工程选址、工程总布置及主要建筑物

5工程选址、工程总布置及主要建筑物xx水库是以农业灌溉为主，兼有城镇供水与灌区农村人、畜饮水和防洪、发电等综合利用功能的中型水利工程。水库总库容2793.0万规定，本工程枢纽主要永久性建筑为3级，设计洪水重现期为100~50年，定为50年一遇；校核洪水重现期砼面板堆石坝为2000~1000年，各建筑物采用的洪水标准及相应洪水流量表项目砼面板堆石坝3级坝、溢洪道碾压砼重力坝3级挡泄水建筑电站厂房消能重现期(年)50年（设计）（校核）50年（设计）500年（校核）30年（设计）（校核）30年（设计）洪水流量(m3/s)584849584787630755540xx水库是以农业灌溉为主，兼有城镇供水、灌区农村人、畜饮水中上游xx以上河段，河床比降陡，河谷狭窄，库容条件差，同时还存在xx邻谷渗漏问题，故不宜建坝；小溪河中下游现先峰电站取水坝以库。在xx水库选点规划工作阶段，重庆三峡水电设计研究院会同国家电力公司贵阳设计院工程技术人员对小溪河下游xx至现先峰电站拦河骨梁）三个坝址方案。中坝址位于上坝址下游约400m处该坝址位于xx口下游约530m处，坝址右岸上游侧为游家湾。坝为470m时，谷宽约210m。坝址区主要出露三叠系下统嘉陵江五段地鼻骨梁后坡坡顶高程800~820m，岸坡470~550m高程为陡崖，崖下坡枯期水深0.3~0.8m，两岸河堤间河床宽25~30m。河床基岩面高程肩出露T1j4-3层黄灰色薄~中层状泥质灰岩，厚约15m。河床覆盖层厚下坝址库首左岸岩溶洼地与下游母猪寨S49管道水可能存在水力联系，按3%的水力比降反推至库首核桃湾，地下水位仅400m左右，上坝址河床最低高程401.0m，水库正常蓄水位470.0m时，河谷宽约210m，筑坝壅水高69m，右坝肩靠近支沟游家湾，其地形有利于布置体为T1j5-3层微晶灰岩夹薄~中层状泥质白云岩，其下为T1j5-2层含藻灰T1j4-3层泥质灰岩，河床下伏T1j3-4层中厚层状微晶灰岩、T1游家湾存在绕坝渗漏问题，防渗线长约200m，据岩溶水文地质调查分析，左坝肩近坝范围内库水可能产生直接的管道性渗漏,防渗线长达右坝肩及河床的T1j2-3层泥质灰岩系弱岩溶相对隔水层，对坝基坝肩防带的低地下水位槽谷构成的渗漏缺口，宽约500m，需进行防渗处理。上、下坝址方案均存在坝基覆盖层深，基岩较破碎，强卸荷带深，上坝址方案坝高较下坝址方案高5m，上坝址方案水库量及投资小于上坝址方案。因此，从工程布置条件及投资比较，上坝xx水库左岸的朱家坝一线存在低邻谷地形，谷底高程低于水库正增加灌区自流控灌面积，而且水库配套工程xx电站，上坝址方案发电多搬迁人口80人。故从水库综合利用效益及库区淹没损失来看，上坝上坝址方案右岸有利地形便于结合筑坝石料开采布置河岸式溢洪xx水库地处碳酸盐岩广布，岩溶水文地质条件较为复杂的小溪河两坝址方案主要技术经济指标比较表表5.2-1指标名称单位胡家坪（上坝址）鼻骨梁（下坝址）1、水库正常蓄水位m470.0458.02、正常蓄水位以下库容万m32805.02710.03、河床最低高程m401.0395.04、河床覆盖层厚m9.4~16.45、坝基特性灰岩夹薄~中厚层状泥质白云岩、白云质灰岩、河床下伏灰岩夹薄~中层状泥质灰岩角砾灰岩，河床下伏灰岩、角砾灰岩、泥质白云质灰岩6、坝型砼面板堆石坝砼面板堆石坝7、坝顶轴线长m2662588、趾板建基高程m383.03769、坝顶高程m472.0460.010、最大坝高m89.084.011、溢洪道型式右坝肩河岸式左坝肩隧洞式12、放水建筑物型式左坝肩竖井式进水口左坝肩竖井式进水口13、输水建筑型式园形压力隧洞园形压力隧洞14、电站调压井前隧洞长km4.1083.18515、配套电站最大水头m200.44191.8716、配套电站年平均电量万kw.h5796552517、水库淹没耕地亩266.3320.4水库淹没人口人338.0418.018、水库枢纽主要工程量清基土方开挖万m315.38828.932清基石方开挖万m314.94213.476浆砌及砼砌石万m30.2420.4965碾压堆石填筑万m3103.98砼及钢筋砼万m33.10612.153洞挖石方万m38.8074.06锚筋t24.423坝基固结灌浆万m0.430.4坝基帷幕灌浆万m4.812.85钢筋制安t75564419、输水隧洞工程量（调压井前）洞挖石方万m33.993.08砼及钢筋砼万m3回填灌浆万m24.53.473钢筋制安t479.0354.020、水库拦河坝土建投资万元6440.095644.4321、泄水建筑物土建投资万元891.78856.44夹白云质灰岩，中部出露T1j4-2层角砾灰岩（烂灰岩上部出露T1j4-3料场，其储量多达910万m3，质量好，易于集中大规模开采，运距仅坝基开挖，基础处理（固结灌浆大坝砼浇筑工程量大，水库枢纽工程投资较砼面板堆石坝方案投资增加约3517两坝型方案主要技术经济指标比较表表5.2-2指标名称单位砼面板堆石坝碾压砼重力坝1、水库正常蓄水位m458.0458.02、水库校核洪水位m458.81458.573、坝顶高程m460.0460.04、大坝建基高程m376.0375.05、最大坝高m84.085.06、坝顶轴线长m258.0275.07、泄洪建筑型式左坝肩泄洪隧洞坝顶溢流坝溢洪8、施工导流方式围堰挡水、隧洞导流围堰挡水、隧洞导流9、水库枢纽主要工程量清基土方开挖万m328.932清基石方开挖万m313.476洞挖石方万m34.066.24大坝碾压堆石万m3103.98浆砌或砼砌石万m30.49650.06大坝碾压砼万m326.43大坝砼及钢筋砼万m30.953大坝锚筋t23.0大坝固结灌浆万m0.42.13防渗帷幕灌浆万m2.852.77钢筋制安t64462110、水库枢纽土建投资万元6500.8710018.565.3钢筋砼面板堆石坝方案枢纽总布置（下坝址xx水库枢纽工程主要由挡水建筑物、取水建筑物、泄洪建筑物、挡水建筑物拦河坝布置于小溪河中上游xx以下河段，鼻骨梁下游侧约250m处，推荐钢筋砼面板碾压堆石坝坝型。坝轴线长258m，趾6m的城门型断面。为扩散水流，减缓流速，其后设扩散段，下接坎高洞，将放空洞进口布置为龙抬头式，进口底板高程418m，出口底板高水隧洞，采用C20砼衬砌。口底板高程421.5m，由2.2×2.2m(b×h)的竖井闸门控制，其后接长约衬砌，Ⅲ、Ⅳ类围岩用C20钢筋砼衬砌。调压井为阻抗式，位于厂房后坡的灰岩体内，内径5m，阻抗5.4钢筋砼面板碾压堆石坝设计（下坝址⑥水利水电工程施工组织设计规范（试行SDJ338-89xx水库总库容2793万m3，灌溉面积4.0353万容量2×0.75万kw，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》对最低气温-7.3℃,多年平均最大风速14.4m/s，多年实测最大风速xx水库月平均气温、多年平均最高月平均气温及多年平均最低月表5.4-1单位：℃123456789月平均气温22.025.628.428.723.38.4多年平均最高月平均气温24.627.030.733.634.729.023.9多年平均最低月平均气温3.75.89.523.423.824.620.39.95.6坝区岩体物理力学参数建议值表5.4-2岩石名称密度泊松比干f`fCf`f微晶灰岩~~~~~~~~0~~~~~~~~~0~~泥质灰岩~~~~~~~~0~~~~~~~~~0~~角砾灰岩~~~~~~~~0~~~~~~~~~0~~坝区河床覆盖层二次粘土室内土工试验成果统计表表5.4-3统计项目试验指标试验值样本数n平均值天然状态含水量W(%)38.6~43.1640.9密度P(KN/m3)17.7~18.3618.0干密度Pa(KN/m3)12.4~13.2612.82.70~2.7262.711.045~1.18361.124孔隙度n(%)51.1~54.2652.997.4~99.7698.60.84~1.2761.12可塑性液限WL(%)37.0~42.0638.8塑限Wp(%)21.2~23.0621.815.4~19.0617.0抗剪强度C(Kpa)9.9~47.817.63~115压缩性压缩系数avMPa-10.571~0.99660.83压缩模量CvMPa2.1~3.762.7渗透系数K10(10-5cm/s)0.84~2.13混凝土强度特性表5.4-4混凝土标号设计强度(N/mm2)弹性模量ECN/mm2轴心抗压fC轴心抗拉ftC252.8×104437.00m和415.00m处分e——最大风雍水面高度，m。e=cosβ石坝设计规范》(SL228-98)的分区原则，结合本工程实际，将坝体材料区、下游堆石棱体，在面板上游408.0m高程以下设有粘土铺盖和土石⑧次堆石区（3C下游水位以下部分填筑具有抗风化能力强、最大粒径不大于800mm的微晶灰岩，下游水位以上部⑨下游护坡（3D为美化大坝，在大坝下游表面砌筑2m厚的干堆石材料设计参数表表5.4-5-4碾压试验参——————-3-2—————————-1—6而该工程坝基出露岩层为T1-4层中厚层状微晶灰岩、T1-3层厚层状角砾灰岩、T1-2薄~中层状泥质白云质灰岩。其中T1-2层泥质白云质灰岩为坝和泥质白云质灰岩，T1层薄~中层状泥质灰岩。结合该工程坝基地质条该工程趾板宽度根据作用水头分别确定不同的趾板宽度，其中400m高程以下趾板宽度为5m，400m~430m高程趾板宽度4.5m，趾板采用单层双向配筋，纵、横向配筋率均为0.3%。趾板材料为该工程趾板基础坝基主要置于T1-4层微晶灰岩上，左岸趾板分别置于T1-3层含泥质灰岩、T1-2角砾灰岩、T1-1含泥质灰岩上，趾板与基岩之利用趾板锚筋孔沿趾板轴线布置两排固结灌浆孔，孔距2.0m，排本工程面板底部最大厚度为=0.5m，顶部厚度为0.3m,属不等厚面根据坝体变形和施工条件，该面板坝总计分块26块，其中：河床垫片；顶部设SR-2填料，并在填料外加450×6mm的加筋橡胶盖片。T1-2层角砾灰岩和T1-1层泥质灰岩层上，趾板宽度范围内河床部位挖除xx水库地处岩溶发育的峡谷地区，根据国家电力公司贵阳设计院对xx水库下坝址岩溶及地质渗漏的论证分析，坝址区岩层缓倾上游，坝址河床下伏T1、T1相对隔水层（分布于320m~440m高程之间河的出露高程约405m，水库蓄水后存在渗漏的可能性。为了此，在左岸坝肩打一条长约1.5km、断面型式为城门型、断面尺寸槽一部分帷幕由于T1层相对隔水层较深，帷幕可伸至透水率q<3Lu以（1）监测堆石坝建成后的运行状态，及时发现问题，防止意外事（2）通过监测资料反馈，检验设计的正确性，并为今后面板堆石主要观测仪器和设备表表5.4-6仪器名称单位面板堆石坝变形观测控制网水平基点—垂直基点—面板变形观测水平位移计支6沉降计支6测斜计支6坝内变形水平位移计支沉降计支面板应力应变无应力计支应变计支20钢筋计支20坝顶及下游边坡变形观测基点周边缝测缝计支板间缝测缝计支坝基帷幕接缝渗压计支25观测室个1大坝主要工程量表表5.4-7单位数量覆盖层开挖万m327.4明挖石方万m38.02洞挖石方万m3C25砼万m30.87土石渣盖重（1A）万m32.36垫层区（2A）万m34.38过渡区（3A）万m35.4粘土铺盖（1B）万m30.742干砌条石万m30.099主堆石区（3B）万m358.18次堆石区（3C）万m330.46滤水坝址区（3E）万m30.97干砌块石护坡（3I）万m32.23钢筋制安t516紫铜片止水万m0.3橡胶止水万m0.17帷幕灌浆万m2.85固结灌浆万m0.4锚筋φ28t23C20砼万m30.0835.5碾压砼重力坝枢纽总体布置及主要建筑物(下xx水库大坝枢纽工程由大坝、左岸导流放空隧洞、发电引水隧洞溢流坝段布置于河床中部，采用坝顶溢流，WES堰面曲线，堰顶5.5.2碾压砼重力坝设计（下坝址比较5.5.2.1坝体布置、控制高程及根据鼻骨梁坝址区地形、地质条件，沿坝轴线从左至右在桩号0+000m至桩号0+121.0m坝底部采用厚C15砼垫层、上游坝面采用3.0m厚抗渗标号为W8H0—堰顶以上作用水头（m表5.5-1452.0452.5453.0453.5454.0454.5下泄流量(m3/s)0.018．2251.5494.69145.79203.74455.0455.5456.0456.5457.0457.5下泄流量(m3/s)267.83317.69392.89474.21560.57651.84458.0458.5459.0459.5460.0下泄流量(m3/s)746.01846.48951.941059.491166.29由于本工程水头和单宽流量都较大，覆盖层较深厚,如采用底流消不够经济。虽然大坝下游冲坑处下伏岩层为角砾灰岩，其完整性较差,挑流消能采用《混凝土重力坝设计规范》(DL5108-1999)中挑流消1cos21sin21+h2)0.5]｝/gL—坝下游垂直面到挑流水舌外缘进入下游水面后与河△L—水舌外缘与河床面交点到冲坑最深点的水平距k=kq0.5H0.25溢流坝挑流消能计算成果表表5.5-2洪水频率(%)流量3/s)上游水位下游水位挑距冲坑深安全挑距校核洪水(P=0.2%)862458.57403.04120.8625.8364.58设计洪水(P=2%)598458.00401.765108.121.69654.25三十年一遇洪水(p=3%)460456.50401.0093.0317.9044.755.5.2.3坝体稳定和承载能力极限重力坝级别：3级校核洪水位：458.57m相基岩（T1-4，微晶灰岩）抗剪断摩擦系数：0.75基岩（T1-4，微晶灰岩）抗剪断粘聚力：0.47MPa基岩（T1-4，微晶灰岩）抗压强度：22MPa坝基深层软弱结构面（T1-4与T1-3b.抗压强度极限状态抗力函数R∑MR—全部作用对坝基面或计算截面形心的力距之和，f2坝体混凝土与基岩接触面或坝体混凝土层面的抗滑稳定极限状RfR,—坝基面或计算层面抗剪断摩擦系数；CR碾压砼重力坝抗滑稳定计算成果表表5.5-3计算面位置计算剖面正常蓄水位设计洪水位校核洪水位作用效应函数KN抗滑稳定抗力函数KN作用效应函数KN抗滑稳定抗力函数KN作用效应函数KN抗滑稳定抗力函数KN坝体混凝土与基岩溢流坝335283876332578378592779737618非溢流坝330483647032077359552738935845坝基混凝土溢流坝355297015932578687282779768346非溢流坝330486602832077653922738965218坝基基岩溢流坝335283515632578345292779734128非溢流坝330483308532077326222738932523坝基深层T1-4与T1-4结合面溢流坝340243598233625342533242634061非溢流坝321633304732077324863156732632坝趾应力计算成果表表5.5-4计算面位置计算剖面正常蓄水位(458.00m)设计洪水位(458.00m)校核洪水位(458.57m)总作用效应总抗力总作用效应总抗力总作用效应总抗力坝趾混凝土溢流坝5.305.305.30非溢流坝5.305.300.985.30坝趾基岩溢流坝2.112.112.11非溢流坝2.112.110.982.11坝踵应力计算成果表表5.5-5计算面位置计算剖面正常蓄水位设计洪水位校核洪水位总作用效应总抗力总作用效应总抗力总作用效应总抗力坝趾混凝土溢流坝0.739.410.7259.410.7119.41非溢流坝0.6019.410.6099.410.609.41坝趾基岩溢流坝0.732.110.7252.110.7112.11非溢流坝0.6012.110.6092.110.602.11③根据抗滑稳定极限状态计算成果分析，溢流坝段和非溢流坝的力作用效应函数均小于基岩和坝体混凝土的抗压强度极限状态抗力函为防止沿碾压砼层间渗漏,坝体上游面用3.0m厚砼现浇作防渗墙,根据坝体应力计算结果,河床坝段基础应开挖至弱风化的T1j3-4微晶廊道布置，设单排帷幕灌浆，孔距2.0m,孔深伸入至岩体透水率＜3Lu溢流段坝基对可灌性较好的节理裂隙较发育的基岩采用固结灌浆灌浆排水廊道高程383.0m处下游侧设集水井一个，下游廊道出口高程水平位移观测采用视准线法,非溢流坝段每隔20m设置一个观测点,渗漏观测可利用坝内廊道的坝基排水管，设置水位观测针和量水主要工程量表表5.5-6名称单位数量土方开挖万m311.02石方明挖万m313.19石方洞挖万m3C25砼万m30.98C20砼万m35.21C15砼万m36.58C15碾压砼万m326.43帷幕灌浆2.77固结灌浆2.13坝体φ150排水孔(钻孔)4784坝基排水孔0.11钢筋制安t237紫铜片m654型橡胶止水带mm839岸平均坡角38.79°,基本具备建开敞式溢洪道的条件,左岸溢洪道从上不同库水位时溢洪道下泄流量表表5.6-1库水位(m)452.5453.5454.5455.5456.5457.5458.5459.5下泄流量(m3/s)49.68134.00241.29367.17509.10665.39834.771209.09修门。设计洪水时下泄流量570m3/s，相应水位456.90m；校核洪水时底坡i=0.2；其后接长33.4m的直线段和90.3m长的园弧段，园弧段曲面、收缩段底板为C25钢筋砼，其余堰体、溢洪道底板均为C20砼。泄洪洞穿过地层同方案一。泄洪洞进口位于左坝肩上游65m处。为使进水流畅。进口段采用大半径的园弧线，外弧半径为9倍闸室宽，不同库水位时泄洪洞下泄流量表表5.6-2根据水库调洪计算，汛期限制水位448m，闸门检修可安排在汛期设检修闸门。设计洪水时下泄流量489m3/s，相应水位455.80m，校核入原河道。泄洪洞方案从溢流堰顶至消力池末总长为336m。进水口导段底板为C25砼钢筋砼；闸墩为C20钢筋砼，其余陡槽、消力池底板上至下溢洪道经过三叠系下统嘉陵江组T1j4-1、T1j3-4地层，为泥质灰岩滑坡后缘高程422m。右岸开敞式溢洪道规模及布置型式同方案一，只三方案工程量及投资比较表表5.6-3方案项目单位方案一方案二方案三土方开挖万m30.791.8150石方明挖万m327.9654.0636.520石方洞挖万m32.03M5浆砌块石万m30.1790.16050.195喷锚支护万m20.072砼及钢筋砼万m31.0890钢筋t84.800135.200金属结构t76.569.576.5静态总投资万元1268.20729.301556.37泄洪洞布置于大坝左岸，进水口布置于左坝肩上游约65m处，外结构。堰上设12×10.5m（b×h）弧形钢闸门0.5m厚C25钢筋砼，边墙为1m厚C20砼。隧洞边墙高6m，顶拱为5m长φ20锚杆锚固。收缩段后接8m长直线洞段；再接83.2m长弧线Lm=0.8L=29m,尾坎水深=7.9m,△Z==头进口收缩成φ1200园孔，以便用钢盖板止水。闸门竖井为C20钢筋放空洞泄流能力表表5.7-1水位(m)418423428433438443448流量(m3/s)20.6522.3023.8425.2926.66址下游1.25km的母猪寨至厂址4.75km河段转了一个大弯，集中落差可研阶段考虑左岸引水隧洞进行无压和有压两种引水方式进行比方案一洞线从进水口至调压井呈直线布置，轴线方位角50°48′两个转折点处分别设1#及2#支洞，分别长290m和300m。折以减短支洞长度，虽然主洞增长34m，方案二增加34m长主洞的开挖及衬砌投资远小于360m长支洞的开挖投洞径方案比较表表5.8-1指标洞径(m)平均流速（m3/s）水头损失(m)投资（万元）年发电量(万kw.h)增加回收年限投资（%）2.33.37940.83546322.52.851048.4656024.42.72.457.845684222.5m园形断面与其后的压力隧洞连接。进水口及闸门竖井为C20钢筋岸约占洞长50%，用C20砼衬砌，Ⅲ、Ⅳ类围岩用C20钢筋砼衬砌。调压井为阻抗式，位于厂房后坡上的灰岩体内，内径5直径2.2m，与压力隧洞相接处洞底板高程为408.5m，最高涌浪水位引水隧洞长3165.5m，内径2.5m，采用现浇砼衬砌。设计糙率n=0.015，另计入喇叭口段、渐变段、闸门井、方变园渐变段，隧洞转弯及隧洞与调压室底连接段等部位的局部水头损失，求得总水头损失hw=0.06Q2，当电站满发并同时引用设计灌溉流量（Q=14m3/s）时，引水隧洞水头损失为11.76m；而不灌溉只2台机满发之引用流量抗孔为内径2.2m的园形断面。调压式最高及最低涌浪水位计算，采用表5.8-2计算工况计算参数及成果丢弃负荷增加负荷隧洞进口库水位（m）458426糙率0.0130.016导叶开启关闭时间（s）66涌浪水位（m）476.2414.2电站压力管道方位角N20°W，所处小溪河段沿岸自然坡度31°~~压力管道所处小溪河滩地面高程237.5m左右，组成物为崩坡积物小溪河左岸压力管道方位角N20°W，装机2×7500KW，通过流灌溉支管从斜管段桩号管0+269.23处取水，利用埋管施工时出渣埋管置于中厚层嘉陵江组第四、第五层灰岩中，上覆围岩厚度压力管道采用Q235钢板内衬，结构计算按弹性力学薄壳理道施工与厂房施工互相干扰，影响工期，与埋压力管道工程量比较表表5.8-3序号项目单位装机规模2×75001管道布置型式埋管2洞挖石方m3357671