工程布置及建筑物.docx

5 工程布置及建筑物5.1设计依据5.1.1工程等别及建筑物级别根据水利部《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定，水利枢纽工程按水库库容划分，本工程总库容（校核洪水）为38.6万m3小于100万m3，属V等小（2）型工程，主要建筑物和次要建筑物均为5级最大坝高为16m，洪水标准按平原区、滨海区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准，正常运用的洪水标准即设计洪水标准取10年一遇，非常运用的洪水标准即校核洪水标准取50年一遇5.1.2地震基本烈度根据《广东省地震烈度区划图》（1:180万），本区地震烈度为小于六度区5.2工程选址C漂流水库为C水峡谷漂流的调节水库该水库坝址必须位于漂流起点上游某一区域，既要考虑坝高和库容，又要考虑库区淹没通过对现有1/10000地形图的仔细研究并经多位专家现场踏勘，水库坝址选定在寨下村旁，C水支流C水瀑布入口峡谷该处河谷狭窄，两岸山体雄厚、对称，其上游河道开阔，下游河道为瀑布，两岸均有基岩出露，具有筑坝建库的有利的地形和地质条件其上游50～1000m处有较大平缓的田地，有较好调节库容水库蓄水后，回水全长约1.2km，库区没有居民点，亦无工厂和矿山，但有果场、田地，淹没赔偿较大。

总之，从地形、地质、水库的运用要求及经济、技术等多方面考虑，该坝址都是比较理想的5.3 工程布置和主要建筑物型式5.3.1坝型选择根据地质勘察资料，两岸山体岩石出露且坡度较陡，河谷狭窄对称，顺水流方向呈“V”形，而且坝址上下游附近的边坡较稳定，没有急剧变化的岩层和断层，适合采用拱坝或重力坝坝型方案本工程主要采用以下两种坝型进行比较，方案一：砼双曲拱坝；方案二：浆砌石重力坝具体比较见表5—1 表5—1 坝型方案比较表 方 案 项 目方案一方案二 大坝坝型砼双曲拱坝(包括重力墩)浆砌石重力坝（金包银）石方开挖(m3)6291095C20混凝土(m3)950388M7.5浆砌块石(m3)602676C15混凝土(m3)191320人工工日(万工日)0.3061.02建筑工程投资(万元)34.3158.97施工要求施工技术性强，必须要求具有相应资质的队伍方能施工施工相对简单 从以上比较可以看出，方案一：拱坝方案坝体与溢洪道相结合，工程量小，投资省，导流简单，但施工较复杂；方案二：浆砌石重力坝（金包银）方案施工简单，但工程量大，投资较大，经比较，重力坝投资比拱坝增加24.66万元。

根据上述分析比较及业主的意见，结合本工程实际，因此，选择方案一为推荐方案5.3.2 工程总布置根据选定坝型为砼拱坝方案布置，C水库主要建筑物有挡水建筑物、泄水建筑物、φ800带闸阀放水涵管、预留电站引水管大坝布置在C水上游的C水瀑布入口，为拦河挡水建筑物，沿坝轴线长41m；在坝体中部布置溢流坝段，作为泄水建筑物，溢流坝段净宽20.69m（坝顶中心线弧长20m）；左岸为非溢流坝段，沿坝轴线长9.4m；右岸为非溢流坝段，沿坝轴线长10.91m；右重力墩，长5m及连接段，长39.5m；φ800放水涵管布置在154.4m高程，靠右岸山坡上；预留电站引水管布置在156.5m高程，靠左岸山坡上详见水工-02图5.4 主要建筑物5.4.1拱坝断面设计本工程挡水建筑物坝型采用砼拱坝，由溢流坝段和非溢流坝段组成，溢流坝段既是挡水建筑物，又是泄水建筑物根据坝址开挖以后坝顶高程处的河谷宽度L=34.47m与拱高H=16m之比即河谷宽高比L/H=2.15，属“V”形河谷，拱坝体形选用双曲拱坝1) 拱圈中心角根据实际地形、地质条件及有关规程、规范要求，为满足坝体应力小于允许值及两岸坝肩稳定要求，并使拱轴线在拱端的切线，与可资利用基岩等高线的夹角不小于30°,取拱坝顶部拱圈中心角为100°，底拱拱圈中心角为70°，在坝高的中间部位附近根据上、下部河谷形状进行调整。

为使坝面曲线光滑，避免局部应力集中，并考虑施工方便，悬臂梁的倒悬度（水平比垂直）不大于0.3:1，各拱圈布置见水工-03图2) 坝顶厚度由于坝顶无交通要求，考虑溢流和温度变化，取坝顶厚度为1.5m3) 拱圈厚度根据砼拱坝坝顶弧长与坝高的比值L/H同拱坝坝底厚度的比值T/H的关系曲线(见武水《水工建筑物》农田水利工程专业用P59，图2-7(a))，L/H=39.27/16=2.45，查得T/H=0.185，则T=2.96m，设计取T=3.0m5.4.2右重力墩及右岸连接段断面设计由于双曲拱坝右岸山头岩石风化较深，拱座受力条件差，需设置重力墩右重力墩结构为M7.5浆砌石墩，顶宽3.3m，长为5m，上游面铅直并设0.3m的防渗墙，下游面坡度为1：0.7，与双曲拱坝右拱座连接处坡度为1：0.7，与右岸连接段连接面铅直并设置伸缩缝，采用铜片止水根据地形、地质条件，右岸山头高程低于坝顶高程，且岩石风化较深，在重力墩与右岸山体之间设置右岸连接段，采用M7.5浆砌石挡水墙，顶宽1.5m，长为39.5m，上游面铅直并设0.3m的防渗墙，下游面坡度为1：0.4详见水工-04图5.4.3坝顶高程由于本工程泄洪采用坝顶开敞式溢流，坝顶高程按《混凝土拱坝设计规范》（SD145－85）规定， 坝顶高程为水库静水位加Δh，Δh=2h1+h0+hc2hl为浪高；h0为波浪中心线至水库静水位的高度；hc为安全超高，均取0.3m；风速：根据相关资料，该地多年平均最大风速15m/s；吹程：在1／10000库区地形图上量得Df=0.60km。

根据《规范》附录二有关公式，结合调洪演算成果，计算如下：1) 设计洪水情况2hl=0.0166Vf5/4.d1/3 Vf=1.6Vmax =0.0166×(1.6×15)5/4.0.61/3 =0.74(m)2Ll=10.4(2hl)0.8 =10.4×(0.74)0.8=8.17(m) h0= 4πhl2 /2Ll ×cthπH1/ Ll 式中，H1为坝前水深，H1=168.36-151=17.36(m) cthπH1/ Ll ≈1h0= 4π×(0.74/2)2 /2×(8.17/2) ×1=0.21(m) hc=0.3m Δh=2hl+h0+hc=0.74+0.21+0.3=1.25(m)2) 校核洪水情况2hl=0.0166×155/4×0.61/3=0.413(m)2Ll=10.4×(2hl)0.8=10.4×0.4130.8=5.13(m)H1=168.74-151=17.74(m) cthπH1/ Ll ≈1 h0= 0.104(m) hc=0.3m Δh=0.413+0.104+0.3=0.817(m)所以，非溢流坝顶高程确定为：设计洪水情况下：168.36+1.25=169.61(m)校核洪水情况下：168.74+0.817=169.56(m)坝顶高程取169.7m，为降低坝顶高程，在坝顶上游设置0.9m高的砼防浪墙，墙厚为0.3m，则坝项高程为168.8m。

5.4.4 水力计算根据泄洪计算成果，本工程单宽流量仅为3.2m3/s（设计洪水），采用坝顶自由溢流，无闸门控制，溢流前缘在拱坝中间的河床部分，采用跌流消能溢流堰采用实用堰型，堰面进口为R0.5m圆弧段，后接1：3直线段跌流射距按《砼拱坝设计规范》SD145-85附录一公式估算： Ld=2.3q0.54z0.19 =2.3×4.480.54150.19 =8.65m式中：q为设计洪水时单宽流量，考虑流量向心集中影响，取向心集中系数为Cq=1.4，即q为4.48m3/s；；z为鼻坎至河床高差，取15m根据河床下游地质情况，考虑不设护坦，最大冲坑水垫厚度tk， tk=aq0.5H0.25=0.7×4.480.5×13.560.25 =2.83m式中：q为设计洪水时单宽流量，考虑流量向心集中影响，取向心集中系数为Cq=1.4，即q为4.48m3/s；a为冲坑系数，按坚硬完整的岩石取0.7；H为上下游水位差，取13.56m根据消能水力计算，跌流消能的冲刷坑距坝脚较远，冲刷坑的坡度在规范允许的范围内，下游河道较宽，河床较陡，挑射水流不会形成反向回流，岩石抗冲性亦较好，因此，溢流坝下游不必设防护工程。

但考虑到两岸山坡岩石风化，抗冲能力差，现对坝拱圈下游10m内，高程162.5m以下进行护坡加固采用C15砼，厚度为0.5m，分三级台阶布置5.4.5坝体应力计算根据《规范》要求，拱坝应力分析一般采用拱梁分载法计算成果作为衡量强度安全的主要标准由于本工程坝高为16m，属小型拱坝工程，采用《水利水电工程PC-1500程序集》中“J-2 考虑扭转作用的拱冠梁法程序”计算，可满足设计精度要求1）基本资料：泥沙：淤沙高程154m，淤沙内摩擦角18°，淤沙浮容量0.9t/m3建筑材料：坝体采用C20砼，砼容重2.4t/ m3，水容量1.0t/ m3，砼热膨胀系数0.00001，砼弹性模量2500000t/m2，基岩开挖至弱风化花刚岩，弹性模量3500000t/m2(参考地质资料)2）荷载组合基本组合：水库正常蓄水位及相应的尾水位和设计正常温降，自重，扬压力，泥沙压力等特殊组合：校核洪水位及相应的尾水位和设计正常温升，自重，扬压力，泥沙压力等3）计算成果根据《水利水电工程程序集》中“J－2”程序，经计算，设计断面的拱冠和拱座的最大拉应力和最大压应力均能满足规范要求具体如下：基本荷载组合下，最大拉应力在拱座上游面为11.68kg/cm2≤12 kg/cm2，最大压应力均小于容许压应力；特殊荷载组合下，最大拉应力在拱座上游面为12.2kg/cm2≤15 kg/cm2，最大压应力均小于容许压应力。

计算结果详见附件一5.4.6 坝肩抗滑稳定及坝基处理根据现场地质勘察，坝址两岸及河床出露的地层为第三期花岗岩（ry3）的粗粒似斑状花岗岩，岩石呈灰白色，粗粒结构，坝址左岸和河床的岩石呈弱风化状，节理稍发育，大部分为闭合，岩石较完整，强度高，微风化岩埋深不大，挖开风化岩石到较好弱风化岩石，可作坝基各风化岩体的承载力标准值fK，根据断层、裂隙的发育程度和软弱夹层的分布，参照水利水电工程地质勘察规范建议：较好弱风化岩带 fK＝4-5Mpa（属较软岩BⅢ 2类岩体以下同），岩石较完整，不存在不利于稳定的裂隙，无软弱夹层，左岸拱端位置布置在雄厚的山体中，拱轴线与新鲜基岩等高线交角大于35°，右岸山头岩石风化较深，拱座受力条件差，设置重力墩和右岸连接段，保证坝肩抗滑稳定，经稳定和抗滑计算均满足要求根据应力计算结果，拱座上游面有一定的拉应力（在允许范围内），尤其是在1/3至1/2坝高内，拉应力分布较大为了改善拱座上游面的拉应力，将拱座截面局部扩大，拱端向上下游加宽0.5m，垂直半径方向2.0m坝基开挖要求至坚硬完整的基岩，基岩开挖面应比较整齐，起伏度不超过0.3m，最后的0.3~0.5m厚的岩基应放小炮或用风镐开挖，以免损坏岩基。

为保证坝头稳定，拱端应沿半径方向开挖，如开挖量太大，可将基岩在坝厚中心线外开挖成折线形，与拱坝径向线夹角大于20°根据地质资料，岩石风化较深，右重力墩和右岸连接段可能存在渗漏稳定问题，要求开挖防渗槽如基础开挖破碎，应考虑采用固结和帷幕灌浆进行处理附件：J-2考虑。