鐘呂水利樞紐鋼筋混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

摘 要鐘呂水利樞紐是以發(fā)電為主,同時(shí)兼顧灌溉、供水、防洪及養(yǎng)殖等綜合利用效益的跨流域開(kāi)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(jì)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(zhǎng)220米，上下游邊坡均為1：1.55，正常蓄水位276.6m，設(shè)計(jì)洪水位277.7m，校核洪水位279.2m。電站裝機(jī)6400kW，設(shè)計(jì)水頭174米，保證出力1461kW。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為：1、根據(jù)防洪要求，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，最終確定壩頂高程為280.0m； 2、通過(guò)分析，對(duì)可能的方案進(jìn)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(xì)做出大壩設(shè)計(jì)，通過(guò)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(jìn)行水力、靜力計(jì)算；4、確定趾板等的構(gòu)造并進(jìn)行初步設(shè)計(jì)階段的施工組織設(shè)計(jì)；5、進(jìn)行專題的設(shè)計(jì)：技術(shù)標(biāo)的施工組織設(shè)計(jì)及進(jìn)度計(jì)劃。本次設(shè)計(jì)以已建的混凝土面板堆石壩為參考，在注重各細(xì)部獨(dú)立分項(xiàng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，綜合考慮了整體工程的統(tǒng)一性。在專題的編寫(xiě)中參考實(shí)際工程招投標(biāo)階段的施工組織設(shè)計(jì)文件，對(duì)本工程各分部工程進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，編寫(xiě)了適合本工程施工階段的施工組織設(shè)計(jì)文件和施工總進(jìn)度計(jì)劃。在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，廣泛參考堆石壩設(shè)計(jì)、施工方面的相關(guān)書(shū)籍，嚴(yán)格遵照規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了本設(shè)計(jì)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(jì) 進(jìn)度計(jì)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(shuō)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?xiàng)l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(kù)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(jì)條件和設(shè)計(jì)依據(jù)93.1 設(shè)計(jì)任務(wù)93.2 設(shè)計(jì)依據(jù)9第四章 洪水調(diào)節(jié)計(jì)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(zhǔn)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(guò)程144.4.2 洪水過(guò)程線的模擬144.4.3 計(jì)算公式154.4.4 計(jì)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(jí)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(jì)266.1 大壩輪廓尺寸及防浪墻設(shè)計(jì)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(jì)296.2 堆石料設(shè)計(jì)366.2.1 堆石料基本特性參數(shù)366.2.2 主、次堆石料設(shè)計(jì)366.2.3 墊層、過(guò)渡層設(shè)計(jì)366.2.4 堆石體設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算原理及方法406.4.2 計(jì)算結(jié)果426.5 副壩設(shè)計(jì)436.5.1 副壩型式選擇436.5.2 副壩強(qiáng)度和穩(wěn)定驗(yàn)算446.5.3 副壩與主壩的連接456.5.4 副壩的防滲設(shè)計(jì)466.6 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)及地基處理466.6.1 壩頂構(gòu)造466.6.2 護(hù)坡設(shè)計(jì)466.6.3 分縫及止水466.6.4 壩基處理476.7 趾板設(shè)計(jì)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(jì)516.7.4 趾板的分縫及配筋546.7.5 趾板的地基開(kāi)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(jì)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(zhǔn)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(jì)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(hù)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(jìn)度81參考文獻(xiàn)82小結(jié)84- 76 -第一章 綜合說(shuō)明1.1 工程特性表表1-1 工程特性表序號(hào)及名稱單 位數(shù) 量備 注一、水庫(kù)流域面積km233正常高水位m276.6死水位m248.0設(shè)計(jì)洪水位m277.7校核洪水位m279.2設(shè)計(jì)泄洪流量m3/s217.5校核泄洪流量m3/s316.0總庫(kù)容萬(wàn)m32154.8死庫(kù)容萬(wàn)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(zhǎng)m220副壩型式重力式擋墻副壩壩軸線長(zhǎng)m64導(dǎo)流洞型式圓形斷面導(dǎo)流洞進(jìn)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(zhǎng)度m200續(xù)表1-1 工程特性表序號(hào)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(jì)流量m3/s217.5校核流量m3/s316.0閘門(mén)型式平板閘門(mén)尺寸（寬高）m2106四、廠房系統(tǒng)1動(dòng)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(jī)組臺(tái)數(shù)2機(jī)組安裝高程m103.0水輪機(jī)型號(hào)HL110-WJ-76發(fā)電機(jī)型號(hào)SFW-J3000-6/1480開(kāi)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(shí)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(kāi)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(zhǔn)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(jī)6400 kW，保證出力1461kW。廠房總面積為31.515.7。開(kāi)關(guān)站尺寸為11.527.25。水庫(kù)總庫(kù)容（校核洪水位以下的全部庫(kù)容）為2154.8萬(wàn)m。1.4.2 綜合利用效益1.4.2.1 發(fā)電裝機(jī)6400kW，電站設(shè)計(jì)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(tái)3200kW機(jī)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?jī)?nèi)安裝二臺(tái)HL110-WJ-76，配SFW-J3000-6/1480的水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組安裝高程為103m，開(kāi)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(wàn)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(duì)鐘呂村及下游江灣鎮(zhèn)的威脅，要求設(shè)計(jì)洪水最大下泄量限制為230m/s。1.4.2.5 漁業(yè)水庫(kù)蓄水后，正常蓄水位時(shí)水庫(kù)面積1.09km，為發(fā)展養(yǎng)魚(yú)等水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)創(chuàng)造了有利條件。第二章 自然地理?xiàng)l件2.1 地形條件鐘呂水庫(kù)位于江西婺源縣樂(lè)安河一級(jí)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(lè)安河，本流域上游為中低山區(qū)，山勢(shì)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(wàn)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(wàn)m，p=2%的洪峰流量為364.5m/s,三日洪量為965萬(wàn)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(wàn)噸，泥沙容重估算為1.3t/m。估計(jì)水庫(kù)淤積年限與高程關(guān)系見(jiàn)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(wàn)m）淤積高程（m）5011.05236.0810022.1237.78水庫(kù)水位庫(kù)容關(guān)系曲線見(jiàn)表2-2。表2-2 水庫(kù)水位-庫(kù)容關(guān)系曲線表水位（m）227.5236.08237.78248276278.11庫(kù)容（104m）011.0522.1172.01910.02145.2壩址水位-流量關(guān)系曲線見(jiàn)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(kù)區(qū)工程地質(zhì)庫(kù)區(qū)屬構(gòu)造剝蝕低山地貌，山勢(shì)陡峭，分水嶺雄厚，地形封閉，植被良好， 未見(jiàn)滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。組成庫(kù)岸及庫(kù)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(kù)區(qū)巖石受多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，斷層和裂隙發(fā)育，巖石的褶皺和撓曲也很常見(jiàn)，構(gòu)造行跡以北東向壓扭性為主，常見(jiàn)有北西向張扭性斷裂和近東西向平推斷層，未見(jiàn)有較大的導(dǎo)水?dāng)嗔堰B通庫(kù)外。庫(kù)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(bǔ)給，排泄于河谷與河床，庫(kù)岸山體地下水位較高，一般在300m高程以上，組成庫(kù)岸及庫(kù)盆的巖石表部透水性強(qiáng)，但深部巖石透水性微弱，屬相對(duì)不透水層。庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)良好，水庫(kù)蓄水后，不存在永久滲漏、岸邊再造、浸沒(méi)及水庫(kù)誘發(fā)地震等問(wèn)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(duì)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(jiàn)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(zhǎng)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(jiàn)，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(zhǎng)石及巖屑等，中細(xì)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(jiān)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(zhǎng)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(zhǎng)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微具定向構(gòu)造，巖石質(zhì)地堅(jiān)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(yùn)動(dòng)，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層褶皺和撓曲常見(jiàn)。在初步設(shè)計(jì)階段共發(fā)現(xiàn)斷層20條。壩基開(kāi)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(jiàn)0.51.5cm厚的斷層泥繼續(xù)分布，斷層間較平，構(gòu)造巖呈強(qiáng)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(kāi)挖后，對(duì)壩基巖石裂隙作了統(tǒng)計(jì)，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(jiàn)Fe、Mn質(zhì)浸染，表面張開(kāi)或微張，局部見(jiàn)次生泥充填，延伸長(zhǎng)，極發(fā)育；二是NW3050W，SW或NE4080，裂面光滑平整，見(jiàn)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(kāi)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(qiáng)度：微新巖石40MPa；弱風(fēng)化巖石25MPa。其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2-4。表2-4 堆石試驗(yàn)參數(shù)表組別試驗(yàn)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(guò)地段屬低山地貌區(qū)，山頂高程300400m相對(duì)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(jiàn)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(yán)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(zhǎng)度占洞線總長(zhǎng)的19%，說(shuō)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(qiáng)度為1640Mpa，軟化系數(shù)0.630.93，屬半堅(jiān)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(kù)區(qū)地震烈度屬度以下，設(shè)計(jì)時(shí)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(chǎng)和古玩料場(chǎng)，距大壩約1015km,有公路相通，運(yùn)輸方便。梨苗場(chǎng) 、古玩料場(chǎng)均為砂卵（礫）石混合料，砂卵（礫）石儲(chǔ)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(jiān)硬，力學(xué)強(qiáng)度較高，質(zhì)量較好，儲(chǔ)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(jì)條件和設(shè)計(jì)依據(jù)3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)在對(duì)原始材料進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合本次設(shè)計(jì)的專題研究，要求：(1)根據(jù)防洪要求，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，確定壩高程及岸坡溢洪道尺寸；(2)通過(guò)分析，對(duì)可能的方案進(jìn)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(xì)做出大壩設(shè)計(jì)，通過(guò)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(jìn)行水力、靜力計(jì)算；(4)進(jìn)行專題的設(shè)計(jì)：技術(shù)標(biāo)的施工組織設(shè)計(jì)；對(duì)總進(jìn)度計(jì)劃編制進(jìn)行深入研究。3.2 設(shè)計(jì)依據(jù)包括相關(guān)參考文獻(xiàn)、主要設(shè)計(jì)規(guī)范以及上級(jí)機(jī)關(guān)批文。(1)中華人民共和國(guó)水利部.混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范.北京:中國(guó)水利水電出版社，1998(2)中華人民共和國(guó)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(guó)水利水電出版社，1998(3)中華人民共和國(guó)水利部.水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國(guó)水利水電出版社，1998(4)中華人民共和國(guó)水利部.水利水電工程等級(jí)劃分.北京：中國(guó)水利水電出版社，2000(5)中華人民共和國(guó)水利部.水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國(guó)水利水電出版社，2007第四章 洪水調(diào)節(jié)計(jì)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(kù)中運(yùn)行時(shí)，水庫(kù)沿程的水位、流量、過(guò)水?dāng)嗝?、流速等均隨時(shí)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(yùn)動(dòng)方程： （4-2）式中： 過(guò)水?dāng)嗝婷娣e(m)； 時(shí)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(jiǎn)化的近似解法，長(zhǎng)期以來(lái)，普遍采用瞬時(shí)法，即用有限差值來(lái)代替微分值，并加以簡(jiǎn)化，以近似地求解一系列瞬時(shí)流態(tài)。瞬時(shí)流態(tài)法將式(4-1)進(jìn)行簡(jiǎn)化而得出基本公式，再結(jié)合水庫(kù)的特有條件對(duì)基本公式進(jìn)行簡(jiǎn)化，得出用于水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的實(shí)用公式： （4-3）式中：， 分別為計(jì)算時(shí)段初、末的入庫(kù)流量(m/s)； 計(jì)算時(shí)段中的平均入庫(kù)流量(m/s) ，=(+)/2；， 分別為計(jì)算時(shí)段初、末的下泄流量(m/s)； 計(jì)算時(shí)段中的平均下泄流量(m3/s)，；， 分別為計(jì)算時(shí)段初、末水庫(kù)的蓄水量(m3)； 與之差； 計(jì)算時(shí)段。公式(4-3)表示為一個(gè)水量平衡方程式，表明：在一個(gè)計(jì)算時(shí)段內(nèi)，水庫(kù)水量與下泄水量之差即為該時(shí)段中水庫(kù)蓄水量的變化。顯然，公式中并未計(jì)入洪水入庫(kù)處至泄洪建筑物間的行進(jìn)時(shí)間，也未計(jì)入沿程流速變化和動(dòng)庫(kù)容等影響，這些因素均是其近似性的一個(gè)方面。當(dāng)已知水庫(kù)入庫(kù)洪水過(guò)程線時(shí)，、均為已知，、，則是計(jì)算時(shí)段開(kāi)始時(shí)的初始條件。于是，式(4-3)中的未知數(shù)僅剩下、，當(dāng)前一時(shí)段的、求出后，其值即成為后一時(shí)段的、值，使計(jì)算能逐步地連續(xù)進(jìn)行下去。僅一個(gè)方程來(lái)求解、是不可能的，必須再有一個(gè)方程式，與式(4-3)聯(lián)立，才能同時(shí)解出、的確定值，假定暫不計(jì)及自水庫(kù)取水的興利部門(mén)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(shí) (4-4)式中： 系數(shù)，與泄洪建筑物的型式、尺寸、閘孔開(kāi)度及淹沒(méi)系數(shù)有關(guān)； 指數(shù)，對(duì)于堰流一般等于3/2，對(duì)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(kù)水位Z與堰頂高程之差；若是閘孔出流即為庫(kù)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(kù)水位Z，又可借助于水庫(kù)容積特性曲線，求出相應(yīng)的水庫(kù)蓄水容積，則式(4-4)可用下泄流量與庫(kù)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(kù)承擔(dān)下游防洪任務(wù)時(shí)，要求保持不大于下游允許的最大下泄流量時(shí)，就要利用閘門(mén)控制流量，但計(jì)算的基本公式和方法與上述一致。本設(shè)計(jì)泄水建筑物是正槽溢洪道。采用閘門(mén)全開(kāi)式泄洪，故下泄流量是，即為庫(kù)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(duì)應(yīng)的三日洪峰流量，無(wú)法描繪出洪水過(guò)程線，故采用三角形法擬畫(huà)出洪水過(guò)程線（具體做法見(jiàn)本章4.4節(jié)）。本設(shè)計(jì)中進(jìn)行調(diào)洪演算是為了定出設(shè)計(jì)、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(guò)假定下泄流量，可利用洪水過(guò)程線計(jì)算出水庫(kù)蓄水量，通過(guò)可查出對(duì)應(yīng)的水位，得到曲線，通過(guò)兩條q-Z曲線即得到設(shè)計(jì)、校核水位及相應(yīng)流量。4.1.2 洪水調(diào)洪演算方法進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)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(jì)中以引水發(fā)電流量作為起調(diào)流量（5m/s）。本設(shè)計(jì)采用圖解法進(jìn)行洪水調(diào)洪演算。4.2 洪水標(biāo)準(zhǔn)分析根據(jù)水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)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(jí)別為3級(jí)，次要水工建筑物級(jí)別為4級(jí)。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(zhǔn)，3級(jí)水工建筑物設(shè)計(jì)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(jì)由給定的資料情況，采用以下洪水標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)情況，采用50年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)P=2%的洪峰流量為364.5 m/s,三日洪量為965萬(wàn)m。校核情況，采用1000年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)p=0.1%的洪峰流量為551.5 m/s,三日洪量為1569萬(wàn)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(jì)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(duì)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(jìn)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(wú)相互不良的影響。洞線宜選擇在沿線地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、巖體完整穩(wěn)定、巖性堅(jiān)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(kāi)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(shí)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(jiàn)。壩址區(qū)巖石的透水性及相對(duì)不透水層經(jīng)先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)，左岸相對(duì)不透水層埋深1024米，上部透水層q值為6.7196.7Lu，大者達(dá)到341.7Lu，屬中等-嚴(yán)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(kāi)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(kù)庫(kù)岸的泄洪通道，上游水庫(kù)多余的來(lái)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(guò)堰水流方向與堰后泄槽縱軸線方向一致；側(cè)槽溢洪道過(guò)堰水流過(guò)堰后急轉(zhuǎn)近90，再經(jīng)泄槽下泄。從地質(zhì)條件上來(lái)說(shuō)，溢洪道應(yīng)力爭(zhēng)位于較堅(jiān)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(jì)。同時(shí)對(duì)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(kāi)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(diǎn)是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰頂水頭決定，過(guò)堰流量穩(wěn)定于某一值后，泄槽各斷面的流量也隨之都達(dá)到同一值，故水流平順?lè)€(wěn)定，運(yùn)用安全可靠，另外，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(kāi)挖量時(shí)，可能成為比較經(jīng)濟(jì)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(kù)岸延伸，由增加溢流前緣寬度而引起開(kāi)挖量增加較少，從而可以以較長(zhǎng)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(wèn)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(wèn)題，而側(cè)槽溢洪道的水流現(xiàn)象復(fù)雜，進(jìn)槽水流須立即轉(zhuǎn)彎近90，再順槽軸線下泄，對(duì)每一個(gè)不同的側(cè)槽斷面，其所通過(guò)的流量是不相同的，同時(shí)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(yùn)動(dòng)，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層褶皺和撓曲常見(jiàn)。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(shí)考慮到堆石壩溢洪道可緊靠壩體布置這一優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于本樞紐的壩體不是很高，正槽溢洪道的開(kāi)挖量不會(huì)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(guò)程通過(guò)洪水資料，由三角形法作出設(shè)計(jì)情況和校核情況下的洪水過(guò)程線，假定不同的下泄流量，由洪水過(guò)程線求出庫(kù)容，由庫(kù)容，查水位庫(kù)容曲線，得到相應(yīng)的水庫(kù)水位，從而可作出設(shè)計(jì)洪水和校核洪水對(duì)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(gè)坐標(biāo)系中，由圖中相應(yīng)交點(diǎn)即可確定的下泄流量和洪水位的值。4.4.2 洪水過(guò)程線的模擬由于本設(shè)計(jì)中資料有限，僅有、的洪峰流量及相應(yīng)的三日洪量，無(wú)法準(zhǔn)確畫(huà)出洪水過(guò)程線。本設(shè)計(jì)中采用三角形法模擬洪水過(guò)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(gè)三角形，根據(jù)水量相等原則，對(duì)三角形進(jìn)行修正，得到兩條模擬的洪水過(guò)程線。圖4-1 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線圖4-2 校核洪水過(guò)程線4.4.3 計(jì)算公式計(jì)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(jì)是不考慮淹沒(méi)出流的情況，故淹沒(méi)系數(shù)直接取為1。2、由水力學(xué)可知；單孔閘門(mén)，則；圓弧邊墩，則，由上可得上述公式簡(jiǎn)化為：。4.4.4 計(jì)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(jì)洪水位H(m)設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)方案均滿足允許下泄流量，方案3、4的設(shè)計(jì)洪水位小于本設(shè)計(jì)的正常蓄水位，故舍棄。方案5、9、13、14、15、17、18、19、20的設(shè)計(jì)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(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較：本設(shè)計(jì)對(duì)此只做定性分析，同時(shí)也考慮與導(dǎo)流洞結(jié)合的問(wèn)題。一般情況下堰頂高程越低，溢洪道開(kāi)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(kāi)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(duì)正常蓄水位高差過(guò)大，方案12相對(duì)于方案10、11，設(shè)計(jì)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(jì)洪水位277.7m，設(shè)計(jì)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(jí)別和洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定由校核洪水位279.2m查得相應(yīng)水庫(kù)的總庫(kù)容為2262萬(wàn)m3，水電站裝機(jī)容量為6400kW, ,根據(jù)水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（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(jí)別為3級(jí)、次要建筑物級(jí)別為4級(jí)。水工建筑物為3級(jí)的洪水標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)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(jì)算本工程位于江西省南部，庫(kù)區(qū)屬于低山丘陵地貌，按碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL2742001，波浪要素的計(jì)算可采用鶴地水庫(kù)公式進(jìn)行： （4-6） （4-7）上式中：累積頻率為2%的波高，m； 平均波長(zhǎng)，m。為水面以上10m處的風(fēng)速，正常運(yùn)用條件下級(jí)壩，采用多年平均最大風(fēng)速的1.5倍；非常運(yùn)用條件下的各級(jí)土石壩，采用多年平均最大風(fēng)速。設(shè)計(jì)波浪爬高值根據(jù)工程等級(jí)確定，3級(jí)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(jì)算靜水位按下式計(jì)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(jì)規(guī)范公式(5.3.1)，堰頂上游L型擋墻在水庫(kù)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)取1.2m,則壩頂高程為280.0m。4.4.6.4 閘門(mén)設(shè)計(jì)堰寬B=10m，單扇閘門(mén)擋水，選用平板閘門(mén)。閘門(mén)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(mén)定型制造要求。另外布置時(shí)將閘門(mén)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(zhǎng)度應(yīng)滿足工作橋、交通橋及啟閉機(jī)等布置要求，取8m。閘墩高度取決于閘門(mén)和啟閉機(jī)的形式，應(yīng)保證開(kāi)啟后的閘門(mén)底緣高出水庫(kù)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(jí)別經(jīng)調(diào)洪演算得，校核洪水位為279. 2m，水電站裝機(jī)容量為6400kW,水庫(kù)總庫(kù)容為，根據(jù)水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)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(jí)別：3級(jí)； 次要建筑物級(jí)別：4級(jí)。5