浆砌石重力坝设计说明书第一章 基本资料1、1工程概况及工程目的1、1、1地理概况县位于东径108、北纬30的温带地区，全县地域面积2167平方公里，人口百万，耕地面积九十万亩。全县属西北向东南倾斜的丘陵区，境内最高海拔1450米，最低海拔150米。县区内山地及深丘占74%，其余为分布于中南部的浅丘地。该县是以产粮为主的农业大县，主要产粮区分布于南部及中部浅丘区。1、1、2气象与水文全流域属亚热带湿润季风气候，具有冬暖、春早、夏热、秋雨、湿度大的特点，多年平均降雨量为1239mm，多年平均气温20左右，无霜期长，多年平均最大风速16m/s，最大风速28m/s，水库吹程1.5公里。流域内平均径流深约650mm，坝址河道最小月平均流量0.11m3，河道纵坡16.89%，多年平均含沙量2kg/m3，淤沙干容重为13kn/m3，孔隙率0.4的摩擦角为18。1、1、3工程地质流域地质属侏罗系重庆绕上沙溪庙组砂岩。坝址区位于锣鼓峡背斜西翼，东距背斜约5公里，出露地层为砂岩，该砂岩为中粗粒结构，主要成份为石英，长石及少量云母，岩层走近南北，倾向西，倾角2235，为单斜地层，坝址区内未发现断层，但节理裂隙较发育，强透水带埋存较深，最大可达40米，一般为1530米。主要节理有三组，一组是走向东北，倾向东南，倾角6580；二组走向同一组，倾角约30；三组走向北西，倾向东，倾角30。坝址岩层风化较浅，岸坡24米，河床13米。基岩极限抗压强度40700kpa，软化系数0.5，抗剪强度7200kpa，内摩擦角40。河谷地带多有第四系现代河流冲积层或崩坡积物，岸坡强风化带深度一般大于河床部。库区地质条件良好，未发现有滑坡及崩塌等不利地质现象，岸坡稳定，抗渗性较好。坝址区砂岩裸露，河床砂岩块石遍布，质量坚硬，储量丰富。1、1、4地形条件坝址区属丘陵地形，高程388445米，相对高差约67米，河谷岩层定向发育，河流平直，流向南西，流水常年不断，丰水期河面宽约1520米，河谷左岸坡度较缓，坡角30，右岸稍陡，坡角35,属较为宽浅的不对称梯形河谷。坝址左岸上游100米处有一小河沟，但两岸崩坡积物较厚，再往上游地势开阔为一场镇所在地，下游150M处有一落差为2米的天然跌水，且也势开阔，河谷较宽。1、1、5工程目的拟在县中南部的西北方向兴建三合水库，该处地理位置高，便于自流灌溉中南部片；流域内雨量丰沛，水量充足，库区地形地质条件好；建筑材料丰富，劳动力充足。1、2设计基本资料1、2、1工程等级本水库总库容3700万m3。根据现行水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程为中型三等工程。枢纽主要建筑物挡水、泄水、取水建筑物为三级建筑物，施工导流建筑物为四级建筑物。1、2、2特征高程及库容水库校核洪水位425.10米，下游水位391.00米水库设计洪水位423.70米，下游水位390.00米水库正常蓄水位420.50米，下游无水死水位399.50米淤沙高程397.00米河床高程388.00米校核下泄流量630设计下泄流量380总库容3700万方有效库容2500万方放水洞设计流量6放水洞最低正常工作水位406米放水洞进口底高程400米1、2、3有关计算参数砌体与地基之间的摩擦系数f=0.58砼与地基之间的摩擦系数f=0.60砼与基岩抗剪断fk=1.0ck=0.7mpa坝基岩石承载力fkk=20mpa砼容重r砼=241、2、4设计依据混凝土重力坝设计规范SL3192005水工建筑物荷载设计规范DL50771997浆砌石坝设计规范SL 2591水工隧洞设计规范SL2792002水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000水利水电工程进水口设计规范DL 2852003水闸设计规范SL265-2001水工建筑物抗震设计规范SL20397第二章 枢纽布置2、1坝轴线选择坝址处河谷呈“U”型，两岸地形不很对称，左岸坡度较缓，坡角30，右岸稍陡，坡角35，河谷高程一般在388.00M389.50M之间，地势平缓，丰水期河面宽约15M20M。坝址区地层基本上为砂岩，该砂岩为中粗粒结构，主要成份为石英，长石及少量云母，岩层走近南北，倾向西，倾角2235，为单斜地层，坝址区内未发现断层，但节理裂隙较发育，强透水带埋存较深，最大可达40M，一般为15 M30M。主要节理有三组，一组是走向东北，倾向东南，倾角6580；二组走向同一组，倾角约30；三组走向北西，倾向东，倾角30。岩层风化较浅，岸坡2M4M，河床1M3M。坝址区河谷形状在立面上呈梯形，在平面上呈“K”形，初选坝轴线在“K”字中央，此处河谷相对较窄，仅15 M左右，适宜筑坝，但左岸坡度较右岸坡度大，河谷呈不对称形状，在高程425.00M处，河谷宽度约为155M，在初选坝轴线下游50M也即“K”字下端处，河谷宽度略大，约为20M，但两岸山坡比较对称，在高程425.00M处，河谷宽度约为140M，此处筑坝工程量增加不多，但两岸岸坡对称，坝体受力均匀，是第二个坝轴线的选择之地。因此，本设计选择第二坝轴线为大坝位置。图21 坝轴线示意图2、2坝型确定2、2、1坝型初选坝轴线处河床虽然较窄，但随高程的增高两岸便趋于平坦，整个河谷较宽，不适宜建造拱坝，因而首选时就排除拱坝。可以选择的坝型有重力坝、土石坝、面板堆石坝。坝型之一重力坝：优点：安全可靠，设计及施工简单，对地形和地质条件的适应性较好，对地基要求不太高，适于各种气候条件下的修建，受冻害影响较小；工程经验丰富，维护修理费用低；施工导流和永久性泄洪问题容易解决。缺点：体积大，消耗水泥、石料较多；材料强度不能充分发挥；坝底扬压力较大；混凝土水化热较大，温控措施较高。坝型之二土石坝：优点：就地取材，节约材料；能很好的适应较差的地质条件，抗震性较好，结构简单，工作可靠，使用寿命长。缺点：坝坡较小，工程量较大；坝顶不能过水，需要另加泄水建筑物；施工导流不方便；对坝的防渗要求较高；沉降问题存在。坝型之三面板堆石坝：优点：对自然条件有广泛的适应性，对地基要求比混凝土坝低，可适应不均匀沉降，抗震性能好，施工不受气候限制；就地取材，可节约水泥、木材和钢材等重要建筑材料；机械化施工，可加速建坝，减小投资；可策划能够手承受水头不太大的坝顶溢流；结构简单。缺点：堆石坝属于散粒坝体，需修建溢洪道或隧洞进行泄洪，而这些泄洪设施会加大枢纽的投资和工程量；施工中的导流问题难以解决。结合该处的地址条件简单而良好，河谷较为宽广，在经济和技术成熟的前提下，优选重力坝。2、2、2 重力坝坝型的进一步选择从坝型初选的比较中可看出重力坝构造简单，施工和设计的难度较小，且有大量的工程事例可供参考，经验丰富。而其他的坝型都有共同的缺点：施工复杂，设计难度大。重力坝有三种坝型进行比选，分别为：常态混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝、浆砌石重力坝，他们之间的比较列于下表：表21 重力坝各种坝型比较常态混凝土重力坝碾压混凝土重力坝浆砌石重力坝优点断面形状简单；机械化施工，混凝土浇注容易；工程经验丰富。工艺程序简单，工期短；水化热低，散热条件好；不设纵缝，便于大规模机械化施工。节省混凝土；不需要温控措施；施工技术易掌握；不设纵缝。缺点底部扬压力大；施工散热条件差。工程经验相对较少；坝体抗渗性能低；施工强度大，对现场要求高易产生裂缝，质量不易控制。人工砌筑，质量不均匀；不易机械化施工；工期相对较长；要做防渗设备。本工程坝址区砂岩块石储量丰富，且强度均能满足砌体的基本要求，为施工方便，节约工程造价，综上所述，最后确定坝型为浆砌石重力坝。2、3枢纽组成建筑物及相互位置2、3、1挡水建筑物由2、2分析知，采用浆砌石重力坝。2、3、2泄水建筑物重力坝的泄水方式有多种，一般采用河岸溢洪道、开敞式溢流、孔口式溢流，分别将其特点和适用条件列于下表：表22 泄水方式比较方式特点适用条件河岸溢洪道其结构特点是地面开敞式。他具有超大的泄流能力；溢洪道检修方便，运行安全可靠；可充分利用地形，减少开挖量。最好能布置在垭口等有利地形处，常和土石坝联合修建。本枢纽地处通长河谷，明显不适合。孔口式溢流在泄水坝段设置的一种水流通道。他作为水利枢纽的或渠首的重要组成部分，在水利枢纽中广泛应用。泄水隧洞按进口高低可分表孔和深孔。表孔的进口属于堰流，超泄流能力大，结构简单运行方便可靠。而深孔结构复杂，对闸门的要求高，在设计、施工和运行管理方面都有一些特殊的问题，必须妥善解决。深孔泄水隧洞总的来说施工工序多、速度慢、难度大、工作量大、场地狭小、工程投资较大。表孔常用于要求泄水量随水位增长而较快增长时，或需要排除表面污物时；深孔适用于要求调节水库水位或水库有放空要求时。他们一般常用在拱坝中，本枢纽不优先采用。开敞式溢流通过坝身宣泄洪水的泄流建筑物。溢流坝结构上简单，检修方便；水流平顺；便于排除漂浮物，不易堵塞；超泄流潜力大；施工简单方便。但在开始泄流是流量较小，不能适时加大泄流量来降低水位。另外他不能满足排沙防空等要求；所以必须根据需要设置防空、排沙等设施。在重力坝枢纽中一般多用此种泄流方式。在枢纽中设置溢流坝段，可以很好的宣泄很大洪水流量；且较其他泄水方式较经济。由于本枢纽使用的是浆砌石重力坝，从经济和施工方面考虑，拟采用开敞式溢流的泄水方式来宣泄洪水。2、3、3取水建筑物取水建筑物是本工程功能实现的重要设备之一，由于取水流量较小，仅为6 M3/S，为方便起见采用坝身泄水孔，考虑到下游灌区在左岸，取水建筑物也布置在左岸。据泄水孔中的水流的状态，可分为无压孔和有压孔，下面就对这两种方式进行比选：表23 有压孔和无压孔的比较 形式项目有压孔无压孔工程布置布置灵活，水平弯角不大即可，较优要求两侧顺直，以免涡流。易高速喷射，断面要求也高，流态不好。水流条件流速小，流态稳定，其他问题不大，断面要求也比无压洞小，较优。流速较高，流态复杂，水流掺气、空蚀、震动问题较多。结构条件需要断面全衬砌，要有一定埋深，当有外水压或者围堰抗力较大时经济无需衬砌与埋深，山岩压力小时，较为有利。闸门设置运行闸门分设两处，优缺点与无压相反，隧洞末端压力大，结构复杂工作和检修闸门都在进口，管理操作方便，但维修处理困难，工程量与施工一般来讲有压洞的开挖、混凝土和钢筋量为少。在开挖立模浇筑等工序无压洞较优。由于本工程为浆砌石重力坝，相对于其他坝型坝身厚实，采用无压管可以提高泄流能力，而通过设计可以解决气蚀等问题，做到扬长避短。从目前国内外已建成和正在建设的工程来看，无压深孔选用较多，工程经验丰富，工程技术相对成熟。决定采用无压深孔。综上所述，使用无压深孔来作为取水建筑物的坝身泄水孔。2、3、4枢纽布置2、3、4、1枢纽布置的基本原则挡水建筑物通常布置成直线，使坝轴线最短，坝身体积最小；泄水建筑物，对于溢流坝，其前沿应正对上游来水主方向，以使坝前流速均匀分布，在其两端用边墩和导墙与非溢流坝段隔开；