第五章 工程布置及建筑物

1、第五章 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本工程以灌溉为主结合发电，总装机容量为0.69万千瓦，水库总库容769万m3,按水利水电工程等级划分及洪水标准，枢纽定为4等工程。建筑物级别及洪水标准项 目级别设计洪水（%）校核洪水（%）备 注拦河坝进水口42.00.2发电厂房42.015.1.2 设计基本资料1、 无过竹、过木要求2、 水文数据多年平均流量：10.37m3/s多年平均年径流量：3.27亿m3灌溉最大引水流量：3.07m3/s(P=90%)引水电站设计引水流量：26.2m3/s坝址上下游水位与下泄流量频率（%）项目0.2125下泄流量（m3/s）27742

2、24319931663上游水位（m）104.48103.23102.61102.00下游水位（m）89.5588.013、气象本流域属南亚热带季风气候区。多年平均气温21.90C历年月平均最高气温33.90C（7月）历年月平均最低气温60C（1月）实测极端最高气温39.50C（1989年8月26日）实测极端最低气温-40C历年平均风速1.7m/s平均最大风速14.3m/s4、泥沙多年平均输沙量7.39万t多年平均含沙量0.226kg/m3坝前淤沙高程91.00 m淤沙浮容重8.0KN/m3淤沙摩擦角1605、水库及水能主要依据水库正常蓄水位：102.00m,正常库容541万m3发电死水位：98

3、.0m，死库容264万m3水库最低水位：88.0m(放空水库时)电站装机容量：2×3200kw+1×500kw=6900kw单机容量：引水电站3200kw,坝后电站500kw枯水期（P=75%）保证出力950kw机组安装高程：引水电站70.6m,坝后电站90.0m6、地质数据主要岩石指标采用值表序号岩 石 名 称饱 和抗 压强 度（MP2）弹 性模 量Bd104(MP2)泊桑抗 剪 强 度 （MP2）抗 剪 断抗 剪tgc/tgc1紫红色泥质粉砂岩（弱风化）36.62.550.330.5102紫红色粉砂质泥岩（弱风化）24.62.560.340.881.600.4703紫红

4、色砂岩（弱风化）76.23.820.320.5104浅紫红色，灰色石英砂岩（弱风化）74.23.520.300.5205紫红，灰绿色泥岩（新 鲜）14.22.930.321.090.750.530地震：基本烈度为6度，不考虑设防。7、材料容重：砼24KN/m3;钢筋砼25KN/m3;钢材77KN/m3;岩石平均值26KN/m3;淤泥浮容重：8.0 KN/m3。8、吹程和风速坝址水库最大吹程1.0km,计算风速在正常及设计洪水情况下取21.45m/s,校核洪水情况取14.3m/s。5.2 坝型、坝轴线的选择及工程总体布置5.2.1 坝型、坝轴线的选择根据河段情况及本工程的任务、规模及地形、地貌、

5、地质条件，工程坝址仅可设置于新建村上游枫木陂峡谷，该河段处在东安江流域的山区和半山丘陵区的交界，现有枫木陂引水支墩坝即在该河段，该陂坝下游600m河段即为丘陵和山地，河谷开阔，两岸出现了一、二阶台地和成片的农田耕作区，河段以上地形成库条件良好，河段内地形、地质条件成坝条件较理想，有现成的陂坝可作上游施工导流围堰，在陂坝右岸下游约270m山体有一条中等程度发育的冲沟，地形和坡面地质条件不利于筑坝，冲沟下游河段两岸逐渐成不对称地形。因此，坝轴线设置于陂坝下游至冲沟处河段内。该河段若性均为粉砂岩、粉砂质泥岩、砂岩、石英砂岩、泥岩等岩组构成，基岩为弱微透水，河床基岩弱风化面在7274m高程，两岸岩石出

6、露在100120m高程，在此河段内岩性、岩质较均一，两岸地形基本对称，河谷顺直，则坝轴线选定在原引水陂坝下游20m冲刷坑下游处。从地形、地质条件分析，坝轴线处适宜布置重力坝和拱坝，拟选用重力坝和拱坝两个方案进行比较，以选定本工程坝型。1、 重力坝方案拦河坝采用重力坝时，坝轴线为直线，由溢流坝段和非溢流坝段组成，坝顶总长119.0m,其中溢流坝段长65m,最大坝高35.5m;非溢流坝段长54m,左岸最大坝高20.5m,右岸最大坝高25.5m;左岸非溢流坝后为坝后灌溉电站厂房及升压站。主要工程量：砼24475m3,细石砼砌石34200m3,土石方挖运37379m3,坝工土建总投资为1386.54万

7、元。由于重力坝为当地常用的坝型，对坝体的施工质量容易控制，施工难度不大，不需要大型机械施工。2、 拱坝方案拱坝的坝轴线在平面上为一弧形曲线，根据坝址处的地形、地质条件，河谷宽高比L/H为3.5左右，宜布置重力拱坝，由溢流坝段和非溢流坝段组成，坝顶轴线长135m,其中溢流坝段长75m,最大坝高35.5m,左岸非溢流坝后为坝后灌溉电站厂房及升压站。主要工程量：砼19580m3，细石砼砌石27360m3,土石方挖运40325m3，坝工土建总投资为1256.27万元。拱坝要求地质条件、施工工艺较高，施工质量较难掌握，但本坝规模较小，不需要大型机械施工，而需要选择较好的施工队伍。两种坝型坝工投资相差不大

8、，施工工期也较接近，拱坝对地形地质条件、施工技术要求相对较高，优势不明显，因此推荐重力坝方案。5.2.2 引水系统及厂址选择由于本工程坝体溢流宽度较大，基本占用原河床位置，坝后布置建筑物较难，同时，本工程需要设置两个发电厂房并考虑输电中心变电站的布置及管理，而灌溉电站布置一台机组即可，其厂房尺寸较小，布置高程宜在原渠处。因此，拟定两种布置方案选定引水系统及厂址布置。1、 方案一：上游厂址方案根据拦河坝布置及地形、地质条件，上游厂址拟布置于坝轴线，左岸下游约350m处，考虑到投资和施工干扰因素，拟采用明管引水方案，总引水流量按两个电站考虑，采用D=4.0m钢管，灌溉电站用支管引水设于原渠道处，大

9、电站厂房设于河床边。升压站布置于电站厂房背面，生活区布置于厂房下游约300m山腰处。此处河底高程76.0m,尾水渠疏浚投资高，且通过尾水渠回用水头十分有限，位置也较狭窄，各建筑物布置过于紧揍，电站总装机容量为5500kw,不能较好利用水能资源，施工干扰较大。2、 方案二：下游厂址方案下游厂址方案拟把厂区布置于坝址下游约1.0km河床左岸二阶台地上，采用有压隧洞引水至大厂房。灌溉电站由于厂房尺寸较小，拟布置于拦河坝左岸非溢流坝下游，坝后式布置。此方案电站总装机容量为6900kw,能充分利用清洁有限的水能资源，各建筑物布置较分散，施工干扰较小，同时，引水电站厂区在二阶台地上，地形开阔，建成后，工作

10、、生活环境优美舒适，符合以人为本的发展要求。综上所述，推荐方案二即下游厂址方案。5.2.3 工程总体布置本工程坝型选定重力坝方案，从而确定了本工程的总体布置。本工程主要建筑物有：拦河坝、引水系统（包括隧洞进水口、引水隧洞、溢流堰、调压井、高压管道）、坝后灌溉电站厂房及升压站、引水电站厂房及升压站、输电线路和生产生活附属建筑。一、 拦河坝：拦河坝为细石砼砌块石重力坝，坝轴线长度119m,泄水建筑物为表孔，表孔布置在溢流堰顶，采用有闸溢流方案，溢流段长65m,溢流净宽50m,堰顶堰面为幂曲线。采用挑流式消能，溢流段最大坝高35.5m，采用弧形钢闸门控制共5扇。两岸非溢流坝坝顶高程105.5m,左岸

11、最大坝高20.5m，右岸最大坝高25.5m，均为重力坝。坝体上游面垂直，下游坝坡1：0.7，坝顶宽6.0m,按抗剪断公式计算坝体与建基面抗滑稳定安全系数大于允许值，坝基垂直正应力小于基岩允许承载力。二、 引水系统根据工程区域的地形、地貌及地质条件，引水系统布置在左岸山体，采用有压引水方式，由进水口、隧洞、中段调节池溢流堰、调压井、高压管道组成，引水系统总长1069.8m。（1） 隧洞进水口隧洞进水口采用有压进水口，压力墙式钢筋砼结构，设置于拦河坝上游左岸，孔口尺寸4×4.0m,底板高程92.0m,孔口前“八”字型扩大，以便加大拦污栅过水断面，孔口后设渐变段以便能平顺连接隧洞。该进水口

12、布置工作钢闸门、检修钢闸门各一扇，拦污栅一扇，墩顶设置启闭排架及平台，以安装启闭机，墩顶高程103.0m,启闭平台高程109.0m,工作闸门下游设置1.0m×1.0m进人通气孔。（2） 引水隧洞引水隧洞采用有压隧洞。考虑地形、地貌、地质、水力、施工等各种因素，设置1个拐点，隧洞设计引水流量26.2m3/s, 采用圆形断面，隧洞内径4.0m,底坡降i=7,在距进水口约400m山埇处设置调节池及溢流堰，此处也为施工出碴口。（3） 调压井 调压井采用简单圆筒式，设置于厂房背半山腰处，埋入式钢筋砼结构，内径D=9.5m。井顶高程110.00m。（4） 高压管道 高压管道连接调压井和发电厂房，

13、采用一主两支方案。高压管道内径4.0m,主要由洞挖而成，出洞口后为镇墩，镇墩内设置叉管及渐变收缩管，叉管由大变小，末端内径为2.0m,以连接机前阀。高压管道平管末段及叉管段均采用钢板内衬，钢板材料采用Q235，板厚12mm。三、 发电厂房本电站工程发电厂房设有坝后灌溉电站厂房和引水电站厂房两个。1、 坝后灌溉电站厂房本电站主要任务是灌溉，根据水量平衡计算，最大灌溉引水流量为3.07m3/s（P=90%），发生在枯水年的10月份，要求在水库死水位运行时，仍能满足灌溉最大用水，为保证电站运行的灵活性和留有一定的发展用水空间，拟取额定取水量4.94m3/s,额定水头13.0m,则设置灌溉电站装机容量

14、为500kw,布置于拦河坝左岸下游渠道处，坝后式布置，厂房面积8×9m2,其升压站布置于厂房背面，输电至引水电站升压站。2、 引水电站发电厂房引水电站发电厂房布置在拦河坝下游约1.0km左岸二阶台地上，采用钢筋混凝土框架结构，分主、副厂房，设置水轮机层和发电机层。主厂房及安装间总长26.9m,宽13.3m；副厂房长26.9m,宽7.25m。主厂房内安装2台HL820LJ130，SFJ320016/2600水轮发电机组，及其油、水、气等辅助设备。为减少厂房开挖工程量，将厂房长度基本平行台地的等高线，两台立式机组轴线同布置在X轴线上，调速器等主要辅助设备布置在-x与y450分角线上，按机

15、组尺寸和交通通道要求，机组间距为8.0m,安装间层和发电机层同一高程，方便机组安装和检修，能充分利用厂房的空间和地面的面积。按运行通道净空要求及吊车大钩的迹线控制范围，拟定厂房的设计总长度为26.9m。副厂房设在厂房上游侧，楼层（与发电机层同一层）主要设置中控室、高低压屏室等。副厂房底层（与水轮机层同一层）主要设置厂用变、电缆道、水系统。副厂房宽为7.25m。安装间底层设置油气系统高低压空压机室、水泵房。主厂房宽度按机组平面尺寸、主要辅助设备调速器的布置、厂房交通通道和大钩迹线确定，机组中心与上游排架柱距离6.9m、与厂房下游排架柱距离为4.4m,则排架柱间净空为11.3m,按桥式吊车标准定轨

16、距LK=11.5m。根据水轮机的发电水头、有关参数和最低尾水位确定水轮机中心安装高程为70.6m。据此结合厂房提供的图纸、进厂道路布置、河床校核水位等情况，经布置确定：水轮机层地面高程：72.4m发电机层地面高程：77.4m安装间及中控室层地面高程：77.4m吊车轨道顶高程：84.8m副厂房布置在主厂房的进水侧，77.4高程层布置中控室、直流盘室、安装各种高低压屏和动力屏；72.4m高程层布置电工试验室、厂用变等设施；安装间下层（72.4m）布置机修墩和空压机、油系统等设施；集水井布置于两机前阀之间。厂房整体抗滑稳定安全系数和基底垂直正应力均能满足要求。3、 引水电站升压站及输电线路引水电站升

17、压站布置于厂房东南侧，与枫木陂中心变电站并邻，升压站长20m宽15m，平台高程77.40m。升压站安装S98000主变一台，以及其它辅助设备。拟建35kv进线1回至坝后灌溉电站。4、 生产、生活辅助设施生活区建于引水电站厂房前宽阔台地上，拟建办公、住宿综合楼1栋，面积900m2。在拦河坝工区设置管理房屋1栋，面积225m2,设于左坝头。5、 引水电站尾水渠因厂区地形宽阔，发电厂房靠近山脚布置，厂房距河床约200m，则在厂房西南侧设置尾水渠退水至下游河床，采用梯形断面，三面C15砼护面，边坡m=1:1，底坡i=1/2000,底宽12.746m。6、 下游河床疏浚工程引水电站厂址下游河床为冲洪积堆

18、石、堆砂层，容易清除，拟按河底高程69.0m，宽不小于50m，底坡1/2000，边坡m=1：1进行疏浚，以降低河床水位，可取得较高的发电水头。5.3.坝型方案设计5.3.1重力坝方案拦河坝由溢流坝段和非溢流坝段所组成，坝顶桩号从0+000至0+119.00，总长119.00m,其中0+036.00至0+101.00为溢流坝段，长65.00m,其余为非溢流坝段，长54m。1、 结构布置（一）溢流坝段溢流坝从桩号0+036.00至0+101.00，共长65.00m,左右两边用砼导墙与非溢流坝段连接。泄洪方案采用表孔泄洪与中孔泄流两个方案进行比较，由于中孔泄洪采用对冲消能，在实际运行过程中若不能形成

19、对冲，则对下游岸坡产生威胁，因此推荐表孔溢流。表孔溢流堰顶高程为95.00m,表孔设闸门，溢流净宽50m，共设5孔，每孔宽10.0m,中墩厚2.5m,正常蓄水位102m。上游坡在82.0m高程以下1：0.1，以上为垂直面，基岩最低高程为70.0m,最大坝高35.5m。溢流面采用WES曲线，X1.85=2.0Hd0.85y,Hd=8.058m,用半径R=20m的反弧段与挑流鼻坎连接。鼻坎挑射角采用25度，鼻坎高程为90.07m,设计单宽流量33.22m3/s,挑距为39.18m,冲坑深度为4.89m。坝前部布置宽为6.0m的公路桥，供左右岸连接交通之用，桥面高程与重力段坝面高程105.50相同。

20、（二）左岸非溢流坝段左岸非溢流坝为实体重力坝，桩号从0+101.00至0+119.00，共长18.0m,坝顶宽6.0m,坝顶高程为105.5m,上游坡在82.0m高程以下1：0.1，以上为垂直面，下游坡98.0m高程以下为1：0.7，此高程以上为垂直面，左岸重力坝建基面放在弱风化层，基面最低高程为85.0m,最大坝高为20.5m。坝体靠上游大部分坝段布置了坝基灌浆帷幕，由于坝高不大，不设置廊道。（三）右岸非溢流坝段右岸实体重力坝从桩号0+000至0+036.00，共长36.00m,上下游坝坡与左岸相同。大坝基础坐落在弱风化层，基面最低高程为80.0m,最大坝高为25.50m。灌浆帷幕与左岸同。

21、（四）大坝上游面浇筑C20砼防渗墙，厚度1m，抗渗指标为W8，作为坝体防渗的主要措施，防渗墙设永久伸缩缝，间距12.5m,并设置相应的止水措施。溢流坝面浇筑C20砼，平均厚度1.2m,并适当配置了钢筋，坝体材料根据应力计算成果及当地材料情况确定，采用C10细骨料砼砌块石。2、 地基处理根据地质勘测资料，基岩为泥质粉砂岩、砂岩、石英砂岩及粉砂质泥岩，强风化层厚1.55.7m,弱风化层厚2.911m,建坝基面在弱风化层，弱微极微透水性，局部中等透水。针对以上地质情况和坝体稳定及坝基应力要求，采取以下处理措施：A、 开挖坝体0+036.000+101.00河床段，根据钻孔资料，基岩埋藏较浅，建基面拟

22、置于弱风化中下限，基础面开挖形状与深度根据坝体具体尺寸而定；左、右岸重力坝段基础开挖较深，开挖边坡需分级开挖。B、 断层处理坝轴线处未发现有断层通过，开挖后若发现断层，采取措施主要是防渗及在断层面加砼塞，对坝基附近的断层固结灌浆 （1）断层与坝体基面接触处进行开挖，回填砼塞后进行浅孔固结灌浆，提高基岩强度并拦载库水沿断层的通道；（2）结合帷幕灌浆；帷幕深度分别穿过断层以下10m左右；C、 坝基防渗及排水防渗拟用水泥帷幕灌浆处理，采用单排孔，孔距2.0m,帷幕灌浆在坝体砌筑到一定高度后实施，不设坝体廊道，河床帷幕深度至岩石单位吸水量小于3Lu以下35m,两岸帷幕深度灌到岩石单位吸水量少于5Lu。

23、坝基属弱微极微透水，上游已设置灌溉帷幕，由上游渗透而形成扬压力的可能性较小，本阶段暂不作坝基排水设置。3、 设计计算(一)计算所采用的有关数据（1）容重：（KN/m3）砼：24，岩石平均：26，淤沙浮容重：8.0，水：10（2）水位（m）正常水位：102.00设计洪水位：102.61，相应下游水位：88.01校核洪水位：104.48，相应下游水位：89.55（3）洪水期多年平均风速14.3米/秒（4）水库吹程1.0公里（5）泊桑比 砼：0.27基岩：0.3（6）淤沙内摩擦角16度（7）淤沙高程91.00m（8）弹性模量（104Mpa） 砼（C15）2.3砼（C20）2.6基岩平均3.0（9）帷

24、幕灌浆折减系数：0.5 扬压力面积系数：1.0（10）摩擦系数岩石/砼：抗剪断摩擦系数f/=0.9（11）抗剪断凝聚力C/=0.75Mpa（12）抗滑稳定安全系数：基本组合：K/3.0特殊组合：K/2.5（13）基岩允许压应力（Kpa）强风化：900Kpa弱风化：3000Kpa（14）坝体材料容许应力如下表示：坝体材料容许应力（N/mm2）压应力主拉应力C20砼101.1C15砼7.50.9砼采用90天龄期，增长率为1.15，安全系数按规范采用。大坝抗滑稳定（1） 实体重力坝采用1米坝断面核算。（2） 实体重力坝的渗压消失点在下游坝基面。（3） 地震烈度经鉴定为度，计算时未予考虑。（4） 计算

25、自重时，坝顶以上结构自重未计在内，只计入闸墩及 导墙自重。 （5）核算坝体抗滑稳定采用抗剪断强度计算公式，当计算坝体沿基面水平滑动时采用： f/w +c/A K/= p（6）荷载组合如下表示：荷载组合考 虑情 况荷 载自重相应的静水压力相应的扬压力泥沙压力浪压力动水压力基本正常蓄水位（1）+设计洪水位（2）+特殊校核洪水位（1）+（7）电算成果列表如下：序号断面桩号基础高程安全系数正常蓄水位设计洪水位校核洪水位1溢流坝段0+062.0070.03.2811.3810.632非溢流坝段0+035.0080.07.307.526.5（三）坝体应力计算坝体应力计算是根据水利水电程序集坝体应力计算程序

26、进行，本阶段分别计算溢流段及非溢流段最大一个断面在校核洪水位时坝体应力情况，作为大坝分区的参考。基本组合一：yamax=328Pa,ydmax=1141KPa基本组合二：yamax=374KPa,ydmax=991KPa特殊组合：yamax=308KPa,ydmax=853KPa计算成果表明：坝基不出现拉应力，拉应力及压应力均小于材料容许值，坝体稳定。（四）其他计算1、 坝顶高程上游设计洪水位：102.61m上游校核洪水位：104.48m设计洪水位计算浪高时，采用风速为洪水期多年最大平均风速的1.5倍即21.45m/s。校核水位计算浪高时，采用风速为洪水期多年最大平均风速14.3m/s，浪高、

27、波长采用官厅水库公式计算，结果以校核水位为控制坝顶高程情况。h=2he+h0+ha;2he浪高为0.462m;h0波浪中心线至静水位的高度为0.138m;hc安全超高为0.2则h等于0.8坝顶高程为105.5m,不设防浪墙，坝顶上、下侧设置通透钢管栏杆。4、 观测根据本工程特点尽量简化观测设施，故只做水位观测和水工建筑物的外部变形观测布置。（1）坝上、下游水位观测在拦河坝上游左岸进水口处，下游50m水流平稳的位置设置水位观测标尺。 （2）溢流坝上、下游水位观测在中墩上、下游能方便观察的位置埋设水尺，以观测溢流坝上、下游水位。 （3）拦河坝水平位移观测布置拦河坝水平位移采用视线法观测，视准线布置

28、在坝顶上游侧。左右岸非溢流坝段各设一个观测点、各闸墩顶设一个观测点。视准线两端的观测基点（工作基点）设在两岸高处，并在附近设检查点（校核基点）四个，以便效验观测基点。视准线观测基点及各坝段观测点的具体位置及结构待技施阶段定。（4）拦河坝垂直位移观测拦河坝垂直位移标点设在视准线水平位移附近或共用一个标点。垂直位移观测采用精密水准仪及配备专用水准尺观测，为校核工作基点的变位和坝体的沉降，在拦河坝两岸埋设永久性二等水准基点。各沉降点具体部位及结构待技施阶段而定。 5.3.2重力拱坝方案1、 坝顶高程由水力计算可知，校核洪水位104.48m,设计洪水位为102.61m。静水位以上高度由前述公式计算，则

29、取坝顶高程为105.5m,坝顶上、下游侧设置通透钢管栏杆。2、 拱坝基本尺寸坝轴处河谷宽高比为3.5左右，坝体需要设置溢流坝，因此拱坝拟采用定圆心变半径的双曲重力拱坝，拱圈采用圆弧拱。筑坝材料采用细骨料砼砌块石。考虑施工要求和坝体结构布置，坝上游面拟采用铅直面，拱圈外半径相等。 坝顶厚度下Tc采用经验公式并考虑坝顶的运输需要和构造要求。Tc=0.4+0.01（L+3H）式中：L顶拱弦长；L121.6m；H坝高，H=35.5m。则按上式计得Tc=2.7m,取TC=4.0m。 坝底厚度Tb采用经验公式计算，并结合溢流坝布置等实际情况选用。任德林公式：Tb/H=0.132(L/H)0.269+2H/

30、1000式中：L、H意义同上计得Tb=9.05m,考虑到坝顶交通运输、溢流坝布置及堰顶闸门、闸墩布置等因素，同时，拦河坝下游水位较高，上、下游水位差较小，溢流堰顶至下游设计、校核洪水位差仅5.456.99m,且堰面溢流水深较大，反弧段及挑流鼻坎采用悬臂梁结构布置不合理，拟采用砌石拱桥以支撑反弧段及鼻坎，以减小溢流坝坝体工程量。综上所述，溢流坝段至中墩下游端需要的最小厚度为18.5m,则溢流坝段拱圈采用等厚18.5m,拱桥宽度根据挑流反弧段及鼻坎布置取为15.0m（取挑射角为200）。对于两岸非溢流坝段，由于溢流堰顶高程以上不能形成两岸拱端推力，此高度段靠自身剪力保持稳定，结合计算，非溢流坝段下

31、游坝坡在103.5m高程以上取为铅直，在103.5m高程以下取为m=0.5,则坝底厚度最大处为15.75m。 拱圈外半径根据国内外经验，拱坝顶半径约为顶拱弦长的0.60.7倍，顶拱中心角一般取8001100，底拱中心角常用400800。选择顶拱外半径为90m,顶拱中心角为850。3、 拱坝布置根据坝址地形图地质剖面图初定出开挖深度和可利用基岩面等高线，基岩开挖到弱风化层下部，河床部位布置溢流坝段，两岸为非溢流坝段。溢流坝最大坝高35.5m,非溢流坝最大坝高25.5m。初定拱坝中心线，左右岸基本对称。经过布置调整，确定顶拱中心角为850，溢流坝段中心角420。因挑流水流相对集中，单宽流量较大，最

32、大单宽流量达67m3/s·m，因此，在下游冲刷坑处设置钢筋砼护坦，护坦面高程定为74.5m,宽50m,厚1.0m,长从坝趾处拱桥下游端始为50m。4、 应力计算：根据上述情况及拱坝的布置调整，拱坝方案从经济角度看没有明显的优势，且施工技术复杂，施工难度较大，因此推荐选用重力坝方案，拱坝应力计算不再详细阐述。5.4泄水建筑物由于挡水建筑物推荐重力坝方案，因此本节只论述重力坝泄水建筑物。1、工程布置由于库区无垭口可作溢洪道，故泄水建筑物选用有闸表孔泄洪方式。表孔泄洪孔孔数为5个，泄水建筑物由溢流堰，反弧段接鼻坎组成，闸门尺寸断面为10×7.5（宽×高），设计单宽流量3

33、9.86m3/sm,共设置5扇钢弧形闸门用2×40T固定式卷扬机启闭。堰顶高程95.0m,为使水流顺畅，避免产生气蚀，提高流量系数，溢流堰采用WES曲线，后接反弧段。反弧段半径为20m,鼻坎高程为90.07，挑射角为250。2、 设计计算（1）水力计算A、泄洪能力计算 表孔泄水能力计算公式Q=MBHZ3/2式中：Q下泄流量（m3/s）; B溢流净宽度，B=50m; M综合流量系数，取M=1.9；HZ堰顶作用水头（m）。上游水位与流量关系计算成果见下表：上游水位104.48(0.2%)102.61(2%)表孔泄洪量（m3/s）27741993(2)挑流消能水力要素 水舌抛距按水舌外缘计

34、算： L=1/g【V12sincos+V1cos】L水舌挑距V1坎顶水面流速，按鼻坎处平均流速的1.1倍计，即V1=1.1V=1.1（H0水库水位至坎顶落差（米）鼻坎挑角25度h1坎顶铅直方向水深（米），h1=hcos（h为坎顶平均水深）h2坎顶至河床面高差（米）堰面流速系数，=0.95计算成果如下名称及符号单位设计水位校核水位上游水位米102.61104.48下游水位米88.0189.55鼻坎高程米90.0790.07鼻坎处单宽流量qM3/s·m33.2246.23H0米12.5414.41鼻坎处水面流速V1米/秒16.3817.56H1米1.8382.386H2米14.0714.

35、07L米39.1843.56 冲刷坑深度计算式中：tk=aq0.5H0.25-ttk冲刷坑深度（m）(由河床面至坑底)；q单宽流量（m3/s·m）a=冲坑系数 a=1.5 H上、下游水位差（m）t下游水深（m）计算成果如下：名称及符号单位设计洪水校核洪水qm3/s·m33.2246.23H米14.614.93t米12.0113.55tk米4.896.5L/tK8.016.7冲刷坑不会危及坝身的安全。5.5引水建筑物5.5.1进水口设计经方案比较，依据选定的引水建筑物型式和布置，确定引水电站引水建筑物的进水口为有压进水口，后面与有压引水隧洞相连接。本进水口设计引用流量为Q设=

36、26.2m3/s,电站毛水头H设=32.0m，正常取水位正常=102.00m,设计状况下运行最低水位最低=98.0m,校核洪水位校核=104.48m。5.5.1.1进水口的布置与组成根据有压进水口的特点以及进水建筑物的基本要求：以取中层水为主；在任何工作水位下，都能保证按负荷需要引进必要的流量，有足够的过水能力；水质符合发电要求；能控制流量，满足水工建筑物的一般要求。因此，结合拦河坝布置情况及该区域地形、地质条件，进水口位置选在拦河坝上游约80米的左岸山坡凹处。此处为天然凹岸，河段比较稳定，且山坡中下部岩石裸露稳定、较陡，上部覆盖层不厚、较缓，易开挖，适合有压进水口布置。本进水口采用正面引水方

37、式进行布置，结合地形、地质条件，采用压力墙式进水口，底板面高程拟定为底板=92.0m,傍山开挖而建，基础落至坚硬稳定的地基上。本进水口由上游喇叭口段、闸室、下游连接段三部分组成，其中闸室包括闸门、底板、闸墩、胸墙、检修工作平台、启闭排架及平台、启闭机室等，拟设拦污栅、闸门、启闭机等设备。库区地处温和的亚热带季风气候区，环境宜人，多年平均气温21.90C，库水不存在结冰现象，故在进水口闸门前设置拦污栅。为了减少拦污栅的负担，在拦污栅前相当距离加设一道拦污浮排，以拦截粗大的飘浮物，并将其引向泄水建筑物，宣泄至下游。5.5.1.2进水口的各部分尺寸、高程与结构的确定因本进水口取水水位变幅不大，结合地

38、形、地质条件，故取为带胸墙的压力墙式闸室结构型式。喇叭口段：顺接上游库区，前缘布置成700斜角置放的平面式拦污栅一道，孔口立面尺寸宽×高=6.5×6.35m,进口段中心轴线在平面上为直线，上缘及两侧作对称收缩状布置，以使过栅流速控制在1m/s以内（本设计运行最低水位下过栅流速为0.98m/s）便于清污。清污采用提栅人工清污或采用悬吊式清污机械清污。为了更有效地拦、导飘浮污物，拟在进水口前设一道浮排，并在附近山坡岩体上设置浮排上下浮动专用的固定墩及导轨。闸门段：紧接喇叭口段，设置一道检修闸门（槽）、一道工作闸门（槽）、胸墙等，两门槽间净距1.5m,闸门孔口为矩形，平面尺寸宽&

39、#215;高=4.0×4.0m。底板采用整体式底板，厚度取0.8m,闸墩厚度取1.95m,底高程为92.0m,胸墙厚度取0.8m,底端高程为96.0m,顶端与工作平台相结合，高程为103.0m,采用C20钢筋混凝土浇筑。启闭排架：布置在闸墩之上，排架底高程为103.0m,排架顶高程为109.0m。排架由两排两纵四条钢筋混凝土立柱以及纵横梁所组成，为单层排架结构，高度6.0m,采用C20钢筋混凝土浇筑，立柱截面尺寸为0.5×0.5m。排架顶部布置启闭平台梁格，由纵横梁及台板组成。检修平台和启闭平台：利用进水口两闸墩顶部（103.0m）之间设置闸门检修平台，平面尺寸长×

40、;宽=7.9×5.5m。闸门启闭机工作平台在高于校核洪水位104.48m之上，平台面高程为109.0m,并建有砖混结构操作室，房屋面积为长×宽=7.9×5.5=43.45m2。进水口值班室设置与坝后电站、拦河坝值班室结合。启闭操作室布置一台固定式启闭机（型号QPQ2×16）启闭工作闸门，启闭平台梁下设置一对10t电动葫芦以启闭检修闸门及一对手动葫芦以启闭拦污栅。3、下游连接段闸门段后接下游连接段（即渐变段），此段是联接闸门段与有压隧洞的过渡段。在此段平台上设一检查孔，孔口尺寸为长×宽=1.0×1.0m,便于检修人员由此下至进水口内部及

41、隧洞里面进行维护和检修。5.5.1.3进水口水力设计1、闸孔设计本工程进水口是有压隧洞进水口，闸孔尺寸由隧洞洞径尺寸反推计得，由于选定的隧洞洞径为4.0m,取闸孔尺寸为长×宽=4.0m×4.0m。2、水力计算过进水口水流为有压流，其过流能力根据拟定的隧洞过流能力反推而得。 底板高程确定进水口底板高程由死水位发电情况确定，由下列公式计算闸门门顶低于最低水位的淹没深度d0,然后计算底板高程。d0=cv式中：c经验系数，取c=0.55； v闸门断面的流速，v=1.575m/s; h闸门净高，h=4.0m。 则d0=1.73m,根据经验及参考类似工程，取d0=2.0m,则底板高程为

42、98-2.0-4.0=92.0m。 拦污栅尺寸拟定：本进水口为深式有压进水口，拦污栅采用斜式布置，倾角取为700，在额定水头发电过流时，过栅流速宜小于1m/s,以便于清污。因此拟定拦污栅孔口立面尺寸为宽×高=6.5m×6.35m,取栅条厚度为8mm,栅条间距为5.5mm,则得过栅流速为0.98m/s,符合要求。5.5.2引水道设计根据本电站选定的引水方式和拟定的进水口及引水电站厂房位置，本引水道采用有压隧洞，布置于进水口与引水电站厂房之间的山岭中。隧洞前沿衔接进水口，底板高程取为92.0m;隧洞连接上游进水口及下游发电厂房。5.5.2.1隧洞的选线 隧洞的选线，应综合考虑电

43、站工程的整体规划、地形、地质、水力、施工及运用等各种因素。影响本工程隧洞选线的主要因素是地质、地形条件及施工因素。 根据地质、地形条件，并结合节约投资的原则，本隧洞只能布置于左岸山体中。左岸山体在距进水口约400m处有一天然山冲，便于隧洞施工出碴，以节约布置施工支洞的费用。因此，隧洞洞线布置于左岸山体,在隧洞下游段设置一个拐点，以平顺连接发电厂房，由于洞线较长，采用“两机一洞”供水方式，以节约引水系统投资。5.5.2.2隧洞布置设计1、隧洞横断面形式本隧洞设计过水流量Q设=26.2m3/s,考虑水头损失对发电的影响及节约投资，拟采用圆形断面，等厚衬砌，钢筋砼衬砌厚50cm,喷砼衬砌厚10cm。

44、2、洞身构造为保证隧洞的围岩稳定、工程安全，并降低糙率提高输水能力并减少水头损失，根据开挖围岩的稳定情况，本隧洞部分采用钢筋砼衬砌，现场浇筑。对于从结构要求可以不衬砌的洞段，采用喷砼衬砌护面。3、 隧洞平面布置及纵坡选定根据选定的洞线，在距进水口约400m处有一天然山埇，此山埇较平坦，拟在此处设置隧洞上、下段施工出碴口，隧洞施工完毕后在右侧下游设置溢流堰，可形成一个调节水池。在隧洞下游段平面上有一处拐点，设置平顺的曲线段，弯曲半径为5倍洞宽即20m,偏转角为500。拐点下游为调压井及高压管道，高压管道后设一个镇墩，镇墩内设置分水叉管及收缩管，以连接机前阀。经综合考虑，隧洞纵坡取为7。4、 细部

45、构造分缝：根据实际围岩情况及施工条件，本隧洞横缝间距在20m左右，伸缩缝填料拟采用沥青松木板。纵缝一般设在结构转折点附近及结构内力较小的部位，接缝应按规范规定认真处理，必要时设键槽和插筋，保证衬砌的整体性。超挖及回填：超挖值应尽可能控制在20cm以内，起挖部分一定要回填密实，超挖量不大时，一般采用同标号的砼浇筑。5.5.2.3隧洞水力计算一、确定隧洞设计断面本工程引水隧洞为有压隧洞，采用“两机一洞”供水方式，洞壁采用钢筋砼衬砌或喷砼衬砌。按经验公式计算确定洞径，公式如下：D=式中：D隧洞内径（m） Q设设计引水流量，Q设=26.2m3/s; Hp电站设计水头，Hp=28.5m。则，得D1=3.

46、189m,拟用D1=3.2m。根据近年来相似工程情况，多取过洞水流流速V=1.52.5m/s，拟取V=2.0m/s，则计得D2=4.1m，拟用D2=4.0m。因本工程引水系统较长，根据相似工程情况，采用较大的洞径会取得较好的经济效益，因此，确定洞径为D=4.0m。两个方案的相关指标比较不作详细阐述。二、溢流堰设计在距进水口约400m处有一天然山埇，拟在此处作隧洞施工出碴口，隧洞施工完毕后设置一溢流坝，可形成一个调节水池。在溢流堰处山埇集水面积为0.45km2,较小，则取溢流堰宽为10.0m,堰顶高程取为102.0m,与拦河坝蓄水位齐平，两侧非溢流段坝顶高程取为105.5m,与拦河坝顶高程相同，

47、可取得调节容积约2万m3,可供电站开机时调节供水，紧急关机时，回水可由此处泄向主河道。同时，在此处设置一沉砂池及排砂涵，供沉积排泄此处砂砾。在下游隧洞段进口设置拦污栅，防止污物进入水轮机，拦污栅尺寸与进水口相同。三、 压井设计1、根据水电站调压室设计规范（DL/T50581996），确定是否需要设置上游调压井，公式如下：Tw=LiVi/gHpTw时需要设置上游调压井。 式中：Tw压力水道中水流惯性时间常数，S； Li压力水道及蜗壳和尾水管各分段的长度，m; Vi各分段内相应的流速，m/s; g重力加速度，g=9.81m/s2; Hp设计水头，Hp28.5m; TwTw的允许值，取Tw=4s。

48、由于引水隧洞在距进水口约400m处设置调节水池，则引水道长度从此处起算。计得: Tw=4.99sTw=4s 即需要设置上游调压井。 根据地形、地质条件，调压井拟布置于厂房背约60m的半山腰上，采用竖井式布置。2、调压井的稳定断面面积确定，按托马准则计算： LA1A=KAth=K 2g(a+1/2g)(H0-hw0-3hwm)式中：A调压井的稳定断面面积，m2;Ath托马临界稳定断面面积，m2;L压力引水道长度，m;A1压力引水道断面面积，m2;H0发电最小静水头，m;a引水道水头损失系数，a=hw0/v2,S2/m;V压力引水道流速，m/s;hw0压力引水道水头损失，m;hwm压力管道水头损失

49、，m;K系数，一般可采用1.01.1，本电站装机容量较小，取K=1.05。计得A=71.6m2采用简单圆筒式调压井时，内径为D=9.548m,取D=9.5m,A实=70.88m23、 调压井的涌波计算 最高涌波水位计算=LA1V02/2gAhw0式中：L压力引水道长度，m; hw0流量为Q0时（在丢弃负荷前），上游库水位与调压室水位之差，m; V0对应于Q0时压力水道的流速，m/s。 计得=27.85，则X0=hw0/=0.029，查得Xmin=0.19则Zmax=Xmax=5.29m。则 a、正常蓄水位时最高涌波水位 Z正=102-0.598-0.808+5.29=105.88m b、在校核

50、洪水位时最高涌波水位 Z校=104.48-0.598-0.808+5.29=108.36mC、调压井顶高程确定： Z井顶=108.36+1=109.36m 取为Z井顶=110.0m 最低涌波水位计算：Zmin/hw0=Xmin=1+(+0.05/-0.9)×(1-m)(1-m/0.62)=LA1V02/gAhw02=68.41-m=Q/Q0=0.5式中：无因次系数，表示压力水道调压室系数的特性； Q增加负荷前的流量； Q0增加负荷后的流量。 计得Xmin=4.59 Zmin=hw0·xmin=3.71m 则在死水位运行时，最低涌波水位为： 98-0.503-0.682-3.

51、71=93.105m 隧洞纵底坡确定：根据上述计算成果，取隧洞纵向底坡为7，满足最低涌波和水流稳定要求。5.5.2.4高压管道设计引水系统高压管道连接调压井及发电厂房，以“一主两支”供水方式，末段设置镇墩，镇墩内设置“卜”形叉管，根据计算，高压管道为山体内洞挖式，钢筋砼衬砌，内径D=4.00m,叉管在镇墩内设置收缩管，厂房上游侧处内径变为D叉=2.0m,以连接机前阀。高压管道下游水平段及叉管段拟采用钢板内衬以承受内水压力。因厂房内机前阀伸缩节设于上游侧，蝶阀所受水平力传给机房，则镇墩受力相对较小，经计算抗滑稳定系数KC=1.65， 地基应力max=139kpa。均满足要求。经机组调节保证计算，

52、导叶直线关闭时间为5秒，在额定水头28.5m,水轮机出力3368.5kw工况，两台机组同时甩负荷，速率上升为57.6%；在最大水头32m,水轮机出力3368.5kw工况，两台机组同时甩负荷，速率上升为52.2%。蜗壳末端最大承压为48.5m水柱。调节保证计算值均满足规范要求。隧洞选线及整个引水系统布置均可行，技术可靠。5.6电站厂房及开关站 经枢纽总体布置方案论证后，采用混合式总体布置方案，即设置坝后灌溉电站厂房及引水式发电厂房。5.6.1坝后灌溉电站厂区布置坝后灌溉电站以灌溉为主，拟安装一套ZD560LH100、SF50012/1430水轮发电机组，为与原灌区渠道正常衔接，布置于拦河坝左岸非溢流坝段坝后式布置。同时，于厂房右端布置放空涵以备放水灌溉用。灌溉电站以0.4kv电压出线，不设副厂房，安装间布置左侧。水轮机安装高程=90.0m水轮机层地面高程=90.685m发电机层、安装间层地面高程=92.335m屋面大梁底高程=97.835m机组吊装采用10t手动葫芦，屋面梁系设置25钢筋吊环。升压站布置于厂房背与非溢流坝之间平台上，地面高程95.00m,安装S9630/38.5±5%/0.4主变一台，引线至引水电站升压站。生活、