重力坝毕业设计说明书.docx
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重力坝毕业设计说明书
第一部分设计说明书
1概述
1.1工程地理位置
大华桥水电站位于云南省怒江州兰坪县兔峨乡境内澜沧江上游河段上，距
兰坪县城77km，是澜沧江干流水电基地上游河段规划的八座梯级电站中的第六级，电站距黄登水电站约40km；下邻距苗尾水电站约60km。
1.2流域概况
澜沧江是湄公河上游在中国境内河段的名称，藏语拉楚，意思为獐子河”它也是中国西南地区的大河之一，是世界第六长河，亚洲第三长河，东南亚第一长河。
澜沧江源出青海省唐古拉山，源头海拔5200米，主干流总长度2139千米,澜沧江流经青海、西藏和云南三省，在云南省西双版纳傣族自治州勐腊县出境成为老挝和缅甸的界河，后始称湄公河。
湄公河流经老挝、缅甸、泰国、柬埔寨和越南，于越南胡志明市流入中国南海。
1.3水文气象资料
（1）洪峰流量
根据水文分析，各频率下的洪水流量列入下表所示。
表1.3-1下坝址各频率洪水成果表
频率（％）
0.01
0.02
0.05
0.1
0.2
0.5
1
2
5
10
20
50
Qm
1600
1500
1370
1270
1160
1040
931
830
695
593
489
350
（m3/s）
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
（2）洪峰单位过程线
依据观测资料，88个小时的单位洪峰流量如表1.3-2所示，其过程线如图1.3-1
所示。
表1.3-2坝址单位洪水过程表
小时
（h）
流量（%）
小时
（h）
流量（%）
小时
（h）
流量（%）
0
6.47
30
81.05
60
26.14
2
12.48
32
73.20
62
25.42
4
25.62
34
67.32
64
24.97
6
47.19
36
60.85
66
24.51
8
60.39
38
56.01
68
23.92
10
66.67
40
51.70
70
22.88
12
67.97
42
47.45
72
21.70
14
69.28
44
44.31
74
20.46
16
69.93
46
40.52
76
19.41
18
71.24
48
37.52
78
18.04
20
73.86
50
34.97
80
17.12
22
79.08
52
32.29
82
16.41
24
90.20
54
30.39
84
15.62
26
100.00
56
28.63
86
14.84
28
92.16
58
27.39
88
14.12
图1.3-1单位洪水过程线
（3）水库水位~库容关系
表1.3-3水位~库容曲线
水位（m）
水库库容（万m3）
水位（m）
水库库容（万m3）
1406.04
0.00
1455.06
10743.74
1410.27
48.77
1460.38
13677.17
1414.96
280.93
1465.18
16940.41
1420.03
634.35
1470.19
20457.56
1424.76
1137.67
1472.30
22077.48
1430.17
1908.36
1473.39
22867.10
1434.96
2929.91
1475.07
24418.05
1440.20
4319.94
1476.37
25363.79
1445.12
6151.28
1479.28
27934.60
1450.00
8285.06
1480.25
28854.22
图1.3-2水位~库容曲线
（4）坝址水位流量关系
表1.3-4坝址水位流量关系表
流量（m3/s）
水位（m）
流量（m3/s）
水位（m）
555
1406.76
6844
1419.62
813
1407.62
7810
1420.58
121
1408.88
8844
1421.67
1590
1409.90
9932
1422.69
1996
1411.01
11084
1423.75
2438
1412.13
12200
1424.78
2900
1413.25
13400
1425.81
3366
1414.29
14600
1426.84
3850
1415.26
15800
1427.92
4449
416.42
17000
1429.02
5146
1417.57
18200
1430.02
5931
1418.66
19500
1430.95
（5）其它资料
1）坝址区地震基本烈度为切度
2）风速及风区长度：
重现期为50年的年最大风速为30.5m/s,多年平均最大风速为16.3m/s计算，风区长度为400m;
3）淤沙情况：
坝前淤沙高程为1406.9m，泥沙浮重度为9.0kN/m3，内摩擦角
（P
s为15°；
1.4坝址区地质构造资料
坝址处坝基岩体以中等坚硬的板岩和坚硬的石英砂岩互层为主，二者比例
基本为1:
1，层面闭合，结合紧密，微风化岩体完整性较好（RQD为
50%~70%），从岩体强度、抗变形能力上石英砂岩较好，而板岩较差。
河床坝基岩体质量以川1类为主，两岸石英砂岩多为川1~W1、板岩多为川2~IV1类，
承载力总体能满足要求。
坝基断裂构造不发育，两岸岩层层序对应关系正常主要结构面为单一的横河向、陡角度略倾向下游的层面，且多为胶结较好的硬性结构面，对坝基稳定影响较小。
表1.4-1坝址区岩体力学参数表
岩
性
岩石
饱和抗压强度
岩石
饱和抗拉强度
岩石
饱和
密度
泊松比
模量值
岩体/岩体
允许承载力
抗剪断
抗
剪
变模
E0
模
弹日
f，
f
c
f
MPa
MPa
g/cm3
GPa
MPa
MPa
板
岩
40
2.5
2.77
0.23
6
9
0.90
0.80
0.65
6
砂
岩
0.20
8
10
1.0
1.55
0.7
岩石与混凝土间抗剪断强度参数f=0.85~0.95，粘聚力c=0.80~0.95MPa；
抗剪强度参数f=0.65.
1.5筑坝材料
（1）当地材料。
勘测结果如下。
1）砂：
河沙A:
在坝址下游3~5km处，颗粒较粗，其主要颗粒直径在0.5~1.0之间，d30=°.65mm,不均匀系数叽心二21。
砂均在正常河水附近，含泥量约为3.5%，沿河有公路可通。
河砂B：
在坝址下游20km处，粒径较小，d50=O.32mm，不均匀系数二20
2）石料：
岩石物理性质：
比重为2.65t/m3,干抗压极限强度为140MPa,饱和抗
压极限强度为105MPa，经过25次冻融后抗压极限强度为105MPa。
3）土料：
有黏土、沙壤土及土皮土风化料，其分布、储量及性质见表1.5-1、
1,5-2。
表1.5-1建筑材料性质表
、\^土壤名称
土壤特性
河砂A
河砂B
黏土
沙壤土
土皮山
土壤干谷重（kPa）
16
16
17
16.6
16
孔隙率
0.45
0.42
0.35
0.38
0.398
内摩擦系数f（自然含
水量）
0.60
0.55
0.35
0.30
0.60
内摩擦系数f（饱和含
水量）
0.60
0.55
0.24
0.28
0.50
粘结力c（kPa）
0
0
100
100
0
渗透系数K（cm/s）
2.0X103
6.0X10
4.0X10
1.0X-10
1.0X!
c
天然含水量（%）
20
17
最优含水量（%）
19
18
22.5
压缩模量E（kPa）
12000
10000
表1.5-2当地材料分布及储量表
部位
I
II
III
IV
材料
石料
砂壤土
黏土
石料
位置
坝址上游
2km右岸
坝址上游
2km左岸
坝址上游
1.3km左岸
坝址上游
3.5km右岸
可开米量（万m3）
15
8
5
10
4）卵石：
在本河流下游支流河口处有卵石80X14m3,粒径在1~20cm,质地良好，可作为混凝土骨料。
（2）外来材料
1）水泥：
坝址处下游有一大水泥厂，可供给本工程以足量的水泥；
2）钢筋：
可从兰坪县城运取；
3）木材：
距工地40km的地区可大量供应。
（3）交通情况
坝址处交通便利，公路、铁路均与外界相通，可满足本工程的设备与材料的运输要求。
1.6工程枢纽任务与效益
根据澜沧江流域工农业生产发展需要及县河干流自然地理及社会经济条件并结合现状开发情况及现场查勘规划设想，确定大华桥水电站的开发任务是：
以发电为主，兼顾农业灌溉、防洪、城镇工业、居民生活供水、人畜饮水、短途航运等综合利用效益。
2枢纽选择和布置
2.1枢纽建筑物组成、工程等级及建筑物级别划分
2.1.1枢纽建筑物组成
根据澜沧江流域的开发任务，大华桥水电站的效益主要是发电效益，其次是兼顾农业灌溉、防洪、城镇工业、居民生活供水、人畜饮水、短途航运等综合利用效益。
故该工程的永久建筑物包括挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、电站厂房、开关站等。
为便于施工，还需要导流建筑物、施工围堰等临时建筑物。
2.1.2工程等级及建筑物级别确定
本工程正常蓄水位H=1477m，相应库容V=2.93亿m3根据水利水电工程等级划分及洪水标准》（见表2.1-1）确定本工程的规模为大
（2）型，工程等级为二等，再根据永久性水工建筑物的级别》表2.1-2）得相应永久建筑物级别为2级，次要建筑物为3级。
最后根据〈山区、丘陵区水利水电永久性水工建筑物洪水标准［重现期（年）］》表2.1-3）得该工程设计洪水重现期500年，校核
洪水重现期2000年。
表2.1-1水利水电工程分等指标
工程等别
工程
规模
水库总库
容（108
m3）
防洪
治涝
灌溉
供水
发电
保护城镇及工矿企业的重要性
保护农
田（104亩）
治涝面
积
灌溉面
积
供水
对象
装机容
量
（104
亩）
（104
亩）
重要
性
（104
kW）
大⑴
特别
特别
I
型
>10
重要
>500
>200
>150
重要
>120
n
大⑵
10〜1.0
重要
500〜
200〜
150〜
重要
120〜
型
100
60
50
30
1.0〜
100〜
60〜
50〜
30〜
中型
0.10
中等
30
15
5
中等
5
小⑴
0.10〜
15〜
5〜
IV
型
0.01
一般
30〜5
3
0.5
一般
5〜1
小⑵
0.01〜
V
型
0.001
<5
<3
<0.5
<1
注：
1、水库总库容指水库最高水位以下的静库容；
2、治涝面积和灌溉面积均指设计面积。
表2.1-2永久性水工建筑物的级别
工程等别
永久性建筑物的级别
主要建筑物
次要建筑物
I
1
3
n
2
3
川
3
4
IV
4
5
V
5
5
表2.1-3山区、丘陵区水利水电永久性水工建筑物洪水标准［重现期（年）］
项目
水工建筑物级别
1
2
3
4
5
设计
1000〜500
500〜100
100〜50
50〜30
30〜20
校
核
土石坝
可能最大洪
水（PMF）
或10000〜
5000
5000〜
2000
2000〜
1000
1000〜
300
300〜200
混凝土
坝、浆
砌石坝
5000〜
2000
2000〜
1000
1000〜
500
500〜200
200〜100
2.2坝址、坝型的选定
2.2.1坝址、坝型选择的原则
坝址、坝型选择是水利枢纽设计的重要内容，二者相互联系，不同的坝址可以选用不同的坝型，同一个坝址也应考虑几种不同的枢纽布置方案并进行比较。
在选择坝址、坝型时，应研究枢纽附近的地形地质条件、水流条件和建筑材料、施工条件、枢纽布置等：
（1）地质条件。
地质是坝址、坝型选择的主要依据之一。
拱坝、重力坝需建在岩基上；土石坝则岩基、土基均可修建。
坝址选择应该注意一下几个方面的问题：
1对断层破碎带，软弱夹层要查明其产状、宽度（厚度）、充填物和胶结情况，对垂直水流方向的陡倾角断层应尽量避开，对具有规模较大的垂直水流
方向的断层或是存在活断层的河岸，均不应选择坝址。
2在顺向河谷（指岩层走向与河流方向一致）中，总有一岸只与岩层倾向一致的顺向坡，当岩层倾角小于地形坡角，岩层又有软弱结构面时，在地形上存在临空面，这种岸坡极易发生滑坡，应当注意。
3对于岩溶地区，要掌握岩溶发育规律，特别要注意潜伏溶洞、暗河、溶沟和溶槽，必须查明岩溶对水库蓄水和对建筑物的影响。
4对土石坝，应尽量避开细砂、软粘土、淤泥、分散性土、湿陷性黄土和膨胀土等土基。
（2）地形条件。
河谷狭窄，地质条件良好，适宜修建拱坝；河谷宽阔，地质条件较好，可选用重力坝或支墩坝；河谷宽阔、河床覆盖层深厚或是地质条件较差，且土石、沙砾等当地材料储量丰富，适宜修建土石坝。
在高山峡谷区布置水利枢纽，应尽量减少高边坡开挖。
坝址选在峡谷地段，坝轴线短，坝体工程量小，但不利于泄水建筑物等的布置，因此需综合考虑。
（3）筑坝材料。
坝址附近应有足够的符合要求的天然建筑材料。
（4）施工条件。
便于施工导流，坝址附近特别是其下游应有开阔地形，便于布置施工场地；距离交通干线近，便于交通运输；可与永久电网连接，解决施工用电问题。
（5）综台效益。
选择坝址应综合考虑防洪、灌溉、发电、航运、旅游、环境等各部门的经济效益。
坝址选择与地形、地质条件、坝型、枢纽布置和施工导流等因素有关，在满足枢纽布置和施工导流要求的前提下，坝轴线应尽可能短，以节省工程量。
从地质条件看，坝址应选在地质构造简单，无大的地质构造的地方。
222坝址的选定
根据以上原则的比选，最终确定大华桥水电站位置，此处河谷狭窄，且呈
U”型
223坝型的选定
可供选择的坝型有土石坝、拱坝、面板堆石坝、碾压混凝土重力坝等。
具体比较选择如下：
（1）土石坝
在有条件的情况下，为了节省材料，选择坝型的时候应首先考虑就地取材筑坝，土石坝材料可以就地取用，并且对地基要求不是很高，能较好地适应地基变形，结构简单，施工技术简便，工序少，可以组织机械化快速施工。
但是坝址附近缺乏符合筑坝条件的土料，难以满足筑坝对土石坝的需要量；其次，
土石坝坝顶不能溢流，该河谷较窄，两岸陡峻，少有阶地，施工导流不如混凝土坝方便，坝体的断面大，故不适合修建土石坝。
（2）拱坝
拱坝的工作原理：
一是依靠拱的作用，将力传给拱座；二是依靠悬臂梁的将力传给基岩。
其主要特点：
受力条件好，河谷形状深窄较好；坝体积小，主要依靠拱作用维持稳定，自重作用影响不大；超载能力强，安全度高；抗震性能好；施工技术要求高，地基处理要求严格。
根据拱坝的特点，要求建造在狭窄的河谷上；对地质条件较理想的是岩石尽量致密，质地均匀，有足够的强度、不透水性和耐久性；两岸拱座基岩坚固而完整，边坡稳定，没有大的断裂构造和软弱夹层。
根据邻近场地资料，弱风化钙质板岩饱和状态下抗压强度10.0〜15.0MPa,
为软岩。
微风化风化钙质板岩饱和状态下抗压强度25.0〜30.0MPa，为较软岩。
50
片岩强度具有明显的各向异性，单轴抗压试验其受力方向与片理的夹角约易沿片理、破坏，当云母含量多时，其强度降低明显。
故岸边岩石强度不符合要求，不适合修建拱坝。
（3）面板堆石坝
经初步估算，在坝址附近没有足够的砂石料，不能满足建坝的材料要求；若采用面板堆石坝，对于所需的材料要从较远的地方开采、运输，增加了投资成本；其次，面板堆石坝对地基沉陷较敏感，面板变形、开裂问题较难解决，坝体周边缝的处理也是难题之一；另外，施工过程中要采取隧洞导流，并要在岸边单独修建溢洪道，工程开挖量大，增加投资，故不适合修建面板堆石坝。
（4）碾压混凝土重力坝
碾压混凝土重力坝与常态混凝土重力坝相比，具有以下优点：
工序程序简单，可快速施工，缩短工期，提前发挥工程效益；胶凝材料用量少，特别是水泥的用量少，由于水泥用量减少，结合薄层大仓面浇筑，坝体内部混凝土的水化热温升可大大降低，从而简化了温控措施；不设纵缝，节省了模板和灌浆等费用，可使用大型施工机械设备，提高混凝土运输和浇筑的工效。
但是也有缺点，如坝体混凝土需要分区，各分区混凝土的级配等。
结合设计内容，综合考虑各方面因素，故确定选择碾压混凝土重力坝设计
2.3枢纽布置
2.3.1枢纽布置的原则
重力坝的坝轴线一般采用直线。
但是有时由于地形、地质或其它条件限制采用折线或者曲线。
坝体布置应结合水利枢纽通盘考虑。
在一般情况下，泄洪建筑物和厂房应尽量布置在主河床位置。
过船和过木建筑物不宜与厂房布置在同一侧。
灌溉、供水建筑物一般位于岸坡，过鱼设施宜靠近厂房等经常过水建筑物。
还应妥善解决排沙及冲淤等问题。
位于流量较大而河面较窄的河道上的高坝式水利工程可考虑研究坝内式电站、厂房顶溢流式电站、厂房前挑流式电站或者地下式电站等布置型式。
位于宽广河道上的中、低坝，可利用电站厂房挡水代替一部分坝体。
上坝道路的布置应有利于特大洪水时进行抢护的交通需要。
大型枢纽工程的坝体布置，应经水工模型试验，验证运行期及施工期的流态和冲淤状况是否满足各项建筑物的运用需要。
模型范围应包括下游河床及两岸可能冲淤部位。
中型工程应尽量进行一定的水工模型试验。
枢纽布置主要考虑以下原则：
（1）过坝水流应尽量顺直归槽；
（2）尽量减少开挖和地基处理工程量；
（3）有效利用峡谷空间使布局协调紧凑；
（4）重视枢纽建筑物的综合利用；
（5）简化施工导流程序。
232枢纽布置方案的选定
该工程枢纽建筑物主要包括：
非溢流坝段、溢流坝段、引水系统、电站厂房等。
（1）非溢流坝的布置。
非溢流坝一般布置在河岸部分并与岸坡相连，非溢
流坝与溢流坝或其他建筑物相连处，常用边墙、导墙隔开。
连接处尽量使迎水面在同一平面上，以免部分建筑物受侧向水压力作用改变坝体的应力。
在宽阔河道上以及岸坡覆盖层、风化层极深时，非溢流坝段也可采用土石坝。
（2）溢流坝的布置。
溢流坝的位置应使下泄洪水、排冰时能与下游平顺连接，不致冲淘坝基和其他建筑物的基础，其流态和冲淤不致影响其他建筑物的使用，一般布置在河谷的最深处对应位置。
根据各布置原则，最终选用的枢纽布置方案为：
混合式开发，坝址位于河谷U”形处，引水线路布置于河道右岸。
2.4调洪演算
2.4.1水库运行方式
本工程坝型为混凝土重力坝，为充分利用混凝土坝坝身泄水的特点，泄水方式选用表孔溢流式。
当水库来水量小于防洪限制水位下的下泄流量时，用闸
门控制下泄流量，即来多少水泄多少水，保持防洪限制水位不变；当水库来水量大于防洪限制水位下的下泄流量并小于下游承受的最大洪水量，打开闸门敞
泄，水库水位将逐渐升高，库容也相应增大；当下泄流量增大到下游所能承受的最大泄量时，考虑到下游防洪标准，用闸门控制下泄量在下游承受的最大洪水量，即大坝的安全泄量，把多余的洪水拦蓄在水库内。
此时水位将在本次洪水中达到最高，库容将达到最大。
2.4.2调洪演算的目的
水库调洪计算的直接目的，在于求出水库逐时段的蓄水、泄水变化过程，从而获得调节该次洪水后的水库最高洪水位和最大下泄流量，以及对应的水库库容，以用于进一步防洪计算分析。
2.4.3调洪演算的基本原理及计算方法
水库调洪计算的基本原理，是逐时段地联立求解水库的水量平衡和泄蓄方程，即圣维南方程组：
11
㊁QiQ2t-㊁©72）：
t
q二fV
调洪演算的具体方法有多种，目前常用的有：
列表试算法，半图解法和简单三角形法。
这三种方法各有优缺点：
列表试算法的结果较为准确，并适用于计算时段改变，泄流规律变化的情况，且便于使用计算机进行计算，是水库调洪计算的基本方法。
但是采用手算时列表试算法计算工作量较大。
半图解法常用的有单辅助线法和双辅助线法，采用手算时比较简单，同时也可以用计算机绘制辅助曲线，但半图解法不适用于计算时段不同或者泄流规律变化的情况。
简单三角形的使用条件是：
溢洪道上面没有闸门的控制，汛前水位与堰前水位齐平，入库洪水和出库洪水均可以简化为三角形。
特别是有闸门的溢洪道及泄洪洞，其泄流过程与直线变化不大时，不易采用此方法。
在本工程中，采用半图解法进行洪水调节计算。
244调洪演算的基本资料
1.工程等级及防洪标准
在2.1.2中，已经确定大华桥电站为大
（2）型工程，主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。
防洪标准为：
设计洪水标准为500年一遇，校核洪水标准为2000年一遇；对应洪水重现期频率分别为：
设计洪水0.2%，校核洪水0.05%。
2.大华桥水库水位库容关系表及曲线,见表244-1,图244-1
表2.4.4-1水库水位库容关系表
水位（m）
水库库容（万m3）
水位（m）
水库库容（万m3）
1406.04
0.00
1455.06
10743.74
1410.27
48.77
1460.38
13677.17
1414.96
280.93
1465.18
16940.41
1420.03
634.35
1470.19
20457.56
1424.76
1137.67
1472.30
22077.48
1430.17
1908.36
1473.39
22867.10
1434.96
2929.91
1475.07
24418.05
1440.20
4319.94
1476.37
25363.79
1445.12
6151.28
1479.28
27934.60
1450.00
8285.06
1480.25
28854.22
1490
图2.4.4-1水库水位库容关系曲线图
3.大华桥水
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