若水电站初步设计说明书(编辑修改稿)

若水电站初步设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

12 2 坝址、枢纽布置方案及 坝型选择 坝轴线的选择 经地质 勘测与调查，坝址选 定在沅水一级支流巫水下游峡谷河段，河流弯曲河段下游。 坝址下游 2km 有洪江～绥宁省级公路从若水乡镇经过，交通较为便利。 峡谷筑坝工程量相对较小，河流弯曲段下游，有利于引水发电隧洞及 发电厂房的布置，该坝址处有上、下两条坝线可供选择。 上、下坝线地形、地质、水文 地质 条件比较表 项目 上坝线 下坝线 地 形 地 貌 上坝址位于河流弯曲段下游，流向 2790，基本为“ U”型横向河谷。 河床基岩裸露，高程181～ 184m，河床宽 136m，水深 ～。 坝轴线上游 100～ 350m，河床深槽较发育，一般槽宽 20～ 40m，槽深 11～。 当蓄水位 192m 时，河谷宽 161m ，左岸冲沟较发育，坝轴线上、下游分别分布 2 及 3 冲沟，边坡具下陡上缓特征，高程 227m 以下坡角 450，以上坡角 250，山顶高程 271m ；右岸地形较平顺，上游有一小冲沟分布，边坡较陡峻，坡角 350～ 450，山顶高程292m 下坝址位于上坝址下游 660m，基本为“ U”型横向谷，河流流向2650，河床大部分为冲积砂砾石覆盖，河床高程 182～ ，河床宽 202m，右河床为浅滩，水深 ～, 左河床为人工改造河槽，水深 ～。 当正常蓄水位 192m时，河谷宽 232m。 两岸地形对称，边坡较陡峻。 左岸坡角 400～ 430，为崩坡积物所覆盖，山顶高程；右岸坡角 420～ 450，基岩裸露 ,山顶高程 地质 条件 坝区岩层走向与河流交角 700～ 800，倾上游偏左岸，坝址区构造较简单，仅上游见 F1 断层及物探探测的 F3 断层，破碎带宽 ～ ，延伸长度均小于 50m。 主要节理有四组。 坝区地质构造较简单，断层未见。 岩层产状 N200～ 250E,SE＜ 600～700，其走 向与河流交角 600～ 650，倾向上游偏左岸。 地 层 岩 性 坝址区除两岸均分布有宽度较窄，厚 3～ 4m冲积阶地堆积及左岸分布厚 1～ 3m 残积堆积外，基岩大部分裸露，出露的主要岩性为砂质板岩、绢云母板岩夹长石砂岩、厚层长石砂岩、含砾砂岩、含砾砂质板岩 坝区除少部分为第四系松散堆积物覆盖外，基岩大部分裸露，出露的主要岩性有绢云母板岩夹中薄层长石砂岩 水文 条件 上坝线离河弯较远，受弯道水流影响比较小 下坝线河床比较宽，水流流速比较小 岩石 风化 情况 坝区岩石风化受岩性与地形等因素影响，长石砂岩抗风化能力较 强，风化较浅；板岩、绢云母板岩抗风化能力较弱，风化深度较大，两岸山顶受地形切割呈弧立小山包，则强风化深达 25～ 36m。 坝区岩石风化主要受岩性所控制，坝基及坝肩大部分为绢云母板岩，其抗风化能力较弱，两岸肩强风化相对较深。 13 钻孔 实验 据钻孔压水试验和地下水观测资料，坝区岩体透水性较差，地下水位坡降陡达 40～ 50%，埋藏较浅，远高于设计正常蓄水位。 坝基岩体透水率小于 5lu 占 %，基本属弱透水岩体；防渗帷幕下限（ q5lu）埋深，左岸 ～ 20m，河床 5～ 7m，右岸 ～ 12m。 据钻孔地下 水位观测资料，左坝肩地下水位埋深 ～ 40m （高程 225m 以上），右坝肩地下水位埋深 3 ～ 23m（高程 226m 以上），远高于蓄水位。 据钻孔压水试验资料表明，基岩的透水性与岩体风化程度密切相关，强风化带及弱风化带上部岩体节理裂隙较发育，岩体完整性较差，透水性较强，为中等透水带，弱风化带中下部和微风化岩体透水性较差，基本为弱透水或微透 水 带。 坝 基 防 渗 帷 幕 下 限（ q5lu）埋深，左岸 10～ 28m，河床 2～ 10m，右岸 6～ 20m 、地质方面： 上坝线坝区基岩的强度和抗风化能力都要比下坝线好 ； 上坝线岩层走向与下坝线相比更有利于 坝 区的防渗； 上坝线坝址处有断层（用一般的措施可以解决，如：设 混凝土塞、接缝灌浆） 、下坝线坝址处基岩较完整 较为有利； 上坝线的岩层透水性要好于下坝线的岩层透水性。 枢纽布置方面：该工程采用引水式地面 厂房，河床宽度对枢纽布置影响不大，因此上、下坝线均可。 施工条件方面： 由于该工程工程量不大，施工强度也较小，对施工场地要求不高，上、下坝址均能满足施工场地要求。 工程量： 由于下坝线河床要比上坝线宽，因此下坝线的工程量、包括：混凝土的 浇筑量、清基量、 开挖量等要比上坝线要工程量要大； 由于地下水深浅和岩层的透水性不同，上坝线的帷幕灌浆量要比下坝线的工程量要小。 筑坝材料和水文气象在对该工程的影响也较小，上、下坝线区别不大。 综上所述， 对上、下坝线的地形、地质方面、枢纽布置方面、施工条件方面、工程量、筑坝材料和水文气象这些因素进行综合比较，推荐该工程选用上坝线方案。 坝型 方案比较 自动翻板闸的闸室主要由闸门、转动较、支墩及底板组成，利用水力和重力的作用自动启闭。 自动翻板闸不需 要设置启闭机和工作桥，有结构简单、施工方便、工程量少、造价低廉等优点，并且闸室结构轻矮，抗震性能好。 多用于中小型分洪闸和蓄水闸。 橡胶坝是以高强力纤维为受力骨架，用合成橡胶粘合成的坝袋，锚固在闸底板上，用水或气充胀形成坝体挡水，其作用相当于活动的闸门。 坝高一般为２～５米，适宜建在水库的溢洪道、溢流坝和水流平稳、泥砂、漂浮物少、无推移质的河道或渠道上。 它具有结构简单、施工方便、造价低、节省三材和抗震性能好的优点。 但也存在着坝袋材料容易老化，耐久性和坚固性差，检修管理困难等缺点 ： 14 土石坝坝体庞大，筑坝材料用量多，且材料运距远，工程造价高。 右岸虽可布置溢洪道，但溢洪道位置与引水隧洞平行，影响引水隧洞和下游厂房的安全，从技术、经济、安全考虑，放弃该方案。 方案： 该方案按筑坝材料又分混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 两者都能做到充分利用当地现有材料，泄洪建筑物容易布置，施工导流方便。 比较而言，浆砌石重力坝水泥用量少，投资少，但不能实现机械化施工，且人工砌筑，坝体质量不易控制，工期较长，而混凝土重力坝可实现机械化施工，就目前的施工工艺、组织管理、机械化设备使用水 平，混凝土重力坝为推荐坝型。 在目前国内水利工程建设中 ，混凝土重力坝又分为实体、宽缝、空腹三种型式，该坝为低坝，为 引水式发电站，坝内、坝后没有厂房布置要求，不宜做空腹重力坝。 宽缝重力坝体型复杂，模板用量多，应力分布复杂，钢筋用量也多，施工困难，工期长。 而实体重力坝虽工程量大些，但体型简单，机械化施工程度高，工期短，可提前发挥效益。 使工程投资得到补偿。 从多方面综合考虑，混凝土实体 闸坝的较其它方案优点较多 ，故为该工程推荐坝型。 枢纽总体布置 根据本工程开发的目的与要求及当地的地形、地质条件，大坝坝址 及电站厂房厂址已经选定，则枢纽的总体布置基本确定。 枢纽建筑物由大坝、引水隧洞、厂房等组成，由于是引水式电站，枢纽主要建筑布置比较分散，施工相互干扰比较小，但管理不太方便。 15 3 闸孔尺寸比选 过闸设计流量及校核流量 二十年一遇洪水时上游水位不雍高，即在上游为正常水位 时泄洪量不小于3080 m3/s；设计洪水重现期为 50年（ P=2%），下泄流量 5220m3/s；校核洪水重现期为 500年（ P=%），下泄流量 8440 m3/s。 堰 型选择 本坝泄洪任务重，根据宽顶堰与实用堰堰型比较表，参考现有的设计案例，堰型选为泄流能力强的实用堰。 宽顶堰与实用堰堰型比较表 比较 堰型 宽顶堰 实用堰 优点 1. 构造简单，施工方便 2. 自由泄流范围较大，泄流能力比较稳定 3. 堰顶高程相同时，地基开挖量较小 1. 自由泄流时，流量系数较大 2. 选取适合的堰面曲线，可以消除波状水跃 3. 堰高较大时，可采用较小断面，水流条件好 缺点 1. 自由泄流时，流量系数较小 2. 下游产生波状水跃的可能性大 1. 结构较复杂，施工较困难 2. 淹没度增加时，泄流能力降低很快 门叶选择 本大坝设计洪水泄量大，闸孔数量多，挡水面积大。 而闸门型式很多，各有特点（如下表），从材料、制造安装水平、运行维护及使用年限等多方面考虑，选用弧形钢闸门比较经济合理。 不同型式闸门功能比较表 优点 缺点 平面闸门 1. 可封闭大面积孔口 2. 占顺水流方向的空间较小 3. 门叶可移出孔口，检修方便 4. 门叶可在孔口间互换 5. 门叶可沿高度分成数段，便于组装 6. 对移动式起闭机的适用性较好 1. 需要较高的机架桥和较厚的闸墩 2. 具有影响水流的门槽，容引起空蚀现象 3. 埋设件数量较多 4. 起门力较大 16 弧形闸门 1. 可封闭大面积孔口 2. 机架桥 的高度和闸墩的厚度较小 3. 没有影响水流流态的门槽 4. 起门力较小，且摩擦阻力对起门力的影响较小 5. 埋设件的较少 1. 需要较长的闸墩 2. 门叶占据的空间位置较大 3. 不能提出孔口以外进行检修维护，不能在孔口之间互换 4. 门叶承受的总水压力集中与铰处，传递给土建结构时需作特别处理 翻板 闸门 1. 可利用水重自动操作 2. 便于泄洪排沙 3. 闸门便于安装，不需起闭设备，比较经济 1. 只能在少数一、二种水位组合下动作，不能任意调节水位或流量 2. 开门（多孔）时，下泄流量激增，河床和岸坡冲刷严重 3. 门叶长期处于水下，检修维护困难 4. 占闸首空间位置较长 注：其他（ 如人字闸门、横拉闸门、三角闸门、浮箱闸门等）不做比较。 弧形闸门 弧形闸门与平面闸门不同之处，是门叶的面板呈弧形，并架设在两侧支臂上，支臂支撑在支铰上，可绕铰轴中心线转动而起闭孔口，通常，铰轴中心重和与弧形面板的圆心，即作用在弧形面板上的水压力的合力永远通过铰心，故在闸门转动时，水压力不会引起较大的阻力。 弧形面板曲率半径与门高的比值，露顶式闸门一般取为 ～ ，支铰位置设在泄水时不常受到水流和漂浮物冲击的高程上，一般溢流坝上的露顶式闸门，支铰位置约在（ 1/2～ 3/4）倍门高处，并 高出 校核洪水的水面 线。 弧形闸门门叶的梁格布置与平板闸门门叶相似。 本工程露顶式闸门设计门高为 ，则弧门面板曲率半径设计为 18m，支铰 高程为。 反弧段曲率半径为。 （计算见 WES堰的尺寸拟定及水面线的确定） 闸孔单孔净宽（ b0）、闸墩型式和厚度 拟定 根据闸门型式、起闭能力、施工条件和地质情况综合比较，查《水工设计手册》 P69 （闸孔净宽（ b0） 参考表），弧形闸门露顶 b0常用值 6～ 18m，本工程初步拟定 b0=12m。 闸墩厚度中墩取 ,边墩取 ，上游侧墩 头为半圆形，下游侧墩头为半圆形。 使水流能较平顺的流入，流出。 堰顶高程 确定 和闸孔孔数、尺寸 拟定 泄流能力计算采用如下公式进行 : 3/2csQ = m n b 2g H     （ 《水力计算手册》 P128） 式中： Q过流量 m3/s 17 b闸孔净宽 m n闸孔孔数 H0包括行近流速水头的堰前总水头，即 H0=H+v02/2g m v0行进流速 m/s m自由出流的流量系数， 当 P/Hd≥ ， H0/H= 时，可忽略行近流速水头，则 m= 当 P/Hd＜ 时，（ 《水力计算手册》 P134，图 323） P上游堰高 m H上游水头 m Hd堰上最大水头 Hmax的 75%～ 95%，设计水头不同，堰顶可能出现的最大负压也不同，规范规定，校核洪水位闸门全开时，出现的负压值不得超过 3～ 6m水柱，设计水头的选择与堰面可能出现的最大负压值，可参考表 堰面可能出现的最大负压值 Hs/hmax 最大负压值 (m) 0 σ c侧收缩系数 01c HkN b  （《水力计算手册》 P136，式 324） k墩形收缩系数，本堰取 k=（ 《水力计算手册》 P138，图 327） N侧收缩边数 ,N=2n b每孔净宽（ m） σ s淹没系数，σ s与Δ Z/H0和 (Δ Z+ht)/H0有关，（ 《水力计算手册》 P136，图 325） Δ Z上下游能头差 m ht。