩址河谷較窄，河谷寬140170m，主流偏左岸，主河槽水深1013m，寬5580m，河床右側(cè)為礁灘。兩岸為低山丘陵區(qū)，山體呈渾圓狀，山頂高程310410m，河谷岸坡比高一般60150m，兩岸自然邊坡坡度25°40°。兩岸沖溝發(fā)育，地形較零亂，大部分地形不對稱。大部分山脊和沖溝相間出現(xiàn)，沿巖層走向發(fā)育。壩段中部右岸受蘭溪切割而成單薄的

13、條型山脊，沿北西方向分布一狹長埡口，沿該埡口方向有貴州至湖南的公路穿過。地層巖性：區(qū)內(nèi)分布的地層，有前震旦系上板溪群拉纜組第三段（Ptbn2L3）的灰色條帶狀細(xì)砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖，呈中厚層狀；第四段(Ptbn2L4)的長石石英砂巖、砂巖夾少量砂板巖、細(xì)砂巖；第四系的河流沖擊物、階地堆積物、殘坡積物、崩坡積物、崩積物和地滑堆積物。壩段內(nèi)拉纜組第三段地層總體上為巖性單一的板巖，顆粒較細(xì)，主要由綠泥石、石英、絹云母礦物組成，屬板狀構(gòu)造，巖體巖層較發(fā)育。拉纜組第四段為一套淺變質(zhì)的砂巖、砂板，巖性堅硬，層面不發(fā)育。地質(zhì)構(gòu)造：壩段位于新華夏系第三隆起帶的南段，處于興隆向斜的北西翼，NE向褶皺、NWW向斷

14、裂兩組構(gòu)造形跡構(gòu)成了壩段內(nèi)的構(gòu)造的基本骨架。巖石（體）物理力學(xué)性質(zhì)：試驗成果表明，上壩址Ptbn2L31、Ptbn2L32巖組除個別巖樣受陡傾結(jié)構(gòu)面的影響而使其飽和抗壓強度偏低外，其余均為中硬至堅硬巖石；下壩址Ptbn2L33、 Ptbn2L41巖組均屬堅硬巖石。根據(jù)巖石試驗成果，類比有關(guān)工程，2個壩址的巖體物理力學(xué)指標(biāo)建議值如表13。表1-3巖體物理力學(xué)指標(biāo)建議值地層風(fēng)化程度飽和抗壓強度R0(MPa)承載力基本值f0(MPa)變形模量E0（GPa）混凝土與巖石抗剪斷巖石（體）抗剪斷fC(MPa)fC(MPa)Ptbn2L31弱風(fēng)化304034380950911111微風(fēng)化5565451215

15、11111214Ptbn2L32弱風(fēng)化303523370908095091111微風(fēng)化50603510131111112Ptbn2L33弱風(fēng)化50704659091091111微風(fēng)化658557151611111215Ptbn2L41弱風(fēng)化60804671010091111微風(fēng)化7090571518111211121316備注自然層面和節(jié)理面的抗剪斷強度f05，C01MPa，軟弱夾層的抗剪斷強度f035，C005MPa；弱風(fēng)化巖體的參數(shù)，上部采用小值，下部采用大值。1.2.4 各壩址工程地質(zhì)1.2.4.1上壩址工程地質(zhì)上壩址大壩軸線擬定在左岸號沖溝和右岸號沖溝的上游側(cè)山坡，地形較對稱，設(shè)計正常

16、蓄水位30000m時，河谷寬434m。左岸地形坡度為22°38°，右岸地形坡度為30°40°，右岸地形較左岸要陡，右壩肩上下游側(cè)分布2條深切的沖溝（、號沖溝），地形單薄。左岸分布級階地，寬35m，地面高程266m，右岸級階地不發(fā)育，僅寬4m，級階地寬36m。壩址基巖為上板溪群拉纜組第三段（Ptbn2L3）的灰色、淺灰綠色條帶狀細(xì)砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖，中厚層狀、厚層狀；坪內(nèi)背斜軸線于壩址中部斜穿兩岸，其上游側(cè)巖層產(chǎn)狀為N45°70°E，SE35°65°，傾向上游微偏右岸，屬橫向谷；下游側(cè)巖層產(chǎn)狀為N70°8

17、5°E，NW17°25°，傾向下游，屬橫向谷。代表壩線位于坪內(nèi)背斜軸部上游側(cè)220280m，為單斜地層，巖層傾向上游，屬橫向谷；巖層發(fā)育少量軟弱夾層，以破碎夾層為主，局部見少量破碎夾泥層，厚度一般在0520cm，其中左岸較右岸相對發(fā)育。但由于巖層橫切河床，傾向上游，傾角35°65°，因此壩基軟弱夾層對大壩抗滑穩(wěn)定影響較?。粔沃穮^(qū)無大的斷層構(gòu)造，發(fā)育8條小斷層。壩區(qū)巖體強風(fēng)化帶下限埋深，左岸為1019m，右岸為1027m，河床砂礫石層以下，多為弱風(fēng)化巖石。壩址為橫向谷，對壩基防滲有利，壩基相對隔水層頂板(q3Lu)埋深：左岸2145m，河床約13

18、m，右岸1844m。壩區(qū)地下水主要為基巖裂隙水，壩址區(qū)河水、地下水均對混凝土無腐蝕作用。受地形影響，兩岸地下水埋藏較深，其中左岸為1848m，右岸為1547m。1.2.4.2 下壩址工程地質(zhì)下壩址代表軸線位于15、16號沖溝的下游側(cè)，設(shè)計正常蓄水位30000m時，河谷寬339m。左岸山頂高程400m，右岸山頂高程為350m，左岸地形坡度為30°40°，右岸地形坡度為30°45°，右壩頭為一較單薄的山脊，兩岸山坡均見基巖裸露，覆蓋層較淺，一般厚13m。主河槽及左岸沙灘，砂卵礫石層較厚，厚39m。壩址基巖為前震旦系上板溪群拉纜組第三段（Ptbn2L33）粉砂

19、質(zhì)板巖夾細(xì)砂巖、第四段（Ptbn2L4）的長石石英砂巖夾細(xì)砂巖、砂板巖，巖層產(chǎn)狀為N65°85°E，NW15°25°，單斜地層，傾向下游偏右岸，屬斜向谷；巖體中發(fā)育一些軟弱夾層和層間錯動帶，夾層以破碎夾層為主，局部見少量破碎夾泥層，厚度一般在0510cm。由于巖層傾向下游，巖層及夾層傾角為15°25°，因此壩基存在淺層抗滑穩(wěn)定問題。壩址區(qū)NW向斷裂構(gòu)造發(fā)育，順右岸埡口及河流方向發(fā)育一條區(qū)域性斷層F10，破碎帶寬1720m，影響帶寬515m，為壓扭性平移斷層，規(guī)模較大，壩線下游側(cè)沿F10形成深槽，對施工導(dǎo)流、壩基開挖均不利；在區(qū)域性斷層

20、F10兩側(cè)發(fā)育6條次級斷裂，規(guī)模較大的有右岸坡PD4揭露的F13，破碎帶寬13m。壩址巖體強風(fēng)化帶下限埋深，左岸為828m，右岸為2633m，右岸風(fēng)化較深；河床礁灘及砂礫層下伏基巖一般為弱風(fēng)化。壩址為斜向谷，壩基相對隔水層頂板(q3Lu)埋深：左岸3046m，河床約810m，右岸27m。壩址區(qū)兩岸地下水埋藏較深，其中左岸為1642m，右岸為2658m。1.2.5 天然建筑材料天然砂礫料：由于壩址附近河床天然砂礫料缺乏，儲量不足，且產(chǎn)地分散，因此，現(xiàn)階段勘探、試驗的天然砂礫料僅滿足壩區(qū)臨建工程的需要。對壩址附近的家祠砂礫場、上壩址砂礫料場、下壩址砂礫料場、自坪洲砂礫料場等4個天然砂礫料場進行了初

21、查、地震勘查、現(xiàn)場篩選、砂礫料全簡分析。對4個天然砂礫料場進行綜合比較，以家祠砂礫場較好，其儲量滿足臨建工程的需要，其中，砂的儲量為122萬m3，礫石的儲量為699萬m3。本階段推薦家祠砂礫料場作為臨建工程的開采料場。人工骨料：推薦的上壩址采用混凝土重力壩方案，樞紐主體工程混凝土方量約100萬m3，需要相應(yīng)的混凝土骨料勘探儲量300萬m3以上。由于壩址附近河床天然砂礫料缺乏，儲量不足150萬m3，且產(chǎn)地分散，因此，該水電站主體工程混凝土骨料采用人工骨料。壩址附近地層為板溪群的淺變質(zhì)巖，以板巖為主，無質(zhì)量好的灰?guī)r，選擇壩址附近淺變質(zhì)的長石石英砂巖作為混凝土骨料。料源層由Ptbn2L41巖組組成，

22、厚度較大且穩(wěn)定，巖性較單一，均為淺變質(zhì)的長石石英砂巖夾少量細(xì)砂巖，巨厚狀，可作為混凝土骨料使用。經(jīng)查勘人工骨料場有用層儲量為500萬m3，儲量滿足工程要求。人工骨料場位于上壩址壩線下游12km的右岸，高程258m處有一條公路沿河岸分布，外圍運輸條件便利，運距較短。土料：該水電站圍堰共需防滲體土料17萬m3，在壩址附近選擇了上壩址左岸沿河的級階地、右岸沿河的級階地、下壩址右岸山頂部位3個土料場。3個儲量場總儲量5142萬m3，土料儲量、質(zhì)量均符合圍堰防滲體土料的要求。1.3樞紐任務(wù)該水電站建成后，將充分利用龍頭梯級水電站的調(diào)蓄作用和自身調(diào)節(jié)庫容，與其余梯級電站一起形成一組梯級調(diào)峰電源，供某省電力

23、系統(tǒng)。該水電站的開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼有航運，環(huán)境等綜合利用效益。1.3.1 發(fā)電該水電站裝機42萬KW，多年平均電量1232億KW·h，保證出力897萬KW。該水電站建成以后，可使上游梯級水電站的航運基荷得到釋放，有利于充分發(fā)揮上游梯級水電站的電量和容量效益。與上游龍頭水電站聯(lián)合運行，形成一組良好的調(diào)峰電源，參與系統(tǒng)調(diào)峰，充分發(fā)揮梯級電站的容量和電量效益。1.3.2 航運該水電站建成后，庫區(qū)航運條件得到改善。該河段上游水電站航運過壩采用駁運碼頭方案。下游在建的梯級水電站的通航建筑物為船閘，120t級規(guī)模，級航道標(biāo)準(zhǔn)。該水電站通航建筑物按級航道、50t級規(guī)模設(shè)計。1.4 設(shè)計依據(jù)1.

24、41 水文氣象壩址控制流域面積 16530km2多年平均氣溫 161極端最高氣溫 386極端最低氣溫 -114多年平均降雨量 1280mm多年平均相對濕度 83%多年平均年最大風(fēng)速 84m/s50年一遇的年最大風(fēng)速 144m/s多年平均流量 359m3/s淤沙高程：245m，淤沙浮重度：9KN/m3，淤沙內(nèi)摩擦角：18°。1.42 壩址各頻率洪峰流量表1-4壩址各頻率年最大洪水設(shè)計成果表 單位：m3/sP(%)0.10.20.5123.3351020設(shè)計值22700207001810016100141001260011300936073201.4.3 水位流量關(guān)系曲線表1-5 壩址水

25、位流量關(guān)系 高程系統(tǒng)：黃海Z壩址（m）Q（m3/s）Z壩址（m）Q（m3/s）Z壩址（m）Q（m3/s）24680417250801715259009670247006312510018552595010290247208802512020002600010930247401182514021502605011590247601602516023042610012270247802192518024622615012970248002852520026222620013690248203582525030122625014410續(xù)表1-52484043425300341826300151402

26、486051225350385026350158802488059725400430426400166302490069025450477226450173902492078525500525226500181502494088425550574426550189102496098825600625026600196802498010982565067742665020450250001212257007316267002122025020133025750787826800227602504014532580084602690024300250601581258509060270002586

27、01.4.4 水利動能主要參數(shù)正常蓄水位 30000m死水位 29400m設(shè)計洪水位（P1） 30000m設(shè)計洪水時下游水位 26364m校核洪水位（P01） 30218m校核洪水時下游水位 26639m廠房設(shè)計洪水位（P1） 30000m廠房校核洪水位（P02） 30137m總庫容（校核洪水位以下） 694億m3正常蓄水位以下庫容 614億m3死水位以下庫容 440億m3調(diào)節(jié)庫容 174億m3洪峰流量（P1） 16100 m3/s （P01） 22700 m3/s裝機容量 42萬KW保證出力（P90） 897萬KW機組臺數(shù) 3臺額定水頭 4500m最大水頭 5320m最小水頭 3900m加權(quán)

28、平均水頭 4775m最大引用流量 35560 m3/s消能防沖建筑物按50年一遇洪水設(shè)計：Q14100 m3/s消能計算水位：上游水位：30000m；相應(yīng)下游水位：26256m2 樞紐的整體布置樞紐的整體布置要綜合考慮上、下壩址的地形和地質(zhì)條件，結(jié)合所給工程的實際要求，反復(fù)比較優(yōu)缺點，最終選出最優(yōu)方案。2.1 壩址的選擇從地質(zhì)地形條件來看，上壩址基巖為上板溪群拉纜組第三段（Ptbn2L3）的灰色、淺灰綠色條帶狀細(xì)砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖，中厚層狀、厚層狀；坪內(nèi)背斜軸線于壩址中部斜穿兩岸，其巖層發(fā)育少量軟弱夾層，以破碎夾層為主，局部見少量破碎夾泥層，厚度一般在0520cm，其中左岸較右岸相對發(fā)育。，

29、因此壩基軟弱夾層對大壩抗滑穩(wěn)定影響較??；壩址區(qū)無大的斷層構(gòu)造，發(fā)育8條小斷層。壩區(qū)巖體強風(fēng)化帶下限埋深，左岸為1019m，右岸為1027m，河床砂礫石層以下，多為弱風(fēng)化巖石。下壩址代表軸線位于15、16號沖溝的下游側(cè)，兩岸山坡均見基巖裸露，覆蓋層較淺，一般厚13m。主河槽及左岸沙灘，砂卵礫石層較厚，厚39m。基巖為前震旦系上板溪群拉纜組第三段（Ptbn2L33）粉砂質(zhì)板巖夾細(xì)砂巖、第四段（Ptbn2L4）的長石石英砂巖夾細(xì)砂巖、砂板巖，巖體中發(fā)育一些軟弱夾層和層間錯動帶，夾層以破碎夾層為主，局部見少量破碎夾泥層，厚度一般在0510cm。由于巖層傾向下游，巖層及夾層傾角為15°25&#

30、176;，因此壩基存在淺層抗滑穩(wěn)定問題。壩址區(qū)NW向斷裂構(gòu)造發(fā)育，順右岸埡口及河流方向發(fā)育一條區(qū)域性斷層，為壓扭性平移斷層，規(guī)模較大，壩線下游側(cè)沿F10形成深槽，對施工導(dǎo)流、壩基開挖均不利；在區(qū)域性斷層F10兩側(cè)發(fā)育6條次級斷裂，規(guī)模較大的有右岸坡PD4揭露的F13，破碎帶寬13m。壩址巖體強風(fēng)化帶下限埋深，左岸為828m，右岸為2633m，右岸風(fēng)化較深；河床礁灘及砂礫層下伏基巖一般為弱風(fēng)化。因此可以看出，上壩址對壩基的穩(wěn)定稍微有利，但材料不足，而下壩址建筑材料豐富，開挖工程量也相對較小，另外，下壩址地形開闊，有利于施工導(dǎo)流及樞紐布置。因此綜合考慮，選擇下壩址。2.2壩型的選擇 目前，應(yīng)用比較

31、多的壩型有重力壩、拱壩和土石壩。在選擇壩型時，要根據(jù)壩區(qū)的地質(zhì)、地形條件、筑壩材料、施工技術(shù)、施工條件、施工導(dǎo)流等眾多因素來定。由于壩址區(qū)河道曲折，呈 “U”形，河床礁灘密布，坡降大，地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為大面積間歇抬升，因此，很明顯不適合拱壩的修筑，重力壩和土石壩都在考慮范圍之內(nèi)。對這兩種壩型進行比較后再作選擇?？紤]到本樞紐主要承擔(dān)了發(fā)電、防洪任務(wù)，而且在校核洪水位時的流量和泄流量都較大，需要開敞式的壩體泄流樞紐，由于土石壩自身不能在壩頂溢流的缺點，不能夠滿足防洪時泄流的需要，故選用混凝土重力壩作為設(shè)計的壩型。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；同時依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消由

32、于水壓力所引起的拉應(yīng)力以滿足強度要求。重力壩之所以得到廣泛應(yīng)用，是因為其具有以下幾個方面的優(yōu)點： （1）安全可靠。重力壩剖面尺寸大，壩內(nèi)應(yīng)力較低，筑壩材料強度高，耐久性好，因而抵抗洪水漫頂、滲漏、地震和戰(zhàn)爭破壞的能力都比較強。 （2）任何形狀的河谷都可以修建重力壩。 （3）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，樞紐布置緊湊。 （4）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。 （5）施工方便。大體積混凝土可以采用機械化施工，在放樣、立模和混凝土澆筑方面都比較簡單，并且加強、修復(fù)、維護或擴建也比較方便。 重

33、力壩的缺點主要是壩體剖面尺寸大，材料用量多，把體應(yīng)力較低，材料的強度不能充分發(fā)揮，而且需要嚴(yán)格的溫度控制措施，壩體與地基的接觸面積大，相應(yīng)的壩體揚壓力大，對穩(wěn)定不利。 重力壩的形式比較多，主要可分為實體重力壩、碾壓混凝土重力壩、漿砌石重力壩、寬縫重力壩、空腹重力壩等。下面介紹比較常用的幾種壩型，它們各自的優(yōu)缺點如下： 1、碾壓混凝土重力壩與常態(tài)混凝土重力壩相比，具有以下一些優(yōu)點：工藝程序簡單，可快速施工，縮短工期，提前發(fā)揮工程效益；膠凝材料用量少，特別是水泥用量減少；由于水泥用量減少，結(jié)合薄層大倉面澆筑，壩體內(nèi)部混凝土的水化熱溫升可大大降低，從而簡化了溫控措施；不設(shè)縱縫，節(jié)省了模板和灌漿等費用

34、；可使用大型施工機械設(shè)備，提高混凝土運輸和填筑的工效。但也有一定缺點，如：壩體混凝土分區(qū)；各區(qū)域內(nèi)混凝土的級別。 2、實體重力壩的主要優(yōu)點就是，結(jié)構(gòu)相對比較簡單，施工比較方便，并且有豐富的經(jīng)驗技術(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，揚壓力也比較大，施工時不利于混凝土的散熱。 3、漿砌石重力壩具有以下一些優(yōu)點：便于就地取材，節(jié)省水泥；節(jié)省模板，減少腳手架，因而減少木材用量，同時減少施工干擾；施工技術(shù)容易掌握。但也有不少缺點，如：砌體質(zhì)量不易均勻；不易采用機械化施工，需要大量勞動力；砌體本身防滲性能差，需另作防滲處理。 4、寬縫重力壩具有以下一些優(yōu)點：充分利用了混凝土的抗壓強度；

35、揚壓力顯著降低；節(jié)省混凝土方量。但也有一些缺點，如：增加了模板用量，立模也較復(fù)雜；分期導(dǎo)流不便；在嚴(yán)寒地區(qū)，對寬縫需要采取保溫措施。綜合以上內(nèi)容，結(jié)合工程中有豐富的砂石料場，地質(zhì)條件非常復(fù)雜，必須要有效的手段來防止揚壓力問題，考慮到寬縫重力壩對于降低揚壓力的特殊優(yōu)勢，因此，對于本設(shè)計中所采用的重力壩定為寬縫重力壩。2.3樞紐布置方案比較 樞紐由以下部分組成：溢流壩段、非溢流壩段、廠房、通航建筑物。在進行水利樞紐布置時應(yīng)全面考慮運用、施工、管理、技術(shù)經(jīng)濟等多方面的問題。初步擬定了兩種方案以供比選：方案一：左岸通航建筑物，右岸廠房，中間大壩方案二：左岸廠房，右岸通航建筑物，中間大壩方案比較：考慮到

36、右岸有比較開闊的地方來布置發(fā)電廠房，對壩后式廠房的布置非常有利；左岸地勢相對平坦，因此水流比較平順，有利于船只的順利通航，因此在左岸布置通航建筑物是不錯的選擇。開挖引水渠的費用也比較高，所以，在選擇方案時選擇壩后式廠房，綜上所述，選擇方案一。建筑物級別為2級，查水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)SL252-2000可知其洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為：設(shè)計情況下：500-100年；校核情況下：2000-1000年。另外，查DL5108-2003水利樞紐工程等級劃分及安全標(biāo)準(zhǔn)該工程等別為二等，工程規(guī)模為大（2）型；主要建筑物如大壩、廠房、船閘等都為2級，次要建筑物為3級。工程安全級別為級。3 非溢流壩段設(shè)計3.1

37、 壩頂高程的確定壩頂高程應(yīng)該高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱虘?yīng)高于波浪頂?shù)母叱?，其與正常蓄水位或校核洪水位的高差，可由下式計算，應(yīng)選擇兩者中防浪墻頂最高者，根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范DL51081999：壩頂高程=靜水位+相應(yīng)情況下的風(fēng)浪涌高和安全超高，計算公式如下 （3-1）式中： 壩頂高程； 安全超高； 靜水位正常蓄水位300m 校核洪水位302.18m 根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范DL51081999：11.1.1式，有： （3-2） 式中：防浪墻至正常蓄水位的高差（m） 頻率為1%的波高（m） 波浪高中心線到正?；蛐：撕樗坏母卟睿╩） 安全超高，查水工建筑物有：該樞紐的安全級別為級，

38、所以其安全超高為：=0.4m（校核）；=0.5m（正常）根據(jù)基本資料，可判斷該水庫屬于內(nèi)陸峽谷水庫，應(yīng)按照官廳水庫公式計算：（官廳公式使用：m/s及） （3-3） （3-4）式中：當(dāng)=20250時，為累計頻率為5%的波高。即： 當(dāng)=2501000時，為累計頻率為10%的波高。即：計算風(fēng)速； 吹程； 波長；取吹程D =500，g=9.81/則：(1)正常蓄水位 此時，取=14.4m/s，由式（3-3）、（3-4）得=4.61m 由（3-3）式得，h為累計頻率5%的波高，=0.36m 因此可以查得=2.42*/=0.45m在波浪作用時，由于水壩位于峽谷區(qū)，則根據(jù)教材水工建筑物中：cth 式中：波高

39、。 波長。 壩前水深。（）=0.45+0.138+0.5=1.088m故壩頂高程=300+1.088=301.088m(2)校核洪水位取多年平均年最大風(fēng)速8.4m/s同上，可得=2.74m, =0.188m, =0.233m, =0.062m由上可得：=0.695m壩頂高程=302.18+0.695=302.875m取兩者較大值302.875作為壩頂高程3.2 剖面擬定3.2.1基本剖面的擬定基本剖面是指壩體在自重、靜水壓力（水位與壩頂齊平）和揚壓力三項主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強度要求，并使得工程量最小的三角形剖面。如圖3.1示 圖3.1 重力壩的基本剖面 1、剖面設(shè)計的原則：（1）滿足穩(wěn)定

40、和強度要求 （2）工程量?。?）運用方便 （4）便于施工2、基本剖面之所以采用三角形剖面，主要是根據(jù)重力壩的工作原理：依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)定要求，同時依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消水壓力所引起的拉應(yīng)力以滿足強度要求。水壓力亦呈現(xiàn)三角形規(guī)律，采用三角剖面不僅符合力學(xué)上的要求，而且也便于施工。根據(jù)工程實踐的經(jīng)驗，基本剖面擬定時，壩頂在最高洪水位上要留有一定的安全超高，壩頂寬應(yīng)視運用和交通的需要而定。壩的上游通常作成鉛直面或略向上游傾斜，傾斜坡度n=00.2，壩的下游面通常為均一的坡度，一般坡度m=0.60.8，壩底寬，一般為壩高的0.7-0.9倍。3.2.2 實用剖面的擬定根據(jù)前面的計

41、算壩頂高程為302.875m。壩頂寬度的擬定為了適應(yīng)運用和施工的需要，壩頂必須有一定的寬度。一般地，壩頂寬度取最大壩高的8%10%，且不小于3m。壩頂寬度應(yīng)根據(jù)設(shè)備布置、運行、檢修、施工和交通等需要確定并滿足抗震、特大洪水位時搶護等要求。,初設(shè)計為7m。查混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范DL5108-1999，壩高50-100m,可建在微風(fēng)化至弱風(fēng)化中部基巖，根據(jù)地質(zhì)條件，將開挖線高程定為224m,既滿足穩(wěn)定要求又使施工難度降到最低。因此可得出壩高H=302.875-224=78.875m壩坡的擬定常用的剖面形態(tài)，如圖3.3所示。上游壩面鉛直，適用于混凝土與基巖接觸面間的f、c值較大或壩體內(nèi)沒有泄水孔或引

42、水道，有進水控制設(shè)備的情況；上游壩面上部鉛直，下游傾斜，既便于布置進口控制設(shè)備，又可以利用一部分水重幫助壩體維持穩(wěn)定，是實際工程中經(jīng)常采用的一種形式；上游壩面略向上傾斜，適用于混凝土與基巖面間的f、c值較低的情況。如若上游起坡，上游起坡點位置應(yīng)結(jié)合應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)電引水管、泄水孔等建筑物的進口高程來確定，一般起坡點在壩高的1/32/3附近。下游起坡點的位置應(yīng)根據(jù)壩的實用剖面型式、壩頂寬度，結(jié)合壩的基本剖面計算得到（最常用的是其基本剖面的頂點位于校核洪水位處）。由于起坡點處的斷面發(fā)生突變，故應(yīng)對該截面進行強度和穩(wěn)定校核?；炷林亓卧隗w型上應(yīng)力求簡單，便于施工，上游壩坡結(jié)合其防滲結(jié)構(gòu)型式進行選擇

43、。上游壩坡宜采用1:01:0.2，初擬為1:0.25；下游壩坡可采用一個或幾個坡度，并應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定和應(yīng)力的要求，結(jié)合上游壩坡同時選擇。下游壩坡宜采用1:0.61:0.8，混凝土重力壩下游壩坡可按常態(tài)混凝土重力壩斷面的選擇進行優(yōu)選，但應(yīng)考慮少設(shè)橫縫，初擬為1:0.7。壩段寬L一般采用16-24m,本設(shè)計取20m.縫寬2S=5.6m，則縫寬比2S/L=0.28。上游頭部厚度，通常?。?.08-0.12）h（h為截面以上水深），且不小于3m，所以取=10m，下游尾部厚度通常采用3-5m，不宜小于2m，取=4m，在變厚處的坡率一般在1-2之間，取=1.5。圖3.2 實用剖面的比選根據(jù)以上幾個方面，初擬非

44、溢流重力壩實用剖面如圖3.3所示。3.3荷載計算及組合荷載是重力壩設(shè)計的主要依據(jù)之一。荷載按作用隨時間的變異分為三類：永久作用、可變作用、偶然作用。設(shè)計時應(yīng)正確選用荷載標(biāo)準(zhǔn)值、分項系數(shù)有關(guān)參數(shù)和計算方法。按設(shè)計情況、校核情況分別計算荷載作用的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值（設(shè)計值=標(biāo)準(zhǔn)值×分項系數(shù)）。 3.3.1自重壩體自重W(kN)的計算公式： （3-5）式中：V壩體體積，m3，由于取一個壩段即20m長，可以用斷面面積代替，通常把它分成若干個簡單的幾何圖形分別計算；壩體混凝土的重度，一般取23.524.0kN/m3。表3-1 荷載作用的分項系數(shù)序號作用類別分項系數(shù)序號作用類別分項系數(shù)1自重（永久作

45、用）1.05浪壓力1.22水壓力（可變作用）（1） 靜水壓力（2） 動水壓力1.01.16冰壓力1.17土壓力1.23揚壓力（可變作用）（1） 滲透壓力(2)浮托力1.21.08未規(guī)定的永久作用對結(jié)構(gòu)不利未規(guī)定的永久作用對結(jié)構(gòu)有利1. 050.954淤沙壓力（永久作用）1.29未規(guī)定的不可控制可變作用未規(guī)定的可控制可變作用1.21.1圖3.3 非溢流壩段斷面示意圖3.3.2靜水壓力靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載，計算時常分解為水平水壓力PH和垂直水壓力Pv兩種。PH(kN)計算公式為： P= (3-6)式中：H計算點處的作用水頭，m；水的重度，常取9.81kN/m3。垂直水壓力按水重計算

46、。3.3.3揚壓力 揚壓力包括滲透壓力和浮托力兩部分。滲透壓力是由上下游水位差產(chǎn)生的滲流在壩體內(nèi)或壩基面上形成的水壓力；浮托力是由下游面淹沒計算截面而產(chǎn)生向上的水壓力。揚壓力的分布與壩體結(jié)構(gòu)、上下游水位、防滲排水等因素有關(guān)。下面以壩基面（當(dāng)壩基設(shè)有防滲帷幕和上游筑排水孔）上的揚壓力計算為例來說明，壩踵處的揚壓力強度為H1，壩趾處的揚壓力強度為H2，排水孔孔幕處的滲透壓力為H（為揚壓力折減系數(shù)，河床壩段=0.20.3，岸坡壩段=0.30.35）。揚壓力的大小等于揚壓力分布圖的面積。只要把揚壓力分布圖畫正確，就能正確計算了。3.3.4泥沙壓力一般計算年限取50100年，水平泥沙壓力為： （3-7）

47、式中：泥沙的浮重度，(kN/m3) ，本設(shè)計中取9 kN/m3 壩前淤沙厚度，(m)本設(shè)計中為21m淤沙的內(nèi)摩擦角，(°)。取18°3.3.5浪壓力正常蓄水位時：，浪壓力按深水波情況計算。校核洪水位時： ，浪壓力按深水波情況計算?？杉僭O(shè)浪頂及水深等于處的浪壓力為零，靜水壓力為零，靜水位處的浪壓力最大，并呈三角形分布,則浪壓力為： （3-8）浪壓力對壩底中點的力矩為: (3-9) 式中：H1壩前水深，m；y1、y2大、小三角形的形心到壩基面中心的垂直距離，m。波浪要素L、h1、h2按官廳水庫公式（33）計算。3.3.6其它荷載地震荷載：一般地，當(dāng)?shù)卣鸬脑O(shè)計烈度為6度及6度以下

48、時，不考慮地震荷載。冰壓力、土壓力應(yīng)根據(jù)具體情況來定。溫度荷載一般可以采取措施來消除，穩(wěn)定和應(yīng)力分析時可以不計入。風(fēng)荷載、雪荷載、人群荷載等在重力壩荷載中所占的比例很小，可以忽略不計。先按式（38）式（39）算出荷載作用的標(biāo)準(zhǔn)值，標(biāo)準(zhǔn)值乘以其分項系數(shù)即為荷載作用的設(shè)計值；然后，求出荷載作用點對滑動面截面形心的力臂、荷載所產(chǎn)生的力矩的標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計值。有關(guān)參數(shù)的選擇：混凝土的重度為24kN/m3，水的重度為9.81kN/m3，泥沙的浮重度為9 kN/m3，內(nèi)摩擦角為18º。表3-2 重力壩荷載組合設(shè)計情況荷載作用自重靜水壓力揚壓力泥沙壓力浪壓力冰壓力動水壓力土壓力地震力基本組合正常蓄水位

49、情況設(shè)計洪水位情況冰凍情況00000000偶然組合校核洪水位情況地震情況0000注：（1）應(yīng)根據(jù)各種作用同時發(fā)生的實際可能性，選擇計算中的最不利的組合； （2）表中的“+”表示應(yīng)考慮的荷載，“0”表示不考慮的荷載。3.3.7荷載組合荷載組合可分為基本組合和偶然組合，它們分別考慮的荷載見表3-2。由于本工程所處地區(qū)沒有冰凍危害；地震烈度為六度不需計算地震力，所以設(shè)計考慮基本組合中的正常蓄水位情況和設(shè)計洪水位情況；偶然組合中的校核洪水位情況：工況1（設(shè)計洪水位時：上游水位：300m；下游水位：263.64m）工況2（正常蓄水位時：上游水位：300m；下游水位：0m）工況3（校核洪水位時：上游水位：302.18m；下游水位：266.39m）3.4 壩體強度和穩(wěn)定計算抗滑穩(wěn)定分析可分兩種工況來計算，分別是正常蓄水位和校核洪水位。其目的是核算壩體沿壩基面或沿地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑的安全度。因為重力壩沿壩軸線方向用橫縫分隔成若干個獨立的壩段，所以穩(wěn)定分析可以按平面問題進行，但對于地基中存在多條互相切割交錯的軟弱面構(gòu)成空間滑動體或位于地形陡峭的岸坡段，則應(yīng)按空間問題分析。3.4.1 正常蓄水位（壩基面）荷載組合：正常蓄水位情況：自重+靜水壓力+揚壓力+淤沙壓力+浪壓力 A 抗滑穩(wěn)定校核：作用效應(yīng)函數(shù) S（·）=PR （3-10）抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù) R（·）=f'