《鐘呂水利樞紐復合土工膜防滲面板堆石壩設計說明書（二）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《鐘呂水利樞紐復合土工膜防滲面板堆石壩設計說明書（二）（121頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

- 1 -摘 要本次設計主要是為了開發(fā)利用 B 江流域的水利資源，建設一個以發(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。在明確了建設目的并具有了建設依據(jù)和條件后設計的樞紐概況如下：B 江水利樞紐為復合土工膜防滲堆石壩。最大壩高 52.8m，裝機 6400KW，電站設計水頭為 174m，多年平均發(fā)電量為 1700×104kW·h，保證出力 1461KW。本電站裝2 臺 3200KW 機組，正常蓄水位 276.1m。最大引用流量為 5 。sm/3本次設計主要內(nèi)容為：經(jīng)洪水調(diào)節(jié)確定壩頂高程；壩型的比選；第一主要建筑物的設計；施工組織設計，第一建筑物的概預算以及招標文件的編寫。設計主壩長 220m 左右，上游邊坡 1：1.55，下游 252 高程設馬道，邊坡比為 1:1.53。副壩長 90m 左右，以圓弧和主壩連接。復合土工膜防滲堆石壩是一種新的壩型，其防滲材料---復合土工膜的設計、施工、質(zhì)量控制是該類壩型的技術關鍵，在本設計說明書第六章第三節(jié)有詳細說明。設計中，根據(jù)已經(jīng)定好的壩體參數(shù)，進行了施工組織設計，確定了工程的起始時間和完工時間。并根據(jù)壩體嚴格謹慎得計算出工程量清單，由此清單編制了第一建筑物概算表，確定第一建筑物概算金額為 8704 萬元。本設計的最后一個專題是招標文件的編寫，本設計參照實際工程的招標文件編制了鐘呂水利樞紐的招標文件，對應上一個專題，將主壩，副壩作為一個標段進行了招標。關鍵詞：復合土工膜、堆石壩、防滲、趾板、投標文件、主壩、副壩、施工組織設計、概算。- 2 -AbstractThis design is mainly to develop and use the drain area's wanter resource of the B river,constructing one project to generate electricity primarily,simultaneously give attention to the irrigation, the water supply, the flood prevention and the cultivation and so on ,whose comprehensive utilization benefit would cross the basin.It will proved to be an important water conservation and electricity project.Having the purpose and the environment of the construction,the project is designed as follows: The B river hydro-electric project is the compound earthwork membrane anti-seepage rock-fill dam. The dam's biggest height is 53.2m, installs equipment 6400kW.The power plant's design water height is 174m, which guarantees to make electricity in 1461kW,and is loaded with two 3200kW units.The normal store water level is 276.1m，and the biggest flux is 5 .sm/3The design's primary coverage is calculating the flood and confirm the crest's height of the dam;comparing different styles of dams and make sure the most appropriate one;designing the first building;making the construction management plan;making the first building's f financial estimates and making out the bidding document.The main dam long about 220m,and the upstream side slope 1:1.55, on the downstream's ,which slope 1:1.53,252 level make a rode.The side dam long about 90m,which connect with the main dam with a circle.The compound earthwork membrane anti-seepage rock-fill dam is one kind of new dam, its impervious material---the compound earthwork membrane's design,,construction,quality control are this kind of dam's technical keys.In the design,according to the data of the dam,I make the construction management plan and confirm the beginning date and the finishing date.According to the data,I make out the amount of constructing cautiously,and from these constructing amount I can find that the cost of the first constructing is about ￥870400.The last task of this design is to make a piece of bidding document.According to some bidding documents of the projects similar,I make the document of ZHONGLV hydro—electric project,in which the main dam and the side dam are seemed as the same bid.key word: The compound earthwork membrane, the rock-fill dam, the anti-seepage,toe-slab , the bidding documents, the main dam, the side dam, the constructing management plan, financial estimate.- 3 -目 錄目 錄 - 1 -第一章 綜合說明 .- 7 -1.1 工程特性表 - 7 -1.2 建設目的和依據(jù) - 9 -1.3 建設的條件 - 9 -1.4 建設的規(guī)模及綜合利用效益 - 9 -1.4.1 建設規(guī)模 - 9 -1.4.2 綜合利用效益 .- 10 -第二章 自然地理條件 - 11 -2.1 地形條件 .- 11 -2.2 水文特性 .- 11 -2.3 工程地質(zhì)條件 .- 12 -2.3.1 庫區(qū)工程地質(zhì) .- 12 -2.3.2 壩址工程地質(zhì) .- 12 -2.3.3 引水發(fā)電隧洞工程地質(zhì)條件 .- 15 -2.4 氣象、地震及其他 .- 16 -2.4.1 氣象、地震 .- 16 -2.4.2 天然建筑材料 .- 16 -第三章 設計條件和設計依據(jù) - 17 -3.1 設計任務 .- 17 -3.2 設計依據(jù) .- 17 -第四章 洪水調(diào)節(jié)計算 - 18 -4.1 洪水調(diào)洪演算 .- 18 -4.1.1 洪水調(diào)洪演算原理 .- 18 -4.1.2 洪水調(diào)洪演算方法 .- 20 -4.2 洪水標準分析 .- 21 -4.3 泄水建筑物的型式選擇 .- 21 -4.3.1 型式比較確定 .- 21 -4.3.2 溢洪道的組成部分和總體布置 .- 23 -4.4 調(diào)洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰頂高程）的確定 - 23 -4.4.1 調(diào)洪演算過程 .- 23 -4.4.2 洪水過程線的模擬 .- 23 -- 4 -4.4.3 計算公式 .- 24 -4.4.4 計算結(jié)果 .- 24 -4.4.5 方案選擇 .- 25 -4.4.6 壩頂高程的確定 .- 25 -第五章 主要建筑物型式選擇及樞紐布置 - 29 -5.1 樞紐等別及組成建筑物級別 .- 29 -5.2 壩型選擇 .- 29 -5.2.1 定性分析 .- 29 -5.2.2 定量分析 .- 34 -5.3 泄水建筑物型式選擇 .- 34 -5.4 樞紐方案的綜合比較 .- 35 -5.4.1 擋水建筑物—— 復合土工膜防滲堆石壩 .- 35 -5.4.2 泄水建筑物—— 正槽溢洪道 .- 35 -5.4.3 水電站建筑物 .- 35 -第六章 第一主要建筑物設計 - 36 -6.1 大壩輪廓尺寸及防浪墻設計 .- 36 -6.1.1 L 型擋墻頂高程及壩頂高程、寬度 .- 36 -6.1.2 壩體分區(qū) .- 36 -6.1.3 L 型擋墻設計 .- 37 -6.1.4 壩坡與馬道 .- 44 -6.2 堆石料設計 .- 44 -6.2.1 堆石料基本特性參數(shù) .- 44 -6.2.2 主、次堆石料設計 .- 44 -6.2.3 墊層、過渡層設計 .- 45 -6.2.4 堆石體設計技術參數(shù)表 .- 45 -6.2.5 堆石體填筑技術參數(shù)表 .- 45 -6.3 復合土工膜設計 .- 46 -6.3.1 復合土工膜的選型和分區(qū) .- 46 -6.3.2 土工膜強度校核 .- 47 -6.4 壩坡穩(wěn)定分析 .- 49 -6.4.1 計算原理及方法 .- 49 -6.4.2 壩坡穩(wěn)定分析 .- 50 -6.4.3 壩坡面復合土工膜的穩(wěn)定分析 .- 51 -6.5 副壩設計 .- 53 -6.5.1 副壩及主壩的連接及副壩型式選擇 .- 53 -- 5 -6.5.2 副壩的壩體地基處理防滲設計 .- 56 -6.6 細部構(gòu)造設計及地基處理 .- 56 -6.6.1 壩頂構(gòu)造 .- 56 -6.6.2 護坡設計 .- 57 -6.6.3 分縫及止水 .- 57 -6.6.4 壩基處理 .- 58 -6.7 趾板設計 .- 61 -6.7.1 趾板的作用 .- 61 -6.7.2 壩軸線選取 .- 62 -6.7.3 趾板最大剖面設計 .- 63 -6.7.4 趾板各剖面設計 .- 64 -6.7.5 趾板分塊 .- 65 -6.7.6 趾板配筋 .- 65 -6.8 壩體沉降估算 .- 66 -6.9 工程量計算 .- 66 -6.9.1 工程量計算的依據(jù)及項目劃分 .- 66 -6.9.2 主壩工程量計算 .- 67 -6.9.3 副壩工程量計算 .- 68 -6.9.4 趾板工程量 .- 68 -6.9.5 工程量清單 .- 68 -第七章 施工組織設計 - 71 -7.1 基本資料分析 .- 71 -7.1.1 工程概況 .- 71 -7.1.2 施工條件 .- 71 -7.1.3 有效工日分析 .- 71 -7.2 施工導流 .- 73 -7.2.1 導流標準 .- 73 -7.2.2 施工導流方案及大壩施工分期 .- 74 -7.2.3 導流建筑物規(guī)劃布置 .- 74 -7.3 主體工程施工 .- 77 -7.3.1 堆石體施工 .- 77 -7.3.2 混凝土施工 .- 81 -7.3.3 導流隧洞施工 .- 83 -7.4 施工交通運輸?shù)缆凡贾?.- 87 -7.4.1 布置原則 .- 87 -- 6 -7.4.2 布置說明 .- 87 -7.5 施工總進度 .- 87 -第八章 第一建筑物概算 - 89 -8.1 工程基本概況 .- 89 -8.1.1 工程概況 .- 89 -8.1.2 施工項目 .- 89 -8.2 投資主要指標 .- 89 -8.3 編制依據(jù) .- 89 -8.4 基礎單價及相關費率 .- 90 -8.4.1 人工工時概算價格 .- 90 -8.4.2 施工用風、水、電概算價 .- 90 -8.4.3 主要材料與次要材料概算價格 .- 90 -8.4.4 取費標準 .- 91 -8.4.5 基本預備費及價差預備費 .- 91 -8.4.6 工程概算表 .- 91 -8.5 補充說明 .- 92 -8.6 概算正表 .- 92 -8.7 概算附表 .- 93 -8.7.1 部分建筑工程單價表 .- 93 -8.7.2 部分機械臺時費表 - 108 -8.7.3 砂石料計算表 - 111 -參考文獻 - 118 -- 7 -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 km2 33正常高水位 m 276.1死水位 m 248.0汛前限制水位 m 274.0設計洪水位 m 278.1校核洪水位 m 279.6設計泄洪流量 m3/s 172.5校核泄洪流量 m3/s 265.9總庫容 萬 m3 2326死庫容 萬 m3 172.0興利庫容 萬 m3 1749.0有效庫容 萬 m3 2154.0二、大壩壩型 復合土工膜防滲堆石壩壩頂高程 m 280.3防浪墻頂高程 m 281.5壩頂寬度 m 8.0最大壩高 m 52.8上游壩坡 1∶1.55下游壩坡 1∶1.53馬道高程 m 252.0主壩壩軸線長 m 220副壩型式 重力式擋墻副壩壩軸線長 m 90導流洞型式 圓形導流洞進口底高程 m 227.5- 8 -導流洞出口底高程 m 226.5導流洞半徑 R m 2.4導流洞長度 m 200三、溢洪道溢流前緣凈寬 m 10堰頂高程 m 274設計流量 m3/s 172.5校核流量 m3/s 265.9閘門型式 平板閘門尺寸（寬×高） m2 10×6四、廠房系統(tǒng)1．動能指標最大凈水頭 m 174.0額定水頭 m 174.0最小水頭 m 143.0引用流量 m3/s 5.0額定出力 kW 6400保證出力 kW 14612．廠房廠房型式 地面式廠房面積 m2 31.5×15.7主廠房寬度 m 10.8機組臺數(shù) 2機組安裝高程 m 103.0水輪機型號 HL110-WJ-76發(fā)電機型號 SFW-J3000-6/1480開關站面積 m2 11.5×27.25五、引水系統(tǒng)進水口型式 塔式進水口高程 m 244.7壓力鋼管直徑 m 1.2管壁厚度 mm 10有壓隧洞洞徑 m 1.8襯砌厚度 cm 50- 9 -鋼襯厚度 mm 4調(diào)壓井最高涌浪水位 m 280.0調(diào)壓井最低涌浪水位 m 226.32六、工程量1．主壩基礎開挖量 m3 78479.3堆石料填筑量 m3 512361.9混凝土方量(L 型擋墻) m3 1003.1混凝土方量（趾板） m3 566.94混凝土方量（現(xiàn)澆混凝土保護層） m3 1149.82．副壩基礎開挖量 m3 2738.2混凝土方量 m3 5711.63．溢洪道溢洪道開挖量 m3 16979.53混凝土襯砌方量 m3 2883.251.2 建設目的和依據(jù)B 江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 建設的條件建設資金基本到位，施工準備工作已經(jīng)就緒。1.4 建設的規(guī)模及綜合利用效益1.4.1 建設規(guī)模本電站裝機 6400 kW，保證出力 1461kW。廠房總面積為 31.5×15.7㎡。開關站尺寸為 11.5×27.25㎡。水庫總庫容（校核洪水位以下的全部庫容）為 2154.8 萬 m3。- 10 -1.4.2 綜合利用效益1.4.2.1 發(fā)電裝機 6400kW，電站設計水頭為 174m，多年平均發(fā)電量為1700×104kW·h，保證出力為 1461kW。本電站裝 2 臺 3200kW 機組，正常蓄水位為 276.1m，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5m3/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31.5×15.7㎡，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，開關站位于廠房的左上側(cè)，尺寸為 11.5×27.25㎡。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，要求設計洪水最大下泄量限制為 245m3/s。1.4.2.5 漁業(yè)水庫蓄水后，正常蓄水位時水庫面積 1.09km2，為發(fā)展養(yǎng)魚等水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)創(chuàng)造了有利條件。- 11 -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 33km2。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 1.28m3/s，多年平均總徑流量 4040萬 m3，p=0.1%的洪峰流量為 551.5m3/s,三日洪量為 1569 萬 m3，p=2%的洪峰流量為 364.5m3/sec,三日洪量為 965 萬 m3。流域多年平均降雨值 2047.7mm。正常蓄水位 276.1m，對應庫容 V 正=1921 萬 m3。死水位 248m，對應 V 死=172 萬 m3。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/m3。估計水庫淤積年限與高程關系（見表 2-1）：表 2-1 淤積年限與高程關系表淤積年限（年） 泥沙淤積量（萬 m3） 淤積高程（m）50 11.05 236.08100 22.1 237.78水庫水位—庫容關系曲線（見表 2-2）：表 2-2 水庫水位—庫容關系曲線表水位（m） 227.5 236.08 237.78 248 276 278.11庫容（10 4m3） 0 11.05 22.1 172.0 1910.0 2145.2壩址水位-流量關系曲線（見表 2-3）：- 12 -表 2-3 壩址水位-流量關系曲線表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，未見有較大的導水斷裂連通庫外。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 280～450m ，壩區(qū)河床較寬，約20～50m，為一“U”型河谷，兩岸山坡不對稱，左岸山體雄厚，山坡角30～40 度，右岸山體較為單薄，山坡角 20～30 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)巖性水位(m) 227.5 228.0 228.5 229.0 229.5 230.0 230.5流量(m3/s) 0 6.0 28.9 66.77 121.97 196.05 281.78- 13 -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 N40°～60°E，NW0.7；弱風化巖石0.55；飽和抗壓強度：微新巖石40MPa；弱風化巖石25MPa；- 15 -表 2-4 堆石試驗參數(shù)表組別 試驗干密度 （g/cm3） C ??????pkΦo K n Rf G F DA 2.10 47 38.58 80 0.35 0.82 0.46 0.20 1.5B 2.05 60 37.72 60 0.32 0.81 0.43 0.18 1.8（2）復合土工膜試驗參數(shù)（見表 2-5）表 2-5 復合土工膜試驗參數(shù)表項 目 單 位 量 值 備 注單位面積質(zhì)量 g/m2 11001300 350/0.4/350350/0.6/350250m 高程以上 mm 0.4250m 高程以下 mm 0.6膜 厚周邊縫等處 mm 0.8周邊縫、水平縫、分縫處強度 kN/m 1518 350/0.4/350350/0.6/350寬條縱向拉伸 伸長率 % 50強度 kN/m 1518 350/0.4/350350/0.6/350窄條縱向拉伸 伸長率 % 50與水泥砂漿 0.577摩 擦 系 數(shù)與現(xiàn)澆砼 0.6粘 結(jié) 力 kg/cm2 0.1滲 透 系 數(shù) cm/s 1×10-112.3.3 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 300～400m 相對高程100～200m，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)千枚巖成分復雜，還易- 16 -于風化。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 16～40Mpa，軟化系數(shù)0.63～0.93，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℃。風速及吹程：多年平均最大風速 12.6m/s，吹程 1.6km。地震烈度：壩址及庫區(qū)地震烈度屬Ⅵ度以下，設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 10～15km,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，弱至微風化巖石，巖性較堅硬，力學強度較高，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?shù)剞r(nóng)民耕地。- 17 -第三章 設計條件和設計依據(jù)3.1 設計任務在對原始材料進行綜合分析的基礎上，并結(jié)合本次設計的專題研究，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）進行專題的設計：施工組織設計，進行第一建筑物的概預算，編寫招標公告及其它招標文件。3.2 設計依據(jù)包括相關參考文獻、主要設計規(guī)范以及上級機關批文。1、中華人民共和國水利部.混凝土面板堆石壩設計規(guī)范.北京:中國水利水電出版社，19982、中華人民共和國水利部.水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范（SL/T225-98）.北京：中國水利水電出版社，19983、中華人民共和國水利部.水工建筑物荷載設計規(guī)范.北京：中國水利水電出版社，19984、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，20005、中華人民共和國水利部.水工擋土墻設計規(guī)范.北京：中國水利水電出版社，2007- 18 -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、過水斷面、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，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： （4-0???sQt?1）運動方程： （4-21Ksvgsz?2）式中： — 過水斷面面積 (m2)；?— 時間（s） ；t— 流量（ m3/s） ；Q— 沿水流方向距離（m） ；s— 水位（ m） ；Z— 重力加速度 (m/s2)；g— 斷面平均流速(m/s)；v— 流量系數(shù)(m 3/s)。K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-tVtqQq ???????12121)()(3）- 19 -式中： ， — 分別為計算時段初、末的入庫流量(m 3/s)；1Q2— 計算時段中的平均入庫流量(m 3/s) ， =( + )/2；Q12， — 分別為計算時段初、末的下泄流量(m 3/s)；1q2— 計算時段中的平均下泄流量(m 3/s)， ；??/21q??， — 分別為計算時段初、末水庫的蓄水量(m 3)；1V2— 與 之差；?12— 計算時段。t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。當已知水庫入庫洪水過程線時， 、 、 均為已知， 、 ，則是計算1Q21Vq時段 開始時的初始條件。于是，式(4-3)中的未知數(shù)僅剩下 、 ，當前一時t? 2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2Vq1Vq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2Vq，與式(4-3)聯(lián)立，才能同時解出 、 的確定值，假定暫不計及自2()f? 2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qH函數(shù)，而當泄洪建筑物的型式、尺寸等已確定時(4-4)??BqfHA?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；A— 指數(shù)，對于堰流 B 一般等于 3/2，對于閘孔出流一般 B=1/2。B根據(jù)水力學公式， 與 的關系曲線可求。若是堰流 即為庫水位 Z 與堰qH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H根據(jù) 與 的關系曲線求出 Z 與 的關系曲線 ，并且由庫水位 Z，又Hq ??qf?可借助于水庫容積特性曲線 ，求出相應的水庫蓄水容積 ，則式(4-4)??Vf?V可用下泄流量 與庫容 的關系曲線代替，即 ，與式(4-3)聯(lián)立方程組，f求解 、 。2Vq當水庫承擔下游防洪任務時，要求保持 不大于下游允許的最大下泄流量q- 20 -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。maxqq本設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32AH?流量及其對應的三日洪峰流量，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)） 。本設計中進行調(diào)洪演算是為了定出設計、校核水位及相應的下泄流量，已知下泄量與水頭的關系曲線（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q V可查出對應的水位，得到 曲線，通過兩條 q-Z 曲線即得到設??VfZ???qfZ?計、校核水位及相應流量。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，半圖解法。由于本工程是以發(fā)電為主要任務的樞紐工程，故本設計中以引水發(fā)電流量作為起調(diào)流量（5m 3/s） 。但是因其較小，故而在實際操作中會出現(xiàn)先放水再攔洪的情況。鑒于本工程等別較低且沒有足夠的水文資料，所以采用近似的方法——簡化三角形法，即高切林法。首先用三角形法模擬出相應的設計和校核工況的洪水過程曲線，初步擬定堰頂高程 和堰寬 ，在曲線上取起調(diào)流量為 5m3/s。選定一組不同的最大下1H1B泄流量 ，則對應可得一組庫容增量 。由堰頂高程可知起調(diào)水位，432,qV?查水位庫容曲線可得起調(diào)庫容 ，又由 可得此時的總庫容，由總庫V??總?cè)萦挚傻玫綄乃?。這樣，便得到一條 曲線。又由qH?，可得另一條 曲線，二者的交點便是對應堰頂高程 和321()qm???q? 1H堰寬 下的相應工況的水位和下泄流量。取不同的堰頂高程和堰寬，便可得到1B不同的交點，根據(jù)實際運用工況選擇恰當?shù)囊唤M，便可得到相應的設計工況和校核工況。下面列出設 B=7m 時，不同堰高的不同計算簡圖。- 21 -洪水計算簡圖4.2 洪水標準分析由給定的資料情況，采用以下洪水標準：設計情況，采用 50 年一遇的洪水標準—P=2%的洪峰流量為 364.5 m3/s,三日洪量為 965 萬 m3。校核情況，采用千年一遇的洪水標準—p=0.1%的洪峰流量為 551.5 m3/s,三日洪量為 1569 萬 m3。4.3 泄水建筑物的型式選擇4.3.1 型式比較確定水利樞紐中的泄水建筑物一般包括設于河床的溢流壩、泄水閘、泄水孔，設于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。本設計采用壩型為復合土工膜防滲堆石壩（具體見 5.2 節(jié)） ，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- 22 -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)先導孔壓水試驗，左岸相對不透水層埋深 10～24 米，上部透水層 q 值為 6.7～196.7Lu ，大者達到 341.7Lu，屬中等-嚴重透水層。本工程最大壩高 53.0 米，正常蓄水位 276.3 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——過堰水流方向與堰下泄槽縱軸線方向一致和側(cè)槽溢洪道——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（說明見 5.5 節(jié)） ，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和結(jié)構(gòu)問題，而側(cè)槽溢洪道的水流現(xiàn)象復雜，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，然而，側(cè)槽內(nèi)的水流現(xiàn)象的復雜性，并不僅僅表現(xiàn)在流量的沿程的變化上，水流自堰跌入側(cè)槽后，在慣性的作用下，沖- 23 -向側(cè)槽對岸壁，并向上翻騰，然后再重力作用下轉(zhuǎn)向下游流去，在槽中形成一個橫軸螺旋流?？紤]到側(cè)槽溢洪道水流現(xiàn)象的復雜，而且本工程壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構(gòu)造復合部位，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。4.3.2 溢洪道的組成部分和總體布置本工程中溢流堰采用實用堰的形式；消能方式為挑流消能。根據(jù)調(diào)洪演算所選方案，實用堰堰頂高程為 274m，挑出高程為 231.0m。典型的正槽溢洪道，從上游到下游依次由引水渠段、控制堰段、泄槽段、消能段、尾水渠段等部分組成。另外，根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，溢洪道在大多數(shù)情況下很難用到，且工程造價較高，因此，本工程采用 50 年一遇標準(設計洪水標準) 進行溢洪道設計。4.4 調(diào)洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰頂高程）的確定4.4.1 調(diào)洪演算過程通過洪水資料，由三角形法作出設計情況和校核情況下的洪水過程線；假定堰高、堰寬，確定各情況下的起調(diào)流量；假定不同的下泄流量 q，由洪水過程線求出庫容 ，由庫容 ，查水位—庫容曲線，找出相應的水位 ，從而對V H于每一組情況下可作出一條 Q～H 曲線；根據(jù)公式 ,又可作出23gmBQ??一條 Q～H 曲線；對應于每一種情況，可從 Q～H 圖中確定相應交點的 Q 和 H值。4.4.2 洪水過程線的模擬由于本設計中資料有限，僅有 p=2%、p=0.1% 的流量及相應的三日洪水總量，無法準確畫出洪水過程線。按照規(guī)范，洪水過程線應用 PⅢ型曲線擬合，但實際操作過程中較難，故本設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 PⅢ型。根據(jù)洪峰流量和三日洪水總量，可作出一個三角形- 24 -（如圖中虛線） ，根據(jù)水量相等原則，對三角形進行修正，得到一條模擬的洪水過程線（如圖中的實線） 。4.4.3 計算公式計算采用公式：（4-5）3/2QmBgH??式中：ε—側(cè)收縮系數(shù)， ε=0.9；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、由水力學書可知 。單孔閘門，則 ，圓BHnk00])1[(2.????? 1n?弧邊墩，則 ，由上可得上述公式簡化為： 。0.7k? 01.4???4.4.4 計算結(jié)果計算結(jié)果見表 4-1： 表 4-1 調(diào)洪方案匯總表堰寬B（m）堰頂高程（m）設計洪水位設計下泄流量 校核洪水位校核下泄流量270 275 149.9 277.03 231.47272 276.825 143 278.835 223.3圖 4-1 三角形法 圖 4-2 洪水過程線 圖 4-3 調(diào)洪演算- 25 -274 278.695 137.9 280.63 214.9276 280.495 129.9 282.4 205.6270 274.755 163.5 276.605 251.6272 276.595 155.9 278.435 243.2274 278.485 150.9 280.26 234.68276 280.31 142.5 282.06 224.9270 274.545 175.4 276.25 268.8272 276.395 167.4 278.095 260.2274 278.305 166.2 279.94 251.49276 280.145 153.8 281.76 241.4270 274.36 185.9 270.94 283.6272 276.225 177.5 277.81 275.2274 278.145 172.5 279.6 265.910276 280.005 164 281.5 255.94.4.5 方案選擇由于設計洪水位不適合小于本設計的正常蓄水位 276.1m，故舍棄堰頂高程為 270m 的各組方案。各組方案的設計下泄流量均小于 245m3/s，為增大下泄能力，適于選擇下泄流量比較大的方案。一般情況下壩高是由校核情況控制的，壩高則大壩工程量加大；B 大則增加隧洞的開挖及其它工程量，而 Q/B 即單寬流量越大消能越困難，襯砌要求也高。堰頂寬 7m 和 8m 的方案其 Q/B 值較大，而 10m 方案較小。綜合比較之后，定為以下方案：即堰頂高程 274m，溢流孔口凈寬 10m；該方案設計洪水位 278.1m，設計下泄流量 172.5m3/s，校核洪水位279.6m，校核泄洪量 265.9m3/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準的確定由校核洪水位 279.6m 查得相應水庫的總庫容為 2326 萬 m3，水電站裝機容量為 6400kW, ,根據(jù)我國水利部頒發(fā)的現(xiàn)行規(guī)范 ——《水利水電工程等級劃分及洪水標準》 （SL252-2000） ，本工程，即鐘呂水利樞紐工程：工程等別為三等，控制屬于中型工程，主要建筑物級別為 3 級、次要建筑物級別為 4 級、臨時建筑物級別為 5 級。水工建筑物為 3 級的洪水標準：設計下洪水重現(xiàn)期為100～50 年，校核下洪水重現(xiàn)期為 2000～1000 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， ，26.5vms?- 26 -， 按《碾壓式土石壩設計規(guī)范 SL274—2001》 ，波浪要素的計算可采7.5Dms?用鶴地水庫公式進行：（4-6）115%32020.76()ghgDvv??（4-7）112.53.750200.3()mL?上式中： —累積頻率為 2%的波高，m；%2h— 平均波長，m。L— 波浪中心線對應靜水位超高，m。z為水面以上 10m 處的風速，正常運用條件下Ⅲ級壩，采用多年平均最大0V風速的 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速。設計波浪爬高值根據(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 。%1h%2h%1h表 1-7 不同累積頻率下的波高與平均波高比值（ ）/pmh%p/pmh0.010.1 1 2 4 5 10 14 20 50 900.1 3.422.972.422.232.021.951.711.6 1.430.940.370.1～0.2 3.252.822.3 2.131.931.871.641.541.380.950.43波浪中心線高出計算靜水位 hz按下式計算：（4-mzLHcth?2%1?8）式中： 為水深； 為累積頻率 1%的波高。H%1h計算結(jié)果為：- 27 -表 4-3 各工況下波高、波長及波浪中心線高出計算靜水位的距離4.4.6.3 擋墻頂高程的確定根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(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：AeRy??%1 （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—最大風雍水面高度，按下式算：（4-10）20.36cosvDegH??A—安全超高。 《碾壓式土石壩設計規(guī)范》5.3.1 規(guī)定的安全加高值見下表：表 4-4 土壩壩頂安全超高值(m)壩 的 級 別 1 2 3 4、5設 計 1.50 1.00 0.70 0.50山區(qū)、丘陵區(qū) 0.70 0.50 0.40 0.30校 核平原、濱海區(qū) 1.00 0.70 0.50 0.30可由以上公式算出三種情況下的壩頂高程：正常蓄水位 + 正常運用下的超高 = 278.16 m ；設計洪水位 + 正常運用下的超高 = 280.9m ；校核洪水位 + 非常運用下的超高 = 281.46 m ；考慮施工方便和施工的精度，故可選防浪墻頂高程為 281.5m，根據(jù)《混凝h2% hm h1% Lm hz正常水位下 1.31069 0.587753 1.422363 9.316968 0.682176設計水位下 1.31069 0.587753 1.422363 9.316968 0.682176校核水位下 0.713449 0.319932 0.774237 6.211312 0.303189- 28 -土面板堆石壩設計規(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 1~1.2m，本設計取 1.2m,則壩頂高程為 280.3m。4.4.6.4 閘門設計堰寬 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 1.6 至 2.0 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。- 29 -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由上一章經(jīng)過調(diào)洪演算得，校核洪水位為 279.6m，水電站裝機容量為6400kW,水庫總庫容為 2326 萬 m3,根據(jù)我國水利部頒發(fā)的現(xiàn)行規(guī)范——《水利水電工程等級劃分及洪水標準》 （SL252-2000） ，本工程等別為三等。B 江水利樞紐工程：工程等別為Ⅲ等；主要建筑物級別：3 級；次要建筑物級別：4 級；臨時建筑物級別：5 級。5.2 壩型選擇壩型選擇是壩工設計中首先要解決的一個重要問題，因為它關系到整個樞紐的工程量、投資和工期。壩高、筑壩材料、地形、地質(zhì)、氣候、施工和運行條件等都是影響壩型選擇的主要因素。5.2.1 定性分析5.2.1.1 各種常見壩型比較水利樞紐中的擋水建筑物攔河壩常見的主要型式有：重力壩、拱壩、支墩壩、土石壩及新型壩型如碾壓混凝土壩、面板堆石壩等。下面根據(jù)本工程的地形、地質(zhì)條件和材料儲備情況對以上壩型進行比較，選擇適合的壩型。1、拱壩拱壩是在平面上呈凸向上游的擋水建筑物，借助拱的作用將上游水壓力的全部或部分傳給河谷兩岸的基巖。拱壩的工作原理：一是依靠拱的作用，將荷載傳給拱座；二是依靠懸臂梁的作用將荷載傳給基巖。其主要特點：（1） 受力條件好，河谷形狀深窄較好；（2） 壩體積小，主要依靠拱作用維持穩(wěn)定，自重作用影響不大；（3）超載能力強，安全度高；（4）抗震性能好；- 30 -（5）施工技術要求高，地基處理要求嚴格。根據(jù)拱壩的特點，要求建造于狹窄河谷上；對地質(zhì)較理想的條件是巖石盡量密致，質(zhì)地均勻，有足夠的強度、不透水性和耐久性；兩岸拱座基巖堅固而完整，邊坡穩(wěn)定，沒有大的斷裂構(gòu)造和軟弱夾層。而本工程地形河谷較寬，特別是地質(zhì)條件較差：斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，強度低，根據(jù)實驗，相對不透水層埋藏較深，透水層屬中等—嚴重透水層，若建造拱壩，則開挖量必然巨大，且大壩的安全性不高，故不宜建拱壩。2、支墩壩支墩壩是由一系列支墩和其支承的上游擋水蓋板所組成，庫水壓力泥沙壓力等由蓋板傳給支墩，再由支墩傳給地基。支墩壩結(jié)構(gòu)較復雜，且對地質(zhì)條件和拱壩一樣高，故對本工程，不宜采用支墩壩的型式。3、重力壩重力壩工作原理：一是依靠自重在壩基面上產(chǎn)生摩阻力來抵抗水平水壓力以達到穩(wěn)定要求；二是利用壩體自重在水平面上產(chǎn)生壓應力來抵消由于水壓所引起的拉應力以滿足強度要求。重力壩的主要特點：（1）抗沖刷能力強；（2）結(jié)構(gòu)簡單；（3）對地形地質(zhì)條件適應性能好；（4）壩體與地基的接觸面積大，受揚壓力影響大；（5）重力壩的剖面尺寸較大；（6）壩體體積大，水泥用量多，混凝土水化熱高，散熱條件差。對于本工程，地質(zhì)條件差，地基承載能力較低，且弱風化巖與混凝土之間的摩擦系數(shù) f=0.5～0.6,為達到穩(wěn)定要求必然增加斷面面積，增加工程量，而且，用來拌和混凝土的砂礫石料只有在離壩址 10～15km 處才有料場，這樣會大大增加工程造價，不合理，故不宜選用重力壩。4、土石壩通過以上幾種壩型分析，并結(jié)合本工程壩址附近具有儲量豐富且質(zhì)量較好的堆石料的情況，建議采用土石壩（又稱為當?shù)夭牧蠅危┑男褪健Ｍ潦瘔蔚膬?yōu)點：（1）筑壩材料就地取材，節(jié)省大量鋼材、水泥、木材等建筑材料。（2）適應地形變形能力強。土石壩的結(jié)構(gòu)具有適應地基變形的良好條件，