资源描述
目录1基本资料11.1.流域概况11.2水文气象特征11.3地质条件21.4工程枢纽任务32枢纽布置42.1工程等级及建筑物级别确定42.2坝址、坝型选择52.2.1坝址地形地质条件52.2.2选址、选型原则52.2.3亭子口坝址概况62.2.4李家嘴坝址概况72.2.5坝址比较82.3枢纽布置92.3.1布置原则：92.3.2枢纽的总体布置93洪水调节113.1基本资料113.1.1洪水过程线的确定113.1.2相关曲线图133.1.3确定天然设计洪峰流量和天然校核洪峰流量133.1.4确定下泄设计洪峰流量标准（p=0.2%）和下泄校核洪峰流量标（p=0.1%）143.2洪水调节基本原则143.2.1确定工程等别和级别143.2.2水库防洪要求143.2.3水库的运用方式143.3调洪演算153.3.1堰顶高程153.3.2设计水头153.3.3流量系数的确定153.3.4方案拟订163.3.5计算下泄流量163.3.6半图解法调洪演算174非溢流坝剖面设计224.1设计原则224.2剖面拟订要素224.2.1坝顶高程的拟订224.2.2坝顶宽度的拟订254.2.3坝坡的拟订264.2.4上、下游起坡点位置的确定264.2.5剖面设计264.3抗滑稳定分析与计算284.3.1分析的目的284.3.2滑动面的选择284.3.3对坝基面进行抗滑稳定计算294.4应力计算304.4.1分析的目的304.4.2分析方法304.4.3 材料力学法的基本假设304.4.4荷载组合304.4.5应力计算305溢流坝段设计325.1泄水建筑物方案比较325.1.1布置原则325.1.2泄洪方案选择325.2溢流表孔布置325.3溢流坝剖面设计335.3.1顶部曲线335.3.2中间直线段的确定345.3.3反弧段355.4消能设计与计算355.4.1闸墩的设计365.4.2消能形式选择375.4.3消力池的水力计算385.4.4辅助消能工设计415.4.5消力池护坦的设计426细部构造设计426.1坝顶构造426.2廊道系统436.2.1基础灌浆廊道436.2.2检查排水廊道446.2.3排水管446.3坝体分缝456.3.1横缝456.3.2纵缝456.3.3水平施工缝456.4坝体止水与排水456.4.1止水456.4.2坝体排水466.5基础处理466.5.1坝基开挖466.5.2固结灌浆476.5.3帷幕灌浆476.5.4坝基断层及破碎带处理486.6混凝土重力坝的分区48参 考 文 献501基本资料1.1.流域概况 嘉陵江是长江上游左岸的主要支流，发源于陕西凤县东北的秦岭山脉，流经陕西、甘肃、四川、重庆四省（直辖市），干流全长1120km，落差有2300m，平均比降2.05，全流域面积为15.98万平方千米，占长江流域面积的9%。嘉陵江水系发育，自上而下主要支流有西汉水、白龙江、东江、西河、渠江、涪江等。嘉陵江流域大部分属亚热带湿润季风气候。在中下段的盆地区，冬季温暖多雾，霜雪少见，上游段山区则冬季寒冷，霜雪较多，又多风暴，往往一雨成灾。春夏时节，流域内降雨自东向西移动，若遇季风弱而迟，则西部常形成春旱和初夏干旱天气。流域内年降水量在1000毫米以上，其中50%集中在79月。而且降雨在区域上分布上很不均匀，一般聚集在盆地边缘的降水大于盆地中部。中游南充至合川的年径流量为300400mm；下游合川至重庆为400500mm；而南充至苍溪为川中径流量深低值区，仅300mm；中游苍溪以上至广元的大滩场，由300mm递增到600mm。流域多年平均径流量为698.8亿立方米，主要集中在汛期510月，汛期干流水量占全年径流量的75%83%，非汛期在11月到次年的4月，占17%25%。1.2水文气象特征坝址地区雨量丰沛，资料显示其多年平均降水量为995.8，多年平均流量598，相应多年平均径流量189亿，径流深309。多年平均气温16.6，多年平均风速1.9，多年平均最大风速为13.2，多年平均地面温度19.2，多年平均水温15.5 。坝址区河段平直开阔河谷呈浅U形，谷底宽200350，在正常蓄水位458高程处谷宽778856，左侧为主河槽,枯水位370371，水面宽170200水深1.54.5河床覆盖层最厚处约13.5，基岩顶板高程352.9364 6。水库规划指标：水库正常蓄水位458，设计洪水位461.3，相应洪峰流量34500，校核洪水位463，相应洪峰流量37610，总库容40.67亿，防洪库容19.56亿，坝前淤沙高程373。表1-1 坝址各频率洪峰流量频率（P）%10.50.20.10.02洪峰流量（m3/s）28000308003250034700396001.3地质条件（1）地形地貌 嘉陵江由北北西向南南东流经坝址区，流向170，河段平直开阔，呈浅“U”型河谷，谷底宽170350m，高程458m处谷宽778856m。河床左侧为主河槽，枯水位370371m、相应水面宽170200m、水深1.14.5m。河床覆盖层厚度一般610m，最厚处约13.5m，基岩顶板高程352.86364m。左岸山体宽厚，临江峰顶高程657.8m，岸坡中部高程480400m间为缓坡平台，平台宽150360m，长2500m，台面高程自上游至下游降低，斜坡段地形坡度2025。右岸山体临江峰顶高程550m，岸坡中分布两级缓坡平台，下级高程390410m，台地宽120150m，长大于500m，上级缓坡平台高程445460m，台地宽100120m，长约500m，斜坡段地形坡度1520。（2）地层岩性坝区出露地层为白垩系下统苍溪组（K1c）砂岩、粉砂岩、粘土岩，总厚度480m，为软硬相间不等厚的层状岩层。主要层位有K1c6-1、K1c4-2、K1c3-2、K1c2-3、K1c2-1等5层，除K1c4-2层为长石石英砂岩结构较疏松，为软岩外，其余4层均为较坚硬的岩屑砂岩，其中河床坝基下K1c2-1层砂岩厚2328m。坝区第四系分布较广，主要为河流冲积与崩滑堆积。河床冲积砂砾石厚613.50m；左岸古滑体厚度一般2040m，最大厚度63m。（3）地质构造坝址处于九龙山背斜东南翼，岩层走向3060，微倾下游偏左岸，倾角15，未见断层。砂岩中两组陡倾角裂隙较发育，一组走向350360，倾向东或西，倾角7090；一组走向7590，倾向南或北，倾角7090。（4）水文地质坝址地下水按赋存介质可分为孔隙水、裂隙水和孔隙裂隙水。地下水主要以井、泉形式排泄于地表，流量较小，季节性变化大，砂岩层间裂隙水局部微具承压性，地下水水力联系差。地表水、地下水水质对砼均无侵蚀性。岩体透水性具有较明显的层状特征与不均一性，两岸砂岩中等透水；K1c4-2长石石英砂岩中强透水，粘土岩、粉砂岩和河床分布的砂岩为弱透水或微透水。（5）岩体风化与卸荷岩体风化受岩性和环境制约，不同部位表现不同的风化特点。河床及漫滩基本上是微风化带，厚度小于3m；谷坡地带全强风化带厚度多小于2.0m，弱风化带厚度328m；左岸崩滑体平台下伏基岩全强风化带 厚度小于1.0m，弱风化带约4m左右。岩体卸荷与岩性、微地貌相关。江边岩体卸荷水平宽度较小，卸荷水平宽度一般小于20m，最大可达37m（平硐PD5）；两岸岸坡中部（460m平台以下）卸荷带水平宽度2566m，460m平台以上岸坡卸荷带水平宽度左岸较大，卸荷水平宽度6985m，右岸卸荷水平宽度4352m；砂岩的卸荷宽度大于粉砂岩或粘土岩的卸荷宽度。1.4工程枢纽任务本枢纽经过技术经济调查阶段，以及水利、水能计算，提出了如下参数，作为进行建筑物设计的依据。正常蓄水位：458.0设计洪水位461.3校核洪水位463.0死水位（淤积结果）438最有利工作深度20水库防洪限制水位4422枢纽布置2.1工程等级及建筑物级别确定根据规范水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000，亭子口水利枢纽工程等别确定为一等，工程规模为大（1）型，主要建筑物级别为1级，电站厂房级别为2级，次要建筑物为3级。表2-1 水利水电枢纽工程的分等指标工程等别工程规模分等指标水库总库容（亿米）防洪灌溉面积（万亩）水电站装机容量（万千瓦）保护城镇及工矿区保护农田面积（万亩）一大（1）型10特别重要城市、工矿区500150120二大（2）型101重要城市、工矿区5001001505012030三中 型10.1中等城市、工矿区10030505305四小（1）型0.10.01一般城镇、工矿区30550.551五小（2）型0.010.00150.55001001重要城市重要的1005005010021中等城市中等的30100205052一般城市一般的下游承受的最大洪水量，为了提高下游防洪标准，用闸门控制下泄量在下游承受的最大洪水量，即大坝允许承受的最大洪水量，把多余的洪水拦蓄在水库内。3.3调洪演算3.3.1堰顶高程设此堰的堰顶高程为440。3.3.2设计水头最高限制水位为459，正蓄水位H458，设堰顶高程为440，则堰上最大水头根据公式最高限制水位堰顶高程进行计算，即45944019设计水头取最大水头的（0.750.95），即（0.750.95）所以有（0.750.95）19，取 0.851316.153.3.3流量系数的确定河底高程为360，所以上游的堰高为 440-36080因为设计水头16.15，所以 ，所以此堰为高堰。当，流量系数=0.502，而实际的，得=0.59。根据水力学中的关系图得各个水深的流量系数。3.3.4方案拟订根据所给资料，工程建成后可以对下游起到防洪作用，最大的下泄流量为，设表孔和底孔的最大单宽流量分别为，则沿流宽度根据公式 确定，可得：调洪演算采用坝址洪水，根据水量平衡原理用列表法计算，拟定孔口尺寸方案：8个表孔,8个表孔堰顶高程为440m，堰顶采用“WES”曲线实用堰，堰顶设弧形工作闸门，堰宽112,闸门尺寸1422.8（宽高），用坝顶排架上的固定式启闭机启闭。 3.3.5计算下泄流量根据以上数据应用下泄流量的计算公式 计算下泄流量，其中其中=0.92，g=9.8，=Z-440根据以上数据和不同的堰宽可得不同水深时的下泻流量，列于表中：表3-3-1： 水位水深m流量系数下泄流量Q（堰宽112m)44000.00 0.3850.00 44110.06 0.392178.82 44220.12 0.402518.69 44330.19 0.413978.96 44440.25 0.421532.76 44550.31 0.4322203.29 44660.37 0.4352916.42 44770.43 0.4433742.70 44880.50 0.4544686.24 44990.56 0.465665.72 450100.62 0.4696765.61 451110.68 0.4757905.27 452120.74 0.489102.21 453130.80 0.48510370.28 454140.87 0.4911709.06 455150.93 0.49513118.25 456160.99 0.514597.68 457171.05 0.50816243.18 458181.11 0.51117801.78 459191.18 0.51819570.15 460201.24 0.5221216.91 461211.30 0.52322959.61 462221.36 0.5324948.46 463231.42 0.53526920.27 3.3.6半图解法调洪演算依据水能规划教材所给的水库洪水调节计算原理，采用水量平衡方程式：，式中：分别为计算时段初，末的入库流量（）； 计算时段中的平均入库流量（），它等于；分别为计算时段初、末的下泄流量（）；计算时段中的平均下泄量（），即=；分别为计算时段初、末水库的蓄水量（）；为的差； 计算时段，须化为秒数。泄洪建筑物采用500年一遇洪水设计，洪峰流量为32500；1000年一遇洪水校核，洪峰流量为34700，为达到下游防洪要求时，限制下泄流量为19000。（1）计算并绘制单辅助线计算中V取溢洪道堰顶以上库容，计算时段取t=4h。计算过程见下表：表1-1-2：水库设计洪水单辅助曲线计算表(P=1%)堰宽112水库水位Z总库容V总堰顶以上库容VV/tqq/2(m)(亿m)(亿m)(m/s)(m/s)(m/s)(m/s)-1-2-3-4-5-6-73372003015153382.40.42777.78 102.60 51.30 2829.08 3392.80.85555.56 238.91 119.46 5675.01 3402.890.896180.56 420.36 210.18 6390.74 3413.241.248611.11 641.10 320.55 8931.66 3423.591.5911041.67 898.17 449.09 11490.75 3433.941.9413472.22 1189.08 594.54 14066.76 3444.292.2915902.78 1514.91 757.46 16660.23 3454.632.6318263.89 1872.80 936.40 19200.29 3465.133.1321736.11 2263.02 1131.51 22867.62 3475.643.6425277.78 2685.29 1342.65 26620.42 3486.144.1428750.00 3139.47 1569.74 30319.74 3496.654.6532291.67 3625.49 1812.75 34104.41 3507.155.1535763.89 4143.38 2071.69 37835.58 利用表1-1-2中第(5)、(7)两栏相应的数据绘制成单辅助线如下图所示。图1-1-1 单辅助曲线图（2）调洪计算求qt过程和Zt过程并绘制单辅助线表1-1-4某水库半图解法调洪计算表(P=1%)堰宽112m时间t入库流量Q时段平均入库流量qZ(h)(m/s)(m/s)(m/s)(m/s)m-1-2-3-4-5-60.00 0.00 15.00 30.00 337.0 4.00 938.25 469.13 454.13 41.33 337.2 8.00 1471.50 1204.88 1617.67 71.35 337.6 12.00 2004.75 1738.13 3284.45 124.41 338.2 16.00 2538.00 2271.38 5431.41 227.25 338.9 20.00 3071.25 2804.63 8008.78 560.97 340.6 24.00 3604.50 3337.88 10785.69 826.51 341.7 28.00 3795.79 3700.14 13659.32 1171.41 342.9 32.00 3431.11 3613.45 16101.36 1418.99 343.7 36.00 3103.45 3267.28 17949.65 1695.43 344.5 40.00 2809.33 2956.39 19210.61 1874.25 345.0 44.00 2545.49 2677.41 20013.77 1960.51 345.2 48.00 2308.87 2427.18 20480.44 2034.45 345.4 52.00 2096.65 2202.76 20648.75 2114.35 345.6 56.00 1906.18 2001.42 20535.82 2187.22 345.8 60.00 1735.06 1820.62 20169.22 2270.75 346.0 64.00 1581.06 1658.06 19556.53 2072.99 345.5 68.00 1442.19 1511.63 18995.17 2013.49 345.4 72.00 1316.66 1379.43 18361.11 1946.28 345.2 在表中，库水位未达到防洪限制水位350m，所以不需再进行调洪，只需操作闸门将库水位控制在防洪限制水位即可。 利用表中第(1)、(2)、(5)三栏相应的数据绘制成Qt，qt关系曲线，如图所示。图1-1-3设计洪水调洪曲线图然后利用第(1)、(6)栏相应的数据绘制成Zt关系曲线，如图所示。图1-1-4设计洪水zt曲线图查图可知，最大下泄流量qm发生在t=52h时刻，正好是qt曲线与Qt曲线的交即为所求。，。4非溢流坝剖面设计4.1设计原则重力坝在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持抗滑稳定；同时依靠坝体自重产生大扬压力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。非溢流坝剖面设计的基本原则是：满足稳定和强度要求，保证大坝安全；工程量小，造价低；结构合理，运用方便；利于施工，方便维修。遵循以上原则拟订出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足安全和经济的要求，坝体剖面可以参照以前的工程实例，结合本工程的实际情况，先行拟定，然后根据稳定和应力分析进行必要的修正。重复以上过程直至得到一个经济的剖面。4.2剖面拟订要素4.2.1坝顶高程的拟订坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高定出。即静水位式中：（为波浪高度；为计算风速；D为吹程；为波浪中心线超出静水位的高度；为安全超高。），取频率为1%的波浪高度。计算风速在水库正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应洪水期多年平均最大风速的1.52.0倍，校核洪水位时宜采用相应洪水期多年平均最大风速。表4-2-1 计算情况库水位(m)吹程(km)最大风速(m/s)计算风速(m/s)正常情况458101632设计情况461.3101624校核情况463101616采用官厅公式计算： ， （ D吹程，m;L波长，m;）非溢流坝坝顶安全超高hc值表如下：表4-2-2 水工建筑物结构安全级别水工建筑物安全级别水工建筑物级别（1）（2，3）（4，5）设计情况0.70.50.4校核情况0.50.40.3坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算：坝顶高程=正常蓄水位+坝顶高程=设计洪水位+坝顶高程=校核洪水位+式中，、分别为计算的坝顶（或防浪墙顶）据设计洪水位和校核洪水位的高度。由于正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水在计算坝顶超出静水位h时，所采用的风速计算值及安全超高值不一样，所以在决定坝顶高程时，应按正常蓄水位、设计洪水情况（持久状况）和校核洪水情况（偶然状况）分别求出坝顶高程，但坝顶高程应高于校核水位。（2）正常蓄水位时计算风速采用50年一遇的风速，取为多年平均最大风速的1.52.0倍，吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离，即： 风速，吹程。各波浪要素计算如下：波高 （官厅公式）由于,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为 波长 （官厅公式） （官厅公式）则（3）设计洪水位时计算风速采用50年一遇的风速，取为多年平均最大风速的1.52.0倍，吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离，即： 风速，吹程。各波浪要素计算如下：波高 （官厅公式）由于,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为 波 （官厅公式） （官厅公式）则（3）校核洪水位时计算校核情况采用多年平均最高风速，即：,。各波浪要素计算如下： （官厅公式） （官厅公式） （官厅公式）则2、坝顶高程计算根据以上两种水位时计算结果，得出两种状况下坝顶高程。（1） 正常蓄水位时的坝顶高程： 坝顶=正常蓄水位+ =458+9.94=467.94m（2） 设计洪水位时的坝顶高程： 坝顶=设计洪水位+ =461.3+6.533=467.833m（3）校核洪水位时的坝顶高程： 坝顶=校核洪水位+=463+2.89=465.89m为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值坝顶467.94m，当坝顶设置有与坝体连成整体的防浪墙（取1.2m）时，可降低坝顶的高程，所以取坝顶高程为467.9m。坝基面面高程为；坝高为。计算过程详见计算书,成果列于下表：表4-2-3 计算情况（m）hz（m）hc（m）h（m）坝顶高程（m）正常情况2.75.90.79.94467.94设计情况2.3652.90.76.533467.833校核情况1.141.250.52.89465.89计算结果表明，坝顶高程由校核洪水位控制，考虑由泄洪和结构要求确定的剖面，稳定安全系数有较大的余幅，坝踵也未出现拉应力，取坝顶高程467.9，将超高置于坝顶以上，坝顶上游再设实体防浪墙。4.2.2坝顶宽度的拟订 为了适应运用和施工的需要，坝顶必须有一定的宽度。一般地，坝顶宽度取最大坝高的8 %10%，且不小于2m。综合考虑以上因素,坝顶宽度B=10m。4.2.3坝坡的拟订考虑坝体利用部分水重增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡系数n=0.10.2，下游边坡系数m=0.60.8。4.2.4上、下游起坡点位置的确定上游起坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄水孔等建筑物的进口高程来定，上游起坡点一般在距坝底处，初拟上游起坡点高107.9/335.96，则上游起坡点高程=360+35.96=395.96m，取整396m，下游起坡点的位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面得到（最常用的是基本剖面的顶点位于校核洪水位处），由于起坡点处的断面发生突变，故应对该截面进行强度和稳定校核。4.2.5剖面设计根据规范规定，取n=0.2,m=0.7,坝底宽度约为坝高的0.70.9倍，这里取0.8，即B=107.9*0.7=75.53，取整数76m 初选剖面尺寸如图所示:图4-2-1 剖面受力图3.基本荷载计算正常蓄水位情况（1）坝体自重 （2）水平水压力上游水平水压力：下游水平水压力：（3） 垂直水压力 上游垂直水压力：下游垂直水压力：（4）扬压力排水处扬压力折减系数： （5） 浪压力 (2) 设计、校核水位情况设计、校核水位情况下的计算方法与正常蓄水位是一样的，故设计、校核洪水位情况下的各个方向的压力如下表所示：（1） 坝体自重(W)正常蓄水位设计洪水位校核洪水位102583.2102480101384（2） 水平水压力(P)正常蓄水位设计洪水位校核洪水位525005213551080 （3）垂直水压力(P)正常蓄水位设计洪水位校核洪水位716070506800（4）扬压力(U)正常蓄水位设计洪水位校核洪水位25515.525485.523984.6 （5）浪压力(P)正常蓄水位设计洪水位校核洪水位180.8114.0339.704.3抗滑稳定分析与计算4.3.1分析的目的核算坝体沿坝基面或地基深层软弱结构面的抗滑稳定的安全度。4.3.2滑动面的选择滑动面选择的基本原则：研究坝基地质条件和坝体剖面形式，选择受力较大,抗剪强度低,最容易产生滑动的截面作为计算截面。一般有以下几种情况：坝基面坝基内软弱层面基岩缓倾角结构面不利的地形碾压混凝土层面等。4.3.3对坝基面进行抗滑稳定计算坝体建基面抗滑稳定根据规范规定，按抗剪断强度公式计算，公式为：抗滑稳定安全系数，不小于下表的规定：表4-5-1 抗滑稳定安全系数 荷载组合 1 2 、 3 基本组合 3.03.0特殊组合2.52.3作用于接触面上竖直方向的合力，kN;作用于接触面上水平方向的合力，kN;抗剪断摩擦系数；抗剪断凝聚力，kPa；计算截面面积；设计时：3.0校核时：2.5均符合稳定要求。计算结果如下表抗滑稳定安全系数设计校核K3.17(3.0)2.75(2.5)满足稳定要求。4.4应力计算4.4.1分析的目的检验所拟坝体断面尺寸是否经济合理，并为确定坝内材料分区，某些部位配筋提供依据。4.4.2分析方法应力分析的方法有理论计算和模型试验两类。理论计算又分为材料力学法和弹性理论法，材料力学法计算简便，适应面广，并有一套比较成熟的应力控制标准，目前仍被普遍采用，适应于地质比较简单的中低坝；本工程坝高467.9-360=107.9属中高坝，故采用材料力学分析法。4.4.3 材料力学法的基本假设1、坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料；2、视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力；3、假定坝体水平截面上的正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。4.4.4荷载
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