混凝土重力坝设计的综合说明.doc

1. 综合说明1.1 概述 鲤鱼塘水库工程位于重庆市开县境内，地处长江三峡区段小江流域的二级支流桃溪河上游。坝址上距三溪口1.5km，下距正坝镇5km，至开县县城47km，距万洲区和重庆市分别为135km和350km。 1994年开县水利电力局完成了开县桃溪河流域水能开发初步规划，共规划6个梯级，鲤鱼塘水库工程为第二级，是流域开发中的龙头水库，列为近期开发工程。同年10月开县人民政府批复原则同意规划方案。1994年6月开县水电局上报了开县鲤鱼塘水库工程项目建议书，1994年7月四川省水利厅批复了该项目建议书，并同意开展该项目的可行性研究工作，1995年8月由四川省勘测设计研究院完成了可行性研究报告，并经四川省国际工程咨询公司评估，同年12月四川省水电厅对报告进行了审查，四川省计委以川计（1996）农903号文对该可行性研究报告进行了批复。 1997年重庆市成立中央直辖市，重庆市、万洲区和开县政府考虑到本工程综合效益显著，同时，开县又是三峡水库淹没损失最大的县之一，而鲤鱼塘水库的兴建可改善开县农业生产基本条件，解决新县城供水，减轻三峡移民安置难度，须尽早开发鲤鱼塘工程。 1997年我院受开县水电局的委托，在原可行性研究报告的基础上，重新核实和补充了基本资料，进一步论证了工程的开发任务和工程规模；同时对灌区改善三峡移民安置条件和高效农业作了专题研究；对坝址、坝线、坝型也做了初步比较；在枢纽布置、施工导流、供水方案、投资分析、经济评价等方面做了进一步分析研究，在此基础上于1998年5月提出了项目建议书。 1999年4月水利水电规划设计总院对项目建议书进行了审查，审查意见认为“该项目建议书基本达到了本阶段的深度要求，基本同意该项目建议书”。 水利部同意水规总院的审查意见，于2000年元月以水规计20001号文将水规总院的审查意见报国家计委审批。 2000年3月，中国国际工程咨询公司受国家计委的委托，组成专家组对项目建议书进行了评估。评估认为“项目建议书在以往工作的基础上，通过大量的勘测设计，较好地完成了分析工作，达到本阶段的深度要求”。 在审查和评估意见的基础上，根据可行性研究报告编制规程和勘测设计合同要求，对水文径流和设计洪水进行了复核和调整；在枢纽和灌区补充了必要的地质勘探工作；进一步论证了工程的开发任务和规模；对坝址、坝线、坝型进一步作了比选；在枢纽布置、灌区渠线走向及渠系建筑物布置、机组机型、水库淹没处理、供水方案和备用水源的选择、施工组织、环境影响、水土保持、投资估算和经济评价等做了进一步的分析研究和论证工作；对一些重要问题出了专题，在此基础上提出了可行性研究报告。 鲤鱼塘水库坝址控制流域面积235.8km2，占桃溪河流域面积592.5km3的40%；坝址多年平均的流量5.28m3/s，多年平均径流量1.66亿m3；水库正常蓄水位450m，死水位405m，总库容为1.042亿m3，调节为容0.8286亿m3，库容系数0.499，属多年调节水库。 1.2 水文1.2.1 流域概况桃溪河位于重庆市开县境内，地处大巴山南麓的长江三峡区段内，属长江一级支流小江水系南河的支流。发源于开县梓潼乡北关村峭壁梁，河流呈南北向。鲤鱼塘工程坝址位于三溪口下游约1.5km处的小黑滩，下距正坝镇约5km，控制集水面积235.8km2，坝址以上河长31.8km，河道平均坡降12.3。桃溪河流域属亚热带湿润季风气候区，多年平均气温18.6，多年平均年降雨量1400mm左右，坝址以上流域平均年降雨量1404.9mm，1.2.2 径流流域无实测水文气象资料。仅有正坝、麻柳、梓潼三个雨量站，在水库灌区内开县城关有开县气象局的资料可以借用。1994年10月在坝址下游约4km处的正坝设立水文专用站，观测水位、流量，控制集水面积238km2。清溪水文站位于相邻流域渠河水系二级支流清溪河的上游。1969年12月设立，控制集水面积258km2。该站测验精度较好，刊印成果可采用。经自然地理、水文气象特征综合分析认为，清溪站可作为本工程水文计算的主要参证站。由此推算坝址19621998年多年平均流量5.28m3/s，多年平均年径流量1.66亿m3。1.2.3 洪水本次历史洪水调查认为，1982年洪水是仅次于民国三十四年（1945年）的第二大洪水，由水位流量关系法推得洪峰流量1480 m3/s为本次采用成果，重现期经调查与历史考证为28年。坝址设计洪水因无实测水文资料，故移用邻近流域清溪站设计洪水，洪峰按流域面积比的2/3次方、洪量按流域面积比的一次方推算，成果见表1.2-1。坝址设计洪水过程线以清溪站“1982-7-16”洪水过程为典型洪水，按坝址设计峰量同频率控制放大。表1.2-1 坝址设计洪水成果表计算方法项目各 频 率 （P%） 流 量0.050.10.20.5123.335由清溪站实测流量资料推算QM25802400221319581759156114171299W2476077013645656775083449040443692W7288838283768568516226560151184741单位： Qm3/s W万m3 灌区倒虹吸及大型渡槽设计洪水由暴雨洪水法推算，采用瞬时单位线法计算成果。倒虹吸河道冲刷按铁路桥渡勘测设计规范（TBJ17-86）规定方法进行计算。1.2.4 泥沙坝址以上流域年悬移质输沙模数采用长委荆江局成果，但悬沙容重由1.0 t/m3改取1.3 t/m3，则鲤鱼塘水库悬移质输沙模数为1591 t/km2，相应水库悬移质输沙量为37.52万t。计算推移质输沙量为7.50万t，全年水库输沙总量45.02万t。 1.2.5 水情自动测报系统规划根据鲤鱼塘水电站坝址以上流域形状和地形条件，布设5个雨量站和坝上、坝下水位(水文)站。水情自动测报系统采用超短波通信方式，自报式工作体制，遥测站超短波通信需要建设中继站一个。系统最终通信方案应在总体设计中经现场电路信道测试后确定。预估系统建设经费为104.48万元。1.3 工程地质1.3.1 区域地质工程区所处大地构造单元为扬子准地台中部，四川台坳东段，区内构造以褶皱为主，其轴线多呈向北西突出的弧形，总体走向为北东向或北东东向。本区新构造运动的特点是以缓慢的间歇性抬升为特征。据历史地震资料，区域内未发生过中强地震，与工程区距离最近的地震发生在云阳奉节一线，震级，震中距工程区直线距离达70km。另据1965年1974年地震观测资料，区内仅发生过7次微弱地震，震中多分布于本流域之外，震级小于3.6级，工程区附近数百公里范围内无强震中分布。根据三峡工程及邻区近20年（1960年1980年）的区域地形变资料，本区为地壳变化平缓的稳定区。又据三峡工程及邻区人工地震测深、布格重力异常图及航磁测量成果，反映本区位于M面及布格重力异常和磁异常平缓区，深部基底结构完整，属稳定的地壳结构型式。经查中国地震烈度区划图（1/400万，1990），本区地震基本烈度小于度。1.3.2 水库地质 从组成库盆的岩性特征分析,其透水性较弱，结合库区无大的断裂构造通过，裂隙多闭合，且连通性较差等构造特征，表明库区不存在连续的渗透途径; 库周山体雄厚，无单薄分水岭和低于正常蓄水位的垭口; 据库周泉、井点的调查资料，其出露点高程一般均高于正常蓄水位。上述表明，水库蓄水后不会产生永久性渗漏问题。水库库首段及三条支库段库岸总长约20km，其中横向谷段长约17km，占85%；纵向谷段长约3km，占15%。横向谷段岸坡以岩质边坡为主，稳定性较好; 纵向谷段反向坡一岸，也多为岩质边坡，除局部沿反倾向裂隙产生小规模崩塌外，整体稳定性较好；顺向坡一岸，在岩层倾角小于岸坡坡角的坡段，受反倾向节理及侧向冲沟的切割，易产生顺层蠕动变形，以致滑动，如谢家滑坡、谭家院子滑坡和陈家大院滑坡以及垫肩坡蠕变体等，除陈家大院滑坡外，其余体积均较小，且多远离枢纽区，对拟建工程影响较小。在不同的工况条件下，对滑坡体的稳定性进行验算，结果表明，陈家大院滑坡是稳定的；结合考虑到该滑坡体前缘仅高出河水面4m，蓄水后大部分位于正常蓄水位以下；再则，该滑坡与枢纽区间河道存在一个近于900的急转弯，即如其失稳，对拟建工程的影响也将大为降低。对之，可以不采取工程处理措施。1.3.3 坝址区工程地质条件 坝址位于九道拐下游500m，坝址处河道顺直，河流流向SE1600。常水位355.00 362.00m，水面宽1020m。河谷宽约50m，河床覆盖层厚度03m，正常蓄水位450.00m时，河谷宽222285m，为不对称“V”型横向谷。两岸山体完整、雄厚，左岸坡角600700，基岩裸露，右岸坡角300500，部分地段有残、坡积物及崩积物分布，厚度15m。坝址处出露地层岩性为侏罗系中统千佛岩组（J2q）中上部砂岩、粉砂岩及泥质岩，夹页岩，为单斜岩层，岩层产状为700850/NW220320，断层发育程度较弱，仅F3、F4规模稍大，其余构造形迹主要为层间错动剪碎带。除此之外，无明显缺陷，但其优点相对突出：a）河谷狭窄；b）地形完整，防渗条件较好；c) 河道顺直，河谷为横向谷，岸坡稳定。 从小黑滩到牛背脊共勘探了4条坝线，它们分别是I线、II线、III线和IV线，综合分析各项工程地质条件，以I、II线为优，结合考虑水工建筑物布置及工程量等方面的因素，本阶段选择I坝线布置混凝土重力坝方案，II坝线布置堆石坝方案进行比较，由于前者对建基面、防渗标准及软弱夹层的处理等工程地质条件的要求相对较高，本坝址更适合于修建混凝土面板堆石坝，同时亦有利于加快施工进度和降低工程造价。在IIIV坝线比较中，II线无论从地质条件，还是工程布置和工程量等方面均优于其他坝线，所以，本阶段推荐II坝线。1.3.4 灌区渠系建筑物工程地质条件a) 总干渠工程地质条件进口部位地形较陡，基岩裸露，为反向坡，成洞条件较好。出口地形平缓，基岩裸露，岩层近水平，微倾向坡内，构成反向坡，基本稳定，但位于强风化岩体中，应做好洞口锁定及洞脸边坡的加固处理；大部分洞段位于微新岩体中，岩层走向与洞轴线近于垂直，围岩类别以类为主，稳定性较好，靠近进、出口洞段及沿线穿越大型沟谷和正坝断裂及其旁侧的可溶岩层位洞段为、类，应加强临时支护和永久衬砌。而穿越厚巨厚层砂岩洞段，可按类围岩处理; 施工支洞多布置于总干渠穿越大型沟谷处，岩体风化程度较深，完整性较差，且上覆岩体厚度较小，施工中应注意安全，并做好支护处理工作，同时加强排水；部分洞段埋深大于300m，可能产生岩爆问题，根据该部位岩性组成特点，其脆性特征并不十分明显，因此，即使是产生岩爆现象，亦不会十分强烈，建议施工中在这部分洞段，尤其是厚巨厚层砂岩洞段适当布置一定的超前超深钻孔，以先行释放之； 从地表调查及沿线泉、井点分布高程和地表水系发育情况看，总干渠大部分洞段位于地下水位以下，但隧洞所穿越之地层岩性表明其并不富水，透水性亦弱，因此，不会产生对工程有较大影响的涌水或突水问题。部分洞段将穿越可溶性岩层，根据地表调查及区域岩溶发育规律，总干渠沿线可溶性岩层呈带状分布，岩溶发育层位有限，强度趋弱，地表仅见溶沟、溶槽等小规模岩溶地貌景观；勘探资料表明，靠正坝断裂一侧见小型溶洞，洞内有岩洞堆积物及积水，勘探过程中曾发生过坍塌和少量涌水现象。因此，建议在穿越该层位时，应注意可能产生的溶洞坍塌或岩溶（积）水的涌水问题，可布置一定的超前超深钻孔，加强探测；总干渠两次穿越含煤层位，根据同部位地方煤窑生产作业面附近有害气体监测资料，不会产生有害气体危及总干渠施工安全的问题；对部分深埋长隧洞段，尚应注意可能产生的高地温问题，需做好通风措施。b) 分干渠及支渠工程地质条件隧洞埋深多小于300m，不存在岩爆问题，沿线所穿越地层单一，岩性组成明确，无有害气体问题；大部分洞段虽位于地下水位以下，但岩层并不富水，亦无大规模导水构造，不会产生涌水或突水问题。局部可能存在承压水，但不致影响工程施工及安全运行；总观各条隧洞，洞脸多数地形较陡，基岩裸露，尤其是反向坡部位，成洞条件良好；只是少部分洞脸部位分布有第四系残、坡积物，地形平缓，尤其中是顺向坡洞脸，在岩层倾角小于坡角地段，成洞条件及洞脸边坡稳定性较差，建议适当增加明挖段，做好洞口锁定及洞脸边坡的锚喷处理。各条隧洞大部分洞段位于微新岩体中，结构面不甚发育，围岩类别以类为主，稳定性较好，仅进、出口部分洞段及少数浅埋洞室为类，应加强支护，而穿越厚巨厚层砂岩洞段可划归类。在穿越近水平岩层洞段，建议注意洞顶拱部位局部岩块的稳定性，而在岩层走向与洞轴线夹角较小或二者近于平行的洞段，应观察洞侧壁局部岩块的稳定情况，并适时采取锚固等处理措施。c) 渠系建筑物工程地质条件 渡槽多布置于跨越中、小型河谷处，谷底较窄，河床覆盖层厚度不大或缺少，两岸岸坡基岩裸露，无不利结构面组合，岸坡稳定性较好，建议墩基置于弱风化岩体中，在顺向坡一岸应采取一定的锚固处理措施，并防止沿层面的渗漏问题，以免因此引起泥质岩类软化和坡体的稳定性。 倒虹管主要布置于跨越大型河谷处，谷宽阔多呈“U”型，河床覆盖层深厚，墩基应落入较密实的砂卵石层中，两岸岸坡基岩裸露，顺向坡部位宜采取适当的锚固处理措施，同时需做好防渗工作。由于本阶段设计之倒虹管均甚长，沿线常跨越不同岩土体，建议针对管线不同部位的岩土工程地质特性，分别采用相适应的基础处理型式，防止不均匀变形问题。 明渠依山沿等高线绕行设计，所经部位地形平顺，基岩裸露，坡体稳定，无不良工程地质现象；在穿越深厚覆盖层渠段，建议做好基础处理及防渗工作。在沿线跨越小型沟谷处，宜设置小型建筑物，其基础可置于基岩中；在顺向坡部位，须采取适当的加固及防渗措施，防止沿层面产生渗漏，引起泥质岩类软化，进而产生基础失稳等问题。 渠道开挖边坡高度一般小于7m，对松散堆积物组成的边墙应予以加固，渠道上方坡面之松散堆积物宜清除，并做好防护工作。d) 跌水电站及水厂工程地质条件简单，修筑条件较好。1.3.5 天然建筑材料 土料产地位于小黑滩坝址上游1.01.4km的里坝，储量4.19万m3；观音滩堆石料场位于坝址下游左岸3.43.8km，有用层为三迭系上统须家河组厚层砂岩，有用层储量607.66万m3，无用层体积118.90万m3，是良好的堆石料；牛背脊料场位于坝址区，有用层为J2q2灰色、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩夹中厚层砂岩，开挖高程为370.00m时，有用层储量296.90万m3，无用层体积75.10万m3，可用于次堆石区；人工骨料料场位于坝址下游左岸4.8km之烈马山，有用层为三迭系下统嘉陵江组中厚层灰岩、白云质灰岩，是扎制混凝土骨料的良好料源，亦可用作堆石料；天然砂砾石料场位于开县城关，有用层为第四系冲积物，储量169.00万m3，主要为鲤鱼塘水库工程灌区渠系建筑物提供混凝土骨料，现有公路均可直通各渠系建筑物场地，采运条件良好；根据各条分干渠及支渠对条/块石料的需求情况，本阶段分别勘察了其沿线附近料场的分布特征，其层位多为属侏罗系中统上沙溪庙组，少数为下沙溪庙组，岩性均为厚巨厚层砂岩，当地民采经验表明其质量和储备满足各渠系对条/块石料的需要，且开采、运输便捷。1.4 工程任务与规模1.4.1 开县经济概况 开县是重庆市百万人口的农业大县，1998年总人口147万人，其中农业人口，134万人。全县现有耕地7.44万hm2（111.55万亩），其中水田3.19万hm2（47.82万亩），人均耕地占有量0.85亩。现有各类水利设施20762处，总蓄水能力9461万m3，灌溉面积2.15万hm2（32.2万亩），亩平毛供水量仅294m3。全县现有水电装机容量3.51万kW。1998年全县国民生产总值38.6亿元，其中农业产值12.9亿元。规划到2010年国民产值234亿元。其中农业产值26亿元。与之相应的要求增加灌溉水量2.38亿m3，新增城镇工业和生活用水4.83亿m3，新增电力负荷17.55万kW。1.4.2 工程建设任务与作用 工程开发以农业灌溉、城镇供水为主，并为三峡水库移民安置提供有利条件及发电等多项综合任务。 a) 农业灌溉 鲤鱼塘水库灌区是开县经济发达的“三里河谷地区，工程建成后可灌溉面积为1.619万hm2（24.28万亩），其新增灌面1.338万hm2（20.07万亩），改善灌面0.28万hm2（4.21万亩）。从而可增产粮食1075万kg。使开县的农业基本生产条件大为改善，进一步提高了水利化程度，增强了抗灾能力，扩大和改善了移民的环境容量，减轻本县三峡移民安置的难度，为发展三峡库区高效农业奠定了良好基础。 b) 城镇供水 三峡水库建成后，开县县城及其供水设施将全部被淹没，搬迁后的新县城需新建城市供水设施和寻找新的供水水源。经多方案比较后，鲤鱼塘水库是新县城供水的理想水源。按设计水平年2015计算，鲤鱼塘水库每年可供水量将达5314万t，可满足新县城和灌区城镇生活和部分工业用水要求。 c) 弥补三峡水库淹没损失，减轻移民安置难度 开县是三峡工程主要淹没区之一，全县搬迁人口11.085万人，其中农业人口6.14万人，淹没土地5.05万亩，其中耕地3.93万亩。土地淹没和搬迁人口均占三峡库区淹没的13%，是三峡库区淹没范围最广，搬迁人口最多，淹没损失最大，移民安置任务最重的县， 鲤鱼塘水库建成后，将为灌区内三峡水库移民的生产开发和生活提供必须的水源条件。从而在灌区范围内安置移民可达35998人，占全县农村总迁移人口的58.6%。由于灌区安置条件较好，移民易于接受，符合国家对三峡库区移民搬迁提出的“搬得进、安得稳、逐步能致富”的要求，对减轻开县的三峡移民安置难度提供了极为有利的条件。 d) 缓解电力供需矛盾，促进国民经济发展 开县是国家第三批农村电气化县，现已形成完整的地方电网。1998年系统电力装机7.55万kW，年发电量2.63亿kWh，其中水电装机3.51万kW，年发电量1.24亿kWh。系统1998年用电量最大负荷5.14万kW,用电量2.83亿kWh，但水电站基本无调节能力，供电矛盾突出。 据开县国民经济发展规划，预计2010年需电力负荷25.1万kW，电量13.80亿kWh。鲤鱼塘水库工程的坝后电站和跌水电站可为系统提供容量1.5万kW，电量4939万kWh。从而可缓解电力供需矛盾，改善供电质量，促进开县国民经济发展和人民生活水平的提高。1.4.3 工程规模 根据鲤鱼塘水库的工程特性及其自然地理条件，经多方规划和论证，确定其工程的规模为： a) 水库：正常蓄水位450m，死水位405m，总库容1.042亿m3，死库容0.145亿m3，调节库容0.8296亿m3，库容系数0.499，为多年调节水库。 b) 灌溉：灌溉总面积1.619万hm2（24.28万亩），其中新增灌溉面积1.338万hm2（20.07万亩），改善灌溉面积0.28万hm2（4.21万亩）。经1962年1998年降雨和蒸发系列计算多年平均灌溉毛需水量7838万m3，设计灌溉保证率为75%时，年灌溉毛需水量8648万m-3。 c) 供水：设计水平年2015年，供水保证率95%，年平均供水总量5314万t，最大供水流量1.85m3/s。分设驷马和白鹤两个水厂，规模分别为12万t/d和4万t/d。 d) 发电：坝后、跌水电站装机分别为6MW和9MW，年发电量分别为1998万kWh和2941万kWh。1.5 枢纽布置及主要建筑物1.5.1 坝址、坝线、坝型比选1.5.1.1 坝址比选 项目建议书阶段共选择了九道拐、小黑滩、大黑滩三个坝址进行比较，从地形地质、水库水质和工程技术经济等条件看，大黑滩坝址存在明显缺点，根据项目建议书审查意见，本阶段予以放弃，本阶段仅对九道拐和小黑滩两坝址进行比较。 a) 地形地质条件 两坝址出露地层和岩性基本相同，但两坝址的地形差异较大。九道拐坝址为纵向河谷、河谷较宽，地形零乱，左岸坝肩下游有一条宽6m，切割深达10m30m的冲沟，对坝肩稳定不利，左岸坝区有体积约15万m3的地滑堆积物分布，处理工程量较大，相对不透水层埋深大，防渗工程量大，离陈家大院滑坡较近。 小黑滩坝址在九道拐下游1km，为横向谷，河段顺直，河谷狭窄，两岸地形完整，岸坡稳定，左岸基岩裸露，右岸覆盖层埋深较浅，两岸相对隔水层（q3Lu）顶板埋藏也较浅，防渗条件较好，离陈家大院滑坡体较远，且经一90的拐弯，对主体建筑物的安全影响较小。从地形地质条件比较，小黑滩坝址要优于九道拐坝址。 b) 工程布置 小黑滩坝址其溢洪道、拉沙放空洞、引水隧洞和导流洞均可分两岸布置，这样建筑物布置分散，施工和运行干扰较小。 九道拐坝址受右岸地形的制约，泄洪洞、拉沙放空洞、引水洞及导流洞均需布置于左岸、施工和运行易产生干扰；同时，引水隧洞和拉沙放空洞的长度比小黑滩增加57m；再则，泄洪隧洞上段处于软岩地层，其成洞条件、施工条件和费用均较大。所以，从工程布置和施工上小黑滩坝址要优于九道拐坝址。 c) 水力学条件 九道拐坝址的泄洪隧洞出口落水点位于小黑滩河段内，与河槽夹角大，水流条件差，对冲右岸山坡，对消能防冲不利。而小黑滩坝址的溢洪道布置较顺畅，水流归槽条件好。 d) 工程量与投资 九道拐坝址的坝体填筑方量、洞挖方量及防渗处理工程量均比小黑滩坝址来得大，反映在投资上要比小黑滩坝坛加 2650万元。 所以，不论从地形地质条件，工程布置和施工条件，还是从工程量和投资效益等方面比较，小黑滩坝址比九道拐坝址更具优越性，故本阶段推荐采用小黑滩坝址。