重力坝设计说明书

重力坝说明书 第一章 综合说明 一( 工程概况 枋洋水库位于九龙江北溪的主要支流龙津溪上，坝址距长泰城关约30公里，位于枋洋镇下游1.5公里的峡谷处，坝址以上流域面积355平方公里。 该工程是以灌溉、防洪为主，合理地利用水力资源发电并结合供水厦门等综合利用的水利枢纽工程。工程包括拦河坝、引水工程和发电厂房等。水库正常蓄水位128米，死水位105米，总库容3.32亿立方米，兴利库容1.82亿立方米，防洪库容0.34亿立方米，为多年调节水库， 7电站装机容量为2×6500KW，多年平均发电量3.71×10KWh。 二( 气象、水文 据气象统计资料多年平均气温为21?，极端最高气温39.3?发生在六月，极端最低气温为-0.9?出现在1月,多年平均相对温度为71%,在11~12月流域多年平均降雨量为1600~1900毫米。雨季一般自每年4月开始至九月份结束，流域内较大暴雨的发生多数出现在6~9月份，而且历年的最大暴雨绝大多数都是台风暴雨，暴雨历时一般2~3天，其中一天暴雨量约占三天总量70%左右。实测最大风速24米/秒，水库吹程2公里。 3 坝址多年平均径流量12.3m/s,多年平均降雨量1600~1900毫米，多年平均来水量3.9亿立方米.建库后,100年一遇洪水最大下游流量为 331796.34 m/s,1000年一遇洪水最大下游流量为1932.31 m/s. 三( 地质 1、水库库区工程地质 (1)区域地质 水库区位于福安——南靖新华系断裂带中北东向斜的东翼区内地层 简单，火成岩发育。地层出露主要有长林组(J30)砂岩、粉砂岩和南园组 凝灰炭、凝灰熔岩等。前者见于内枋、溪口等地，后者分布于上存一带， 它们基本形成库区上游峡谷地段。本区岩浆活动频繁，有三次以上的岩浆 岩侵入，但主要为燕山期各类岩体，按其成生的先后依次有石英闪长岩、 1 花岗闪长岩等三个岩体。此外，尚有花岗斑岩，细粒花岗岩等岩瘤，岩墙的产生，喜马拉雅运动的影响主要现在基性岩脉的贯入和石英脉的形成。石英闪长岩构成的水库盆的基底。两岸多为岩石边坡，稳定性好，建库后不会产生坍岸。 (2)地震烈度 本区处于——诏安和政和——海丰新华夏构造之间，北东向福安——南靖的莆田——龙海断裂带分别于本区东西两侧通过，库区附近没有区域性断裂通过。为区外围，漳州——华安地区系多种构造系，复合地段，枋洋水库可能遭受VI度地震影响，因此枋洋水库地震基本烈度为VI度。 (3)水库渗漏 水库盆地四周山脉连绵，脊高岩厚，无低鞍，垭口地形，水库基底由坚硬致密的花岗闪长岩所组成，未发现有伸向库外的大断层，破碎带，古河道等渗漏通道。因此水库将不致产生永久渗漏。 水库淹、浸没地区未发现重要(或有价值)的矿产地。 2、 坝址区地形地质 (1) 地形地貌:坝址为低山剥蚀地貌，河流经枋洋盆地南流入峡谷，河床宽20~30米，谷深坡陡，沿河基岩出露布广。 建坝峡谷段被一东西向冲沟分割形成两面三刀处建坝地址。上段(I坝址)谷长约150米，左岸地形较缓并在高程130米附近为一鞍形地貌，基本呈一不对称的“V”型谷。 (2) 岩性构造:坝址区主要为晚侏罗世中粒花岗岩，其间穿插一些脉岩，且位于花岗岩体的边缘，其上游峡谷口附近被花岗岩闪长岩侵入，下游击队则与长林组砂岩呈侵入不整合接触。地质构造以断裂为主，节理断裂甚为发育。断层以NNE和NEE两组为主，虽然发育但规模不大，一般宽度5~20厘米，断距数十厘米，胶结较密。 (3) 缓倾裂隙与风化夹层:坝址区基岩普通发育着缓倾裂隙，有的沿裂隙风化甚至出现了剧风化土夹层，也有缓倾裂隙被泥质充填，形成夹泥裂隙。它们与其它节理裂隙组合贯通使完整岩体分割成岩块，将对坝基稳定起控制作用。 (4)坝基开挖深度:坝址岩石一般弱风化带能满足重力坝地基强度要 2 求，但决定开挖深度的主要是缓倾剧强风化夹层和缓倾夹泥裂隙的分布，当陡缓裂隙切割组合易构成基础岩石的危险滑动结构面，因此对连续性较好，分布范围较大的缓倾风化夹层，夹泥裂隙应当挖除(左岸10,19.5米，右岸15,25.3米，河床4,6.3米)。 第二章 工程布置及主要建筑物 第一节 建筑物和防洪等级的确定 一、 建筑物等级的确定 龙津溪枋洋水库总库容3亿立方为左右，设计灌溉面积为16.4万亩,水电站装机容量为1.3万千瓦.根据《中华人民共和国国家标准GB50201-94防洪标准》、《水利水电本世纪工程等级划分及设计标准》确定枋洋水库工程规模为大(2)型,工程等级为二等.其主要建筑物的级别为2级,次要建筑物的级别为3级,临时建筑物的级别为4级。 二、 防洪标准的确定 根据《永久性挡水和泄水建筑物正常运用的洪水标准>和《非常运用的洪水标准》查得2级建筑物设计洪水重现期为500,100年一遇,即P=0.2%,1%.校核洪水重现期为1000年一遇,即P=0.1%。 第二节 拦河坝设计 一、大坝高程的拟定 坝顶高程的确定校核两种工况计算，并选用其中较大值。 设计工况:Z=Z+Δh坝顶设设 校核工况:Z=Z+Δh坝顶校校 坝顶高于水库静水位的高度Δh=h+hz+hlc 查《砼重力坝设计规范》SDJ221-78中附录二可知: 5/41/3? 波浪高度:h =0.0166*V*D (官厅公式) l 式中:V----计算风速,设计情况V取24M/S;校核情况:V取16M/S. 3 D----水库吹程(KM),取2KM 2? 波浪中心线至静水位的高度:hz=?h/L l 0.8式中波长L=10.4(h) l ? 安全超高h:根据规范(SDJ21-78)对于2级大坝，设计工况下c 安全超高h取0.5米，校核工况下安全超高h取0.4米。 cc 根据以上计算，选择坝顶高程为132.5m。为降低坝高，防浪墙采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构。墙身应有足够的厚度以抵挡波浪及飘浮物的冲击，在坝体伸缩缝处，防浪墙也应设伸缩缝，并设有止水。防浪墙高度为1.2m,则坝顶高程最终确定为131.3m。 二、重力坝剖面设计 (1)设计标准 根据工程规模、效益、所属工程等别及其在工程中的作用，按《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》规定，大坝按二级建筑物设计。 (2)设计数据 ?设计水位 上游水位:设计洪水位?130.5m(P=1%) 校核洪水位?131.35m(P=0.1%) 正常高水位 ?128m 死水位 ?105.0m 下游水位: (利用坝址水位流量关系曲线查得) 设计下游水位?76.6m 校核下游水位?80.3m ? 地震级别 本地区地震基本烈度为6度,根据水工建筑物抗震设计规范(SDJ10-78)，地震烈度小于6度可不考虑地震荷载，即可不进行抗震设计。 ? 摩擦系数:河床段摩擦系数f=0.7,左岸f=0.62,右岸f=0.67 3 ? 材料容重:砼2.4t/m, ? 水库淤沙高程为84.5m ? 坝顶宽度,根据规范坝顶宽度采用坝高的8%,10%,一般不小于2m. 4 有交通要求时,应按交通要求布置。故B=(8%,10%)*(132.4-62)=5.63, 7.04.取B=6m. ? 荷载及荷载组合: 2 P----设计洪水位时的水压力P=0.5rH111 2 P----相应于设计洪水位时的下游静水压力P=0.5rH222 2P----泥沙压力P=0.25rH 333 P----浪压力P=r(h+hz)*L/4 lll G----坝体自重 1 G2----上游水体垂直作用力 G3----下游水体垂直作用力 G4----淤沙重 U----设计洪水位时的扬压力 Pv----渲泄设计洪水位时动水压力的垂直分力. Ph----渲泄设计洪水位时动水压力的水平分力. ` P----校核洪水位时的水压力1 P`----相应于设计洪水位时的下游静水压力.2 P`----校核洪水位时浪压力 . l P`h,P`v----校核洪水位时的动水压力. U`-----校核洪水位时的扬压力. 《砼重力坝设计规范》规定的几种荷功组合. ?以设计洪水位情况作为控制情况: +P+P+P+G+G+G+G+U+Pv+Ph- P123l1234 ?以校核洪水位情部作为控制情况: P`+P`+P`+P`+G`+G`+G`+G`+U`+P`+P`h 123l1234v (3)重力坝剖面设计 ? 典型坝段坝高选择 河床溢流坝段最大坝高?70.4m(坝底高程?62.0m),右岸非溢流坝段 最大坝高?49.4m(坝底高程?83.0m),左岸非溢流坝段最大坝高?54.9m(坝底高程?77.5m) 5 ? 右岸挡水坝段剖面设计 右岸挡水坝段坝顶宽度取B=6m，上游坝坡n=0.15,下游坝坡m=0.7,上游面折坡点高程为?105m，坝段长度L=16m. ? 左岸挡水坝段剖面设计 左岸挡水坝段坝顶宽度取B=6m，上游坝坡n=0.2,下游坝坡m=0.75,上游面折坡点高程为?105m，坝段长度L=16m. ? 溢流坝段剖面设计 溢流坝段坝顶宽度取B=6m，上游坝坡n=0.15,下游坝坡m=0.75,上游面折坡点高程为?105m，坝段长度L=13m. ? 溢流堰顶部曲线设计 溢流堰顶部曲线采用WES剖面。堰顶上游曲线采用三圆弧曲线，下游 1.850.85曲线方程为X=2.0Hd*y，直线段坡度为1:0.75，下游弧段通常采用圆弧曲线，反弧半径取18m。鼻坎顶高程为82.0m，鼻坎挑射角度一般采用θ 00 =20,25，取θ=25。经计算，挑距与最大冲坑水垫厚度之比L/t=7.66，s大于规范要求，所以冲刷坑将不影响建筑物安全及河床两岸坝坡稳定。 (4)抗滑稳定 坝体稳定计算采用纯摩擦公式:Ks=f(Σw-U)/ΣP 式中Ks----抗滑稳定安全系数 f----接触面间的摩擦系数. Σw----接触面上的总铅直力. ΣP----接触面上的总水平力. U----作用在接触面上的扬压力. 根据《砼重力坝设计规范》规定:对于2级坝，抗滑稳定安全系数Ks=1.05(基本组合);Ks=1(特殊组合).坝基面抗滑稳定安全系数表如下: 表1 坝基面抗滑稳定安全系数计算成果表 工况 左岸挡水坝段 右岸挡水坝段 河床挡水坝段 设计工况 1.09 1.05 1.11 校核工况 1.07 1.03 1.08 坝体抭滑稳定符合要求。 6 (5)应力分析 用材料力学法计算上、下游边缘应力。在坝上游坝踵不允许出现拉应力，坝下游面最大压应力不大于砼的容许应力。应力计算成果如下表: 2表2 坝基边缘应力计算成果表(单位:t/m) 应力 左岸挡水坝段 右岸挡水坝段 河床挡水坝段 工况 σ σ σ σ σ σ 上下上下上下设计工况 24.52 86.52 5.76 89.88 13.43 121.23 校核工况 20.24 90.24 2.55 93.08 11.58 120.56 由上表可知，坝基上下游边缘应力均可满足要求。 第三节 枢纽布置和主要水工建筑物的拟定 布置原则:施工方便、工期短、造价低，对外交通方便。枢纽布置保证各建筑物在任何工作条件下都能做到正常工作。满足建筑物的强度和稳定安全的条件下，做枢纽总造价和运转费较低，并便于管理。充分发挥枢纽效益，尽量发挥多种用途。外观与周围环境相适应，在可能条件下尽量美观。 一、大坝构筑物布置 1、放空底孔的型式及布置 放空底孔作为放空水库以便检修大坝兼排砂之用，减少水库淤沙，还可预泄洪水以增加水库的调蓄能力。本设计采用直线型式，布置在靠近溢流坝段。为适应水流要求，在平面与纵面上均采用直线布置。在管线纵剖面从上游往下游方向设有矩形喇叭口、检修闸室段、渐变段、直管段，出口压能段及挑流消能工等。进口底高程考虑泄水和排砂双重作用，确定泄水孔底顶高程为82.0m，为保证泄水孔周围有足够的砼，洞身直径D取3.0m。 经过泄空计算，最后确定放空时间T为14.03天，满足10,20天内把水库水从正常高水位128.0m放至死水位105.0m高程。所以泄水孔尺寸 7 D=3.0m是合理的。 2、 导流底孔的型式及布置 根据施工导流设计，导流底孔承担枯水期导流，设计最大导流流量Q=460m/s。确定导流底孔尺寸为6m×8m，底板高程为69.0m。 3、 发电引水系统的布置 引水管道采用坝内式压力钢管，采用单管单机供水方式。 (1) 管道内径的确定 引水管道内径的选择主要决定于技术经济比较，管道的经济流速为4?6m/s。综合考虑，选定压力钢管内径D=2m，相应的流V=5.03m/s。 (2) 水口的型式及布置 有压进水口应低于运行时可能出现的最低水位，并有一定的淹没深度，以不产生漏斗状吸气漩涡为原则，且又要防止泥沙堵塞。综合考虑，取进水口底部高程为95.0m 二、 厂房布置 综合考虑坝址处的水文、气象、地形地质，以及对外交通等条件，本电站厂房采用坝后式厂房，引水管道布置在坝内。由于现有一条公路在右岸，因此将厂房布置在右岸，并紧靠溢流坝段，这样可减少开挖量，又有利于机电设备的运输安装。 主厂房长度L,机组段长度×机组数+安装间长度+边机组段长度;主厂房宽度主要取决于机组段的宽度。主厂房高度则与水轮机安装高程、下部块体结构高度、发电机装置高程，吊车轨顶高程、厂房天花板等有关。 本电站总装机容量为1.3万千瓦，选用两台单机容量6500千瓦的机组。水轮机型号为HL220-LJ-140，发电机型号为TS330/61-16。厂房尺寸为30m×11.2m，水轮机安装高程?=30m，发电机层地面高程?=76.8m，吊轨顶高程?=84.1m，屋顶高程?=88.7m，安装间高程?=76.8m。副厂房尺寸为30m×5m。 8