沙灘水電站工程工程布置及主要建筑物設計方案

沙灘水電站工程工程布置及主要建筑物設計方案

1.1設計依據(jù)

1.1.1工程等級及建筑物級別

沙灘水電站工程是一個以發(fā)電為主的水電樞紐工程。樞

紐工程的主要建筑物有大桂沖主壩、石川沖引水壩、引水隧

洞、發(fā)電隧洞、壓力鋼管、發(fā)電廠房及升壓站等。大桂沖主

壩水庫正常蓄水位201.00m時相應庫容670萬n?,校核洪水位

206.79m時相應庫容753萬n?；石川沖引水壩水庫正常蓄水位

208.00m時相應庫容538萬n?,校核洪水位209.93m時相應庫

容612萬n?。電站總裝機容量12600kW。根據(jù)《水利水電工

程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000)規(guī)定，主壩、引水

壩水庫工程規(guī)模均為小⑴型，工程等別為IV等，永久性主

要建筑物大壩、泄洪等建筑物為4級；電站工程規(guī)模為小⑴

型，工程等別為IV等；廠房及引水建筑物為4級，臨時性建

筑物為5級。

按照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》

(SL252-2000)規(guī)定，采用洪水標準如下：

大壩洪水標準：設計洪水標準50年一遇(P=2%),校核洪

水標準500年一遇(P=0.2%)；

電站廠房洪水標準：設計洪水標準30年一遇(P=3.33%),

校核洪水標準100年一遇(P=l%)。

1.1.2設計基本資料

1.1.2.1水位、流量資料

(1)大桂沖主壩

正常蓄水位205m,相應庫容670萬n?；

最低發(fā)電水位195m,相應庫容310萬m3；

P二2%設計洪水位205nl，閘孔泄洪量1056m7s；

P=0.2%校核洪水位206.79m,相應總庫容753萬閘

孔泄流量15561n7s。

(2)石川沖引水壩

正常蓄水位208m,相應庫容538萬n?；

最低引水水位197m,相應庫容216萬n?；

P=2%設計洪水位208m,閘孔泄洪量945m7s；

P=0.2%校核洪水位209.93m,相應總庫容612萬小,閘

孔泄流量1371nl7s。

(3)電站廠房

下游最低發(fā)電尾水位：117.2m；

正常尾水位：117.5m；

P=3.33%設計尾水位：123.7m；

P=l%校核尾水位：124.90mo

1.1.2.2地質(zhì)資料

(1)地震烈度

本工程區(qū)地震動峰值加速度小于0.05g,反應譜特征周

期為0.35s,相當于地震基本烈度為VI度，按《水工建筑物抗

震設計規(guī)范》(SL203—97),可不進行抗震設計。

(2)主要建筑物地基特征參數(shù)

壩址：建基面坐落于弱風化砂巖上，壩基抗剪斷摩擦系

數(shù)f=1.0,凝聚力c，=0.7MPa,允許承載力標準值[R]=

4.0Mpao

發(fā)電廠房：建基面坐落于弱風化砂巖上，基礎摩擦系數(shù)

為0.45,基礎的承載力為4.0Mpa。

1.2工程選址及工程總體布置

1.2.1壩型及壩軸線的選擇

1.2.1.1壩型比較

本電站為混合式水電站，所在河流屬山區(qū)河流，河床比

降大，兩岸岸坡較陡，水庫處在長條峽谷中，壩址河谷左岸

坡度為45°?60°,右岸坡度為50°?70。，有良好的隔

水性，未發(fā)現(xiàn)有斷層破碎帶通過，河床出露砂巖，部分巖石

堅硬完整，是比較理想的建壩之地，根據(jù)現(xiàn)場查勘，擬以下

幾種壩型進行比較：

拱壩方案：拱壩有工程量較少，投資省，外形美觀的特

點，但兩水庫壩址河段河谷面均較為寬淺，且兩岸不對稱，

河谷寬高比均接近于3.0,只適合修建中厚拱壩，另外拱壩

對地質(zhì)要求比較高，地基處理難度較大，拱壩施工復雜、技

術要求高，需嚴格控制壩體的碎澆筑溫度。根據(jù)類似工程經(jīng)

驗，中厚型拱壩在工程造價上與重力壩相比也沒有多少優(yōu)

勢。

土石壩方案：壩址附近沒有適宜的地方修建溢洪道，若

開挖溢洪道則工程量較大，且當?shù)赝亮蟽α坎回S富，故該方

案不可取；

重力壩方案：混凝土重力壩和漿砌石重力壩都能充分利

用當?shù)氐淖匀粭l件，泄洪問題易于解決，施工導流容易。混

凝土重力壩可以采用機械化施工，施工方便快捷，但水泥消

耗量較大；漿砌石重力壩可以節(jié)約水泥用量，在地質(zhì)條件滿

足的情況下，對河床的斷面形狀的要求不是很高，且當?shù)厥?/p>

料比較充足，可滿足建壩石料的需要。漿砌石的缺點是工程

量較大，工期長。

綜合壩址地形和地質(zhì)條件以及當?shù)夭牧虾褪┕l件等擬

選漿砌石重力壩作為推薦壩型。

1.2.1.2壩軸線比較

根據(jù)初步地質(zhì)勘測工作，擬定兩個主壩軸線作為比較，

上壩址位于咸菜兒村下游約1501n處，該軸線位置河道狹窄,

底部有多處基巖裸露，巖層比較完整，左岸地表土覆蓋較淺,

右岸相對較深；下壩址距上壩線約1.5km,該軸線處河道河

道相對較寬，右岸較陡，左岸相對平緩，河底多處砂巖裸露,

巖層比較完整，左岸覆蓋層較厚。兩個壩土建投資對比見下

表1.2-lo

表1.2-1上下壩址方案投資對比表

引最

隧洞壩土土建

水大壩壩體

開挖土建建投投資

壩址隧壩於M7.5

土石方投資資合計

方果洞高(m3漿砌石

(m3)(萬(萬(萬

(k(m)(m3)

元)元)元)

m))

上壩3.4161

484961812612176816013369

址693

下壩2.0220

589386522335123723353572

址901

根據(jù)上表可以看出，上下壩址地質(zhì)條件相差不大，上壩

址方案雖然隧洞長度增加了1.37km,但壩的高度比下壩低

10m,上壩的壩頂長度和壩高都要比下壩要小，從對比表中

可以看出，上壩方案土建投資比下壩方案投資省203萬元，

在其他條件相差不大的情況下，上壩方案優(yōu)于下壩方案，故

選上壩線作為推薦。

1.2.1.3泄水方式的選擇

溢流重力壩既要擋水又要泄水，不僅要滿足穩(wěn)定和強度

要求，還要滿足泄水要求。因此，需要有足夠的孔口尺寸、

較好體形的堰型，以滿足泄水的要求；并使水流平順，不產(chǎn)

生空蝕破壞。本水庫工程規(guī)模為中型，為使水庫有較大的泄

洪能力，本項目設計采用開敞式溢流。

開敞溢流式除泄洪外，它還可以排除體積比較大的漂浮

物。堰頂可設閘門，也可不設。不設閘門時，堰頂高程等于

水庫的正常高水位，泄洪時庫水位壅高，從而加大了淹沒損

失，但結構簡單，管理方便，適用于泄洪量不大、淹沒損失

小的中小型工程；設置閘門的溢流壩，閘門頂高程大致與正

常高水位齊平，堰頂高程較低，可利用閘門的開啟高度調(diào)節(jié)

水位和下泄流量，同時淹沒損失比較小。閘壩方案和無閘開

敞溢流式方案工程投資比較見如下表1.2-2o

表1.2-2大桂沖主壩上壩址閘壩方案和開敞式溢流壩方案

比較表

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全計（萬元）2053.092349.35

從表1.2-2可得知，閘壩方案土建造價1601萬元，淹

沒補償340.92萬元，金屬結構111.17萬元，合計2053.09

萬元；開敞式溢流壩土建造價1823萬元，淹沒補償526.35

萬元，合計2349.35萬元；閘壩方案投資比開敞式溢流壩方

案少296.26萬元，故推薦閘壩方案。

1.2.2隧洞洞線選擇

1.2.2.1引水隧洞

結合現(xiàn)場勘查勘探及地形情況，選擇了兩條洞（渠）線

三種方案進行比較。洞線布置詳見“總體平面布置圖”（沙

灘初一總平一01、02）,隧洞斷面結構詳見附圖。三種方案

比較如下：

方案（1）：低壓隧洞

低壓洞線進水口位于石川沖引水壩上游左岸50m,為塔式

進水口,底板高程192.00m。洞徑D=3.0m,流速V=1.41m/s,

設計引水流量按Q=8.Oiif'/s計，比降i=0.0006,出口位于

主壩上游右岸，隧洞長度3277m。為保證隧洞的圍巖穩(wěn)定和

工程安全，隧洞進出口50m洞段及III?V類圍巖采用I型斷

面即采用C20混凝土襯砌，襯砌厚為0.3m,I、II類圍巖采

用H型斷面即采用C20噴碎襯砌防護。洞線所處山體高程大

部分均在海拔250m以上，均能滿足垂直和側向巖層最小覆

蓋層厚度的要求。

方案（2）：無壓隧洞

洞線走向與方案（1）相同，為塔式進水口，底板高程

201.50m。隧洞斷面為馬蹄形，流速V=1.35m/s,過水流量

3

Q=8.74m/s0,比降i=0.0009,出口位于主壩上游右岸,

隧洞長度3277m。隧洞進出口50m洞段及HI?V類圍巖采用

I型斷面即采用C20混凝土襯砌，襯砌厚為

0

2

0

0

=

三。

最

C15噴碎0

0

100mm9

Z

0

g

l

3400

無壓隧洞斷面

無壓隧洞斷面1II

洞頂650

回填灌漿孔

4)30

徑向排水孔一

力3000

C20鋼筋徑C20噴碎

300mm100mm

有壓隧洞斷面I有壓隧洞斷面II

原地面線

5004950500、

g

9

三

LQ

引水明渠斷面

附圖引水隧洞及明渠斷面結構圖單位：mm

0.3m,I、n類圍巖采用n型斷面即采用C20噴碎襯砌防護。

隧洞斷面面積10.42m：洞內(nèi)水深h=2.50m,過水斷面面積為

7.97m2,隧洞斷面水面以上面積為2.45m2/10.42m2=23.5%

>15%,且水面至洞頂?shù)膬舾?.lm>0.4m,滿足《小型水力

發(fā)電站設計規(guī)范》(GB50071-2002)第1.1.13.2條要求。洞

線所處山體高程大部分均在海拔250m以上，均能滿足垂直

和側向巖層最小覆蓋層厚度的要求。

方案(3)：明渠+無壓隧洞

無壓洞線進水口位于石川沖引水壩左端，為壩式進水口，

底板高程201.50m。進水口之后布置引水明渠沿著石川沖引

水壩下游左岸山體環(huán)山約201.0m等高線修筑，比降i=

0.00067,長約415m,在石川沖引水壩下游約370nl處與無壓

隧洞連接。隧洞長約2846m,比降i=0.0009,出口位于主

壩上游右岸。隧洞進出口50m洞段及III?V類圍巖采用I型

斷面即采用C20混凝土襯砌，襯砌厚為0.3m,I、II類圍巖

采用II型斷面即采用C20噴碎襯砌防護。洞線所處山體高程

大部分均在海拔250m以上，均能滿足垂直和側向巖層最小

覆蓋層厚度的要求。

明渠采用梯形斷面，流速V=1.42m/s,過水流量Q=

3

8.8m/s0無壓隧洞采用門洞型，流速V=l.35m/s,過水流

量Q=8.7nr7s。均滿足設計流量Q設產(chǎn)8.0m7s的要求。隧洞

斷面面積10.42m2,洞內(nèi)水深h=2.50m,過水斷面面積為

7.97m2,隧洞斷面水面以上面積為2.45m2/10.42rtf=23.5%

>15%,且水面至洞頂?shù)膬舾?.lm>0.4m,滿足《小型水力

發(fā)電站設計規(guī)范》(GB50071-2002)第1.1.13.2條要求。

三方案主要經(jīng)濟技術指標比較詳見表1.2-3o為便于比

較，表中大桂沖主壩水庫正常水位和最低發(fā)電(引水)水位分

別選定為201.0m和191.0m,相應庫容分別為670萬常和

310萬能有效調(diào)節(jié)庫容為360萬演。

表1.2-3三方案主要經(jīng)濟技術指標比較表

方案方案

方案(3)

(1)(2)

項目單位

有壓無壓

明渠+無壓隧洞

隧洞隧洞

正常蓄水位m208208208

最低發(fā)電(引

m197201.5201.5

水)水位

正常蓄水位相670+5670+5

水萬n?670+538

應庫容3838

庫

最低發(fā)電水位310+2310+4

萬nf310+449

庫容1649

360+3

有效調(diào)節(jié)庫容萬n?360+89

22360+8

9

庫容系數(shù)%2.61.711.71

旬調(diào)周調(diào)

調(diào)節(jié)特性周調(diào)節(jié)

裝機容量kw126001260012600

保證出力kw135812761276

發(fā)萬

多年平均電量415340694069

電kw,h

效萬

、乙枯水期電量112210471047

Ekw,h

年利用小時h329632293229

水里利用率%80.678.778.7

主長度(m)327732774152846

要土石方開挖(m3)34190496711245043542

工混凝土(m3)639310089909085

程

漿砌石(m3)7594894413394

量

（萬

工程投資100214912931327

元）

工期（月）1819.611.6

從水庫調(diào)節(jié)性能看，方案⑴進水口底板高程192.00m,

最低發(fā)電（引水）水位197.00m,正常水位208.00m,能夠充分

利用水庫庫容，向下游水庫輸水，滿足下游電站發(fā)電要求。

而方案（2）、（3）進口底板高程為201.50m,庫水位一旦低

于此高程，將不能發(fā)揮石川沖水庫調(diào)節(jié)庫容的作用，影響下

游電站發(fā)電出力。因此，從水庫調(diào)節(jié)性能看，方案（1）調(diào)

節(jié)性能較好，電量較有保證，同時可提高下游梯級電站的發(fā)

電效益。

從發(fā)電效益和工程投資看，方案（1）多年平均發(fā)電量

最大，而工程投資最省。

從工程施工方面來看：三方案的隧洞部分軸線長度及工

程地質(zhì)情況相差不大，各項施工措施如設置施工支洞，施工

設備，出渣口，出渣、抽煙塵、排水等差別也不大，而方案

（1）總工程量最少，工期合適。

此外，方案（3）需要開挖明渠，隧洞口容易被泥沙雜

物淤積。

綜合以上各方面比較，選擇方案（1）為推薦方案。

1.2.2.2發(fā)電隧洞

根據(jù)主壩推薦壩址，發(fā)電隧洞選在主壩上游50m的右

岸。

從1/10000地形圖上看，主壩與廠房之間有一山?jīng)_地

段。故隧洞洞線布置考慮兩個方案：a、洞線經(jīng)過山?jīng)_地段,

在山?jīng)_處設進出水口和小型攔水壩（壩高約15m）,以縮短

隧洞水擊計算長度，隧洞洞徑：山?jīng)_前段洞徑D尸4.0m,長

1700m；山?jīng)_至廠房段長1650m,當洞徑D2=6.0m時，可

不設置調(diào)壓井。b、繞開山?jīng)_地段，設置調(diào)壓井，隧洞洞徑

D=4.0,長度3426mo兩方案主要經(jīng)濟技術指標比較見表

1.2-4o

表1.2-4兩方案主要經(jīng)濟技術指標比較表

項目方案ah

K席（m）33503426

水擊匕0一500.19

+石方開稼（n?）8215470740

混凝十（后1738215591

丁程誥價（萬亓）18131768

施丁丁期（日）16.417.7

方案比較：1）根據(jù)水力計算結果：方案a不設置調(diào)壓

井，水擊壓力較大；方案b設置調(diào)壓井，水擊壓力較小，對

機組運行穩(wěn)定性較好。2）從工程規(guī)模和工程投資來看：方

案a比方案b洞線稍短，由于跨越山?jīng)_地段，減少一個施工

支洞，另外還減少了調(diào)壓井的工程量，但需要在山?jīng)_地段增

設隧洞的進、出水口和攔河壩等建筑物。兩方案施工工期相

差不大，但方案b工程投資比方案a省了45萬元。

綜合以上各方面比較，選擇方案b為推薦方案。洞線所

處山體高程大部分均在海拔250m以上，均能滿足垂直和側

向巖層最小覆蓋層厚度的要求。

1.2.3電站廠房及升壓站選址

根據(jù)樞紐工程所在區(qū)域的地形、地質(zhì)、環(huán)境條件，考慮

合理開發(fā)、充分利用水資源、電站獲得較高水頭、工程投資

省、經(jīng)濟效益大、施工方便、運行管理方便等因素和原則，

本階段電站廠址初步選在大桂沖右岸，位于沙灘村下游約

300m處。此處地勢相對較為平緩，交通較為便利，便于各

建筑物的布置及施工場地的布置，施工干擾較小。

電站廠房為引水式地面廠房，主要由主、副廠房和升壓

站組成。主廠房為地面一層和地下二層結構，長31.0m,寬

12.5m。副廠房為地面一層和地下一層結構，長度為31.0m,

寬度7.6m。開關站布置于廠房下游側約28m的空地上，開

關站長度為26.5,寬度為18.0m。

1.3擋水建筑物

1.3.1石川沖引水壩

石川沖引水壩，壩址位于高坪村上游約300m處，河谷

面寬淺呈不對稱的“V”型，根據(jù)地形及地質(zhì)條件經(jīng)方案比

較后采用漿砌石重力壩。

1.3.1.1壩頂高程確定（非溢流壩）

壩頂高程等于水庫最高靜水位高程加Ah由下式?jīng)Q

定：

△h=2h2+h0+hc

式中：Ah——壩頂距水庫靜水位的高度（m）

2h2——浪高（m）

h0——波浪中心線至水庫靜水位的高度（m）

hc-----超高（m）,

1.設計洪水位計算Ah值

根據(jù)水庫調(diào)洪計算成果，設計洪水位為208m,從1/萬地

形圖量得庫面最大吹程Df=0.6km,超高hc=0.4m,多年平均

最大風速v=18m/s

貝（I浪高2h2=0.0166x（18X1.5）5/4x0.61/3=0.862m

08

波長2LL=10.4（2h2）=9.233m

由公式h0二也日久啊

LB

（壩前水深Hi=208—169=39mm）

計算得波浪中心線至水庫靜水位的高度

ho=O.5O5m

則△h=2h2+h°+hc=0.862+0.505+0.4=1.767m

則壩頂高程=208+L767=209.767m

2.校核洪水位計算Ah值

根據(jù)水庫調(diào)洪計算成果，校核洪水位為209.93m,超高

hc=0.3m,計算原理同上，計算得=1.094m。

貝I」壩頂高程=209.93+1.094=21L024m

經(jīng)比較，校核洪水位計算條件下壩頂高程較高，則擬定

壩頂高程=209+1.094=211.024m,取211.00m,壩頂上游側設

漿砌碎予制磚防浪墻高1m,厚0.35m,則防浪墻頂高程為

211.00m,壩頂面高程為210.00m。

1.3.1.2壩體平面布置

采用漿砌石重力壩，壩頂總長107.07m,非溢流壩段右

岸長31.51m,左岸長31.56m,壩頂高程210.00m,防浪墻高

程211.00m。壩底高程169.00m,最大壩高41.0m；溢流壩段

長36.0m,布置于中央，根據(jù)調(diào)洪計算和閘孔方案比較，設

三個開敞溢流孔，閘孔尺寸為9X6.8X3（孔寬X孔高X孔

數(shù)），中墩厚2.5m,邊墩厚2.0m,溢流堰頂高程201.50m,

堰頂設工作橋，橋面寬3.0m。沖沙管布置在溢流段底部，兼

作放空管，采用鋼管外包碎，鋼管直徑D=800mm,管進口

中心高程為171.00m,下游設一手動閘閥控制開關。

1.3.1.3斷面設計

（1）非溢流壩段

非溢流壩段最大壩高41.0m,壩底寬33.3m。迎水面設

碎防滲，防滲碎厚度為1.0m,壩踵處加厚，一直防滲到壩頂。

壩底壩踵和壩趾處設齒槽深2.0m,寬2.6m,并進行帷幕灌

漿，灌漿深度ll.Omo上游壩坡為102,上游折坡點高程為

182.00m。壩頂高程210.00m,壩頂考慮啟閉設備的布置，壩

頂寬取8.0m。防浪墻高1.0m,厚0.35m,墻頂高程為211.00m。

壩下游壩坡為1075,下游折坡點高程為199.26m。壩底設

碎墊層，厚1.0m,壩內(nèi)砌體為M7.5漿砌石。

（2）溢流壩段

溢流壩段長36.0m,凈寬270m,堰頂高程為201.50m。

溢流剖面采用WES剖面，剖面控制點位置見圖5-1“引水壩

溢流壩段剖面設計圖”。

圖5-1引水壩溢流壩段剖面設計圖

a）剖面計算水頭

%=。75?0.95Hmax

Hmax——最高洪水位時的堰上水頭；Hmax=8.43m

定型設計水頭Hd=0.75?0.95Hmax=6.32?8.01m,取Hd

=7.1m

b）O點上游曲線（見圖5-2）

Ri=0.50Hd=3.55m；Xi=-0.175Hd=-1.24m

R2=0.20Hd=1.42m；X2=-0.276Hd=-1.96m

R3=0.04Hd=0.28m；X3=-0.282Hd=-2.00m

c)O點下游曲線(見圖5-2)

=0.5(%/嚴印=7.10m

Hd

y=0.094x1-85

表1.3-1O點下游曲線坐標表

X12345678910

0.00.30.71.21.82.63.44.41.56.6

Y

9423606309

d)剖面控制點坐標

剖面CD直線段壩坡系數(shù)m=0.75,反弧段半徑R=(4

10)hc；%為反弧最低點處的水深，經(jīng)計算hc=2.39m,取R

=12m,挑射角。=25°,剖面各控制點的坐標見表1.3-2。

表1.3-2剖面控制點坐標表

坐標'控制

CDEF01

占

八、、

X10.9217.8627.4632.5427.46

Y7.8617.1221.9220.809.92

圖5-2引水壩O點曲線大樣圖

1.3.1.4壩體穩(wěn)定及應力計算

1.荷載計算

作用于重力壩上的荷載有：壩體自重、水壓力、揚壓力、

浪壓力、泥沙壓力等荷載，本地區(qū)地震烈度為VI度，不考慮

地震荷載。壩體穩(wěn)定及應力計算簡圖見圖5-3和圖5-4o

圖5-3溢流壩段穩(wěn)定及應力計算簡圖

圖5-4非溢流壩段穩(wěn)定及應力計算簡圖

（1）壩體自重

G=丫泮

式中：

Yh一筑壩材料容重，混凝土容重取2.4t/n?,漿砌石容

重取2.2t/m3；

V—壩體積（n?）。

（2）水壓力

a）靜水壓力P=yh（t/m2）

式中：丫一水容重（t/）

h一計算水深（m）

b）動水壓力

作用在反弧段上的水平向動水壓力PH和豎向動水壓力

Pv按下式計算：

PH=-COSa)

g

Pv=v(sina,+sinaj

8

式中：九一水容重；

q一單寬流量；q=50.78m2/s

g一重力加速度；

v—反弧段上平均流速；v=21.22m3/s

a1、a2一反弧段cd的最低點至反弧兩側的弧段所對的

O

中心角。a1=53.13°a2=25

(3)揚壓力

壩基設有防滲帷幕，從安全考慮，不考慮排水孔的作用,

帷幕中心線上的揚壓力為Zo(H2+aiH),九一水容重；

H?一壩趾處的水深；Hi—壩踵處的水深。

(4)泥沙壓力

月=5/1(45。一號)

式中：心一泥沙浮容重；

外一泥沙內(nèi)摩擦角,取外=18°；

%一泥沙深度，hn=6m。

(5)浪壓力

吹程Df=0.6km,風速v=18m/s

貝(I浪高2h2=0.0166xl85/4x0.6i/3=0.519m

08

波長2LL=10.4(2h2)=6.155m

ho=O.275m

浪壓力p,=九佻+產(chǎn)L=122t/m2

2.荷載組合

作用于重力壩上的荷載有：壩體自重、水壓力、揚壓力、

浪壓力、泥沙壓力等荷載，本地區(qū)地震烈度為VI度，不考慮

地震荷載。荷載組合詳見表1.3-3。

表1.3-3大壩荷載組合表

荷載

泥動

荷載組揚浪

壩段自靜水沙水

合主要情況壓壓

重壓力壓壓

力力

力力

(1)正常蓄

VVVVV

基本水

非溢流組合(2)設計洪

VVVVV

壩水

特殊

校核洪水VVVVV

組合

基本(1)正常蓄

溢流壩VVVV

組合水

(2)設計洪

VVVVV

水

特殊

校核洪水VVVVV

組合

3.穩(wěn)定計算

壩體抗滑穩(wěn)定計算采用抗剪斷強度公式：

K=MC'A

EP

式中：

K，一抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，根據(jù)《漿砌

石壩設計規(guī)范》SL25-91規(guī)定，基本荷載組合時，采用3.0；

特殊荷載組合時，采用2.5。

zw一計算截面以上全部荷載的鉛直分力總和；

f—壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)，取

0.9；

c，一壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，取

70t/m2；

A一壩基面截面積；

4.應力計算

水平截面上的正應力%的計算按以下公式計算：

〃用+包尸=型—啦

BB2yBB2

式中:

可、碟一分別為上游及下游邊緣的鉛直正應力；

ZW一計算截面以上全部荷載的鉛直分力總和；

-計算截面以上全部荷載對截面形心力距的總和;

B一計算截面底寬；

1.計算成果

經(jīng)各項荷載計算統(tǒng)計，得出重力壩在各設計水位下的穩(wěn)

定和應力狀態(tài)，結果見表1.3-4o

表1.3-4石川沖引水壩穩(wěn)定及壩基應力計算成果表

壩段非溢流壩段溢流壩段

2%設計洪水2%設計洪水

位0.2%校核洪位0.2%校核洪水

水位

（正常蓄水水位（正常蓄水位

（m）

位）位）

208209.93208209.93

Am33.333.338.1438.14

EPt763.46781.48763.46747.83

￡

t1291.25934.941512.101238.31

W

E

t.m-4179.61-5002.37-5558.26-7030.60

M

K4.575>3.04.060>2.51.280>3.01.060>2.5

t/m

0S16.16>01.01>016.72>03.47>0

2

t/m

0xi61.3951.1462.5761.47

2

由上表可以看出，大壩在基本荷載組合情況下，抗滑穩(wěn)

定安全系數(shù)均大于3.0,在特殊荷載組合情況下，抗滑穩(wěn)定

安全系數(shù)均大于2.5；應力均大于0,沒有出現(xiàn)拉應力，最大

壓應力為62.57t/m2,小于基礎承載力，所以大壩是穩(wěn)定安全

的。

1.3.1.5水力計算

(1)泄洪能力計算

①P=2%洪水位以上時，泄洪能力按以下公式計算：

Q=cmebsB而H()3/2

式中：

Q一流量，m3/s；

m—流量系數(shù)，查《溢洪道設計規(guī)范》

(DL/T5166-2002)附錄表A21-1；

￡一側收縮系數(shù)，￡=1—0.2(Ck+(n—1)Co)Ho/B；

工一邊墩形狀系數(shù)，"=0.7；

Co一邊墩形狀系數(shù)，查《溢洪道設計規(guī)范》附錄表

A.2.1-3；

O-s一淹沒系數(shù)，o-s=l；

B一溢流孔凈寬，B=27m；

Ho一溢流孔堰上總水頭。

②P=2%洪水位以下時，控制水位為208m,泄洪能

力按以下公式計算：

1/2

Q=uAJigH0;A=BD;

式中：

Q一流量，m3/s；

u—流量系數(shù)；

A一孔口面積，m2；

B一孔口總寬度，m；

D一閘門開啟高度，mo

經(jīng)計算，計算結果見表1.3-5。

表1.3-5石川沖引水壩泄洪計算成果表

3.3

0.20.512510205090

3

下泄流量137126111

945842738663521309142

(m3/s)172

閘門開啟

3333332211

數(shù)量(孔)

單孔閘寬

9999999999

(m)

閘門開啟1.23.76.54.61.8

6.4

高度(m)94082

堰上水頭8.47.97.46.56.56.56.56.56.56.5

(m)3980000000

0.50.50.50.50.50.60.50.50.40.7

流量系數(shù)

10080402224802487570

計算過流136126113931842738663521309142

量(m3/s)1.41.87.9.2.0.5.3.1.1.4

上游水位209209208

208208208208208208208

(m).93.49.98

下游水位179179178178177177176176174172

(m).70.43.76.15.61.28.90.02.32.95

(2)挑流消能計算

1、基本資料

校核洪水位209.93m,相應下泄流量1371m3/s,相應下

游水位179.70m。

堰頂高程20L5m。

鼻坎高程180.70m。

挑角25°。

下游河床高程169mo

2、射程L計算

L=(b2TiSin20[1+1+產(chǎn)，]

式中：@——壩面流速系數(shù)

Ti——鼻坎上落差

Ha——鼻坎計算高度

0——鼻坎挑射角

q——單寬流量

@=Ji-o.ix4=0.95

經(jīng)計算射程L=21.30m

3、沖坑深度計算

沖坑深度由下式計算

d=Kq1/2T1/4-t

式中：d——沖坑深；

t——下游水深；

K——沖坑系數(shù)，河床屬堅硬完整性好的砂巖，K取

0.8；

T——上、下游水位差；

經(jīng)計算下游沖坑深d=2.67m,根據(jù)有關資料介紹射程與

沖刷坑的比值L/d>3?4時，沖刷不致影響建筑物的安全，本

壩L/d=7.99,屬安全。

1.3.2大桂沖主壩

大桂沖主壩，壩址位于咸菜兒村下游約150m處，河谷

面寬淺，土覆蓋層厚度不一，左右兩岸巖層呈不對稱的“V”

型，根據(jù)地形及地質(zhì)條件經(jīng)方案比較后采用漿砌石重力壩。

1.3.2.1壩頂高程確定（非溢流壩）

壩頂高程等于水庫最高靜水位高程加Ah由下式?jīng)Q

定：

△h=2h2+ho+hc

式中：Ah——壩頂距水庫靜水位的高度（m）

2h2——浪高（m）

h0——波浪中心線至水庫靜水位的高度（m）

hc------超高（m）,

1.設計洪水位計算Ah值

根據(jù)水庫調(diào)洪計算成果，設計洪水位為208m,從1/萬地

形圖量得庫面最大吹程Df=0.5km,超高hc=0.4m,多年平均

最大風速v=18m/s

則浪高2h2=0.0166x（18X1.5）5/4x0.51/3=0.811m

08

波長2LL=10.4（2h2）-=8.794m

由公式反二幽日?！ㄒ?/p>

24LB

（壩前水深Hi=205-159=46mm）

計算得波浪中心線至水庫靜水位的高度

ho=O.47m

則△h=2h2+h°+hc=0.811+0.47+0.4=1.681m

則壩頂高程=205+1.681=206.681m

2.校核洪水位計算Ah值

根據(jù)水庫調(diào)洪計算成果，校核洪水位為206.79m,超高

hc=0.3m,計算原理同上，計算得=1.044mo

則壩頂高程=206.79+1.044=207.834m

經(jīng)比較，校核洪水位計算條件下壩頂高程較高，則擬定

壩頂高程=206.79+1.044=207.834m,取208m,壩頂上游側設

漿砌碎予制磚防浪墻高1m,厚0.35m,則防浪墻頂高程為

208m,壩頂面高程為207m。

1.3.2.2壩體平面布置

采用漿砌石重力壩，壩頂總長121m,非溢流壩段右岸

長39m,左岸長43m,壩頂高程207m,防浪墻高程208m。

壩底高程159m,最大壩高48m；溢流壩段長39m,布置于

中央，根據(jù)調(diào)洪計算和閘孔方案比較，設三個開敞溢流孔，

閘孔尺寸為10X7X3（孔寬X孔高X孔數(shù)），中墩厚2.5m,

邊墩厚2m,溢流堰頂高程198.2m,堰頂設工作橋，橋面寬

3m。沖沙管布置在溢流段底部，兼作放空管，采用鋼管外包

佐，鋼管直徑D=800mm,管進口中心高程為161.0m,下游

設一手動閘閥控制開關。

1.3.2.3斷面設計

（1）非溢流壩段

非溢流壩段最大壩高48m,壩底寬38.83m。迎水面設碎

防滲，防滲碎厚度為1.5m,壩踵處加厚，一直防滲到壩頂。

壩底壩踵和壩趾處設齒槽深3m,寬3m,并進行帷幕灌漿，

灌漿深度15m。上游壩坡為1:0.2,上游折坡點高程為174m。

壩頂高程207m,壩頂考慮啟閉設備的布置，壩頂寬取10m。

防浪墻高1m,厚0.35m,墻頂高程為208m。壩下游壩坡為

1:0.75,下游折坡點高程為193.44mo壩底設碎墊層，厚1m,

壩內(nèi)砌體為M7.5漿砌石。

(2)溢流壩段

溢流壩段長39m,凈寬30m,堰頂高程為198.2m。溢流

剖面采用WES剖面，剖面控制點位置見圖5-5”主壩溢流壩

段斷面設計圖”。

圖5-5主壩溢流壩段斷面設計圖

a）剖面計算水頭

Hd=0.75?0.95Hmax

Hmax一最高洪水位時的堰上水頭；Hmax=8.59m

定型設計水頭Hd=0.75?0.95Hmax=6.44?8.16m,取Hd

=7.3m

b）O點上游曲線（見圖5-5）

Ri=0.50Hd=3.65m；X1二一0.175Hd=-1.28m

R2=0.20Hd=1.46m；X2=-0.276Hd=-2.02m

R3=0.04Hd=0.28m；X3=-0.290Hd=-2.06m

c）O點下游曲線（見圖5-6）

/=0.5（%/H"嚴％=7.30m

Hd

y=0.092/5

表136O點下游曲線坐標表

X12345678910

0.00.30.71.21.82.53.34.31.36.5

Y

9300148283

d)剖面控制點坐標

剖面CD直線段壩坡系數(shù)m=0.75,反弧段半徑R=(4?

10)hc；兒為反弧最低點處的水深，經(jīng)計算hc=2.30m,取R

=11.5m,挑射角。=25°,剖面各控制點的坐標見表1.3-7。

表1.3-7剖面控制點坐標表

坐標'控

CDEF01

制點

X11.2223.4132.6137.4732.61

Y8.0824.3328.9317.4317.43

圖5-6主壩O點曲線大樣圖

1.3.2.4壩體穩(wěn)定及應力計算

1.荷載計算

作用于重力壩上的荷載有：壩體自重、水壓力、揚壓力、

浪壓力、泥沙壓力等荷載，本地區(qū)地震烈度為VI度，不考慮

地震荷載。

(1)壩體自重

G=YhV

式中：

Yh—筑壩材料容重，混凝土容重取2.4t/m3,漿砌石容重

3

取2.2t/m3；V一壩體積(m)o

(2)水壓力

a)靜水壓力P=yh(t/m2)

式中：丫一水容重(t/)

h一計算水深(m)

b)動水壓力

作用在反弧段上的水平向動水壓力PH和豎向動水壓力

Pv按下式計算：

PH=^^(cos%-COS,)

g

Pv-^^v(sin￡z,+sina,)

8

式中：

九一水容重；

q一單寬流量；q=53.20m2/s

g一重力加速度；

v—反弧段上平均流速；v=23.16m3/s

a1、a2一反弧段cd的最低點至反弧兩側的弧段所對的

中心角。a]=53.13°a2=25°

(3)揚壓力

壩基設有防滲帷幕，從安全考慮，不考慮排水孔的作

用，帷幕中心線上的揚壓力為九(H2+aiH),七一水容重;

H2一壩趾處的水深；Hi—壩踵處的水深；

(4)泥沙壓力

與=?,也淞2(45?！?

式中：九一泥沙浮容重；

%—泥沙內(nèi)摩擦角，取%=18°；

兒一泥沙深度，hn=6m。

(5)浪壓力

吹程Df=0.5km,風速v=18m/s

1/3

則浪高2h2=0.0166x185/4x0.5=0.488m

08

波長2LL=10.4(2h2)=1.863m

ho=O.256m

浪壓力p,=九包+產(chǎn)乙=1.09t/m2

2.荷載組合

荷載組合與石川沖引水壩一致，詳見表1.3-3。

3.穩(wěn)定計算

壩體抗滑穩(wěn)定計算采用抗剪斷強度公式：

EP

式中：

K，一抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，根據(jù)《漿砌

石壩設計規(guī)范》SL25-91規(guī)定，基本荷載組合時，采用3.0；

特殊荷載組合時，采用2.5。

zw一計算截面以上全部荷載的鉛直分力總和；

尸一壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)，取

0.9；

，一壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，取

70t/m2；

A—壩基面截面積；

4.應力計算

水平截面上的正應力嗎的計算按以下公式計算：

%=一聲生=萬一下

式中：

可、球一分別為上游及下游邊緣的鉛直正應力；

ZW一計算截面以上全部荷載的鉛直分力總和；

一計算截面以上全部荷載對截面形心力距的總和;

B-計算截面底寬；

1.計算成果

經(jīng)各項荷載計算統(tǒng)計，得出重力壩在各設計水位下的穩(wěn)

定和應力狀態(tài)，結果見表1.3-8o

由上表可以看出，大壩在基本荷載組合情況下，抗滑穩(wěn)

定安全系數(shù)均大于3.0,在特殊荷載組合情況下，抗滑穩(wěn)定

安全系數(shù)均大于2.5；應力均大于0,沒有出現(xiàn)拉應力，最大

壓應力為73.85t/m2,小于基礎承載力，所以大壩是穩(wěn)定安全

的。

表1.3-8大桂沖主壩穩(wěn)定及壩基應力計算成果表

壩段非溢流壩段溢流壩段

2%設計洪2%設計洪水

水位0.2%校核洪位0.2%校核洪水

水位

(正常蓄水水位(正常蓄水位

(m)

位)位)

205206.79205206.79

Am38.8338.8343.5343.53

EPt1060.701089.481060.701051.01

￡

t1802.871400.981941.871648.88

W

￡

t.m-6890.60-8017.49-8346.98-10