A江坝后式厂房双曲拱坝设计说明书.docx

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A江坝后式厂房双曲拱坝设计说明书

摘要

A江是我国东南地区的一条河流，根据流域规划拟建一座水电站。

A江水利枢纽同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用，水库正常蓄水位183.75m，设计洪水位186.7m，校核洪水位189.80m，汛前限制水位182m，死水位164m，尾水位103.5m。

水库死库容4.76亿m3，总库容9.6亿m3。

A江水利枢纽工程等别为一等，工程规模为大

（1）型工程，主要建筑物级别为1级，次要建筑物级别为3级，临时性建筑物级别为4级。

A江水利枢纽的主要组成建筑物有挡水建筑物、主副厂房、泄水建筑物、过木筏道等。

经过坝型比选，选定挡水建筑物为一变圆心变外半径的双曲拱坝，坝顶弦长312m，最大坝高100.4m，坝底厚25.7m，坝顶宽8.5m。

设计中对四种工况的坝体应力分别采用了电算和手算，手算运用拱冠梁法。

泄水建筑物由两个浅孔和两个中孔组成：

浅孔位于两岸，孔口宽8.5m，高8.0m，进口底高程为164m，出口底高程为154m；中孔位于水电站进水口两侧，孔口宽7.5m，高7.5m，进口底高程为135m，出口底高程为130m。

在坝身泄水孔的上下游侧分别布置检修闸门和工作闸门，检修闸门采用平板门，工作闸门采用弧形闸门，在每一个工作闸门的上方有启闭机房，浅孔启闭机房高程为173.38m，中孔启闭机房高程为150.82m。

泄槽支撑结构采用框架式结构。

坎顶高程为117.m,浅孔反弧半径为40m,中孔反弧半径为50m。

泄槽直线段的坡度与孔身底部坡度一致,挑射角θ=20o,导墙厚度为1.0m,浅孔导墙高度为8.5m,中孔导墙高度为11m。

坝后式厂房装有4台5万kW的发电机组，主厂房长81m，宽18m，副厂房长66m，宽10m，安装场长21m，宽18m。

压力管道的直径为4.6m，进水口底高程为152.4m。

发电机层高程为114.8m，尾水管底高程为90.8m，厂房顶高程为130.5m。

为防止坝基渗漏，在坝基靠近上游侧进行帷幕灌浆，并且为了减少坝基的扬压力，在灌浆帷幕之后设置排水孔。

各孔间距均为5.0m。

为了防止混凝土产生裂缝，拱坝坝体设置横缝，横缝面上需设置键槽，以咬合加固，增强坝体的抗剪能力。

当底宽在40～50m以上的拱坝，才考虑设置纵横缝，而本设计中，拱坝坝底宽为25.7m，小于40m，故可不设置纵缝。

Abstract

AjiangisariverwhichliesinsoutheastofChina.Accordingtodrainageareaprogramming,awaterpowerstationisplanningtobuiltonit.Ajianghydrocomplexplaysanimportantpartsinfloodcontrol,waterpower,irrigation,fisheryandsoon.

Thereservoirnormalwaterlevelis183.75m,designfloodlevelis186.7m,maximumfloodlevelis189.80m,floodcontrollevelis182m,deadwaterlevelis164m,tailwaterlevelofhydropowerstationis103.5m.Thedeadreservoircapacityis476,000,000m3,andthetotalreservoircapacityis960,000,000m3.

ThehydraulicengineeringgradeisGradeI.Thekey、secondaryandtemporarystructures’gradeisGradeI、IIIandIV.

Thekeyhydroprojectisconsistofwaterretainingstructure,powerhouse,auxiliaryroom,sluicestructure,raftsluice,andsoon.

Thewaterretainingstructureisadoublecurvaturearchdam.Thelengthoftheaxisofcrestdamisabout312m.Maximumheightofthedamis100.4m,thethicknessofthebottomofthedamis25.7m,andthewidthofthetopofthedamis8.5m.

Inthisdesign,weusetwodifferentmethodstocalculatethestessofthearchdaminfourstatus.Oneisusingprogram,theotherisusingcrowncantilevermethodtocalculate.

Thereleasestructureiscomprisedof2mid-leveloutletand2short-leveloutlet.Thewidthoftheshort-leveloutletis8.5m,andtheheightis8.0m;thewidthofthemid-leveloutletis7.5m,andtheheightis7.5m.Theupstreamandthedownstreamsideofeveryoutletareabulkheadgateandaoperatinggatewhichisaradialgate.Thereisaroomwhereagatehoistisputaboveeveryservicegate.Thetworoomswhichareabovethemid-leveloutletservicegateareatanelevationof150.82metres,andtheothertworoomsareatanelevationof173.38metres.Theintakeofthemid-leveloutletisatanelevationof135metres,andtheintakeoftheshort-leveloutletisatanelevationof164metres.

Thepowerhouseliesatthedamtoe.Thedimensionsofthepowerhouseandtheauxiliaryroomare81m×18mand66m×10m.Thegeneratorfloorisatanelevationof114.8mmetres,andthebottomofthedrafttubeisatanelevationof90.8metres,thetopofthepowerhouseisatanelevationof130.5metres,andtheintakeofhydropowerstationisatanelevationof152.4metres.

Incaseofleakageofthedamfoundation,thereneedcurtaingroutingatthebaseofthedam,behindwhichtherearedrainageholeswhichcandecreasetheupliftpressureofthedamfoundation.

Inradialdirectionsitneedstosetkeystrench,whichwillreinforcetheresistantofshearingintensionofthedam.Forthebottomofthedamissmallerthan40～50metres,soitneedsnolongitudinaljoints.

第一章综合说明

1.1概述

1.1.1枢纽概述

A江是我国东南地区的一条河流，流向自西向东，流经Ａ省南部地区，汇入东海，干流全长153公里，流域面积4860平方公里。

根据流域规划拟建一座水电站，本设计任务是对A江水利枢纽进行设计。

A江水利枢纽是一项同时兼顾防洪，发电，灌溉，渔业等综合作用的水利工程。

坝址以上流域面积2761平方公里,水库正常蓄水位为183.75m，汛前限制水位为182m，死水位为164m，设计水位为186.7m，校核水位为189.80m。

电站多年平均发电量为5.08亿度，4台机组满载时的流量为338m3/s,尾水位103.5m。

正常蓄水位时，水库面积为35.6平方公里，为发展养殖创造了有利条件，同时增加灌溉面积250万亩。

A江水利枢纽的主要组成建筑物有拦河大坝，坝后式厂房，泄水建筑物，过木筏道，开关站以及上坝公路等。

拦河大坝为双曲拱坝，最大坝高为100.4m，主体工程量约为362860m3左右，坝顶宽8.5m，坝顶拱弦长约312m，坝底宽25.7m。

　　坝后式厂房装有4台5万kW的发电机组，主厂房长81m，宽18m，副厂房长66m，宽10m，安装场长21m，宽18m,尾水管底高程为90.8m。

发电机层高程114.8m。

泄水建筑物由两个浅孔和两个中孔组成：

浅孔位于两岸，孔口宽8.5m，高8.0m，进口底高程为164.0m，出口底高程为154.0m；中孔位于水电站进水口两侧，孔口宽7.5m，高7.5m，进口底高程为135.0m，出口底高程为130.0m。

在坝身泄水孔的上下游侧分别布置检修闸门和工作闸门，检修闸门采用平板门，工作闸门采用弧形闸门，在每一个工作闸门的上方有启闭机房，浅孔启闭机房高程为173.38m，中孔启闭机房高程为150.82m。

泄槽支撑结构采用框架式结构。

坎顶高程为117.4m,浅孔反弧半径为35m,中孔反弧半径为50m。

泄槽直线段的坡度与孔身底部坡度一致,挑射角θ=20o,导墙厚度为1.0m,浅孔导墙高度为8.5m,中孔导墙高度为11m。

过木筏道位于右岸。

根据林业部的要求，每年木材过坝量为33.3万m3，起木材最大长度为10m，大头直径为100cm。

开关站长66m，宽26m，位于左岸。

1.1.2设计要求

在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上，要求：

（1）根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶的高程和泄水建筑物孔口尺寸。

（2）通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式，轮廓尺寸及水利枢纽布置方案。

（3）详细做出大坝设计，并通过比较确定坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定地基处理方案和坝身构造，进行水利计算、静力计算。

（4）对地基处理（待坝型选定后指定）进行设计，选择泄水建筑物的形式与轮廓尺寸，确定布置方案，拟订细部构造，进行水利计算、静力计算。

（5）对A江水利枢纽各组成建筑物进行总体布置以及细部构造设计。

1.2工程特性表

表1-1工程特性表

水库特性

水库水位

死水位

高程164.00m

汛前限制水位

高程182.00m

正常蓄水位

高程183.75m

设计洪水位

高程186.70m

校核洪水位

高程189.80m

主要建筑物

大坝资料

大坝级别

Ⅰ级

大坝型式

双曲拱坝

坝顶高程

192.4m

坝底高程

92.00m

最大坝高

100.4m

坝顶弦长

312.00m

坝顶厚度

8.50m

坝底厚度

25.70m

混凝土方量

362860立方米

泄水建筑物

泄洪方式

/

孔口尺寸

进口高程

出口高程

两浅孔

8.5×8m2

164.0m

154.0m

两中孔

7.5×7.5m2

135.0m

130.0m

闸门形式

检修闸门

平板闸门，设在进口处

工作闸门

弧形闸门，设在出口处

（表1-1）

泄水建筑物

消能方式

滑雪道式泄槽挑流对撞消能

P=1‰下泄流量

6600m3/s

P=0.2‰下泄流量

6880m3/s

厂房

最大引用流量

338m3/s

装机容量

4×5.0万kW

引水道

型式

钢管

数量

4条

内径

4.6m

第二章设计资料

A江是我国东南地区的一条河流，根据流域规划拟建一水电站。

本设计的任务是对A江水利枢纽进行设计，其基本设计要求如下。

2.1枢纽任务

本工程同时兼有防洪，发电，灌溉，渔业等综合利用。

水电站装机容量为20万kW，多年平均发电量5.08亿度。

正常蓄水位183.75m，汛前限制水位182m，死水位164m,4台机满载时的流量338m3/s，尾水位103.5m，厂房形式为坝后式。

本工程建成后，可增加保灌面积250万亩，减轻洪水对A江A市和A平原的威胁，在遇到P=0.02%和P=0.1%频率的洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来的14900m3/s、11700m3/s分别削减为7600m3/s、6600m3/s，要求设计洪水时最大下泄流量限制为6600m3/s，正常蓄水位时，水库面积为35.6平方公里，可为发展养殖创造有利条件。

此外，根据林业部的要求，每年木材过坝量为33.3万立方米，其木材最大长度为10m，大头直径为100cm。

2.2基本资料

2.2.1自然地理

2.2.1.1流域概况

A江为我国东南部的一条河流，流向自西向东，流经A省南部地区，汇入东海，干流全长153km，流域面积4860km2。

坝址以上流域面积2761km2，流域境内为山区，平均高度662m，最高山峰达1921m，流域境内气候湿润，雨量充沛为热带气候。

径流主要来自自降雨，小部分由地下水补给，每年4～9月为汛期，其中5、6月份为梅雨季节，河道坡降上游陡，下游缓，平均坡降6.32～0.97％，因为河道陡，调蓄水能力低，汇流快，由暴雨产生的洪水迅速涨落，一次洪水过程线尖瘦，属于典型的山区性河流。

流域境内以农林为主，森林茂盛，植被良好，水土流失不严重，枢纽下游为A省的重要农副业基地A平原。

坝址下游约50公里有县级城市两座，在河流入海处有省直辖市一座。

2.2.1.2气候特性

（1）气温

坝址处的多年的平均气温为17.3°C，月平均气温最低（一月份）5°C，最高（七月份）29°C，实测极端最低气温－8.2°C，最高为40.6°C。

（2）湿度

年平均相对湿度79％左右，其中以6月份87％为最大，1月份72％为最少，日变化较大。

（3）降雨量

坝址以上流域的年平均降雨量为1680毫米，实测年最大降雨量为2389毫米，最少为1380毫米，雨量在年内分配不均，其中4～9月份的占年降雨量的75％，5、6月份的占全年的1/3。

表2—1各月雨量的雨型及日数统计表

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

全年

实际天数

d

31

28

31

30

31

30

31

31

30

31

30

31

0.3-10雨日

mm

3

4

5

7

12

12

10

9

8

7

6

4

10-30雨日

mm

2

3

4

5

8

9

6

5

4

3

2

1

30以上雨日

mm

9

1

1

8

5

6

3

2

2

1

0

0

（4）蒸发量：

坝址处多年蒸发量为1349毫米，其中以7月份最大，月蒸发量217毫米，2月份为最小，月蒸发量45.4毫米。

（5）风向风力

实测最大的风速为71m/sec，风向西北偏西，吹程4.5公里，多年平均最大风速为：

汛期12m/sec，非汛期13m/sec，风向基本垂直坝轴线，吹程4公里。

（6）水库水温

据资料分析，各层水温的多年平均水温（TH）及年变幅（TC）按下列公式计算：

TH=

△Tc＝

其中：

H为水深。

2.2.1.3水文特征

（1）正常径流

根据资料分析，坝址处的多年平均径流量为100m3/s，多年均径流总量为31.5亿m3，各频率的月平均量见表：

表2—2各频率的月平均流量

月份

频

率（％）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

多年平均

1

116

267

324

490

689

679

346

263

331

102

121

113

186

5

78

179

235

364

510

537

352

177

210

73

77

73

150

50

21

49

89

141

216

277

78

44

44

26

16

16

97

80

8

19

47

73

127

184

22

15

12

13

4

5

74

95

2

5

22

36

69

121

5

4

2

6

1

1

55

23

65

103

162

215

295

115

61

67

31

24

24

100

（2）洪峰流量和总量

根据水文资料推算，坝址处的洪峰流量和总量如下：

a.洪峰流量Q＝3310m3/s，Cv=0.45,Cs=4Cv,皮Ⅲ型线，各频率流量如下表所示：

表2—3各频率流量表

频率（％）

0.02

0.1

0.2

1

5

10

20

50

备注

流量

14900

11700

m3/s

b.洪峰总量

三日洪水总量的均值W=3.5亿m3，Cv=0.38,Cs=3Cv,皮Ⅳ型线，各频率流量如下表所示：

表2—4各频率流量表

频率（％）

0.01

0.1

0.2

0.2

1

5

10

20

50

备注

△总量Wp

7.94

6.85

亿m3

△可能最大三日洪量为15/4亿m3。

三日洪水过程线见附图

c.施工期的设计洪水频率量

表2—5施工期的设计洪水频率量

施工时段

频率

10～4月

9～6月

10～3月

11～6月

11～2月

12～2月

备注

5

2087

1772

1367

1367

884

824

10

1673

1410

1072

1072

654

596

20

1275

1045

784

784

434

332

（3）固体径流量及水库淤积

据水文站实测资料分析，年固体径流总量为331万吨，百年后水库淤积高程115m，淤沙容量为8.5kN/m3，内摩擦角10°。

（4）其他

本坝址地震烈度为7˚。

2.2.2工程地质

2.2.2.1库区工程地质

库区岩性以火山岩和沉积岩为主，褶皱规模不大，均为背斜，两翼地层平缓，并且不对称。

有较大的断层二条，这些褶皱和断层呈北东向展布，以压扭性为主，倾角较陡，延伸长度达几至几十公里，断层单宽1米左右。

个别达10米以上。

断层破碎都已胶结。

库区水文地质简单，以裂隙水为主，地下分水岭均高出库水位以上。

2.2.2.2坝址工程地质

（1）地貌

坝址处的河床宽度为100m，河底高程100m，水深1～3m。

河谷近似“V”型，两岸约40°～60°。

河床覆盖层由大块石、卵石组成。

厚度约5～6m，两岸山坡为第四系覆盖层，厚度为5～10m左右。

（2）岩性和工程地质

坝基为花岗岩，风化较浅，岩性均一，新鲜坚硬完整，抗压强度达120～200MPa。

坝址的地质构造简单，无大的地质构造，缓倾角节理延伸短，整体滑动可能性小。

但陡倾角节理较发育，以构造节理为主，左右岸各有走向互相垂直的二组节理。

其中一组近似平行于山坡等高线，方向见地形图，节理倾角约35°～90°，节理面无夹泥存在。

坝址处的水文地址较简单，未发现裂隙承压水。

（3）岩石的物理力学性质

表2—6岩石的物理力学性质表

岩性或地质构造

容重（kN/m3）

孔隙率

（%）

抗压强度（MPa）

弹性模量（MPa）

摩擦系数

粘着力（MPa）

泊

松

比

（μ）

抗剪系数

抗剪断系数

干

湿

干

饱和

混凝土基岩

内部

混凝土基岩

内部

花岗斑岩

27.3

28.1

2.3

210

190

2.2×104

0.7

0.75

0.75

1.20

0.5基岩与混凝土

0.20

节理面

0.65

0.75

1.0基岩与混凝土

相对隔水层离基岩表面深15m。

2.2.3筑坝材料

2.2.3.1石料

坝区大部分地区为花岗岩，基岩埋深浅，极易开采，且河床覆盖层中的块石、卵石可利用，因此筑坝石料极易解决。

2.2.3.2砂料

在坝下游勘探6个砂料场，最远料场离坝约9km，以石英破碎带的料场为主，初估砂料储量430万m3。

经质量检验，砂石料符合规范要求。

坝址处缺乏筑坝的土料。

2.2.4库区经济

库区除有小片盆地外，其余多为高山峡谷地带。

耕地主要分布在小片盆地上，高山上的森林茂密。

在正常蓄水位时，需迁移人口21444人，拆迁房屋19240间，淹没、浸没耕地16804亩，淹没森林面积18450亩，淹没县社建造的二座小型水电站（装机2210kW）等，共需赔偿费4120万元。

2.2.5其它

2.2.5.1对外交通

本坝址上游左岸30km处有铁路干线车站，另有公路与坝址下游50km的两座县城相通，两县城有公路和水路与河流入海处的直辖市相连，对外交通较为方便。

2.2.5.2附属工厂和生活建筑区

坝址下游两岸有较大的冲积台地，地形平缓面积较大，适宜布置工厂和生活建筑区。

2.2.5.3负荷位置

本电站主要供应坝下游A平原的农村生产用电及直辖市的工业用电，并担负A电网的部分调峰任务。

2.2.5.4坝顶有双线公路布置的要求

第三章洪水调节

3.1泄水建筑物型式选择

本工程已选定拱坝方案（见后），故泄水建筑物型式选择需要考虑拱坝结构的特点，其泄洪方式，有：

表孔溢流、坝身开孔泄流（浅孔或中孔）、坝身溢洪道和利用导流隧洞泄洪等。

（1）表孔溢流方案：

突出优点是泄洪能力大，可减小孔口尺寸，闸门上的水压力小，操作检修方便；缺点是坝身单薄，需设置泄槽或滑雪道结构。

实体的泄槽结构工程量较大，不经济，轻型的滑雪道结构易引起振动，稳定性不好。

此