钟吕水利枢纽堆石坝设计说明书（二）

- 1 -摘要本工程以发电为主，同时兼顾灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用效益的跨流域开发的水利水电枢纽工程。在明确了建设目的并具有了建设依据和条件后设计的枢纽概况如下：B 江水利枢纽为复合土工膜防渗堆石坝最大坝高 54.7 米，装机 6400kW，电站设计水头174 米，保证出力 1461kW，装有两台 3200kW 机组，正常蓄水位 276m，主坝长214.5 米左右，上游边坡 1：1.5,下游边坡 250 高程以上 1：1.52， 250 高程以下1：1.55。设计主要内容为： 根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及溢洪道尺寸； 通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的型式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案； 详细做出大坝设计，通过比较，确定大坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；进行专题一（趾板布置及计算）的设计； 施工组织设计，编写招标文件，进行专题二的设计，对招标文件技术条款编制进行深入研究。复合土工膜防渗堆石坝是一种新的坝型，其防渗材料-复合土工膜的设计、施工、质量控制是该类坝型的技术关键，在本设计说明书第六章第三节有详细说明。本工程导流隧洞施工具有施工工作断面小，工期紧的特点，故其施工工艺是关键，在本设计说明书的有详细的说明。本次设计以一般混凝土面板堆石坝和一些已建复合土工膜堆石坝为参考，在注重各细部独立分项设计的同时，综合考虑了整体工程的统一性。在专题的编写中参考已建工程的趾板布置，对每块趾板的断面都进行详细的设计。在设计过程中既充分运用了所学知识，广泛参考了堆石坝设计、施工等相关书籍，并在规范规定内设计，体现了本设计的科学性、规范性。关键词：复合土工膜、堆石坝 、 防渗 、 边坡稳定 、导流隧洞 、施工组织设计、招标文件技术条款。- 2 -AbstractThis works is mainly in power generation, it also takes the irrigation, water supply, flood protection and comprehensive utilization of breeding into account .it is a multifunction hydropower project.Clear the purpose of building and construction ,with the design basi and conditions are as follows hub Overview: B Jiang Project impermeable geomembrane composite hub for the largest rock-fill dam height of 54.7 meters, installed capacity of 6400kW, power plant design head 174 meters to ensure that efforts 1461kW, with two 3200kW units, normal water level 276m, the main dam of about 214.5 meters long, upstream slope is 1:1.5, downstream slope is 1:1.52 above 250 elevation, 1:1.55 below elevation 250. The design of the main contents as follows: In accordance with the requirements of flood control, flood regulation on the calculation of the reservoir to determine the top of the dam height and spillway size; Through analysis of the program may be compared to determine the type of hub for the composition of buildings, the outline of foot . Layout-inch and water programs; Detailed design to make the dam, through comparison, to determine the basic profile of the dam and contour size, preparation of foundation and dam body to deal with the program structure for hydro, static calculation; thematic one (layout and calculation of the plinth) of the design; Construction design, preparation of tender documents, the second thematic design, tender documents for the preparation of the technical terms of an in-depth study. Impermeable geomembrane composite rockfill dam is a new type of dam, the impermeable geomembrane composite materials - the design, construction, quality control is a kind of dam-based technology the key to the design specification in the Chapter VI 3 is described in detail. Construction of diversion tunnel of the project construction work with a small cross-section, characterized by tight time limit, so the construction technique is the key in the design specification is described in detail. The design of general concrete faced rockfill dam and a number of composite geomembrane has been rock-fill dam built as a reference, pay attention to detail in the breakdown of the design of an independent at the same time . Both during the design process, full use of the knowledge, extensive reference to the rock-fill dam design, construction and other related books, and design requirements in the specification, the design reflects the scientific and normative. Key words: composite geomembrane, rockfill dam, seepage, slope stability, diversion - 3 -tunnel, construction of organizational design, the technical provisions of tender documents.- 1 -目 录摘要 - 1 -ABSTRACT- 2 -第一章 综合说明 .- 1 -1.1 工程特性表 - 1 -1.2 建设目的和依据 - 3 -1.3 建设的条件 - 3 -1.4 建设的规模及综合利用效益 - 3 -1.4.1 建设规模 - 3 -1.4.2 综合利用效益 - 3 -第二章 自然地理条件 .- 5 -2.1 地形条件 - 5 -2.2 水文特性 - 5 -2.3 工程地质条件 - 5 -2.3.1 库区工程地质 .- 5 -2.3.2 坝址工程地质 .- 6 -2.3.3 引水发电隧洞工程地质条件 - 9 -2.4 气象、地震及其他 - 9 -2.4.1 气象、地震 - 9 -2.4.2 天然建筑材料 - 9 -第三章 设计条件和设计依据 - 11 -3.1 设计任务 - 11 -3.2 设计依据 - 11 -第四章 洪水调节计算 - 13 -4.1 洪水调洪演算 - 13 -4.1.1 洪水调洪演算原理 - 13 -4.1.2 洪水调洪演算方法 .- 14 -4.2 洪水标准分析 - 14 -4.3 洪水建筑物的型式选择 - 15 -4.4 调洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰顶高程）的确定 .- 16 -4.4.1 调洪演算过程 - 16 -4.4.2 洪水过程线的模拟 - 16 -4.4.3 计算公式 - 17 -4.4.4 计算结果 - 17 -4.4.5 方案选择 - 18 -4.4.6 坝顶高程的确定 - 18 -4.4.7 闸门设计 - 20 -4.4.8 泄水建筑物的设计 - 20 -第五章 主要建筑物型式选择及枢纽布置 - 21 -5.1 坝轴线确定 - 21 -5.2 枢纽等别及组成建筑物级别 - 22 -5.3 坝型选择 - 23 -5.3.1 定性分析 - 23 - 2 -5.3.2 定量分析 - 27 -5.4 泄水建筑物型式选择 - 28 -5.5 水电站建筑物 - 29 -5.6 枢纽方案的综合比较 - 30 -5.6.1 挡水建筑物 复合土工膜防渗堆石坝 - 30 -5.6.2 泄水建筑物 正槽溢洪道 - 30 -5.6.3 水电站建筑物 - 30 -第六章 第一主要建筑物设计 - 31 -6.1 大坝轮廓尺寸及防浪墙设计 - 31 -6.1.1 L 型挡墙顶高程及坝顶高程、宽度 - 31 -6.1.2 坝体分区 - 31 -6.1.3 L 型挡墙设计 - 32 -6.1.4 坝坡与马道 - 41 -6.2 堆石料设计 - 42 -6.2.1 堆石料基本特性参数 - 42 -6.2.2 主、次堆石料设计 - 42 -6.2.3 垫层、过渡层设计 - 42 -6.2.4 堆石体设计技术参数表 - 42 -6.2.5 堆石体填筑技术参数表 - 43 -6.3 复合土工膜设计 - 43 -6.3.1 复合土工膜的选型和分区 - 43 -6.3.2 土工膜强度及厚度校核 - 45 -6.4 大坝稳定分析 - 46 -6.4.1 计算原理及方法 - 46 -6.4.2 坝坡稳定分析 - 48 -6.4.3 坝坡面复合土工膜的稳定分析 - 48 -6.5 副坝设计 - 49 -6.5.1 副坝及主坝的连接及副坝型式选择 - 49 -6.5.2 副坝的地基处理防渗设计 - 54 -6.6 主副坝连接段设计 - 54 -6.7 细部构造设计及地基处理 - 55 -6.7.1 坝顶构造 - 55 -6.7.2 护坡设计 - 55 -6.7.3 分缝及止水 - 55 -6.7.4 坝基处理 - 56 -6.8 趾板设计 （专题一） .- 57 -6.8.1 趾板的作用 - 57 -6.8.2 趾板剖面设计 - 58 -6.8.3 趾板配筋 - 61 -6.8.4 趾板地基处理 - 62 -6.9 溢洪道设计 - 63 -6.9.1 溢洪道的总体布置 - 63 -6.9.2 进水渠设计 - 63 -6.9.3 控制段设计 - 63 -6.9.4 泄槽设计 - 65 -6.9.5 出口消能段设计 - 65 -6.9.6 溢洪道与主坝交通 - 65 -6.10 坝体沉降估算 - 65 -6.11 工程量计算 .- 66 -6.11.1 工程量计算的依据及项目划分 - 66 - 3 -6.11.2 主坝工程量计算 - 66 -6.11.3 副坝工程量计算 - 67 -6.11.4 工程量清单 - 68 -第七章 施工组织设计 - 69 -7.1 基本资料分析 - 69 -7.1.1 工程概况 - 69 -7.1.2 施工条件 - 69 -7.1.3 有效工日分析 - 69 -7.2 施工导流 - 70 -7.2.1 导流标准 - 70 -7.2.2 施工导流方案及大坝施工分期 - 70 -7.2.3 导流建筑物规划布置 - 71 -7.3 主体工程施工 - 74 -7.3.1 堆石体施工 - 74 -7.3.2 混凝土施工 - 79 -7.3.3 导流隧洞施工 - 81 -7.4 施工交通运输道路布置 - 84 -7.5 施工总进度 - 85 -技术条款（专题二） .- 86 -第 1 章 一般规定 - 86 -1.1 说明 - 86 -1.1.1 工程概况 - 86 -1.1.2 水文气象和工程地质 - 86 -1.1.3 建筑材料及水电供应条件 - 87 -1.1.4 对外交通条件 - 87 -1.2 合同工作范围 - 87 -1.2.1 本合同承包人承包的工程项目和工作内容 - 87 -1.2.2 发包人承担的工程项目和工作内容 - 88 -1.3 临时设施 - 88 -1.3.1 施工交通 - 88 -1.3.2 施工供电 - 88 -1.3.3 施工供水 - 88 -1.3.4 施工照明 - 89 -1.3.5 施工通讯 - 89 -1.3.6 砂石料开采加工系统 - 89 -1.3.7 混凝土生产系统 - 89 -1.3.8 施工机械修配和加工厂 - 89 -1.3.9 仓库和堆料场 - 90 -1.3.10 临时房屋建筑和公用设施 - 90 -1.4 施工安全保护 - 90 -1.4.1 承包人的安全保护责任 - 90 -1.4.2 劳动保护 - 91 -1.4.3 照明安全 - 91 -1.4.4 接地及避雷装置 - 91 -1.4.5 炸药、雷管和油料的存放和运输 - 91 -1.4.6 爆破 - 91 -1.4.7 消防 - 91 -1.4.8 洪水和气象灾害的防护 - 92 - 4 -1.4.9 信号 - 92 -1.4.10 安全防护手册 - 92 -1.5 环境保护 - 93 -1.5.1 遵守环境保护的法律、法规和规章 - 93 -1.5.2 环境保护措施计划 - 93 -1.5.3 施工弃渣的治理 - 93 -1.5.4 环境污染的治理 - 93 -1.5.5 场地清理 - 93 -1.6 现场试验 - 93 -1.6.1 材料试验 - 94 -1.6.2 现场工艺试验 - 94 -1.7 工程量计量方法 - 94 -1.7.1 说明 - 94 -1.7.2 重量计量的计算 - 94 -1.7.3 面积计量的计算 - 95 -1.7.4 体积计量的计算 - 95 -1.7.5 长度计量的计算 - 95 -1.8 计量和支付 - 95 -1.8.1 进场费 - 95 -1.8.2 临时设施建设费 - 95 -1.8.3 保险费 - 95 -1.8.4 退场费 - 95 -1.8.5 其他费用 - 96 -1.9 技术标准和规程规范 - 96 -第 2 章 施工导流及水流控制 - 97 -2.1 说明 - 97 -2.1.1 范围 - 97 -2.1.2 发包人负责的工作内容 - 97 -2.1.3 承包人的责任 - 97 -2.2 主要提交件 - 97 -2.2.1 施工导流工程布置和建筑物设计 - 98 -2.2.2 施工措施计划 - 98 -2.2.3 导流建筑物施工图纸 - 99 -2.2.4 安全度汛措施计划 - 99 -2.3 引用标准和规程规范 - 99 -2.4 计量和支付 - 99 -第 3 章 土方开挖 .- 101 -3.1 说明 - 101 -3.1.1 范围 - 101 -3.1.2 承包人的责任 - 101 -3.2 主要提交件 - 101 -3.2.1 施工措施计划 - 101 -3.2.2 开挖放样资料 - 102 -3.3 土方开挖 - 102 -3.3.1 土方定义 - 102 -3.3.2 开挖区域的临时道路 - 102 -3.3.3 校核测量 - 102 -3.3.4 临时边坡的稳定 - 102 -3.3.5 开挖方式 - 102 - 5 -3.3.6 弃土的堆置 - 103 -3.3.7 边坡面渗水、雨水的排除 - 103 -3.3.8 开挖线的变更 - 103 -3.3.9 边坡安全的应急措施 - 103 -3.4 施工期临时排水 - 103 -3.4.1 临时性排水措施设计 - 103 -3.4.2 及时排除地面积水 - 103 -3.4.3 保护永久建筑物和永久边坡免受冲刷 - 103 -3.5 开挖渣料的利用和弃渣处理 - 103 -3.5.1 可利用渣料专用于本工程 - 104 -3.5.2 可利用渣料和弃置废渣应分类堆存 - 104 -3.5.3 可利用渣料的保质措施 - 104 -3.6 引用标准和规程规范 - 104 -3.7 计量和支付 - 104 -第 4 章 石方开挖 .- 106 -4.1 说明 - 106 -4.1.1 范围 - 106 -4.1.2 承包人的责任 - 106 -4.2 主要提交件 - 106 -4.2.1 施工措施计划 - 106 -4.2.2 开挖放样剖面资料 - 107 -4.2.3 钻爆作业措施计划 - 107 -4.2.4 料场规划报告 - 107 -4.2.5 完工验收资料 - 107 -4.3 钻孔与爆破 - 108 -4.3.1 爆破作业安全 - 108 -4.3.2 爆破材料的试验和选用 - 108 -4.3.3 控制爆破 - 108 -4.4 引用标准和规程规范 - 108 -4.5 计量和支付 - 109 -第 5 章 地下洞室开挖 .- 110 -5.1 说明 - 110 -5.1.1 范围 - 110 -5.1.2 承包人的责任 - 110 -5.2 主要提交件 - 110 -5.2.1 施工措施计划 - 110 -5.2.2 钻孔和爆破作业计划 - 111 -5.2.3 施工记录报表 - 111 -5.2.4 完工资料 - 111 -5.3 引用标准和规程规范 - 112 -5.4 计量和支付 - 112 -第 6 章 支护 .- 113 -6.1 说明 - 113 -6.1.1 范围 - 113 -6.1.2 支护类型 - 113 -6.1.3 承包人的责任 - 113 -6.2 主要提交件 - 113 - 6 -6.2.1 施工措施计划 - 113 -6.2.2 施工记录报表 - 114 -6.2.3 完工验收资料 - 114 -6.3 引用标准和规程规范 - 114 -6.4 计量和支付 - 114 -6.4.1 岩石锚杆的计量和支付 - 114 -6.4.2 喷射混凝土的计量和支付 - 115 -第 7 章 钻孔和灌浆 .- 116 -7.1 说明 - 116 -7.1.1 范围 - 116 -7.1.2 承包人的责任 - 116 -7.2 主要提交件 - 116 -7.2.1 施工措施计划 - 116 -7.2.2 施工记录和质量报表 - 116 -7.2.3 完工验收资料 - 117 -7.3 引用标准和规程规范 - 117 -7.4 计量和支付 - 117 -7.4.1 钻孔 - 117 -7.4.2 压水、灌浆试验 - 118 -7.4.3 水泥灌浆 - 118 -7.4.4 管道 - 118 -第 8 章 土石方填筑工程 .- 119 -8.1 说明 - 119 -8.1.1 范围 - 119 -8.1.2 承包人的责任 - 119 -8.2 主要提交件 - 119 -8.2.1 土石方填筑施工措施计划 - 119 -8.2.2 地形测量资料 - 119 -8.2.3 现场生产性试验计划和试验成果报告 - 119 -8.2.4 完工验收资料 - 120 -8.3 引用标准和规程规范 - 120 -8.4 本设计施工要求 - 120 -8.4.1 一般规定 - 120 -8.4.2 填筑施工 - 121 -8.4.3 雨季填筑 - 121 -8.4.4 土工膜的施工 - 121 -8.5 计量和支付 - 122 -第 9 章 混凝土工程 .- 123 -9.1 说明 - 123 -9.1.1 范围 - 123 -9.1.2 承包人的责任 - 123 -9.2 主要提交件 - 123 -9.3 混凝土材料 - 124 -9.3.1 水泥 - 124 -9.4 水 - 125 -9.5 骨料 - 125 -9.6 配合比 - 125 - 7 -9.7 混凝土取样试验 - 126 -9.8 拌和 - 126 -9.9 运输 - 127 -9.10 浇筑 - 127 -9.10.1 说明 - 127 -9.10.2 基础面混凝土浇筑 - 127 -9.10.3 混凝土分层浇筑作业 - 128 -9.10.4 浇筑的间歇时间 - 128 -9.10.5 浇筑层厚度 - 128 -9.10.6 浇筑层施工缝面的处理 - 128 -9.11 质量检查和验收 - 128 -9.11.1 说明 - 128 -9.11.2 混凝土原材料的质量检验 - 129 -9.11.3 混凝土质量的检测 - 130 -9.11.4 混凝土工程建筑物的质量检查和验收 - 130 -9.12 模板 - 130 -9.12.1 说明 - 130 -9.12.2 材料 - 131 -9.12.3 制作 - 131 -9.12.4 安装 - 131 -9.12.5 模板的清洗和涂料 - 132 -9.12.6 拆除 - 132 -9.13 钢筋 - 132 -9.13.1 说明 - 132 -9.13.2 钢筋的材质 - 133 -9.13.3 钢筋的加工和安装 - 133 -9.13.4 锚筋的制作和安装 - 134 -9.14 引用标准和规程规范 - 134 -9.15 计量和支付 - 135 -9.15.1 钢筋和锚筋的计量和支付 - 135 -9.15.2 普通混凝土（含钢筋混凝土）的计量和支付 - 135 -9.15.3 混凝土浇筑、预制件使用的模板计量和支付方法： - 136 -第 10 章 砌体工程 - 137 -10.1 说明 - 137 -10.1.1 范围 - 137 -10.1.2 承包人的责任 - 137 -10.2 主要提交件 - 137 -10.2.1 施工措施计划 - 137 -10.2.2 砌体石料的材料试验报告 - 137 -10.2.3 质量检查记录和报表 - 137 -10.2.4 完工验收资料 - 138 -10.3 砌石工程 - 138 -10.3.1 砌石 - 138 -10.3.2 质量检查和验收 - 138 -10.3.3 砌体工程验收 - 138 -10.4 引用标准和规程规范 - 138 -10.5 计量和支付 - 139 -第 11 章 原型观测 - 140 -11.1 说明 - 140 - 8 -11.1.1 范围 - 140 -11.1.2 承包人的责任 - 140 -11.2 主要提交件 - 140 -11.2.1 观测仪器设备的采购计划 - 140 -11.2.2 观测仪器设备的安装和埋设措施计划 - 140 -11.2.3 施工期观测规程 - 140 -11.2.4 施工期观测资料和观测成果分析报告 - 141 -11.2.5 完工验收资料 - 141 -11.3 引用标准和规程规范 - 141 -11.4 计量和支付 - 141 -第 12 章 其他 - 143 -参考文献： - 144 - 1 -第一章 综合说明1.1 工程特性表表 1-1 工程特性表序号及名称 单 位 数 量 备 注一、水库流域面积 km2 33正常高水位 m 276设计洪水位 m 277.53校核洪水位 m 278.98设计泄洪流量 m3/s 207.5校核泄洪流量 m3/s 297.5总库容 万 m3 2242.18兴利库容 万 m3 1910二、大坝坝型 复合土工膜防渗堆石坝坝顶高程 m 279.2防浪墙顶高程 m 280.4坝顶宽度 m 5.0最大坝高 m 54.7上游坝坡 11.5下游坝坡 11.52 1.55主坝坝轴线长 m 214.5副坝型式 重力式挡墙副坝坝轴线长 m 94.07导流洞型式 圆形导流洞进口底高程 m 227.5导流洞出口底高程 m 226.5导流洞半径 R m 2.4导流洞长度 m 330三、溢洪道溢流前缘净宽 m 10堰顶高程 m 273- 2 -设计流量 m3/s 207.5校核流量 m3/s 297.5闸门型式 平板闸门尺寸（宽高） m2 106四、厂房系统1动能指标最大净水头 m 174.0额定水头 m 174.0最小水头 m 143.0引用流量 m3/s 5.0额定出力 kW 6400保证出力 kW 14612厂房厂房型式 地面式厂房面积 m2 31.515.7主厂房宽度 m 10.8机组台数 2机组安装高程 m 103.0水轮机型号 HL110-WJ-76发电机型号 SFW-J3000-6/1480开关站面积 m2 11.527.25五、工程量1主坝基础开挖量 m3 68507堆石料填筑量 m3 465547混凝土方量(L 型挡墙) m3 835混凝土方量（趾板） m3 553混凝土方量（现浇混凝土保护层） m3 14062副坝基础开挖量 m3 1282混凝土方量 m3 29643导流隧洞- 3 -导流隧洞开挖量 m3 2332.63 未计入明渠混凝土衬砌方量 m3 839.751.2 建设目的和依据B 江水利枢纽工程是以发电为主，同时兼顾了灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用效益的跨流域开发的水利枢纽工程。1.3 建设的条件建设资金已到位，施工准备工作已经就绪。1.4 建设的规模及综合利用效益1.4.1 建设规模本电站装机 6400 kW，保证出力 1461kW。厂房总面积为 31.515.7。开关站尺寸为 11.527.25。水库总库容（校核洪水位以下的全部库容）为 2242.18 万 m3。1.4.2 综合利用效益1.4.2.1 发电装机 6400kW，电站设计水头为 174m，多年平均发电量为1700104kWh，保证出力为 1461kW。本电站装 2 台 3200kW 机组，正常蓄水位为 276m，引水式发电，引水隧洞布置在右岸山体中，最大引用流量为 5m3/s。厂房位于段莘水江湾湖山村左岸下游 340m 处，地面式，总面积为31.515.7，其中主厂房宽 10.8m，主厂房内安装二台 HL110-WJ-76，配 SFW-J3000-6/1480 的水轮发电机组，机组安装高程为 103m，开关站位于厂房的左上侧，尺寸为 11.527.25。1.4.2.2 灌溉下游利用发电尾水灌溉，上游增加灌溉面积 1.0 万亩。1.4.2.3 供水供钟吕村及其下游村民生活用水。1.4.2.4 防洪可减轻洪水对钟吕村及下游江湾镇的威胁，要求设计洪水最大下泄量限制为250m3/s。1.4.2.5 渔业水库蓄水后，正常蓄水位时水库面积 1.09km2，为发展养鱼等水产养殖业创- 4 -造了有利条件。- 5 -第二章 自然地理条件2.1 地形条件钟吕水库位于江西婺源县乐安河一级支流晓港水的钟吕村上游约 160m 处，坝址以上控制流域面积 33km。晓港水在钟吕村上游约 300m 处，由两支水系汇合而成，其中东支发源于石耳山，南支发源于清湾头尖，河流在晓港村汇入乐安河，本流域上游为中低山区，山势陡峭，中下游为低山丘陵区，山体凌乱，冲沟发育。2.2 水文特性据水文资料推算，坝址处多年平均流量 1.28m/s，多年平均总径流量 4040万 m，p=0.1%的洪峰流量为 551.5m/s,三日洪量为 1569 万 m，p=2%的洪峰流量为 364.5m/sec,三日洪量为 965 万 m。流域多年平均降雨值 2047.7mm。正常蓄水位 276m，对应库容 V 正=1910.0 万 m。流域河段多年平均输砂量为 0.29 万吨，泥沙容重估算为 1.3t/m。估计水库淤积年限与高程关系（见表 2-1）：表 2-1 淤积年限与高程关系表淤积年限（年） 泥沙淤积量（万 m） 淤积高程（m）50 11.05 236.08100 22.1 237.78水库水位库容关系曲线（见表 2-2）：表 2-2 水库水位库容关系曲线表水位（m） 227.5 236.08 237.78 248 276 278.11库容（ 104m） 0 11.05 22.1 172.0 1910.0 2145.2坝址水位-流量关系曲线（见表 2-3）：表 2-3 坝址水位- 流量关系曲线表水位(m) 227.5 228.0 228.5 229.0 229.5 230.0 230.5流量（m2/s0 6.0 28.9 66.77 121.97 196.05 281.78- 6 -2.3 工程地质条件2.3.1 库区工程地质库区属构造剥蚀低山地貌，山势陡峭，分水岭雄厚，地形封闭，植被良好， 未见滑坡等不良物理地质现象。组成库岸及库盆的地层岩性主要为前震旦系板溪群的千枚状绿泥绢云母板岩，千枚岩和变质砂岩。库区岩石受多次构造运动的影响，断层和裂隙发育，岩石的褶皱和挠曲也很常见，构造行迹以北东向压扭性为主，常见有北西向张扭性断裂和近东西向平推断层，未见有较大的导水断裂连通库外。库区地下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水，受大气降水补给，排泄于河谷与河床，库岸山体地下水位较高，一般在 300m 高程以上，组成库岸及库盆的岩石表部透水性强，但深部岩石透水性微弱，属相对不透水层。库区工程地质良好，水库蓄水后，不存在永久渗漏、岸边再造、浸没及水库诱发地震等问题。2.3.2 坝址工程地质2.3.2.1 地貌 坝址区属构造剥蚀低山地貌，山顶高程为 280450m ，坝区河床较宽，约2050m，为一“U”型河谷，两岸山坡不对称，左岸山体雄厚，山坡角 3040度，右岸山体较为单薄，山坡角 2030 度，且在右岸有一低矮垭口，顶高程约276m，坝址区冲沟发育，且切割较深，未见滑坡等不良物理地质现象，自然边坡稳定。2.3.2.2 地层岩性坝址区出露的地层岩性为前震旦系板溪群第四段绿泥绢云母千枚岩夹变质砂岩，第四系松散堆积物及变质辉常岩，其岩性特征为：（1）绿泥绢云母千枚岩：灰绿色，主要矿物成分为绢云母、石英、长石、绿泥石等，千枚状构造，其余碎屑显微鳞片状构造，岩石挠曲和褶皱常见，片理极发育，岩层产状 N4060E，NW0.7弱风化岩石0.55饱和抗压强度：微新岩石40MPa弱风化岩石25MPa表 2-4 堆石试验参数表组别 试验干密度 （g/cm） C(KPa) 。 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 复合土工膜试验参数（见表 2-5）表 2-5 复合土工膜试验参数表项 目 单 位 量 值 备 注单位面积质量 g/m2 11001300 350/0.4/350350/0.6/350- 9 -250m 高程以上 mm 0.4250m 高程以下 mm 0.6膜 厚周边缝等处 mm 0.8周边缝、水平缝、分缝处强度 kN/m 1518 350/0.4/350350/0.6/350宽条纵向拉伸 伸长率 % 50强度 kN/m 1518 350/0.4/350350/0.6/350窄条纵向拉伸 伸长率 % 50与水泥砂浆 0.577摩 擦 系 数与现浇砼 0.6粘 结 力 kg/cm2 0.1渗 透 系 数 cm/s 110-112.3.3 引水发电隧洞工程地质条件引水发电隧洞通过地段属低山地貌区，山顶高程 300400m 相对高程100200m，隧洞区冲沟发育，山体切割较深且较零乱，地表植被发育，未见有不良物理地质现象。隧洞围岩由绢云母千枚岩、变质粉砂岩、凝灰质千枚岩与粉砂质板岩 层。绢云母千枚岩偶夹粉砂质板岩及粉砂质板岩等组成。岩石层面裂隙极发育、褶皱、挠曲严重，断层发育切规模大，性状差，其中绢云母千枚岩、凝灰质千枚岩水理性质较差，且遇水易软化，软化系数低，凝灰质千枚岩成分复杂，还易于风化。绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩在洞线出露的长度占洞线总长的 19%，说明洞线围岩大部分由绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩构成。根据工程类比可知：千枚岩的单轴饱和抗压强度为 1640Mpa，软化系数0.630.93，属半坚硬较软化，抗水性较差的片状（薄层状）岩体。2.4 气象、地震及其他2.4.1 气象、地震流域内气候：流域内多年平均气温 16.7，以一月份平均气温 4.6为最低，七月份平均气温 28为最高，历年极端最高气温 41，极端最低气温-11。风速及吹程：多年平均最大风速 12.6m/s，吹程 1.6km。地震烈度：坝址及库区地震烈度属度以下，设计时可不考虑地震荷载。降 雨 量：流域多年平均降雨均值 2047.7mm。- 10 -2.4.2 天然建筑材料2.4.2.1 砂砾石料坝址流域砂砾石料贫乏，但在江湾水和段莘水流域有梨苗场和古玩料场，距大坝约 1015km,有公路相通，运输方便。梨苗场 、古玩料场均为砂卵（砾）石混合料，砂卵（砾）石储量丰富，质量良好，满足工程要求。2.4.2.2 堆石料坝址附近广泛分布绿泥绢云母千枚岩，弱至微风化岩石，岩性较坚硬，力学强度较高，质量较好，储量丰富，可作为大坝堆石料。坝址附近粘土很少，坝址上下游有一定的粘土分布，均为当地农民耕地。- 11 -第三章 设计条件和设计依据3.1 设计任务在对原始材料进行综合分析的基础上，并结合本次设计的专题研究，要求：（1）根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝高程及岸坡溢洪道尺寸；（2）通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物型式，轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；（3）详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案和坝身结构，进行水力、静力计算；（4）进行施工组织设计：决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制性进度，大坝主体工程量的计算，编制招标文件及施工投标文件。3.2 设计依据1、左东启，王世夏，林益才主编，水工建筑物（上册） 。南京：河海大学出版社。1995。2、沈长松、王世夏、林益才、刘晓青编著，水工建筑物。北京：中国水利水电出版社。2008。3、傅志安，凤家骥，混凝土面板堆石坝。武汉：华中理工大学出版社。1993。 4、蒋国澄，傅志安，凤家骥，混凝土面板坝工程。武汉：湖北科学技术出版社。1997。 5、袁光裕主编，水利工程施工。北京：中国水利水电出版社。2006。 6、赵振兴主编，水力学。北京：清华大学出版社。2005。 7、河海大学、大连理工大学、西安理工大学、清华大学，水工钢筋混凝土结构学。北京：中国水利水电出版社。2007。 8、沈长松等，钟吕水电站-复合土工膜防渗堆石坝。土石坝工程，第 3 期。2003。 9、中华人民共和国水利部，混凝土面板堆石坝设计规范。北京；中国水利水电出版社。1998。 10、中华人民共和国水利部，水利水电工程土工合成材料应用技术规范（SL/T225-98） 。北京：中国水利水电出版社。1998。 11、中华人民共和国水利部，水工建筑物荷载设计规范。北京：中国水利水电出版社。1998。 12、中华人民共和国水利部，水工挡土墙设计规范（SL_379-2007） 。北京：- 12 -中国水利水电出版社。2007。 13、中华人民共和国水利部，混凝土面板堆石坝施工规范（SL49-94） 。北京：中国水利水电出版社。1994。 14、中华人民共和国水利部，面板堆石坝接缝止水技术规范（DLT5155-2000） 。北京：中国水利水电出版社。2000。 15、中华人民共和国水利部,水利水电工程施工组织设计规范（SL303-2004）.北京:中国水利水电出版社. 2004。 16、中华人民共和国水利部，第 2 版（2000 版） 。水利水电土建工程施工合同条件（GF-2000-0208） 。北京：中国水利水电出版社。 17、中华人民共和国水利部，水利工程工程量清单计价规范（GB50501-2007） 。北京：中国水利水电出版社。 18、中华人民共和国水利部，水利水电工程设计工程量计算规定（SL3282005 ） 。北京：中国水利水电出版社。 19、中华人民共和国标准施工招标资格预审文件（2007 年版） 20、中华人民共和国标准施工招标文件（2007 年版） 21、中华人民共和国水利部，水利建筑工程概算定额（上、下册） ，黄河水利出版社 22、方国华、朱成立等编著，新编水利水电工程概预算。黄河水利出版社，2003。 23、中华人民共和国水利部，混凝土面板堆石坝设计规范。北京；中国水利水电出版社。1998。 24、中华人民共和国水利部，水利水电工程土工合成材料应用。- 13 -第四章 洪水调节计算4.1 洪水调洪演算4.1.1 洪水调洪演算原理洪水在水库中运行时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而变化，其流态属于明渠非恒定流。根据水力学，明渠非恒定流的基本方程，即圣维南方程组为：连续性方程： （4-1）0sQt运动方程： （4-2）21Kvgz式中： 过水断面面积 (m2)t 时间（s）Q 流量（m 3/s）s 沿水流方向距离（m）Z 水位（m）g 重力加速度(m/s 2)v 断面平均流速(m/s)K 流量系数(m 3/s)一般采用简化的近似解法，长期以来，普遍采用瞬时法，即用有限差值来代替微分值，并加以简化，以近似地求解一系列瞬时流态。瞬时流态法将式(41) 进行简化而得出基本公式，再结合水库的特有条件对基本公式进行简化，得出用于水库调洪计算的实用公式：(4-3)式tVtqQq 12121)()(中： , 分别为计算时段初、末的入库流量(m 3/s)1Q2 计算时段中的平均入库流量(m 3/s)， =( + )/2 Q12式中：q 1,q2 分别为计算时段初、末的下泄流量(m 3/s) 计算时段中的平均下泄流量(m 3/s) /21q式中： V1,V2 分别为计算时段初、末水库的蓄水量(m 3) V1 与 V2 之差 计算时段t公式(4-3)表示为一个水量平衡方程式，表明：在一个计算时段内，水库水量- 14 -与下泄水量之差即为该时段中水库蓄水量的变化。显然，公式中并未计入洪水入库处至泄洪建筑物间的行进时间，也未计入沿程流速变化和动库容等影响，这些因素均是其近似性的一个方面。当已知水库入库洪水过程线时，Q 1，Q 2， 均为已知，V 1，q 1,则是计算时段 开始时的初始条件。于是，式(4-3)中的未知数仅剩下 V2，q 2,当前一时段的tV2,q2 求出后，其值即成为后一时段的 V1，q1 值，使计算能逐步地连续进行下去。仅一个方程来求解 V2，q 2 是不可能的，必须再有一个方程式 q2=f(V2),与式(4-3) 联立，才能同时解出 V2，q 2 的确定值，假定暂不计及自水库取水的兴利部门泻向下游的流量，则下泻量 q 是泄水建筑物泻流水头 H 的函数，而当泄洪建筑物的型式、尺寸等已确定时(44)ABf式中：A 系数，与泄洪建筑物的型式、尺寸、闸孔开度及淹没系数有关。B 指数，对于堰流 B 一般等于 3/2，对于闸孔出流一般 B=1/2根据水力学公式，H 与 q 的关系曲线可求。若是堰流 H 即为库水位 Z 与堰顶高程之差；若是闸孔出流 H 即为库水位 Z 与闸孔中心线高程之差。因此可以根据H 与 q 的关系曲线求出 Z 与 q 的关系曲线 q=f(Z),并且，由库水位 Z，又可借助于水库容积特性曲线 V=f(Z), 求出相应的水库蓄水容积 V，则式(4-4)可用下泄流量q 与库容 V 的关系曲线代替，即 q=f(V),与式(43) 联立方程组，求解 V2，q 2。当水库承担下游防洪任务时，要求保持 q 不大于下游允许的最大下泄流量qmax 时，就要利用闸门控制流量 q，但计算的基本公式和方法与上面介绍的是一致的。本设计泄水建筑物是正槽溢洪道。采用闸门全开式泄洪，故下泄流量是q=AH3/2,H 即为库水位 Z 与堰顶高程之差，由于资料有限仅有 0.1%和 2%的流量及其对应的三日洪峰流量，无法描绘出洪水过程线，故采用三角形法拟画出洪水过程线（具体做法见本章 4.4 节） 。本设计中调洪演算是为了定出设计、校核水位和相应的下泄流量，已知下泄量与水头的关系曲线（式 44） ，通过假定下泄流量 q，可利用洪水过程线计算出水库蓄水量 V，通过 V=f(Z)可查出对应的水位，得到 q=f(Z)曲线，通过两条 q-Z 曲线即得到设计、校核水位及相应流量。4.1.2 洪水调洪演算方法进行洪水调节计算的方法很多，目前常用的是：列表试算法，半图解法。本设计采用的是简化三角形法，也叫高切林法。4.2 洪水标准分析设计情况，采用 50 年一遇的洪水标准。P=2%的洪峰流量为 364.5 m3/s,三日- 15 -洪量为 965 万 m3。校核情况，采用千年一遇的洪水标准。p=0.1%洪峰流量为 551.5 m3/s,三日洪量为 1569 万 m3。4.3 洪水建筑物的型式选择水利枢纽中的泄水建筑物一般包括设于河床的溢流坝、泄水闸、泄水孔，设于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。本设计采用坝型为复合土工膜防渗堆石坝（具体见 5.2 节） ，因此泄水建筑物一般不布置在河床。下面根据本工程的地形、地质条件，对正槽溢洪道、侧槽溢洪道及泄水隧洞这三种泄水建筑物进行比较选择。泄水隧洞布置得一般原则是：地质条件好，路线短，水流顺畅，与枢纽其他建筑无相互不良的影响。洞线宜选择在沿线地质构造简单、岩体完整稳定、岩性坚硬，上覆岩体厚度大，水文地质条件有利和施工方便的地段。避开围岩破碎、地下水位高或渗水量很大的岩层和可能坍塌的不稳定地带，同时防止洞身离地表太浅。本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层坍塌和挠曲常见。坝址区岩石的透水性及相对不透水层经先导孔压水试验，左岸相对不透水层埋深 1024 米，上部透水层 q 值为 6.7196.7Lu ，大者达到 341.7Lu，属中等-严重透水层。本工程最大坝高 54.7 米，正常蓄水位 276 米，因此要避开透水层而布置泄水隧洞，工程量显然很大，而且本工程地质条件不好，故不采用隧洞泄洪。河岸溢洪道是布置在拦河坝坝肩或拦河坝上游水库库岸的泄洪通道，水库的多余的来洪经此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有较大的超泄能力。正槽溢洪道过堰水流方向与堰下泄槽纵轴线方向一致。侧槽溢洪道水流过堰后急转近 90，再经泄槽下泄。从地质条件上来说，溢洪道应力争位于较坚硬的岩基上，但较泄洪隧洞要求较低，但在地基条件差的基岩上，要注意衬砌和防冲的设计。同时对于堆石坝而言，河岸溢洪道可与坝体相接，从而既可减少溢洪道的开挖量，也可以减少坝体的填筑量。因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。正槽溢洪道在水力学上的特点是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰顶水头决定，过堰流量稳定于某一值后，泄槽各断面的流量也随之都达到同一值，故水流平顺稳定，运用安全可靠，另外，结构简单、施工方便。- 16 -侧槽溢洪道在当水利枢纽的拦河坝难以本身溢流，且河岸陡峭，布置正槽溢洪道将导致巨大的开挖量时，可能成为比较经济的泄水建筑物。与正槽溢洪道相比，侧槽溢洪道前缘可少受地形限制，而向上游库岸延伸，由增加溢流前缘宽度而引起开挖量增加较少，从而可以以较长的溢流前缘宽度换取较低的调洪水位，或换取较高的堰顶高程。本工程的溢洪道布置在左岸（说明见 5.5 节） ，岸坡较陡优选侧槽溢洪道，但是，溢洪道的兴建需要注意和解决的问题是，高水头、大流量及不利地形地质条件下，高速水流引起的一系列水力学和结构问题，而侧槽溢洪道的水流现象复杂，进槽水流须立即转弯近 90，再顺槽轴线下泄，对每一个不同的侧槽断面，其所通过的流量是不相同的，然而，侧槽内的水流现象的复杂性，并不仅仅表现在流量的沿程的变化上，水流自堰跌入侧槽后，在惯性的作用下，冲向侧槽对岸壁，并向上翻腾，然后再重力作用下转向下游流去，在槽中形成一个横轴螺旋流。考虑到侧槽溢洪道水流现象的复杂，而且，本工程地质条件较差，建侧槽溢洪道对结构方面的要求会很高，危险性大，同时由于本枢纽的坝体不是很高，正槽溢洪道的开挖量不会增加很大。综上所述，结合本工程的地形、地质条件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布置于左岸与坝体相接。4.4 调洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰顶高程）的确定4.4.1 调洪演算过程通过洪水资料，作出设计情况和校核情况下的洪水过程线；假定堰高、堰宽，确定各情况下的起调流量；假定不同的下泄流量 q,由洪水过程线求出库容 V，由库容 V，查水位- 库容曲线，找出相应的水位 H，从而，对于每一组情况下可作出一条 QH 曲线；根据公式 ,又可作出一条 QH 曲线；对应于23gmBQ每一种情况，可从 QH 图中确定相应交点的 Q 和 H 值。4.4.2 洪水过程线的模拟由于本设计中资料有限，仅有 p=2%、p=0.1% 的流量及相应的三日洪水总量，无法准确画出洪水过程线。按照规范，洪水过程线应用 PIII 型曲线拟合，但实际操作过程中较难，故本设计中采用三角形法模拟洪水过程线，并在曲线形状上尽量拟合为 PIII 型。根据洪峰流量和三日洪水总量，可作出一个三角形（如图中虚线） ，根据水量相等原则，对三角形进行修正，得到一条模拟的洪水过程线（如图中的实线） 。- 17 -4.4.3 计算公式计算采用公式：（4-5）23HgmBQ式中：侧收缩系数， 计算由公式： ；001.2kHnnb堰上水头0n堰流的孔数b溢流宽度闸墩系数0边墩系数（本设计采用圆弧形边墩，系数取 0.7）km流量系数，m=0.502B溢流孔口净宽H堰上水头4.4.4 计算结果计算结果见表 4-1： 表 4-1 调洪方案汇总表方案堰顶高程(m)堰顶宽（m）设计洪水位(m)设计下泄流量(m 3/s)校核洪水位(m)校核下泄流量(m 3/s)1 271 7 276.69 187.002 271 8 276.41 202.503 271 9 276.16 215.504 271 10 275.96 226.005 272 7 277.41 174.506 272 8 277.18 190.00图 4-1 三角形法 图 4-2 洪水过程线 图 4-3 调洪演算- 18 -7 272 9 276.96 204.508 272 10 276.77 216.509 273 7 278.18 164.0010 273 8 277.98 179.0