第一章 坝型选择及枢纽布置概述

第二章坝型选择及枢纽布置概述坝型的选择与枢纽布置密切相关。针对同一坝址可能有不同的坝型和枢纽布置方案。必须根据枢纽综合利用要求，结合地形、地质，水利，等条件，拟定出不同坝型的各种枢纽布置方案，进行比较，然后才能选择出最好的坝型和相应的枢纽布置合理位置。2.1坝型选择2.1.1坝型的选择坝型选择是大坝设计中的首要问题，它直接关系到整个枢纽的工期、投资和工程量。地形、地质、气候、坝高、筑坝材料、施工以及运行条件等都是影响坝型选择的重要因素。水利枢纽中的拦河坝的型式主要有：重力坝、支墩坝、拱坝、土石坝及新型坝型如碾压混凝土坝等。根据本地形、地质条件和材料储备情况对以上坝型进行分析比较，选择出最适合的坝型。（1）重力坝重力坝的特点：对地形地质条件的适应性能较好；坝体结构比较简单；坝体抗冲刷能力很强；材料用量多，坝内压应力较低，材料强度不能充分发挥；由于坝体与地基的接触面大，所以受到扬压力也大，对稳定不利；坝体体积大，浇筑混凝土方量较多，混凝土水化热高，散热条件差等特点。较高的混凝土重力坝要求建在岩性地基上，本工程地基承载能力较低，地质条件差、已知弱风化岩与混凝土之间的摩擦系数较小，必然要求增加断面面积以求稳定，导致了工程量的增加；其次，用来拌和混凝土的砂砾石料只从距离坝址10~15km的料场运输，导致运输费用大大增加，工程造价，不经济也不合理，因此不宜选用建造重力坝。（2）支墩坝支墩坝是由支墩和所支承的上游挡水盖板所组成。支墩坝结构较复杂，本身应力较高，对地基要求也很高，尤其是连拱坝不能适应不均匀的地基变形，对地基要求更为严格，支墩坝的侧向稳定性差，如受到垂直于河流方向的地震，其抗侧向倾覆能力较差。而本工程地基强度低，且不完整，易产生不均匀沉陷，且坝区有7级地震。所以本工程不选用支墩坝的型式。（3）拱坝拱坝结构特点：拱坝是三面固结于基岩上的空间壳结构，拱向上游凸出，且不设永久性分缝，是高次超静定结构。它的工作特点：通过拱的力传递作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩来维持稳定的。由于拱坝是不设永久性横缝的整体超静定结构，设计时需要考虑地基位移和温度变化对坝体应力的影响。另外，拱坝体型复杂，其剖面比较薄，设计施工难度大，对施工的质量、防渗要求和筑坝材料强度，以及对地质地形条件及地基的处理要求都比较高。故本设不考虑拱坝的坝型。（4）土石坝土石坝的坝型优点：结构简单，造价低廉，运行管理方便，工作可靠，便于维系加高；施工方法选择灵活性大，能适应不同的施工方法，施工速度快，质量容易保证；筑坝材料就地取材，节省大量钢材、水泥、木材等建筑材料；适应地形变形能力强。土石坝三立体结构具有适应地基变形的良好条件，对地基的要求比混凝土坝的低。土石坝坝型缺陷：施工导流不如其它坝型方便，工程造价因而相应也增加；由于坝体断面大，土料填筑质量会受气候影响；土石坝坝顶不能溢流，需另开泄洪隧洞或溢洪道。本工程坝址附近河谷内地地形平坦、采运方便和具有质量较好且储量丰富的堆石料，通过对各种不同的坝型进行定性分析，综合考虑地形、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝（又称为当地材料坝）方案。2.2枢纽的总体布置2.2.1挡水建筑物——土石坝挡水建筑物按直线布置，坝布置在河弯地段上。2.2.2泄水建筑物——泄洪隧洞泄洪采用隧洞方案，为缩短长度、减小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，水流经隧洞流出直接入主河道，对流态也有利。电站引水发电洞布置在凸岸，泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为宜。为减小泄洪时引起的电站尾水波动，以及防止冲刷坝脚，进出口相距30~40m以上。2.2.3水电站建筑物引水隧洞、电站厂房布置在凸岸，在泄洪隧洞与大坝之间。风化岩层较厚，厂房布置在开挖后的坚硬玄武岩上，开关站布置在厂房附近。总之，枢纽布置效果应该考虑到方方面面，以确保工程效益达到最理想值。不仅要综合考虑防洪、航运、发电、灌溉等部门的经济效益，还要考虑库区的淹没损失和枢纽上下游的生态影响等，要做到综合效益最大，有害影响最小。枢纽布置图见下图2-1所示。主厂房副厂房调压室引水隧洞泄洪隧洞导流隧洞放空洞开关站反弧段上坝公路上坝公路上坝公路上坝公路主变压器斜心墙上游马道下游马道下游马道棱体排水坝轴线27874950650055351061520010005002002002001:31:2.751:2.251:2.51:2.7527882826.6280227762758上坝公路27892806277027522760D=12m2755.51：3枢纽布置图2-1第三章洪水调节计算3.1工程等别及建筑物级别的判定本工程正常蓄水位为2822.5米，对应水库库容为454.5×106m3，装机24MW。根据SDJ12—78《水利水电工程等级划分及设计标准（山区、丘陵部分）》，由水库总库容指标，定为大（2）型；由防洪效益，灌溉面积，装机容量等指标定为小（1）型；根据“各指标分属不同标准时，采用其中最高级别来控制”的原则，最终由水库库容确定该工程规模为大（2）型。所以判别出枢纽的主要建筑物级别为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。3.2洪水标准的确定永久建筑物洪水标准可以根据建筑物级别查得：正常运用（设计工况）洪水重现期100年；非常运用（校核工况）洪水重现期2000年。设计洪峰流量Q设=1680m3/s（P=1%），校核洪峰流量Q校=2320m3/s（P=0.05%）。3.3泄洪方式的确定本挡水建筑物为土石坝，需另设泄水建筑物，使土石坝在泄洪时遭受洪水流动的影响较小。对各种河岸泄水建筑物作以下讨论：（1）侧槽溢洪道用于山高坡陡的河岸。该种溢洪道水流条件复杂，必须经水工模型试验验证。以上两种溢洪道为表孔泄洪，超泄能力大，溢流堰下游接开敞式溢洪道或明流隧洞。（2）井式溢洪道洪水经环形溢流堰进入直井，水流在直井内有明流转为有压流，再经隧洞泄往下游。其泄流能力与溢流堰、过渡段、隧洞段三者泄流能力相关，水力学条件复杂。超泄能力小，水流不稳定，易发生旋涡。（3）正槽溢洪道是以宽顶堰或各种实用堰为溢流控制的河岸溢洪道。该种溢洪道泄流能力大，水流条件平顺，结构简单可靠。综上，枢纽工程采用正槽溢洪道，溢流堰下游接明流隧洞，并考虑与施工导流洞结合。3.4调洪演算3.4.1初步方案的拟定要得到孔口尺寸与堰顶高程的最佳方案，要在施工技术可行的前提下，结合泄水隧洞以及包括拦河坝在内的总造价最小来优化方案，通过各种可行方案的经济类比来决定最终方案。参照已建工程经验，拟定三组孔口尺寸与堰顶高程如下（采用单孔泄洪）：方案（一）：∩=2810m，B=7m方案（二）：∩=2810m，B=8m方案（三）：∩=2811m，B=8m3.4.2堰顶自由泄流公式公式中：m取0.3853.4.3洪水调节计算的原理本设计采用列表法进行调洪演算，以计算出设计洪水位、设计泄洪量及校核洪水位、校核泄洪量。调洪演算中需要如下数据：，。,。3.4.4调洪计算表3.4.4.1方案（一）:设计洪水位、设计泄洪量的计算：时段4109.21.57527.27.59-6.02454.5448.482822.278378.05.44512.757.38-1.94448.48446.542822.19121075.215.48507.757.318.17446.54454.712822.51161596.022.98527.867.615.38454.71470.092823.10201470.021.17565.658.1513.02470.09483.112823.6024898.812.94598.38.624.32483.11487.432823.804386.45.56609.68.78-3.22487.43484.212823.64校核洪水位、校核泄洪量的计算：时段4150.82.17527.27.59-5.42454.5449.082822.2885227.52513.387.390.13449.08449.312822.29121484.821.385147.413.98449.31463.292822.8316220431.74548.257.8923.85463.29487.142823.7520203029.32608.38.7620.56487.14507.72824.50241241.217.87658.79.498.38507.7516.082824.904533.67.686849.85-2.17516.08513.912824.78注：单位：,，。综上：设计洪水位设计泄洪量校核洪水位校核泄洪量3.4.4.2方案（二）：设计洪水位、设计泄洪量的计算：时段4109.21.57602.378.67-7.1454.5447.42822.208378.05.44580.88.36-2.92447.4444.482822.10121075.215.48573.698.267.22444.48451.72822.39161596.022.98594.438.5614.42451.7466.122822.94201470.021.17634.459.1412.03466.12478.152823.4024898.812.94668.589.633.31478.15481.462823.504386.45.566769.74-4.18481.46477.282823.38校核洪水位、校核泄洪量的计算：时段4109.22.17602.378.67-6.5454.54482822.258378.07.52584.388.42-0.9448447.12822.21121075.221.38581.528.3713.01447.1460.112822.71161596.031.74617.68.8922.85460.11482.982823.59201470.029.32684.849.8319.49482.98502.472824.3424898.817.87740.1510.657.22502.47509.692824.604386.47.6876210.97-3.29509.69506.42824.49注：单位：,，。综上：设计洪水位设计泄洪量校核洪水位校核泄洪量3.4.4.3方案（三）：设计洪水位、设计泄洪量的计算：时段4109.21.57531.557.65-6.08454.5448.42822.268378.05.44514.997.42-1.98448.4446.422822.18121075.215.48509.57.348.14446.42454.52822.50161596.022.98531.557.6515.25454.5469.752823.10201470.021.17573.688.2612.91469.75482.662823.5824898.812.94608.168.764.18482.66486.842823.704386.45.56619.88.93-3.37486.84483.472823.61校核洪水位、校核泄洪量的计算：时段4109.22.17531.557.65-5.48454.5449.022822.298378.07.52517.057.440.08449.02449.12822.29121075.221.38517.057.4413.94449.1463.042822.83161596.031.74554.97.9823.76463.04486.82823.74201470.029.32619.798.9320.39486.8507.192824.5324898.817.87678.339.788.09507.19515.282824.804386.47.68701.7810.11-2.43515.28512.852824.74注：单位：,，。综上：设计洪水位设计泄洪量校核洪水位校核泄洪量3.4.4.4将拟定的三组方案的计算结果做比较，见下表：方案堰顶高程孔口尺寸工况泄流量上游水位超高