那岸水利枢纽毕业设计说明书.doc

第一章、概述
1.1基本资料
那岸水电站工程位于左江重要支流黑水河中游，广西大新县太平乡那岸王孟屯附近。黑水河位于东经106°18′至107°08′,北纬22°37′至23°07′，发源于广西靖西县的新圩,经岳圩流入越南境内,从德天到硕龙以下所有流入我国境内,经大新那岸、太平、到崇左的新和,汇入左江。黑水河全长89Km,流域面积6600Km2.河道坡陡水急,沿河有较长集中的多级跌水,水利资源较为丰厚.整个河段拟分为七个梯级开发运用,那岸是第三个梯级电站,位于黑水河中游.坝址控制流域面积3150 Km2,水库处在石灰岩峡谷地带,淹没较小。
流域内雨量充沛,气候湿润,数年平均降雨量1532.2mm,最大、最小平均降雨量分别为2180.7mm、1143.3mm,雨量集中于5—9月份,约占全年降雨量的75%,数年平均流量75.5mm,数年平均径流量23.8亿m3,数年平均蒸发量1347.7mm,数年平均气温21.5℃。
大新县内兴建和即将兴建的大新铅锌矿.桂南锰矿以及518矿区等,迫切需要用电,县内现在装机容量1154KW,已经远远不能满足目前的需要,急需开发新的电源。而那岸工程是以发电为主兼顾灌溉的综合运用工程，供电对象为上述有色金属矿区,以及大新县工农业用电等,并运用电站尾水灌溉农田3万余亩。因此那岸工程的建设将对促进大新县工农业发展,加强边境建设起着十分重要的意义。
本电站是以发电为主兼顾灌溉的综合运用工程,水库总库容2627.4万m3,其中有效库容为544万m3,电站装机容量为4×0.32=1.28万KW 。
1.2水文水利资料
1.2.1径流
坝址以上控制集雨面积3130 Km2,数年平均流量75.5mm, 平均径流量23.8亿m3。根据调查访问，近年来以1925年和1968年二次洪峰最大，实测1968年实测洪峰流量最大为2430 m³/s。
1.2.2气象资料
本水电站位于亚热带地区，具有亚热带气候的特点：气温高，湿度大，数年平均气温21.5℃，最低气温-2.1℃，最高气温39.8℃；坝址年平均降雨量1532.2mm，最小年降雨量1143.8mm(1963年末)，最大降雨量2130.7mm，降雨多集中于5-9月，占年总降雨量的75%,最大月降雨量592.2mm（1966年6月），最大日降雨量131.1mm(1966年6月11日)；历年平均湿度79.27%；历年最大风力8级，相对风速20m/s，数年平均最大风速18m/s,吹程4Km。
1.2.3水库泥沙淤积
坝址数年平均输沙量29.11万吨，重要为洪水期携带入库。淤沙浮容重0.95T/m³,水下淤沙内摩擦角φ=18º，按50年淤沙年限考虑水库淤沙高程为194.5m。
1.2.4水库特性水位
综合分析电站最低尾水位180.00m，水库正常高水位217.00m，水库死水位为210.00m。
1.2.5水文水能特性
水库特性：
分类
名称
上游 (m)
下游m)
泄流量(m3/s)
水库特性水位
校核洪水位
225.30
190.65
3340
设计洪水位
224.00
188.55
2600
正常高水位
217.00
180.00

正常尾水位

180.00

最低尾水位

178.90

死水位
210.00

水库库容
总库容（万m3）
2627.4

兴利库容（万m3）
544

死库容（万m3）
1070

注：溢流堰堰顶高程为213.00m；相应水库面积102.5㎡。
水电站特性：
装机
容量
(万KW）
保证出力（KW）
数年平均 发电量
（百万度）
年运用小时
（h）
水电站
最大水头（m）
水电站
最小水头(m)
设计水头(m)
单机引
用流量
(m³/s)
1.28
2620
65.5
5600
43
24
30.5
12.60
1.3工程地质条件
1.3.1库区工程地质条件
库区属喀斯特峰林地貌，山顶标高400—600m,由于地壳急剧上升，侵蚀基准面迅速下降，河道呈V型深切，比降大，沿河急滩、跌水、深潭普通，台地不发育。库区为碳酸盐类岩层，斯特化不强烈，渗透性稍弱，区域水系及谷河槽均高于该库正常水位，故条件良好，可以建库。
1.3.2坝址工程地质条件
坝址地段属石灰岩峰林区，处在峡谷与开阔河槽之界线，左岸为石灰岩陡坡峭壁，右岸是由石灰岩组成的二级高台地，谷坡陡峻，构成“U”型河谷，坝轴线下游120m处，由石灰岩组成一道天然河槛致使坝址段枯水季节水深竟达4—6m。
(1).地层岩性
坝区出露地层，由泥盘系榴江组碳酸盐类岩系及第四系结晶石灰岩组成。土层覆盖厚度1—6.5m，均为疏松亚粘土，石灰岩厚25—28m，一般在207m高程以上多含泥质，洞穴很发育，且具有蜂窝状小孔，地质软弱，以下为质地较坚硬的结晶石灰华，但与基岩连接处，均发育有大洞穴，一般洞高1.2—1.6m，最大洞高达5.09m，红棕色粘土充填。
厚层灰岩，分布于河谷右岸F大断裂层上盆，为浅灰色不纯灰岩，中细晶粒结构，节理、裂隙发育，但多为次生矿物所充填。
薄层灰岩，分布于河谷两岸，灰色、浅灰色硅质岩，质坚稍脆，层理清楚，层面溶隙发育，多呈薄层片状，单层厚度1—10cm，间夹肉红色白云质灰岩，完整性较差。
(2).地质构造
本区受区域性断裂之影响，次一级断裂甚为发育，坝址附近可见断层九条，断裂带多属已经胶结。重要断裂方向N286—331W，倾向SW，倾角62—68度，乃属与区域性断裂伴生之同期产物。次为走向N30—70E，倾向SE，倾角75—77度的一组，而者倾向SW，倾角4—9度，但构造层附近有达17—23度。
区内构造张干裂隙发育，一般宽2—10mm，最大可达20mm，长度2—6m，但坝左肩陡壁处竟有四条平行张开裂隙，宽4—10cm，长达10余米，产状走向EW，倾向N，倾角74—85度。
重要裂隙有两组：
a.走向近EW，倾向N，倾角74—85度
b.走向N345—355W，倾向SW，倾角66—84度
本区风化作用不甚剧烈，基岩风化深度一般在25m左右，强风化层1—3m。
(3). 喀斯特发育情况
本区喀斯特化不清洌，重要见于层面溶蚀，一般规模很小，在基岩面以下0.4—3.19m范围内较发育，一般洞高2—6cm，最大埋高20cm。
坝左肩224.4—230m高程，分布两排层面溶蚀洞，洞高0.5—0.5m，宽达2—4m,发育穿过坝肩与巴河相联系，暴洪期间，呈股流溢出。
(4).水文地质条件
本区地下水分布受岩层产状及地质构造制约，左岸地下水位较高，右岸较平缓，均属裂隙水类型，埋藏于基岩裂隙中，由大气降水补给向河谷排泄，右岸在坝轴线上下游埋藏较深，根据钻孔实测，埋深在37.8—39.5m，高程为181—178m，左岸在坝轴线上下游90—100m处均有泉水群出露，下降泉性质，分布高程182—186m，常年不枯。
坝址地段岩石渗透性，在155m高程以下渗透性很小。一般155m高程以上，渗透系数K=0.2——.0m/昼夜，155m以上K＜0.001m 昼夜。155m高程以上，单位吸水量ω=0.01—30公升/分，155m高程以下，ω＜0.01升/分。地下水及地表水经化学分析为重碳酸钙型
水，对混凝土无侵蚀性。
(5).岩石物理力学特性指标
根据实验成果及综合野外实际情况，计算指标如下：
岩石名称
风化分带
容重
计算强度
f
F′
C′
石灰岩
强
2.16
3～4
0.4
0.75
3.5
石灰岩
半
2.41
7～9
0.5
0.8
5.0
厚层灰岩
半
2.72
16～19
0.6
0.9
7.0
薄层灰岩
半
2.70
14～16
0.55
0.95
6.0

(6).地震
根据中国科学院研究所广州地震大队所提供的资料，并经实地调查，本区地震基本烈度为5度。
工程地质结论
① 库区为碳酸盐类岩层，喀斯特化不强烈，渗透性稍弱，区域水系及邻谷河槽均高于该水库正常高水位，故条件良好，可以建库。
② 坝址为薄层硅质灰岩，坚硬，喀斯特化薄弱，溶洞不发育，河谷狭窄，岩层狭窄，岩层微倾上有，断裂构造呈较发育，但均为胶结良好。唯有河床沿顺河构导致产生深切，及河槽地段渗透较强，但经解决，可以建坝。
1.4灌溉效益
本工程灌溉面积约3万亩，进水闸底高程为185.00m,灌区在沿河两岸为两条狭长带形，干渠长达50余公里，渠道渗漏损失较大。县、区规定灌溉流量按4 m³/s考虑，为充足运用汛期下泄洪水，宜设立断面为2m²的灌溉流量备用管，以便汛期及机组检修时引水灌溉。灌溉水面高程185.5m。
1.5水电站及供电效益
本电站装机容量4×3200KW，水轮机型号HL123-LJ-140，发电机型号TS-325/36-20。
水轮机安装高程187.16m，安装间高程189.00m，厂内安装一台30/5吨电动桥式起重机，跨度10.1m。
两台SJ-7500/28.5/6.3主变压器，近区变SJ-560/10/6.3一台。
1.6水库淹没
该电站库区有29人需要搬迁，淹没和征地149亩，其它除部分杂木山林被淹外，没有淹没损失。具体如下：
名称
单位
数量
备注
淹没和征地土地
亩
66

搬迁房屋
间
17
7栋房
迁移人口
人
29

借用土地
亩
83
施工场地用
淹没搬迁损失
元
21865

1.7本地建筑材料
在坝上游1公里内两岸均有石料场，条件良好，可以满足规定，砂料场初步调查情况，在坝址以下40公里内砂场总储量4000余m3质量尚好，但数量不能满足规定，需要到崇左要砂。
1.8交通条件
该电站附近有火车站，标准公路，交通比较方便。初期工程施工时所需的外来器材和物资均可先以铁路运送，再由公路转运到工地。场内交通以右岸对外交通的永久公路直通坝址，坝顶无交通规定。
1.9施工条件
枢纽地址位于峡谷出口处，两岸山坡较陡，在坝下游200m峡谷出口以外的两岸，均有开阔平地可供施工场地布置。
施工力量由本地区专业施工队和民工共同组成，配备有一定的施工机械，可达成半机械化施工水平。
工程采用分段围堰施工，二期导流流量62 m³/s。

第二章 重要建筑物型式选择与枢纽布置
2.1枢纽组成建筑物与分等分级
2.1.1水利枢纽建筑物的组成
枢纽工程的重要水工建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物和水电站厂房组成。
2.1.2水利枢纽的分类及水工建筑物等级划分
依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2023，共分为五等。
水利水电枢纽工程分等指标
工程
等别
工程
规模
分等指标
水库总库容（亿m3）
防洪
治涝
灌溉
供水
发电
保护城乡及工矿
公司的
重要性
保护农田面积（万亩）
治涝
面积
（万亩）
灌溉
面积
（万亩）
供水对象的重要性
装机
容量
（万kW）
Ⅰ
大（1型
≥10
特别重要
≥500
≥200
≥150
特别重要
≥120
Ⅱ
大（2型
10～1.0
重要
50～100
200～60
150～50
重要
120～30
Ⅲ
中型
1.0～0.1
中档
100～30
60～15
50～5
中档
30～5
Ⅳ
小（1型
0.1～0.01
一般
30～5
15～3
5～0.5
一般
5～1
Ⅴ
小（2型
0.01～0.001

＜5
＜３
＜０．５

＜1
注：1．水库总库容是指水库最高水位以下的净库容。
2．治涝、灌溉面积等均指设计值。
根据第一章节的概述提供的相关资料，其有效库容为544万m3，装机容量1.28万kW，灌溉面积约3万亩，分析相关数据拟定枢纽工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，水工建筑物级别为3级。
2.2.坝型及其它重要水工建筑物型式选择
2.2.1坝型选择
坝是水利枢纽工程的主体，坝型的合理性对枢纽工程的设计、施工、投资、运用和技术经济指标将产生决定性的影响。坝型选择和坝址选择是互相联系的，坝型选择也是根据地质条件、建筑材料和施工条件来拟定。
从建筑材料和施工条件来考虑，本工程可建重力坝（涉及宽缝、空腹重力坝）、大头坝、支墩坝、拱坝；从地质、地形条件考虑，建拱坝不够抱负，由于河谷较宽，地形、地质对稳定很不利；从枢纽布置来考虑，建土石坝不甚是和，由于泄洪建筑物和电站厂房布置较困难。综合来考虑，建坝的材料可采用浆砌石或混凝土，坝型采用重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、梯形坝和大头坝较为适宜，从设计角度来考虑，可着重考虑重力坝和宽缝重力坝两种坝型。
那岸电站工程概算单价表：
建筑工程
坝型
项目
单位
实体重力坝
宽缝重力坝
重力拱坝
150#砼
溢流坝
M³
73.65
82.72
82.02
非溢流坝
66.09
74.23
73.59
200#砼
溢流坝
81.21
91.22
90.42
非溢流坝
71.98
80.75
80.04
250#砼
溢流坝
86.96
97.67
96.82
非溢流坝
76.87
86.34
85.59
100#砼

60.90
68.40
67.81
通过对坝型进行具体的分析比较，本枢纽选择混凝土实体重力坝。
2.2.2泄水建筑物型式选择
泄水建筑物应与坝型结合考虑，重力坝一般多采用坝顶泄洪或坝身孔口泄洪方式，经各方面分析比较，本枢纽工程泄水建筑物采用溢流坝坝顶泄洪，设闸门。溢流坝段设在河床中间，前缘正向上游来水主流方向，下游出口方向与原河道的主河槽水流方向一致，设有放空孔。消能方式采用挑流消能。
2.2.3挡水建筑物型式选择
挡水建筑物是用以拦截江河，形成水库和壅高水位，如各种坝和闸，以及为抗御洪水或挡潮，沿江河海岸修建的提防、海塘等。经上述分析得，本枢纽工程挡水建筑物采用浆砌石实体重力坝非溢流坝、闸以及导流围堰。非溢流坝设在溢流坝的两端与两岸连接。
2.2.4水电站厂房型式选择
水电站厂房型式采用坝后地面封闭式的电站厂房
2.3枢纽布置
2.3.1枢纽布置原则
（1）枢纽布置要保证各建筑物在任何工作条件下都能正常工作。
（2）在满足建筑物的强度和稳定安全条件下，使枢纽的总造价和年运营费用较低。
（3）充足发挥枢纽的综合效益，尽量使一个建筑物发挥多种功能。
（4）枢纽布置应与施工导流、施工方法和施工进度结合考虑，应使施工方便，并尽也许缩短工期。
（5）尽也许使枢纽中的部分建筑物早日投产，提前生效。
（6）考虑到远景规划，应对远期扩大装机容量留有余地。亦应考虑到分期开发，在枢纽布置时，应满足高坝规划、低坝施工的规定。
（7）枢纽的外观与周边环境相协调，在安全经济的条件下尽量注意美观。

第三章 水工建筑物的设计
3.1坝型选择及断面尺寸拟定
3.1.1挡水坝设计
一、坝型选择
坝是水利枢纽工程的主体，坝型的合理性对枢纽工程的设计、施工、投资、运用和技术经济指标将产生决定性的影响。坝型选择和坝址选择是互相联系的，坝型选择也是根据地质条件、建筑材料和施工条件来拟定。
从建筑材料和施工条件来考虑，本工程可建重力坝（涉及宽缝、空腹重力坝）、大头坝、支墩坝、拱坝；从地质、地形条件考虑，建拱坝不够抱负，由于河谷较宽，地形、地质对稳定很不利；从枢纽布置来考虑，建土石坝不甚是和，由于泄洪建筑物和电站厂房布置较困难。综合来考虑，建坝的材料可采用浆砌石或混凝土，坝型采用重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、梯形坝和大头坝较为适宜，从设计角度来考虑，可着重考虑重力坝和宽缝重力坝两种坝型。
那岸电站工程概算单价表：
建筑工程
坝型
项目
单位
实体重力坝
宽缝重力坝
重力拱坝
150#砼
溢流坝
M³
73.65
82.72
82.02
非溢流坝
66.09
74.23
73.59
200#砼
溢流坝
81.21
91.22
90.42
非溢流坝
71.98
80.75
80.04
250#砼
溢流坝
86.96
97.67
96.82
非溢流坝
76.87
86.34
85.59
100#砼

60.90
68.40
67.81
通过对坝型进行具体的分析比较，本枢纽选择浆砌石实体重力坝。
二、初步拟定坝型的轮廓尺寸
(1)坝顶高程的拟定
①校核洪水位情况下：
波浪高度 2hl=0.0166V5/4D1/3=0.98m
波浪长度 2Ll=10.4×(2hl)0.8=10.23m
波浪中心线到静水面的高度 h0=π(2hl)2/ 2Ll=0.30m
安全超高按Ⅲ级建筑物取值 hc=0.3m
坝顶高出水库静水位的高度 △h校=2hl+ h0+ hc=1.58m
②设计洪水位情况下：
波浪高度 2hl=0.0166(1.5V)5/4D1/3=1.62m
波浪长度 2Ll=10.4×(2hl)0.8=15.3m
波浪中心线到静水面的高度 h0=π(2hl)2/ 2Ll=0.54m
安全超高按Ⅲ级建筑物取值 hc=0.4m
坝顶高出水库静水位的高度 △h设=2hl+ h0+ hc=2.56m
③两种情况下的坝顶高程分别如下：
校核洪水位时： 225.3+1.58=226.9m
设计洪水位时： 224.0+2.56=226.56m
坝顶高程选两种情况最大值226.9 m，可按227.00m设计，则坝高227.00-174.5=52.5
(2)坝顶宽度的拟定
本工程按人行行道规定并设立有发电进水口，布置闸门设备，应适当加宽以满足闸门设备的布置，运营和工作交通规定，故取8米。
(3)坝坡的拟定
考虑到运用部分水重增长稳定，根据工程经验，上游坡采用1：0.2，下游坡按坝底宽度约为坝高的0.7～0.9倍，挡水坝段和厂房坝段均采用1：0.7。
(4)上下游折坡点高程的拟定
理论分析和工程实验证明，混凝土重力坝上游面可做成折坡，折坡点一般位于1/3~2/3坝高处，以便运用上游坝面水重增长坝体的稳定。
根据坝高拟定为52.5m，则1/3H=1/3×52.5=17.5m，折坡点高程=174.5+17.5=192m；2/3H=2/3×52.5=35m，折坡点高程=174.5+35=209.5m，所以折坡点高程适合位于192m~209.5m之间，则取折坡点高程为203.00m。挡水坝段和厂房坝段的下游折坡点在统一高程216.5m处。
(5)坝底宽度的拟定
由几何关系可得坝底宽度为T=43.1m
(6)廊道的拟定
坝内设有基础灌浆排水廊道，距上游坝面6.1m，廊道底距基岩面4m，尺寸
2.5×3.0m（宽×高）。
(7)非溢流坝段纵剖面示意图

三、基本组合荷载计算及稳定分析
由上述非溢流剖面设计计算得知校核洪水位情况下的波浪三要数：
波浪中心线到静水面的高度h0=0.3m
波浪高度2hl=0.98m
波浪长2Ll=10.23m 。
由于gD/v2=9.81×4000/182=121.11m ,在20～250m之间
所以波高应安转换为累计频率1%时的波高：2hl（1%）=0.98×1.24=1.22m 。
又由于半个波长Ll=10.23/2=5.12<H（坝前水深H=50.8m），
所以浪压力Pl按深水波计算。
作用在坝体的荷载有：自重、静水压力、扬压力、浪压力、淤沙压力，取1m坝长进行计算。其中灌浆处及排水处扬压力折减系数取α=0.25，水重度Υ=9.81KN/m3,混泥土等级强度C10，混泥土重度24KN/m3,坝前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m3,水下淤沙内摩擦角Φ=18°。
（1）正常洪水位情况
正常洪水位情况下荷载计算示意图
①正常洪水位情况下的荷载计算过程见计算书附表1
②抗滑稳定分析
岩石物理力学特性指标如下：
岩石名称
风化分带
容重
计算强度
f
F′
C′
石灰岩
强
2.16
3～4
0.4
0.75
0.35
石灰岩
半
2.41
7～9
0.5
0.8
0.50
厚层灰岩
半
2.72
16～19
0.6
0.9
0.70
薄层灰岩
半
2.70
14～16
0.55
0.95
0.60
由于坝址为薄层硅质灰岩，坚硬，喀斯特化薄弱，溶洞不发育，河谷狭窄，岩层狭窄，岩层微倾上有，断裂构造呈较发育，但均为胶结良好，再根据岩石物理力学特性指标，可拟定坝址开挖岩石为薄层灰岩，接触面摩擦系数f=0.6,抗剪断摩擦系数f′=0.90,抗剪断凝聚力C′=0.7MPa=700KPa

＝4.74＞[3.0] ，满足抗滑稳定规定。

（2）校核洪水位情况
校核洪水位情况下荷载计算示意图
① 校核洪水位情况下的荷载计算过程见计算书附表2

② 抗滑稳定分析
岩石物理力学特性指标如下：
岩石名称
风化分带
容重
计算强度
f
F′
C′
石灰岩
强
2.16
3～4
0.4
0.75
0.35
石灰岩
半
2.41
7～9
0.5
0.8
0.50
厚层灰岩
半
2.72
16～19
0.6
0.9
0.70
薄层灰岩
半
2.70
14～16
0.55
0.95
0.60
由于坝址为薄层硅质灰岩，坚硬，喀斯特化薄弱，溶洞不发育，河谷狭窄，岩层狭窄，岩层微倾上有，断裂构造呈较发育，但均为胶结良好，再根据岩石物理力学特性指标，选取厚层灰岩接触面摩擦系数f=0.6,抗剪断摩擦系数f′=0.90,抗剪断凝聚力C′=0.7MPa=700KPa

＝3.19＞[2.5]，满足抗滑稳定规定。

四、应力分析（运营期）
（一）正常洪水位情况下
1、水平截面上的正应力

2、剪应力
上游面水压力强度：
下游面水压力强度 ：
剪应力

3、水平应力

4、主应力

（二）校核洪水位情况下
1、水平截面上的正应力

2、剪应力
上游面水压力强度：
下游面水压力强度 ：
剪应力

3、水平应力

4、主应力

五、内部应力计算
（一）正常洪水位情况下
坐标原点设在下游坝面，由偏心受压公式可以得出系数a和b，如下

具体坝内应力计算过程见计算书附表3
（二）校核洪水位情况下
坐标原点设在下游坝面，由偏心受压公式可以得出系数a和b，如下

具体坝内应力计算过程见计算书附表4

3.1.2溢流坝设计
溢流坝设计原则：1、满足稳定和强度的规定；2、满足具有足够的泄洪能力；3、使
水流平顺通过坝面，避免产生震动和空蚀；4、使下泄水流对河床不产生危及坝体安全的局部冲刷；5、不影响其他建筑物的正常运营等。
一、 孔口型式及尺寸拟定
根据水文水能特性，选用实用堰，孔口溢流式，校核洪水位时泄流量为3340 m³/s，设计洪水位时泄流量2600 m³/s；由于本工程坝属厚层灰岩，合用于q=60-150 m³，则初步设定单宽流量为q=80 m³/s·m；根据目前大中型坝的闸门宽度，常用8-10m，为保证泄流时闸门的对称启动，设孔口数为5孔，每孔净宽为8m。
①前缘净宽
校核洪水位时： L=Q溢/q=41.75（m）
设计洪水位时： L=Q溢/q=32.5（m）
综上所述，取L=40m
② 堰顶高程
由资料可知，堰顶高程为213.00m。
③ 泄水方式的选择，为使水库较大的超泄能力，采用开敞式溢流堰。
二、 溢流坝的堰面曲线设计
①顶部曲线段
开敞式溢流堰面曲线，采用幂曲线时按下式计算：

定型设计水头，按堰顶最大作用水头的75%-95%计算，m；
n、K — 与上游坝面坡度有关的指数和系数；
x、y —— 溢流面曲线的坐标，其原点设在颜面曲线的最高点。
按85%计算，则：
上游坝面铅直：k=2 , n=1.85
x-y关系如下表：
x
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
y
0
0.068
0.245
0.519
0.883
1.335
1.87
2.488
3.185
3.96
4.812
③ 原点上游曲线段
R1=0.5Hd=5.23(m), 0.175Hd=1.83(m)；
R2=0.2Hd=2.09(m), 0.276Hd=2.89(m)；
R3=0.04Hd=0.42(m), 0.282Hd=2.95(m)。
④ 堰面曲线与直线段的切点坐标
上游坡度垂直：A=1.096 B=0.592 a=1.1765 b=2.176
直线段与溢流曲线的切点坐标：
θ1=arctan1.43=55°

切点高程 = 堰顶高程 - = 199.51(m)
⑤ 底部反弧段
取 =0.95时，坝顶水面流速为V1
H0=校核洪水位-坎顶高程=33.65(m)

由于q=80 m³/s·m,则q/V1=2.85
所以 h=2.85m。
又由于R=（4—10）h，所以取R=6h=17.1(m)
取挑射角θ2=20°
则：
圆心高程=坎顶高程+Rcosθ2=207.72 (m)
圆心纵坐标y0=堰顶高程-圆心高程=5.25（m）
反弧段和直线段的切点坐标：

圆心坐标：

E点坐标（坎顶坐标）：

离心力作用点坐标：

⑥溢流坝段纵剖面示意图
根据溢流坝的堰面曲线设计数据画出溢流坝段的纵剖面示意图，如下：

溢流坝段纵剖面示意图

三、基本组合荷载计算及稳定分析
由上述溢流剖面设计计算得知校核洪水位情况下的波浪三要数：
波浪中心线到静水面的高度h0=0.3m
波浪高度2hl=0.98m
波浪长2Ll=10.23m 。
由于gD/v2=9.81×4000/182=121.11m ,在20～250m之间
所以波高应安转换为累计频率1%时的波高：2hl（1%）=0.98×1.24=1.22m 。
又由于半个波长Ll=10.23/2=5.12<H（坝前水深H=50.8m），
所以浪压力Pl按深水波计算。
作用在坝体的荷载有：自重、静水压力、扬压力、浪压力、淤沙压力，取1m坝长进行计算。其中灌浆处及排水处扬压力折减系数取α=0.25，水重度Υ=9.81KN/m3,混泥土等级强度C10，混泥土重度24KN/m3,坝前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m3,水下淤沙内摩擦角Φ=18°。

（1）基本组合荷载计算
在CAD中绘制溢流坝段纵剖面图，并运用面域查出一个坝段坝体面积A1=1179.90m²,坝体重心距坝踵X1=21.67m；一个闸墩面积A2=181.75 m²，闸墩重心距坝踵X2=11.93m。
溢流坝段基本组合荷载计算过程见计算书附表5，基本组合荷载示意图如下：

溢流坝段基本组合荷载计算示意图

（2）抗滑稳定分析
岩石物理力学特性指标如下：
岩石名称
风化分带
容重
计算强度
f
F′
C′
石灰岩
强
2.16
3～4
0.4
0.75
0.35
石灰岩
半
2.41
7～9
0.5
0.8
0.50
厚层灰岩
半
2.72
16～19
0.6
0.9
0.70
薄层灰岩
半
2.70
14～16
0.55
0.95
0.60
由于坝址为薄层硅质灰岩，坚硬，喀斯特化薄弱，溶洞不发育，河谷狭窄，岩层狭窄，岩层微倾上有，断裂构造呈较发育，但均为胶结良好，再根据岩石物理力学特性指标，可拟定坝址开挖岩石为薄层灰岩，接触面摩擦系数f=0.6,抗剪断摩擦系数f′=0.90,抗剪断凝聚力C′=0.7MPa=700KPa

＝3.57＞[3.0] ，满足抗滑稳定规定。

（3）上下游边沿应力计算

根据材料力学可知，C20混凝土抗压强度为20MPa，抗拉强度为1.97MPa,所以坝体应力满足稳定规定。

四、消能防冲设计
鼻坎高程为：191.65m
反弧半径： R=17.1m
挑射角： θ=20°
挑距： L′=L+ΔL
由上诉可知：V1=28.1 m³/s; h1 = hcosθ=2.68m; h2 = 17.15m

冲刷坑深度：
取冲刷坑系数为k=1.2，q=80 m³/s·m，H=225.3-190.65=34.65m
所以最大冲刷坑水垫厚度：

冲刷坑深度：

所以：

满足规定

3.2 地基解决及细部构造设计
3.2.1地基解决
（一）坝基的开挖
在实用断面设计中以根据地形地质情况拟定坝基面高程，挡水坝在174.5m高程处，溢流坝在170.00m处。
为保持坝体稳定，坝基开挖形状为锯齿形。
（二）坝基的加固解决
坝基加固采用固结灌浆解决：
坝基固结灌浆范围视坝基地质条件、岩石破碎限度及坝基受力情况而定。根据本工程地形地质条件，在坝基上、下游应力较大的地区进行固结灌浆外，还在地质岩性较差的地区进行。
灌浆孔采用梅花形排列，孔距为4m，孔深8m。基部地区15m。
（三）坝基的防渗解决
坝基采用帷幕防渗解决：
灌浆重要施工机械采用DK—300型油压钻机，φ59～φ75mm 金钢石钻头造孔，钻孔必须保证铅直，其孔位偏差、主帷幕孔不超过10厘米。帷幕孔钻进时，对孔内的各种情况，均应当具体记载，作为分析钻孔情况的依据。若发现集中漏水，应立即停止钻，待查明渗水部位及因素并经解决后再进行钻进。钻孔结束待灌、灌浆结束待加深时，孔口均应采用妥善措施加以保护。
帷幕灌浆施工顺序采用分序钻灌逐渐加密的原则，主帷幕灌浆的施工采用分三序钻灌。即Ⅰ序孔孔距8.0m、Ⅱ序孔孔距为4.0m、Ⅲ序孔孔距为2.0m。
帷幕灌浆采用孔口封闭，自上而下分段循环灌浆的方法施工。在地质条件较好的坝段，亦可采用自下而上分段灌浆方法。具体由施工监理工程师与地质工程师拟定。施工及质量检查请《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-94）执行。坝基及两岸的防渗采用帷幕灌浆。帷幕在也许发生渗透变形的地段采用两排。
3.2.2细部构造
（一）坝顶构造
1. 防浪墙
坝顶上游设立防浪墙。墙身采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，并在坝体横缝处留伸缩缝，并设止水。墙身高度1.2m，做二四墙。
2. 栏杆
坝顶下游侧做栏杆，以保护行人行车的安全。
3. 道路
坝顶道路按交通规定铺设。路面有适当的横向坡度，中间比两侧稍高，利于排水，并设立相应的排水设施，将路面雨水排向上游或坝身排水设备中。
坝顶两侧设人行道，人行道高出坝顶路面20cm。
（二）分缝
1．横缝
横缝垂直于坝轴线布置，沿坝体的整个高度将坝体分割成若干独立坝段。其作用是减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工规定。是永久性的，缝内不灌浆，不设键槽，必须设止水设备。
(1)、缝距
取决于气候条件、地形、地质特点、坝高度、施工条件等因素。本设计取15m。
(2)、缝宽
横缝的宽度保证坝段在气温变化和地基不均匀沉陷时可以自由变形。取2cm。缝内用有伸缩性的沥青玛碲脂填充。
(3)、止水设备
适应横缝张开或闭合的伸缩性以及日后补强的也许性。设立防渗沥青井，第二道止水片采用橡胶片，两端插入深度25cm，下部进一步基岩50cm，上部深到最高水位以上。
第一道止水片距上游面2.0m，以后各道止水设备间的距离为1.0m。
沥青井采用方形，尺寸为20cm～20cm.后浇坝段一侧用预制混凝土块构成。预制块高1.5m，厚10cm。
在横缝止水设备下游设排水孔。设带爬梯的检查井，截面为1.2m×0.8m，井内设休息台，并与检查廊道相通。
2．纵缝
纵缝是为适应混凝土的浇筑能力和施工期混凝土的散热而设立的临时缝。纵缝必须在水库蓄水前，混凝土充足冷却收缩的条件下进行灌浆，使坝成为整体。
本设计坝型浇筑面积不大，不设纵缝。
3．水平缝
用薄层浇筑法，层厚为3m。
（三）排水
坝体排水是在上游防渗层之后，沿坝轴线方向布置一排竖向排水管。管距一般为3m。
（四）廊道
碾压混凝土坝坝体内尽量少设廊道和孔洞。
3.3.3电站厂房的布置和设计
一、厂房布置原则
1、应综合考虑自然条件、枢纽布置、对外交通、厂房进水方式等因素，使厂房各部分与
枢纽其他建筑物互相协调，避免或减少干扰。
2、既要照顾厂区各组成部分的不同作用和规定，也要考虑到他们的联系与配合，要统筹
兼顾，共同发挥作用。
3、应充足考虑施工条件、施工程序、施工导流方式的影响，并尽量为施工期间运用已有
铁路、公路 、水路等发明条件，还应考虑电站的分期施工提前发电、边施工边发明有
利的施工和运营条件。
4、应保证厂区所有设备和建筑物都是安全可靠的。
5、尽量少破坏天然绿化。
6、在满足运营可靠、检修方便的前提下，应采用混泥土工程量最少、投资最省、效益最
高的方案。

二、厂区布置形式
1、主厂房
主厂房是厂区的核心，其位置选择在水利枢纽总体布置中进行，除注意厂区各组成协
调外，好应考虑下列因素：
(1)、尽量减少压力水管的长度。因此主厂房尽量靠近挡水坝。
(2)、尾水渠尽量远离溢洪道或泄洪洞，防止水位波动对机组运营不利。
(3)、主厂房地基条件要好，对外交通和出线方便，并不受施工导流干扰。
根据枢纽地形，本设计选择坝后式厂房布置形式。坝后式厂房与整个枢纽紧密相连。
厂房位置设于右岸挡水坝后。因素是右岸有二级平台且地基为硅质灰岩、坚硬，承压力较
高，又由于交通公路都布置在右岸。
2、副厂房
本工程副厂房位置选择在主厂房的上游侧，因素是主厂房的上游侧比较开阔、通风采
光条件好，运营管理比较方便，电缆也较短，在结构上与主厂房连成一体，造价较经济。
3、主变压器场和开关站的布置
布置原则：
(1)、尽量靠近厂房，以缩短发电机电压母线长度，减小电能损失和故障机会，并满足防火、
防爆、防雷、防水雾和通风冷却的规定，安全可靠