混凝土重力壩設(shè)計(jì)(共77頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上XXXXXX繼續(xù)教育學(xué)院畢 業(yè) 論 文題目 XXX水庫 混凝土重力壩樞紐設(shè)計(jì) 專 業(yè) 水 工 層 次 專升本 姓 名 學(xué) 號(hào) 前 言關(guān)鍵詞：重力壩 剖面 穩(wěn)定 應(yīng)力 細(xì)部構(gòu)造 地基處理本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為河南南潘家口水利樞紐，壩型選擇為混凝土重力壩，壩軸線選擇和樞紐布置見1號(hào)圖SG-01潘家口水庫平面圖所示。整座重力壩共分53個(gè)壩段，主要有非溢流擋水壩段、溢流表孔壩段、溢流底孔壩段和電站廠房壩段。其中非溢流擋水壩段每壩段寬15米，分布于大壩兩端；廠房壩段每段寬16米，布置在靠近右岸的主河床上，裝機(jī)3臺(tái)機(jī)組；底孔壩段每段寬22米，布置在廠房壩段左側(cè)的主河床上；溢流壩段每段寬1

2、8米，布置在灤河主河床上。詳見1號(hào)圖SG-02下游立視圖。擋水壩段最大斷面的底面高程為128米，壩頂高程為228米，防浪墻高1.2米，最大壩高為101.2m，屬高壩類型。壩頂寬12米，最優(yōu)斷面的上游壩坡坡率為1:0.2，上游折坡點(diǎn)高程為181米，下游壩坡坡率為1:0.7，下游折坡點(diǎn)高程688.98英尺，詳細(xì)情況參見1號(hào)圖SG-03擋水壩剖面圖。溢流壩段最大斷面的底面高程為126米，堰頂高程210米，溢流堰采用WES曲線設(shè)計(jì)，直線段坡率為1：0.7，反弧段半徑取25.0米，鼻坎高程取159米，上游壩坡坡率取1：0.2，折坡點(diǎn)高程為181米，上游壩面與WES曲面用1/4橢圓相連，詳細(xì)情況見1號(hào)圖S

3、G-02溢流堰標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖所示。本樞紐溢流堰采用挑流方式消能，挑角取250。止水采用兩道紫銅中間加瀝青井的形式。壩基防滲處理（主要依據(jù)上堵下排的原則），上游帷幕灌漿（兩道），下游側(cè)設(shè)置排水管。以非溢流擋水壩段為計(jì)算選擇斷面，進(jìn)行了抗滑穩(wěn)定分析和應(yīng)力分析，分別采用抗剪斷計(jì)算法和材料力學(xué)法計(jì)算法進(jìn)行計(jì)算，最終驗(yàn)算滿足抗滑穩(wěn)定，上游壩踵沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，設(shè)計(jì)剖面合理可行。本次設(shè)計(jì)只是部分結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)，考慮問題較單一，采用基礎(chǔ)資料一般以書本為主，跟實(shí)際情況難免有出入，敬請讀者批評指正。編者2008.9目 錄第一部分設(shè)計(jì)說明書第一章 潘家口混凝土重力壩樞紐基本資料2 一、樞紐概況及工程目的2 二、設(shè)計(jì)基本資

4、料（參見附錄一）2 附錄一3 附錄二 水市庫規(guī)劃及建筑特性指標(biāo)12第二章 壩軸線、壩型選擇和樞紐布置方案比較14 第一節(jié)、壩軸線選擇14 第二節(jié)、壩型選擇17 第三節(jié)、樞紐布置方案20第三章 壩工設(shè)計(jì)26 第一節(jié)、擋水壩剖面設(shè)計(jì)26 第二節(jié)、擋水壩剖面設(shè)計(jì)28 第三節(jié)、溢流壩剖面擬定33 第四節(jié)、擋水壩穩(wěn)定計(jì)算43第四章 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)56 第一節(jié)、壩頂構(gòu)造56 第二節(jié)、分縫止水56 第三節(jié)、混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)58 第四節(jié)、排水60 第五節(jié)、廊道系統(tǒng)61第五章 地基處理63 第一節(jié)、清基開挖63 第二節(jié)、防滲措施64 第三節(jié)、斷層破碎帶的處理66 第四節(jié)、軟弱夾層處理67第二部分計(jì)算書 表1 設(shè)計(jì)水

5、位作用情況設(shè)計(jì)值計(jì)算表 69 表2 荷載計(jì)算表（設(shè)計(jì)水位情況）70 表3校核水位作用情況設(shè)計(jì)值計(jì)算表 71 表4 荷載計(jì)算表（校核洪水位情況）72專心-專注-專業(yè)第一部分設(shè)計(jì)說明書第一章 潘家口混凝土重力壩樞紐基本資料 一、樞紐概況及工程目的： 潘家口水庫位于河北省唐山市和承德市兩地區(qū)交界處，壩址位于遷西縣灑河橋上游十公里揚(yáng)查子村的欒河干流上?？刂屏饔蛎娣e3.37萬km2，總庫容為25.5億m3。 水庫樞紐由主壩、電站及泄水底孔等組成，水庫主要任務(wù)是調(diào)節(jié)水量，供天津市和唐山地區(qū)工農(nóng)業(yè)用水和城市人民生活用水，結(jié)合引水發(fā)電。并兼顧防洪，要求：盡可能使其工程提前受益，盡早建成。 根據(jù)水庫的工程規(guī)模及

6、其在國民經(jīng)濟(jì)中的作用，樞紐定為一等工程，主壩為級建筑物，其它均按級建筑物考慮。 二、設(shè)計(jì)基本資料(參見附錄一)： 設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求： (一)設(shè)計(jì)任務(wù)： 1、根據(jù)地質(zhì)、地形條件和樞紐建筑物的作用進(jìn)行壩線、壩型的選擇，樞紐布置方案比較通過初步分析確定。繪制樞紐平面布置及下游立視圖。 2、進(jìn)行溢流壩的剖面設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括：擬定斷面，水力計(jì)算穩(wěn)定應(yīng)力分析等，并繪制設(shè)計(jì)圖紙。(采用可靠度理論法、編程序計(jì)算) 3、進(jìn)行非溢流壩的剖面設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括：擬定擋水壩剖面，穩(wěn)定應(yīng)力分析等，并繪制設(shè)計(jì)圖。(采用可靠度理論法、編程序計(jì)算) 4、進(jìn)行細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)和地基處理設(shè)計(jì)，包括：混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)、分縫、止水、廓道、排水

7、以及開挖、清理、灌漿、斷層處理等，并繪制有關(guān)設(shè)計(jì)圖。 5、設(shè)計(jì)繪圖要求結(jié)構(gòu)合理、工藝性好、表達(dá)完整清晰，符合GB規(guī)定，體現(xiàn)CAD繪圖能力。 (二)選作內(nèi)容：根據(jù)設(shè)計(jì)者完成設(shè)計(jì)任務(wù)的具體情況，可選作導(dǎo)墻、廓道、閘墩、工作橋等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括：結(jié)構(gòu)計(jì)算、配筋計(jì)算和繪制設(shè)計(jì)圖紙。 根據(jù)設(shè)計(jì)基本資料，確定導(dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流時(shí)段，并進(jìn)行導(dǎo)流方案比較。通過論證和計(jì)算，選定施工導(dǎo)流方案。編制控制性的施工總進(jìn)度計(jì)劃，并繪制施工導(dǎo)流程序圖。 (三)基本要求： 1、設(shè)計(jì)者必須發(fā)揮獨(dú)立思考能力，創(chuàng)造性的完成設(shè)計(jì)任務(wù)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循技術(shù)規(guī)范，盡量采用國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。 2、設(shè)計(jì)者對待設(shè)計(jì)計(jì)算繪圖等工作，應(yīng)具有

8、嚴(yán)肅認(rèn)真一絲不茍的工作作風(fēng)，以使設(shè)計(jì)成果達(dá)到較高水平。 3、設(shè)計(jì)者必須充分重視和熟悉原始資料，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)圓滿完成要求的設(shè)計(jì)內(nèi)容，成果包括：設(shè)計(jì)說明、計(jì)算書各一份、設(shè)計(jì)圖紙4張。附錄一潘家口水庫混凝土重力壩畢業(yè)設(shè)計(jì)基本資料 一、水文分析： 1、年徑流：欒河水量較充沛，潘家口水文站多年平均年徑流量為24.5億m3，占全流域的53%。年內(nèi)分配很不均勻，主要集中汛期七、八月份。豐水年時(shí)占全年5060%，枯水年占3040%，而且年際變化也很大。 2、洪水：多發(fā)生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大漲落迅速的特點(diǎn)，據(jù)調(diào)查，近一百年來有六次大洪水。其中1883年最大，由洪痕估算洪峰流量約為24

9、40027400 m3/s，實(shí)測的45年資料中最大洪峰流量發(fā)生在1962年為18800 m3/s。洪峰歷時(shí)三天左右，由頻率分析法求得：幾個(gè)重現(xiàn)期所對應(yīng)的洪峰流量值（見下表 表一、表二所示）。 表一項(xiàng)目千年一遇洪水流 量萬年一遇洪水流 量千年一遇三天洪 量萬年一遇三天洪 量指標(biāo)40400m3/s59200m3/s26.1億m345.4億m3表二重 現(xiàn) 期(年)102050100洪峰流量(m3/s)7520117001780022800三日洪量(億m3)8.0611.416.019.7枯水期洪水過程線表三 時(shí)段：9月1日至次年6月30日 頻率：5% 日 期月、日、時(shí)流 量m3/s日 期月、日、時(shí)流

10、 量m3/s日 期月、日、時(shí)流 量m3/s6.16.2656.17.24906.18.244047248804430672610106420879877284001079107301039012861269012380141231466014360161231661016350181301856018330201372052020310221882249022300242312445024280表四 設(shè)計(jì)洪水過程線表 流量：米3/秒重現(xiàn)期(年)日期1020501007.25.287120195221511018030034082543785766631160411701290146014150

11、4183019002290171860263037504510203790537076509200235210735010450126007.26.260008150116001400056800883012000152008723011400162001960011722011700178002280014734010400148001780017543077001100013200表四續(xù)表 設(shè)計(jì)洪水過程線表 流量：米3/秒重現(xiàn)期第日期1020501907.26.2037805350762091602328604040576069407.27.221002960422050305167023

12、6033604050814402080291035001113001840262031501422701700235028401712501680220026002011001600205025002310501580183021007.28.21000145017002050595013501600188089001150155018501187011001500180014850104514501700178201000140016703、泥沙：本流域泥沙顆粒較粗，中值粒徑0.0375mm，全年泥沙大部分來自汛期七、八月份，主要產(chǎn)于一次或幾次洪峰內(nèi)且年際變化很大，由計(jì)算得，多年平均懸移質(zhì)輸

13、沙量為1825萬t多年平均含沙量7.45kg/m3。推移質(zhì)缺乏觀測資料。可計(jì)入前者的10%，這樣總?cè)霂焐沉繛?010萬噸。淤砂浮容重為0.9t/m3，內(nèi)摩擦角為12°。 二、氣象： 庫區(qū)年平均氣溫為10左右，一月份最低月平均氣溫為零下6.8，絕對最低氣溫達(dá)零下21.7(1969年)；7月份最高月平均氣溫25，絕對最氣溫高達(dá)39(1955年)，多年平均氣溫見下表（表五）。表五 多年平均氣溫、水溫表 單位：月份123456789101112氣溫-6.8-3.43.5512.1119.1422.8625.1124.016.6710.202.85-4.4水溫10.417.121.424.62

14、3.618.511.63.4 本流域無霜期較短(90180天)，冰凍期較長(120200天)，潘家口站附近河道一般12月封凍，次年3月上旬解凍，封凍期約70100天，冰厚0.40.6米，岸邊可達(dá)1米。流域內(nèi)冬季盛行偏北風(fēng)，風(fēng)速可達(dá)七、八級，有時(shí)更大些，春秋兩季風(fēng)向變化較大，夏季常為東南風(fēng)，多年平均最大風(fēng)速為21.5m/s，水庫吹程D=3km。 流域內(nèi)多年平均降雨量約為400700mm，多年平均降水天數(shù)及降水量見表六：月 份123456789101112降水天數(shù)月 平 均1.72.53.64.66.711.015.512.67.147.32.61.1最多天數(shù)599811172120141154最

15、少天數(shù)000111451000降水量毫米月平均1.45.68.225.739.089.1277.3215.268.830.19.22.0最大4.833.524.274.291.3217.8548.5462.8181.976.1134.611.4最小0000.912.520.0101.194.21.7000表六 多年月平均降水天數(shù)及降水量表 單位：mm三、工程地質(zhì)： 1、庫區(qū)地質(zhì)：潘家口水庫、庫區(qū)屬于中高山區(qū)，河谷大都為峽谷地形，只有西城峪至北臺(tái)子一帶較為寬闊，沿河兩岸階地狹窄，斷續(xù)出現(xiàn)且不對稱，區(qū)域內(nèi)無嚴(yán)重的坍岸及滲漏問題。2、壩址地質(zhì)：（1）地貌：壩址位于揚(yáng)查子村南300m處，為低谷丘陵地區(qū)

16、，兩岸相對高差不大，河谷開闊，寬約600m上下游兩公里范圍內(nèi)，河道順直主河槽位于右岸，河床高程137m左右。枯水期河床寬約100m，由于受河流側(cè)向侵蝕兩岸地形不對稱。右岸坡度較陡約60°左右，左岸較緩約20°，河床中除漫灘外，左岸還有三級階地發(fā)育，一、二級階地高程自140m160m。三級階地與緩坡相接直達(dá)山頂。覆蓋層厚度為712m的砂礫卵石沖積層。（2）巖性：壩區(qū)主要巖性為太古界拉馬溝片麻巖，其次為第四紀(jì)松散堆積物，以及不同時(shí)期的侵入巖脈，壩區(qū)范圍內(nèi)片麻巖依其巖性變化情況可分為六大層，其中第一、四、六層巖性較好，但第一、六層因受地形限制建壩工程很大。第四大巖層(Ar I 4

17、)為角閃斜長片麻巖。具粗粒至中間細(xì)粒纖狀花崗變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石、石英及角閃石，本層巖體呈厚層塊狀、質(zhì)地均一、巖性堅(jiān)硬、抗風(fēng)化力強(qiáng)、工程地質(zhì)條件較好，總厚度185m左右。 3、構(gòu)造：壩址處雖然斷層、裂隙較多，但大部分規(guī)模較小對工程影響不大，其中F2、F5、F11、f26、f27、f28斷層對壩體有一定影響，以上各斷層的特性由下表（表七）所示。所在部分參見構(gòu)造分析圖。 表七 各斷層的特性表編號(hào)走向傾向及傾角寬度(m)性質(zhì)對建筑物的影響F2北東85°西北275°南7080°2.512.5壓扭 長約200米一段靠近上游壩鍾。對基礎(chǔ)巖石力學(xué)強(qiáng)度及壩基完整均一性有影響

18、。F5北東20度南東30度18.0張扭 位于溢流壩段自上游向下游斜貫23個(gè)壩段降低巖層力學(xué)強(qiáng)度。影響完整性和均一性。F11北東10度南東75度1.52.5張扭 F11與f26兩斷層相距近而交匯，位于溢流壩處斜慣兩個(gè)壩段且交匯帶靠近下游側(cè)又與F(壓扭性)相關(guān)，對基礎(chǔ)力學(xué)強(qiáng)度影響較大。f26北東16度南東75度0.31.2張扭f27北西320度北東80度0.30.6張扭 f27與f28兩斷層相距也較近之間有一號(hào)巖脈并與壩體成53度夾角相交，斜穿56個(gè)壩段，對壩體有影響地段達(dá)120米。f28北西320度北東75度1.3張扭4、水文地質(zhì)：壩基的透水性總的看來不大，但不均一，主要決定斷裂發(fā)育程度和性質(zhì)，

19、在平面上，一級階地基巖透水性大于其它地貌單元。從垂向上看河谷內(nèi)單位吸水量小于0.01公升/分的頂板在83m105m高程其間之透水層厚度為4050m，若除去開挖部分厚度將更薄一些，兩岸透水層應(yīng)以天然地下水位為下限，一般都大于50m，具體參見地質(zhì)剖面圖。 5、巖石物理力學(xué)性質(zhì)：巖石容重為2.682.70t/m3，飽和抗壓強(qiáng)度，弱風(fēng)化和微分化巖石均在650kg/cm2以上，有的可達(dá)1100 kg/cm2，混凝土與巖石的磨擦系數(shù)微分化及弱風(fēng)化化下部，可取f=1.10、c=7.5kg/cm2。 6、地震：庫區(qū)附近歷史地震活動(dòng)較為頻繁，近年來微繁。弱震仍不斷發(fā)生，其中1936年和1976年兩次發(fā)生6度左右

20、地震，1977年6月國家地震局地震地質(zhì)大隊(duì)對本區(qū)域地震問題作了鑒定，水庫的基本烈度為7度，考慮到樞紐的重要性，和水庫激發(fā)地震的可能性攔河壩設(shè)防烈度采用8度。 四、當(dāng)?shù)亟ㄖ牧希簤沃犯浇饕笆蠄鲇衅咛?，?chǔ)量足以建壩，各料場的物理性質(zhì)、試驗(yàn)指標(biāo)，基本滿足技術(shù)要求，可作大壩混凝土骨料使用。且無大量的粘性土及砂壤土料，可供圍堰防滲材料之用。 五、交通條件： 對外交通在右岸，公路、鐵路均距壩址較近，略加修改或擴(kuò)建即可直通壩址，壩頂無重要交通要求。六、水庫水位與庫容關(guān)系曲線及淤積年限見下表：（表八） 表八 水庫水位與庫容關(guān)系曲線及淤積年限表水庫水位(米)天然庫容(億立米)三角洲法萬氏法淤 積 年 限十

21、年二十年五十年五十年136.000000150.00.310.210.1000160.01.030.870.650.190170.02.362.131.861.030180.04.464.163.852.710.04190.07.407.016.535.001.23200.011.2510.639.837.764.23210.016.0916.0614.0111.078.94220.022.0020.5019.2015.4014.83230.029.1927.6526.2822.1022.02壩前淤積高程(米)141.2144.0153.8177.5七、效益： 水庫建成與下游大黑汀、邱莊、陡河

22、等水庫聯(lián)合運(yùn)用，承擔(dān)多年調(diào)節(jié)作用，在保證率P=75%時(shí)，可調(diào)節(jié)水量20.05億立米，計(jì)劃年補(bǔ)給工業(yè)及城市生活用水7億立米，并可灌溉農(nóng)田一百余萬畝，達(dá)到遇旱有水、電站裝機(jī)3臺(tái)，總?cè)萘?8萬千瓦，平均年發(fā)電量3.45億度。表九 潘家口水庫水位庫容關(guān)系表水 位(米)庫 容(億立米)水 位(米)庫 容(億立米)水 位(米)庫 容(億立米)136.00164.01.50192.08.10139.00.01166.01.78194.08.90141.20.03168.02.10195.09.20143.00.07170.02.36200.011.25145.00.11172.02.75210.016.09

23、147.00.19174.03.20220.022.00148.00.22176.03.60150.00.31178.04.00152.00.42180.04.46154.00.55182.05.00156.00.70184.05.65158.00.85186.06.20160.01.03138.06.90162.01.20190.07.40八、淹沒損失： 庫區(qū)淹沒范圍包括河北省承德唐山兩地區(qū)的四個(gè)縣(興隆、寬城、承德和遷西)，十一個(gè)公社四十一個(gè)大隊(duì)，遷移人口20700人，淹沒土地33400畝，房屋19100間，公路25km。 注：移民遷建標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)審查決定清河唐(距壩線約40km)以下庫區(qū)

24、段按正常高水位加風(fēng)浪浸沒安全2m定淹沒線，清河唐以上按計(jì)入淤積后以1962年洪水(相當(dāng)于50年一遇)的回水線作為移民線，以五年一遇洪水的回水線作為土地征用線。九、本工程由水電部某工程局施工，機(jī)械化程度較高。施工作業(yè)天數(shù)，根據(jù)本地區(qū)氣溫及降雨等自然條件統(tǒng)計(jì)如表十。表十 全年有效施工天數(shù)統(tǒng)計(jì) 季項(xiàng)目合計(jì)月123456789101112混凝土澆筑81119272724202125262815251土料填筑0013252420131723252710197其它工程202224272724202126262825289 十、工期：按施工組織設(shè)計(jì)得知，工程總工期為8年。 十一、其它： 施工期下游無供水要求

25、，無須考慮通航、過木問題。附錄二水庫規(guī)劃及建筑特性指標(biāo)項(xiàng) 目單 位指 標(biāo)備 注水位校核洪水位米227.2設(shè)計(jì)洪水位米224.7p=0.01%正常蓄水位米224.7p=0.1%汛期限制水位米216.0死水位(發(fā)電)米180.0校核洪水位尾水位米156.8設(shè)計(jì)洪水尾水位米152.0正常尾水位米138.4庫容總庫容億立米25.5計(jì)入十年淤積調(diào)洪庫容億立米7.4興利庫容億立米19.5共用庫容億立米5.6死庫容億立米4.2計(jì)入十年淤積壩 型混凝土重力壩壩頂高程米228.0最大壩高米103.0壩頂長度米1024.0壩頂溢孔數(shù)孔19堰頂高程米210.0每孔凈寬米15.0工作閘門尺寸米×米15

26、15;15弧形鋼閘門啟閉機(jī)(2×70噸)臺(tái)19固定式卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)洪水下泄能力米3/秒32300校核水位下泄量42900限泄項(xiàng) 目單 位指 標(biāo)備 注泄水孔進(jìn)口底高程米160.0底孔數(shù)目孔4工作閘決議尺寸(寬×高)米×米5×7弧形鋼閘門啟閉機(jī)臺(tái)4設(shè)計(jì)水位泄水能力米3/秒4340校核水位泄水能力米3/秒4430電站引水管道引水管道進(jìn)口底高程米170.0三條引水管管線長度米121.0管 徑米5.0最大引水流量米3/秒104每條引水道工作閘門扇米×米35×7平板鋼閘門工作閘門啟閉機(jī)臺(tái)3240×70噸液壓平板檢修門米×米5

27、15;8.5式共用一扇檢修門啟閉機(jī)臺(tái)1400/25噸門機(jī)電站主廠房尺寸(長×寬×高)米×米×米72×19.1×39.機(jī)組間距米16水輪發(fā)電機(jī)組臺(tái)3裝機(jī)容量萬瓦3×6=18水輪機(jī)型號(hào)HL702-LJ330額定出力萬瓦6.18發(fā)電機(jī)型號(hào)TS-750/19036額定出力萬瓦6.0主要壓器型號(hào)SSPL-80000/220輸電線電壓千伏220共3臺(tái) 如遇千年一遇洪水，水庫最大泄量與區(qū)間同頻率洪水相遇將超過大黑汀水庫的千年一遇設(shè)計(jì)洪水。為此需要控制下泄流量而不超過27500立米/秒以符合大黑汀水庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。第二章 壩軸線、壩型選擇和樞紐

28、布置方案比較 壩址、壩型選擇和樞紐布置是水利樞紐設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，三者相互聯(lián)系。在選擇壩址/壩型和樞紐布置時(shí)，不僅要研究樞紐附近的自然條件,而且需要考慮樞紐的施工條件，運(yùn)行條件，綜合效益，投資指標(biāo)以及遠(yuǎn)景規(guī)劃等，這是水利樞紐設(shè)計(jì)中貫穿在各個(gè)階段的一個(gè)十分重要的問題。不同的壩址適用于不同的壩型和樞紐布置，所以選擇壩址、壩型要同時(shí)做出樞紐布置。針對不同壩址做出不同壩型的各種樞紐布置方案，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后選定較為理想的壩軸線位置及相應(yīng)的壩型和樞紐布置。第一節(jié) 壩軸線的選擇壩址和軸線的選擇是根據(jù)地形、地質(zhì)、河流走勢等條件綜合考慮決定的。就地形而言，壩址一般以選在狹窄河谷處，節(jié)省工程量；但對于一個(gè)具

29、體的樞紐來說，必須從各個(gè)方面綜合考慮：是否便于布置泄洪、發(fā)電建筑物，是否便于施工導(dǎo)流，技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理等綜合衡量。壩址地質(zhì)條件是水利樞紐設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一，對壩型的選擇和樞紐的布置起著決定性作用。壩址最好的地質(zhì)條件是強(qiáng)度高、透水性小、不易風(fēng)化、沒有構(gòu)造缺陷的巖基。但理想的天然地基很少，因而在選擇壩址時(shí)應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，針對不同的情況采取不同的地基處理方式，來滿足工程需要。亦可通過選擇不同的壩型或?qū)屋S線轉(zhuǎn)折以適應(yīng)地質(zhì)條件，同時(shí)應(yīng)考慮兩岸的地質(zhì)因素，使庫區(qū)及兩岸邊坡有足夠的穩(wěn)定性，以防止因蓄水而引起的滑坡現(xiàn)象。就河勢來說，壩址要選在河流順直段，靠近壩址上、下游河流如有急灣最不利 ，應(yīng)予避免；樞紐兩

30、岸壩肩的山體要較雄厚，并盡可能離上下游兩岸的沖溝遠(yuǎn)一些；水庫周緣應(yīng)沒有難處理的缺口。通過對潘家口水庫壩址區(qū)域基本地質(zhì)、地形等資料的研究和分析，確定要選擇合理的壩軸線，必須具備以下四個(gè)原則：一、壩基全部坐落在第四大巖層上 根據(jù)潘家口水庫地質(zhì)基本資料知：壩區(qū)主要巖性為太古界拉馬溝片麻巖，其次為第四紀(jì)松散堆積物，以及不同時(shí)期的侵入巖脈，壩區(qū)范圍內(nèi)片麻巖依其巖性變化情況可分為六大層，其中第一、四、六層巖性較好，但第一、六層因受地形限制建壩工程很大，而第四大巖層(ARL4)為角閃斜長片麻巖，具有粗粒至中間細(xì)粒纖狀花崗巖變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石、石英及角閃石，本層巖體呈厚層塊狀，質(zhì)地均勻，巖性堅(jiān)硬，抗風(fēng)

31、化力強(qiáng)，解理裂隙較少，透水性小工程地址條件好，總厚度185m左右，其特性均滿足建壩要求，故壩基建在第四大巖層之上，有利于壩體穩(wěn)定。二、左岸與第三大巖層保持一定距離從“壩址河谷段構(gòu)造分析圖”中，可知：第四大巖層，自右岸至左岸逐步向北偏移，且寬度略變窄，若壩軸線垂直水流方向直接伸向左岸，則壩軸線將與第三大巖層相接。由地質(zhì)資料可知：第三大巖層較軟弱，不宜建壩，故壩軸線需偏移，使之與第三大巖層保持一定距離。根據(jù)地質(zhì)剖面資料分析，壩軸線在左岸時(shí)向上游推移，避開軟弱的第三大巖層，為以后壩體的穩(wěn)定運(yùn)行作好基礎(chǔ)。三、避開大的斷層F2由壩址河谷段構(gòu)造分析圖可知：壩址處雖然斷層裂隙較多，但大部分規(guī)模較小，對工程影

32、響不大。其中F2斷層最大，它走向?yàn)楸睎|85°-西北275°，傾向南，傾角70-80°，寬度2.5-12.5m，屬壓扭斷層。長約200m，一段靠近上游壩踵，對基礎(chǔ)巖石力學(xué)強(qiáng)度及壩基完整均一性有影響，故壩軸線應(yīng)該避開F2斷層，并保持一定距離。四、避開右岸不穩(wěn)定巖體由壩址河谷段構(gòu)造分析圖可知：在右岸F2斷層的上方有一塊由ALI5和Qpl組成的不穩(wěn)定的巖體，而庫區(qū)附近歷史地震活動(dòng)較為頻繁，近年來微繁，弱震仍不斷發(fā)生。由此，壩軸線需避開右岸陡岸的局部不穩(wěn)定巖體，在右岸向上游方向折彎，對大壩日后的安全有利。綜上所述：為同時(shí)滿足壩基坐落在第四大巖層上，左岸與第三大巖層保持一定距

33、離，右岸避開不穩(wěn)定巖體，河床部位使上游壩踵避開F2斷層四個(gè)選擇壩軸線的基本原則。另外，左岸為避開F2斷層向下游偏移，右岸的下游多為破碎帶，故向上游偏移，致使壩軸線傾斜，偏離兩岸山頭；為了節(jié)省工程造價(jià)，減少工程量，使兩岸壩軸線彎折，右岸（西）為避開不穩(wěn)定巖體需做一圓弧，延伸至山頭，左岸（東）則折線延伸至山頭；由此，水流方向與壩軸線斜交，雖然會(huì)產(chǎn)生橫向水流，對壩體，岸坡有影響，但水庫蓄水后，庫容較大，致使壩前水流流速幾近為零，這樣受到橫向水流影響就很小，故此壩軸線選擇合理可行。根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造圖對壩軸線有以下要求：1、壩基應(yīng)全部座落在第四大巖層（Ar14），第四大巖層為角閃斜長石，石英及角閃石，本巖體

34、成厚層塊狀，質(zhì)地均一，巖性堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，工程地質(zhì)條件好，總厚度185米左右，適宜建壩。2、壩線應(yīng)避開大的節(jié)理和斷層，并保持一定距離，由壩址河谷段構(gòu)造分析圖，河谷上游有一大的斷層破碎帶F2，走向北東850西北2750，傾向及傾角為南70800，寬度2.512.5m，為壓扭性斷層，對基礎(chǔ)巖石力學(xué)強(qiáng)度及壩基完整均一性有影響，壩體應(yīng)避開，壩軸線可向下游移動(dòng)。3、河岸右岸有不穩(wěn)定巖體，壩線布置應(yīng)避開，保證右壩肩穩(wěn)定，因此右岸壩線應(yīng)向上游移動(dòng)。4、河谷左岸有第3大巖層分布，其巖性比較軟弱，應(yīng)避開，所以左岸壩線應(yīng)向上游移動(dòng)。5、因受以上條件限制，壩線如果采用直線，將不能通過兩岸山頭，若要滿足擋水要求，

35、工程量將很大，材料用量多，為此，將壩軸線兩岸段用彎折線或圓弧與兩岸山頭相連，即左岸向下游折向，右岸向上游圓弧狀彎折伸向山體。結(jié)論：可見給定壩軸線滿足以上要求，壩軸線選擇是合理的。第二節(jié) 壩型選擇一、綜述壩型選擇應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、地形條件，施工條件，建筑材料，綜合效益，宣泄洪水能力，以及抗震性等特點(diǎn)，通過定性分析，初步選擇兩種壩型進(jìn)行較詳細(xì)的技術(shù)比較，選取既滿足工程要求，又比較經(jīng)濟(jì)的壩型，經(jīng)濟(jì)比較只要求對壩體的砼方量及三材用量作粗略的計(jì)算和比較。以下分別就各種壩型進(jìn)行比較分析。二、壩型選擇方案（一）土石壩土石壩又稱當(dāng)?shù)夭牧蠅危菤v史最為悠久的一種壩型。土石壩主要分為：均質(zhì)壩、心（斜）墻壩、土石混合

36、（堆石壩）壩等。1、土石壩優(yōu)點(diǎn)（1）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，幾乎任何土石料均可筑壩。（2）能適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。任何不良的壩址地基，經(jīng)處理后均可筑壩。（3）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)，促進(jìn)了高土石壩的發(fā)展。（4）由于巖土力學(xué)理論、試驗(yàn)手段和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，提高了大壩分析計(jì)算的水平，加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度，進(jìn)一步保障了大壩設(shè)計(jì)的安全可靠性。（5）土石壩適應(yīng)地基變形，施工方便，而且我國擁有豐富的建壩經(jīng)驗(yàn)。土石壩與砼壩相比，其造價(jià)為砼壩的1/10，工程量為砼壩的4倍，由此可見土石壩經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于

37、砼壩。2、缺點(diǎn)由所給潘家口水庫基本資料可知，壩址附近主要的砂石大料場有七處，且儲(chǔ)量足以建壩，各料場的物理性質(zhì)、試驗(yàn)指標(biāo)，基本滿足技術(shù)要求，可作為大壩混凝土骨料使用。從材料方面看可以建土石壩。但土石壩有它本身的特點(diǎn)，就是壩身不能過水，泄水建筑物需另設(shè)溢洪道。由本樞紐基本資料知，兩岸均為高山，山峰綿綿，沒有崖口，沒有合適地形布置溢洪道，因此，從這方面看，不宜建土石壩。由于壩址附近無大量的粘性土及砂壤土料，只可供應(yīng)圍堰防滲材料之用。不能滿足土石壩所需的大量粘性土和砂壤土料，因此，從這方面考慮，此處建設(shè)土石壩條件不足。綜合上述優(yōu)缺點(diǎn)，故本次設(shè)計(jì)不采用土石壩，而采用混凝土壩。（二）混凝土壩如果選擇砼壩應(yīng)

38、考慮采用拱壩、支墩壩還是重力壩，1、拱壩優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：拱壩是高次超凈定空間整體結(jié)構(gòu)，壩體的穩(wěn)定性主要依靠兩岸拱端山體反力作用來維持，并不全靠壩體自重來維持。由于拱是一種主要承受軸向壓力的推力結(jié)構(gòu)，拱內(nèi)彎矩較小，應(yīng)力分布較均勻，有利于發(fā)揮材料的強(qiáng)度，從而壩體厚度可以減薄，節(jié)省工程量。拱壩的體積比同一高度的重力壩大約可節(jié)省1/32/3，從經(jīng)濟(jì)意義上講，拱壩是一種很優(yōu)越的壩型。且較好的超載能力可達(dá)設(shè)計(jì)荷載的511倍，具有很強(qiáng)的抗震能力。缺點(diǎn)：建筑拱壩要求河谷的寬高比小于4.5，由水庫壩軸線工程地質(zhì)剖面圖量得河谷長為820米，高87米，L/H>4.5，為寬淺形河道，不宜修建拱壩；而且拱壩對壩肩的巖

39、體要求堅(jiān)固完整，但從壩址河谷段構(gòu)造分析圖可發(fā)現(xiàn)河谷左岸有大的斷層，右岸又存在一個(gè)滑坡體，也不宜選擇拱壩；理想的拱壩地形應(yīng)是左右岸對稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的峽谷段。而此壩址處河段順直，兩岸由于受斷層、軟弱地帶的影響，壩軸線為折線形，不適宜建拱壩。綜合上述，本壩址處不適宜建混凝土拱壩。2、支墩壩優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：支墩壩，自重較輕，壩體工程量小，其中連拱壩與平板壩可節(jié)省1060工程量；支墩可隨受力情況調(diào)整厚度，能充分利用圬工材料的抗壓強(qiáng)度；節(jié)省壩基開挖量和固結(jié)灌漿工作量，可加快施工速度；由于壩體較薄，施工散熱條件較好。缺點(diǎn)：支墩本身單薄，側(cè)向剛度比縱向剛度低，在遭遇垂直水利流向的地震作用時(shí)

40、，抗震能力明顯低于重力壩；支墩的應(yīng)力較大，對地基要求比重力壩高；施工期壩體對溫度變化較敏感，容易產(chǎn)生裂縫；模板較復(fù)雜且用量較大，混凝土標(biāo)號(hào)要求高，單方混凝土鋼筋用量多，施工存在難度；而且支墩壩有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，抗壓性差，據(jù)資料顯示庫區(qū)附近歷史上地震活動(dòng)較為頻繁，1977年6月國家地震局地震地質(zhì)大隊(duì)對本區(qū)與地震問題作了鑒定，水庫的基本烈度為7度，考慮到樞紐的重要性和水庫激發(fā)的地震的可能性，攔河壩設(shè)防烈度采用8度，基于此種情況，當(dāng)?shù)厥遣荒苓x用支墩壩的。綜合上述，本壩址處不適宜建支墩壩，適宜選擇重力壩壩型。3、重力壩重力壩壩身可以過水，對地形地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，樞紐泄洪問題容易解決，可以大型機(jī)械化施工

41、，施工速度快，故本樞紐選擇重力壩壩型。重力壩又分為寬縫重力壩、空腹重力壩、實(shí)體重力壩。需對三種壩型進(jìn)行比較做出結(jié)論：（1）寬縫重力壩優(yōu)缺點(diǎn)：寬縫重力壩，壩體設(shè)置寬縫后，壩基的滲透水可自寬縫排出，減小了滲透壓力，但寬縫壩增加了模板用量，立模也較復(fù)雜，分期導(dǎo)流不便，而且由資料可知當(dāng)?shù)責(zé)o霜期較短（90180天）冰凍期較長（120200天），對寬縫壩需要采取保溫措施，工程造價(jià)大大增加且不能大型機(jī)械化施工，工期較長，因此不宜選用寬縫重力壩。（2）空腹重力壩優(yōu)缺點(diǎn)：空腹壩與實(shí)體壩相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）由于空腹下部設(shè)底板，減小了壩底面上的揚(yáng)壓力，可節(jié)省壩體砼方量20%左右；2）減小了壩基開挖量；3）壩體前后

42、腿嵌固于巖體內(nèi)，有利于壩體的抗滑穩(wěn)定；4）前后腿應(yīng)力分布均勻，壩踵壓應(yīng)力較大；5）便于砼散熱；6）壩體施工可不設(shè)縱縫；7）便于監(jiān)測和維修；8）空腹內(nèi)可以布置水電站廠房。缺點(diǎn)有：1）施工復(fù)雜；2）鋼筋用量大；3）如在空腹內(nèi)布置水電站廠房，施工干擾大，基于以上缺點(diǎn)，將難以進(jìn)行大型機(jī)械化施工，不能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化程度較高的快速施工，選此壩型不夠經(jīng)濟(jì)合理。因此不適宜建空腹重力壩。（3）結(jié)論實(shí)體重力壩由于結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，樞紐泄洪問題容易解決，便于施工導(dǎo)流，可以大型機(jī)械化施工，施工方便且速度快，結(jié)構(gòu)作用明確，適合建高壩?；谝陨细鞣N壩型的比較分析，本水庫采用砼重力壩較為合理。第三節(jié)

43、 樞紐布置方案首先根據(jù)樞紐的任務(wù)及要求確定樞紐建筑物的組成，然后根據(jù)地質(zhì)、地形等條件，擬定二到三個(gè)樞紐布置方案，并畫出草圖，通過定性分析確定較合理的樞紐方案。水利樞紐布置的任務(wù)是合理地確定樞紐中各組成建筑物之間的相互位置。一、綜述潘家口水利樞紐的主要任務(wù)是調(diào)節(jié)水量，結(jié)合引水發(fā)電并兼顧防洪。包括溢流壩段、底孔壩段、電站壩段和擋水壩段；擋水壩段在河的兩岸，溢流壩段的位置與電站的位置有關(guān)。樞紐功能及其相應(yīng)的水工建筑物，潘家口水庫樞紐的主要任務(wù)是調(diào)節(jié)水量，供天津市和唐山地區(qū)工農(nóng)業(yè)城市人民生活用水，結(jié)合引水，并兼顧防洪。因干流水量年內(nèi)分配很不均勻，汛期主要集中在七、八月份，而且年際變化也很大，所以樞紐設(shè)

44、計(jì)應(yīng)具有多年調(diào)節(jié)能力，能將豐水年水量調(diào)到枯水年運(yùn)用。建壩攔河蓄水所形成的水頭，滿足供水之余可建電站，結(jié)合引水發(fā)電充分利用水頭提高工程效益，電站可裝機(jī)18萬千瓦，由三臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，并用三條引水管引水。與電站配合運(yùn)行的還有開關(guān)站、尾水渠等建筑物。根據(jù)樞紐功能需要，工程具有擋水壩段、電站壩段、底孔壩段、溢流壩段等建筑物。樞紐布置主要應(yīng)考慮：廠房段，底孔段，溢流壩段，擋水壩段的布置。二、樞紐布置應(yīng)遵循以下原則1、壩址、壩段及其他主要建筑物的形式選擇和樞紐布置要做到施工方便，工期短，造價(jià)低。2、樞紐布置應(yīng)當(dāng)滿足各個(gè)建筑物在布置上的要求，各建筑物之間能協(xié)調(diào)、無干擾地工作，保證其他任何工作條件下都能正常工

45、作，滿足樞紐運(yùn)用管理的要求。3、在滿足建筑物強(qiáng)度和穩(wěn)定的條件下，降低樞紐總造價(jià)和年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。4、樞紐中各建筑物緊湊，盡量將同一工種的建筑物布置在一起，以減少聯(lián)結(jié)建筑。5、盡可能使樞紐中的部分建筑早期投產(chǎn)，提前發(fā)揮效益（如提前蓄水，早期發(fā)電或灌溉）。6、樞紐的外觀應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，在可能條件下注意美觀。三、各類建筑物樞紐布置的要求1、擋水壩攔截水流，形成水庫，將其布置在河岸的兩邊。通常布置成直線，這樣壩軸線較短，壩身體積小，對建筑物的受力狀態(tài)有利，并便于與相鄰建筑物的聯(lián)結(jié)。但有時(shí)受地質(zhì)和地形條件的限制，可將壩軸線布置成折線，本樞紐即是如此。2、溢流壩溢流壩起泄洪作用，前緣應(yīng)正對上游來水的河流主

46、流方向，下游出口方向最好與主河槽水流方向一致。溢流壩應(yīng)坐落在堅(jiān)硬結(jié)實(shí)的巖基上，減少下泄水流對其建筑物的影響，以解決下游消能防沖問題。為減少下泄水流對其它建筑物的影響，有時(shí)常在溢流壩和這些建筑物之間布置導(dǎo)墻。本樞紐中，溢流壩的尺寸大概如下：由資料可得萬年一遇洪水流量為59200m2/s，假設(shè)單寬泄水流量為200m2/s，需凈寬約300m的溢流孔，每孔尺寸寬約15m，共需20孔，假如泄洪時(shí)，底孔開啟輔助泄洪，可代替一個(gè)溢流孔還需19孔。中墩和邊墩厚取3m。橫縫設(shè)在每個(gè)溢流孔中間。故每個(gè)溢流段的寬為18m。總溢流段寬為18×19+3=345m。3、泄洪底孔壩段泄洪底孔進(jìn)口高程常接近水庫死水

47、位，或靠近河床，隨時(shí)可以放水。其作用有：預(yù)泄庫水，增大水庫的調(diào)蓄能力；放空水庫以便檢修大壩；排放泥沙，減少水庫淤積；隨時(shí)向下游放水，滿足航運(yùn)或灌溉要求；也起施工導(dǎo)流、洪水期泄洪、人防作用。根據(jù)本樞紐基本資料，擬利用泄洪底孔作為二期導(dǎo)流通道，參照已建工程孔口尺寸定為5 m寬×7 m高，共設(shè)四孔，每兩孔口為一個(gè)壩段，其中兩個(gè)底孔壩段中間隔墩厚4 m。所以每個(gè)底孔壩段的寬度為2×5+3×4=22 m，泄洪底孔的總寬為2×22=44m。4、電站廠房壩段水電站廠房壩段布置原則：要求水電站進(jìn)口水流應(yīng)該平穩(wěn)，不發(fā)生旋渦和橫向水流，尾水應(yīng)順暢；當(dāng)溢流壩于廠房并列布置時(shí)，

48、應(yīng)盡量將前者布置在河道深槽，以保證泄水順暢；為減少下泄水流對發(fā)電和航運(yùn)的不利影響，常在溢流壩與其它建筑物之間設(shè)置導(dǎo)墻；當(dāng)河流含沙量大，壩前淤積嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)采取排沙措施，沖沙孔或排沙洞常布置在廠房進(jìn)水口附近，其高程應(yīng)滿足運(yùn)用要求。壩后式廠房應(yīng)盡可能靠近壩體，以減小引水管路的工程量和水頭損失，對河床式電站，由于泄水建筑物占據(jù)了主河槽，廠房多布置在岸邊，但應(yīng)防止由于泥沙淤積造成尾水壅高，降低發(fā)電水頭。廠房壩段與泄洪底孔段并排布置有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可保證電站經(jīng)常引用活水，不會(huì)有泥沙淤積。（2）可以共用起閉設(shè)備，節(jié)省投資。本樞紐擬定裝機(jī)3臺(tái)，每臺(tái)機(jī)組段寬為16m，電站廠房壩段總長為48m。本樞紐電站廠房壩段位置選擇是整體樞紐布置的關(guān)鍵，先擬定兩種方案進(jìn)行比較，通過論證比較，選擇最優(yōu)方案，以達(dá)到技術(shù)上先進(jìn)和可能，投資少，工期短，運(yùn)行可靠，管理方便等目的。四、樞紐布置方案比較根據(jù)以上考慮，初步擬定以下兩種方案：（1）方案一：電站廠房布置在右岸主河槽可減少基礎(chǔ)開挖量，獲得高水頭，本地區(qū)主要用電戶在右岸方向，利于就近輸送電力，比較經(jīng)濟(jì)。但是，電站尾水位較高，發(fā)電水頭小，尾水有橫向水流存在，影響下游岸坡穩(wěn)定。因本地河流泥沙量大，泄水底