水库水利枢纽工程初步设计 - 图文(6)

第五章 坝型选择与枢纽布置

5.1坝型选择

根据各坝型的特点结合所给QA水库库区地质资料进行如下坝型比选： 坝型一：重力坝

重力坝是一种古老而且应用广泛的坝型,它因主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持稳定而得名。重力坝的结构简单,施工方便,抗御洪水能力强,抵抗战争破坏等意外事故的能力强,工作安全可靠,至今仍广泛使用。 1、重力坝的工作原理

重力坝的工作原理是在水压力及其他荷载的作用下,主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力来抵消坝前水压力,以满足稳定的要求,同时,也靠坝体自重在水平载面上产生的压重力来抵消由于水压力所引起的拉重力,以满足强度的要求。其基本剖面为上游近于垂直的三角形剖面,眼垂直轴线方向常没永久伸缩缝,将坝体分成若干独立工作的坝段,坝体剖面较大。

2、重力坝的特点

重力坝之所以能长久地被采用，主要是因为它具有以下几大优点：

a.泄洪和施工导流比较容易解决。重力坝的断面大,筑坝材料抗冲刷能力强,适用于在坝顶溢流和坝身设置泄水孔。在施工期可以利用坝体或底孔导流。枢纽布置方便一般不需要另设河岸溢洪道或洪隧洞。在意外情况下,即使从坝顶少量过水,一般也不会招致坝体失事；

b.安全可靠,结构简单,施工技术比较容易掌握。坝体板样,立模和混凝土浇筑和振捣都比较方便,有利于机械化施工；

c.安全可靠重力坝剖面尺寸大，应力较小，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗水的渗漏、洪水漫顶、地震和战争破坏的能力都比较强；

d.对地形、地质条件适应性强任何形状的河谷都可以修建重力坝，因为坝体作用于地面上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低；

e.枢纽泄洪问题容易解决重力坝可以做成溢流的，也可以在坝内设置泄水孔，一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑；

f．结构作用明确重力坝沿坝轴线用横缝分成若干段，各坝段独立工作，结构作用明确，应力分析和稳定计算都比较简单。

但是，重力坝也有下面一些缺点： a．坝体剖面尺寸大，水泥用量多；

b．坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；

c．坝体与地基接触面积大，因而坝底的扬压力较大，对稳定不利。

d．坝体体积大，施工期混凝土的温度应力和收缩应力较大，在施工期对混凝土温度控制的要求较高。 坝型二：拱坝

拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。与重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的反作用来支承。拱圈截面上主要承受轴向反力，可充分利用筑坝材料的强度。因此，是一种经济性和安全性都很好的坝型。 1、拱坝特点：

(1)优点：拱坝利用拱的作用将荷载传至两岸，充分利用了材料的搞压性能，故拱坝可做得比较薄，大大节省混凝土方量，从而节省造价。此外，拱坝还可以在坝身开孔解决泄流问题，不需另外修建溢洪道，坝体重量轻，抗震性能好。

(2)缺点：几何形状复杂，施工难度大。施工导流需一次断流，工另开导流隧洞。拱坝主要的缺点是对坝址河谷形状及地基要求较高。 2、地质条件

建造拱坝的地形条件是左右两岸对称，岸坡平顺无突变，砰面上为向下流收缩的峡谷地段，如V形和U形河谷。坝端下游侧要有足够的岩体支承，以保证坝体的稳定。理想的地质条件是基岩均匀单一、完整稳定、强度高、刚度大、透水性小和耐风化。此外，拱坝要求两岸坝座附近河岸边坡岩体稳定，整体性好，没有大的断裂构造和软弱夹层，在荷载作用下不产生大的压缩变形。 坝型三：土石坝 1、土石坝特点

(1)优点：

a.就地取材，节省钢材﹑水泥﹑木材等建筑材料，减少了建坝过程中的远途运输。 b.结构简单，便于维修和加高﹑扩建。

c．坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好性能，因此对地基的要求低。 d．施工技术简单，工序少，便于组合机械快速施工。

(2)缺点：坝身一般不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便，粘性土料的填筑受气候条件影响较大等。

2、地质条件：土石坝能够适用各种地质条件

综上所述，根据QA水库地质条件及附近建筑材料，发现重力坝及拱坝地形地质条件不适宜，而土石坝能适应各种地质条件且附近有足够的建坝材料，因而选用土石坝为建坝坝型。

土石坝按其施工方法可分为碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝、水中倒土坝和水力冲填坝。从地形地质条件以及附近建筑材料来看本次设计坝型应选择碾压式土石坝。碾压式土石坝根据土料配置的位置和防渗体所用材料种类的不同，又分为均质坝和土质防渗体分区坝、非土质材料防渗体分区坝。

均质坝材料单一，工序简单，但坝坡较缓，剖面大，工程量大，施工易受气候影响，冬季施工较为不便，坝体空隙水压力大。因此考虑均质坝方案是不宜采用的。 土质防渗体分区坝主要有斜心墙坝、斜斜心墙坝、斜墙坝和多种土质坝等类型。

斜心墙坝土质防渗体设在坝体中部，两侧为透水性较好的砂石料，该坝型粘性土料所占比重不大，施工受季节影响较小，但施工时斜心墙与坝体同时填筑，相互干扰较大。 斜斜心墙坝和斜心墙坝基本类似，并且可以改善坝体应力状态，能显著减弱坝壳对斜心墙的“拱效应”，其抗裂性能优于斜心墙坝和斜墙坝。

斜墙坝土质防渗体设在上游或接近上游面，该坝型斜墙与坝体施工干扰小，但其抗震性和适应不均匀沉降的性能不如斜心墙坝。由于该工程所在地区为地震烈度定为7度，基岩与砼之间磨擦系数取0.65，故不宜采用斜墙坝。

多种土质坝施工工序复杂，相互干扰较大，施工易受气候影响，在此不予采用。 非土质材料防渗体坝的防渗体一般有混凝土、沥青混凝土或土工膜等材料组成，而其余部分由土石料组成，因工程附近建筑材料丰富，为就地取材不宜采取该坝型。

由上述比较可以看出，斜心墙坝综合了斜心墙坝与斜墙坝的优缺点，斜心墙有足够的斜度，能减弱坝壳对斜心墙的拱效应作用；斜心墙坝对下游支承棱体的沉陷不如斜墙那样敏感，斜心墙坝的应力状态较好，因而最终采用斜心墙坝的方案。

5.2枢纽布置

根据枢纽工程功能以及满足正常运行管理要求，该枢纽工程由土石坝、溢洪道、隧洞、等组成，具体详见水库枢纽工程总布置图。

第六章 大坝剖面确定

6.1坝顶高程的确定

6.1.1坝顶超高

坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：

Y?R?e?A （6.1）

其中：Y----坝顶超高，m；

R----最大波浪在坝顶的爬高，m； e----最大风壅水面高度，m；

A----安全超高，m，该坝为Ⅲ级建筑物，正常运行时取A=0.7，非常运行时取A=0.5。

6.1.2坝顶高程计算方法

坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最大值: 1.设计水位加正常运用条件下的坝顶超高; 2.正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高;

3.校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高； 4.正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高加地震安全加高。 6.1.3波浪的平均波高和平均波周期

波浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田试验站公式[引至水工建筑物]

?0.45gD???0.0018??2????w??th?0.7??gH????m0.13th?0.7???2???w??????? （6.2） ???????ghm w2=

0.7?gHm??0.13th?0.7???2??w??

Tm=4.438×hm0.5 （6.3） Lm=

gTm?2?Hmth??L2?m?2?? （6.4） ??其中： hm —— 平均波高，m；

Tm—— 平均波周期，s； Lm—— 平均波长，m；

D —— 风区长度.km；

Hm——

坝前水深，m；

W —— 计算风速, m/s；

6.1.4风壅高度

风壅高度可按下式计算: [引至水工建筑物]

e?KW2Dm

2gHcos? （6.5）

式中： e —— 计算处的风壅水面高度，m；

D —— 风区长度，km；

K —— 综合摩阻系数3.6×10-6；

β—— 计算风向与坝轴线的夹角0°。

6.1.5波浪爬高

设计波浪爬高值应根据工程等级确定，3级坝采用累积频率为1%的爬高值. 平均波浪爬高可按下式或有关规定计算: [引至水工建筑物]

Rm?KwK?1?m2hmLm （6.6）

式中： Rm —— 波浪的平均爬高；

K△ —— 斜坡的糙率渗透性系数，护面类型选用砌石护坡，根据护面类型查规范得0.75；

Kw —— 经验系数，查规范得1.0；

m —— 单坡的坡度系数，若坡角为?，即等于ctg?，本设计取m=3 查规范1%累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23，故R=2.23 Rm。

最终计算成果见下表6.1：

表 6.1 各种工况下的坝顶高程

计算情况 计算项目 上游静水位（m） 河底高程（m） 坝前水深（m） 正常运用情况 非常运用情况 正常蓄水位 设计洪水位 正常蓄水位 校核洪水位 1994.7 1996.47 1994.7 1932.0 62.7 64.47 62.7 66.58 1998.58

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