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1、. . . . 第一章、概述1.1基本资料那岸水电站工程位于左江主要支流黑水河中游，大新县太平乡那岸王孟屯附近。黑水河位于东经106°18至107°08,北纬22°37至23°07，发源于靖西县的新圩,经岳圩流入越南境,从德天到硕龙以下全部流入我国境,经大新那岸、太平、到崇左的新和,汇入左江。黑水河全长89Km,流域面积6600Km2.河道坡陡水急,沿河有较长集中的多级跌水,水利资源较为丰厚.整个河段拟分为七个梯级开发利用,那岸是第三个梯级电站,位于黑水河中游.坝址控制流域面积3150 Km2,水库处于石灰岩峡谷地带,淹没较小。流域雨量充沛,气候湿润,多
2、年平均降雨量1532.2mm,最大、最小平均降雨量分别为2180.7mm、1143.3mm,雨量集中于59月份,约占全年降雨量的75%,多年平均流量75.5mm,多年平均径流量23.8亿m3,多年平均蒸发量1347.7mm,多年平均气温21.5。大新县兴建和即将兴建的大新铅锌矿.桂南锰矿以与518矿区等,迫切需要用电,县现在装机容量1154KW,已经远远不能满足目前的需要,急需开发新的电源。而那岸工程是以发电为主兼顾灌溉的综合利用工程，供电对象为上述有色金属矿区,以与大新县工农业用电等,并利用电站尾水灌溉农田3万余亩。因此那岸工程的建设将对促进大新县工农业发展,加强边境建设起着十分重要的意义。
3、本电站是以发电为主兼顾灌溉的综合利用工程,水库总库容2627.4万m3,其中有效库容为544万m3,电站装机容量为4×0.32=1.28万KW 。1.2水文水利资料1.2.1径流坝址以上控制集雨面积3130 Km2,多年平均流量75.5mm, 平均径流量23.8亿m3。根据调查访问，近年来以1925年和1968年二次洪峰最大，实测1968年实测洪峰流量最大为2430 m³/s。1.2.2气象资料本水电站位于亚热带地区，具有亚热带气候的特点：气温高，湿度大，多年平均气温21.5，最低气温-2.1，最高气温39.8；坝址年平均降雨量1532.2mm，最小年降雨量1143.8mm
4、(1963年末)，最大降雨量2130.7mm，降雨多集中于5-9月，占年总降雨量的75%,最大月降雨量592.2mm（1966年6月），最大日降雨量131.1mm(1966年6月11日)；历年平均湿度79.27%；历年最大风力8级，相对风速20m/s，多年平均最大风速18m/s,吹程4Km。1.2.3水库泥沙淤积坝址多年平均输沙量29.11万吨，主要为洪水期携带入库。淤沙浮容重0.95T/m³,水下淤沙摩擦角=18º，按50年淤沙年限考虑水库淤沙高程为194.5m。1.2.4水库特征水位 综合分析电站最低尾水位180.00m，水库正常高水位217.00m，水库死水位为210
5、.00m。1.2.5水文水能特性水库特征：分类名称上游 (m)下游m)泄流量(m3/s) 水库特征水位校核洪水位 225.30190.653340设计洪水位224.00188.552600正常高水位 217.00180.00正常尾水位180.00最低尾水位178.90死水位 210.00水库库容总库容（万m3）2627.4兴利库容（万m3）544死库容（万m3）1070注：溢流堰堰顶高程为213.00m；相应水库面积102.5。水电站特征：装机容量(万KW）保证出力（KW）多年平均 发电量（百万度）年利用小时（h）水电站最大水头（m）水电站最小水头(m)设计水头(m)单机引用流量(m³
6、;/s)1.28262065.55600432430.512.601.3工程地质条件1.3.1库区工程地质条件库区属喀斯特峰林地貌，山顶标高400600m,由于地壳急剧上升，侵蚀基准面迅速下降，河道呈V型深切，比降大，沿河急滩、跌水、深潭普通，台地不发育。库区为碳酸盐类岩层，斯特化不强烈，渗透性稍弱，区域水系与谷河槽均高于该库正常水位，故条件良好，可以建库。1.3.2坝址工程地质条件坝址地段属石灰岩峰林区，处于峡谷与开阔河槽之界限，左岸为石灰岩陡坡峭壁，右岸是由石灰岩组成的二级高台地，谷坡陡峻，构成“U”型河谷，坝轴线下游120m处，由石灰岩组成一道天然河槛致使坝址段枯水季节水深竟达46m。(
7、1).地层岩性坝区出露地层，由泥盘系榴江组碳酸盐类岩系与第四系结晶石灰岩组成。土层覆盖厚度16.5m，均为疏松亚粘土，石灰岩厚2528m，一般在207m高程以上多含泥质，洞穴很发育，且具有蜂窝状小孔，地质软弱，以下为质地较坚硬的结晶石灰华，但与基岩连接处，均发育有大洞穴，一般洞高1.21.6m，最大洞高达5.09m，红棕色粘土充填。厚层灰岩，分布于河谷右岸F大断裂层上盆，为浅灰色不纯灰岩，中细晶粒结构，节理、裂隙发育，但多为次生矿物所充填。薄层灰岩，分布于河谷两岸，灰色、浅灰色硅质岩，质坚稍脆，层理清晰，层面溶隙发育，多呈薄层片状，单层厚度110cm，间夹肉红色白云质灰岩，完整性较差。(2).
8、地质构造本区受区域性断裂之影响，次一级断裂甚为发育，坝址附近可见断层九条，断裂带多属已经胶结。主要断裂方向N286331W，倾向SW，倾角6268度，乃属与区域性断裂伴生之同期产物。次为走向N3070E，倾向SE，倾角7577度的一组，而者倾向SW，倾角49度，但构造层附近有达1723度。区构造干裂隙发育，一般宽210mm，最大可达20mm，长度26m，但坝左肩陡壁处竟有四条平行开裂隙，宽410cm，长达10余米，产状走向EW，倾向N，倾角7485度。主要裂隙有两组：a.走向近EW，倾向N，倾角7485度b.走向N345355W，倾向SW，倾角6684度本区风化作用不甚剧烈，基岩风化深度一般在
9、25m左右，强风化层13m。(3). 喀斯特发育情况本区喀斯特化不清洌，主要见于层面溶蚀，一般规模很小，在基岩面以下0.43.19m围较发育，一般洞高26cm，最大埋高20cm。坝左肩224.4230m高程，分布两排层面溶蚀洞，洞高0.50.5m，宽达24m,发育穿过坝肩与巴河相联系，暴洪期间，呈股流溢出。(4).水文地质条件本区地下水分布受岩层产状与地质构造制约，左岸地下水位较高，右岸较平缓，均属裂隙水类型，埋藏于基岩裂隙中，由大气降水补给向河谷排泄，右岸在坝轴线上下游埋藏较深，根据钻孔实测，埋深在37.839.5m，高程为181178m，左岸在坝轴线上下游90100m处均有泉水群出露，下降
10、泉性质，分布高程182186m，常年不枯。坝址地段岩石渗透性，在155m高程以下渗透性很小。一般155m高程以上，渗透系数K=0.2.0m/昼夜，155m以上K0.001m 昼夜。155m高程以上，单位吸水量=0.0130公升/分，155m高程以下，0.01升/分。地下水与地表水经化学分析为重碳酸钙型水，对混凝土无侵蚀性。(5).岩石物理力学特性指标根据实验成果与综合野外实际情况，计算指标如下：岩石名称风化分带容重计算强度fFC石灰岩强2.16340.40.753.5石灰岩半2.41790.50.85.0厚层灰岩半2.7216190.60.97.0薄层灰岩半2.7014160.550.956.
11、0(6).地震根据中国科学院研究所地震大队所提供的资料，并经实地调查，本区地震基本烈度为5度。工程地质结论 库区为碳酸盐类岩层，喀斯特化不强烈，渗透性稍弱，区域水系与邻谷河槽均高于该水库正常高水位，故条件良好，可以建库。 坝址为薄层硅质灰岩，坚硬，喀斯特化微弱，溶洞不发育，河谷狭窄，岩层狭窄，岩层微倾上有，断裂构造呈较发育，但均为胶结良好。唯有河床沿顺河构造成产生深切，与河槽地段渗透较强，但经处理，可以建坝。1.4灌溉效益本工程灌溉面积约3万亩，进水闸底高程为185.00m,灌区在沿河两岸为两条狭长带形，干渠长达50余公里，渠道渗漏损失较大。县、区要求灌溉流量按4 m³/s考虑，为充
12、分利用汛期下泄洪水，宜设置断面为2m²的灌溉流量备用管，以便汛期与机组检修时引水灌溉。灌溉水面高程185.5m。1.5水电站与供电效益本电站装机容量4×3200KW，水轮机型号HL123-LJ-140，发电机型号TS-325/36-20。水轮机安装高程187.16m，安装间高程189.00m，厂安装一台30/5吨电动桥式起重机，跨度10.1m。两台SJ-7500/28.5/6.3主变压器，近区变SJ-560/10/6.3一台。1.6水库淹没该电站库区有29人需要搬迁，淹没和征地149亩，其它除部分杂木山林被淹外，没有淹没损失。具体如下：名称单位数量备注淹没和征地土地亩66搬
13、迁房屋间177栋房迁移人口人29借用土地亩83施工场地用淹没搬迁损失元218651.7当地建筑材料在坝上游1公里两岸均有石料场，条件良好，可以满足要求，砂料场初步调查情况，在坝址以下40公里砂场总储量4000余m3质量尚好，但数量不能满足要求，需要到崇左要砂。1.8交通条件该电站附近有火车站，标准公路，交通比较方便。早期工程施工时所需的外来器材和物资均可先以铁路运输，再由公路转运到工地。场交通以右岸对外交通的永久公路直通坝址，坝顶无交通要求。1.9施工条件枢纽地址位于峡谷出口处，两岸山坡较陡，在坝下游200m峡谷出口以外的两岸，均有开阔平地可供施工场地布置。施工力量由本地区专业施工队和民工共同
14、组成，配备有一定的施工机械，可达到半机械化施工水平。工程采用分段围堰施工，二期导流流量62 m³/s。第二章 主要建筑物型式选择与枢纽布置2.1枢纽组成建筑物与分等分级2.1.1水利枢纽建筑物的组成 枢纽工程的主要水工建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物和水电站厂房组成。2.1.2水利枢纽的分类与水工建筑物等级划分依据水利水电工程等级划分与洪水标准SL252-2000，共分为五等。水利水电枢纽工程分等指标工程等别工程规模分等指标水库总库容（亿m3）防洪治涝灌溉供水发电保护城镇与工矿企业的重要性保护农田面积（万亩）治涝面积（万亩）灌溉面积（万亩）供水对象的重要性装机容量（万kW）大（1型10
15、特别重要500200150特别重要120大（2型101.0重要501002006015050重要12030中型1.00.1中等100306015505中等305小（1型0.10.01一般30515350.5一般51小（2型0.010.00151注：1水库总库容是指水库最高水位以下的净库容。2治涝、灌溉面积等均指设计值。根据第一章节的概述提供的相关资料，其有效库容为544万m3，装机容量1.28万kW，灌溉面积约3万亩，分析相关数据确定枢纽工程等别为等，工程规模为中型，水工建筑物级别为3级。2.2.坝型与其它主要水工建筑物型式选择2.2.1坝型选择坝是水利枢纽工程的主体，坝型的合理性对枢纽工程的
16、设计、施工、投资、运用和技术经济指标将产生决定性的影响。坝型选择和坝址选择是相互联系的，坝型选择也是根据地质条件、建筑材料和施工条件来确定。 从建筑材料和施工条件来考虑，本工程可建重力坝（包括宽缝、空腹重力坝）、大头坝、支墩坝、拱坝；从地质、地形条件考虑，建拱坝不够理想，因为河谷较宽，地形、地质对稳定很不利；从枢纽布置来考虑，建土石坝不甚是和，因为泄洪建筑物和电站厂房布置较困难。综合来考虑，建坝的材料可采用浆砌石或混凝土，坝型采用重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、梯形坝和大头坝较为适宜，从设计角度来考虑，可着重考虑重力坝和宽缝重力坝两种坝型。那岸电站工程概算单价表：建筑工程坝型项目单位实体重力坝
17、宽缝重力坝重力拱坝150#砼溢流坝M³73.6582.7282.02非溢流坝66.0974.2373.59200#砼溢流坝81.2191.2290.42非溢流坝71.9880.7580.04250#砼溢流坝86.9697.6796.82非溢流坝76.8786.3485.59100#砼60.9068.4067.81经过对坝型进行详细的分析比较，本枢纽选择混凝土实体重力坝。2.2.2泄水建筑物型式选择泄水建筑物应与坝型结合考虑，重力坝一般多采用坝顶泄洪或坝身孔口泄洪方式，经各方面分析比较，本枢纽工程泄水建筑物采用溢流坝坝顶泄洪，设闸门。溢流坝段设在河床中间，前缘正向上游来水主流方向，下游
18、出口方向与原河道的主河槽水流方向一致，设有放空孔。消能方式采用挑流消能。2.2.3挡水建筑物型式选择挡水建筑物是用以拦截江河，形成水库和壅高水位，如各种坝和闸，以与为抗御洪水或挡潮，沿江河海岸修建的提防、海塘等。经上述分析得，本枢纽工程挡水建筑物采用浆砌石实体重力坝非溢流坝、闸以与导流围堰。非溢流坝设在溢流坝的两端与两岸连接。2.2.4水电站厂房型式选择水电站厂房型式采用坝后地面封闭式的电站厂房2.3枢纽布置2.3.1枢纽布置原则（1）枢纽布置要保证各建筑物在任何工作条件下都能正常工作。（2）在满足建筑物的强度和稳定安全条件下，使枢纽的总造价和年运行费用较低。（3）充分发挥枢纽的综合效益，尽量
19、使一个建筑物发挥多种功能。（4）枢纽布置应与施工导流、施工方法和施工进度结合考虑，应使施工方便，并尽可能缩短工期。（5）尽可能使枢纽中的部分建筑物早日投产，提前生效。（6）考虑到远景规划，应对远期扩大装机容量留有余地。亦应考虑到分期开发，在枢纽布置时，应满足高坝规划、低坝施工的要求。（7）枢纽的外观与周围环境相协调，在安全经济的条件下尽量注意美观。第三章 水工建筑物的设计3.1坝型选择与断面尺寸确定3.1.1挡水坝设计一、坝型选择坝是水利枢纽工程的主体，坝型的合理性对枢纽工程的设计、施工、投资、运用和技术经济指标将产生决定性的影响。坝型选择和坝址选择是相互联系的，坝型选择也是根据地质条件、建筑
20、材料和施工条件来确定。 从建筑材料和施工条件来考虑，本工程可建重力坝（包括宽缝、空腹重力坝）、大头坝、支墩坝、拱坝；从地质、地形条件考虑，建拱坝不够理想，因为河谷较宽，地形、地质对稳定很不利；从枢纽布置来考虑，建土石坝不甚是和，因为泄洪建筑物和电站厂房布置较困难。综合来考虑，建坝的材料可采用浆砌石或混凝土，坝型采用重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、梯形坝和大头坝较为适宜，从设计角度来考虑，可着重考虑重力坝和宽缝重力坝两种坝型。那岸电站工程概算单价表：建筑工程坝型项目单位实体重力坝宽缝重力坝重力拱坝150#砼溢流坝M³73.6582.7282.02非溢流坝66.0974.2373.592
21、00#砼溢流坝81.2191.2290.42非溢流坝71.9880.7580.04250#砼溢流坝86.9697.6796.82非溢流坝76.8786.3485.59100#砼60.9068.4067.81经过对坝型进行详细的分析比较，本枢纽选择浆砌石实体重力坝。二、初步拟定坝型的轮廓尺寸(1)坝顶高程的确定校核洪水位情况下：波浪高度 2hl=0.0166V5/4D1/3=0.98m波浪长度 2Ll=10.4×(2hl)0.8=10.23m波浪中心线到静水面的高度 h0=(2hl)2/ 2Ll=0.30m安全超高按级建筑物取值 hc=0.3m坝顶高出水库静水位的高度 h校=2hl+
22、h0+ hc=1.58m设计洪水位情况下：波浪高度 2hl=0.0166(1.5V)5/4D1/3=1.62m波浪长度 2Ll=10.4×(2hl)0.8=15.3m波浪中心线到静水面的高度 h0=(2hl)2/ 2Ll=0.54m安全超高按级建筑物取值 hc=0.4m坝顶高出水库静水位的高度 h设=2hl+ h0+ hc=2.56m两种情况下的坝顶高程分别如下：校核洪水位时： 225.3+1.58=226.9m设计洪水位时： 224.0+2.56=226.56m坝顶高程选两种情况最大值226.9 m，可按227.00m设计，则坝高227.00-174.5=52.5(2)坝顶宽度的确
23、定本工程按人行行道要求并设置有发电进水口，布置闸门设备，应适当加宽以满足闸门设备的布置，运行和工作交通要求，故取8米。(3)坝坡的确定考虑到利用部分水重增加稳定，根据工程经验，上游坡采用1：0.2，下游坡按坝底宽度约为坝高的0.70.9倍，挡水坝段和厂房坝段均采用1：0.7。(4)上下游折坡点高程的确定理论分析和工程实验证明，混凝土重力坝上游面可做成折坡，折坡点一般位于1/32/3坝高处，以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定。根据坝高确定为52.5m，则1/3H=1/3×52.5=17.5m，折坡点高程=174.5+17.5=192m；2/3H=2/3×52.5=35m，折坡
24、点高程=174.5+35=209.5m，所以折坡点高程适合位于192m209.5m之间，则取折坡点高程为203.00m。挡水坝段和厂房坝段的下游折坡点在统一高程216.5m处。 (5)坝底宽度的确定由几何关系可得坝底宽度为T=43.1m(6)廊道的确定坝设有基础灌浆排水廊道，距上游坝面6.1m，廊道底距基岩面4m，尺寸2.5×3.0m（宽×高）。(7)非溢流坝段纵剖面示意图三、基本组合荷载计算与稳定分析由上述非溢流剖面设计计算得知校核洪水位情况下的波浪三要数：波浪中心线到静水面的高度h0=0.3m波浪高度2hl=0.98m波浪长2Ll=10.23m 。因为gD/v2=9.8
25、1×4000/182=121.11m ,在20250m之间所以波高应安转换为累计频率1%时的波高：2hl（1%）=0.98×1.24=1.22m 。又因为半个波长Ll=10.23/2=5.12<H（坝前水深H=50.8m），所以浪压力Pl按深水波计算。作用在坝体的荷载有：自重、静水压力、扬压力、浪压力、淤沙压力，取1m坝长进行计算。其中灌浆处与排水处扬压力折减系数取=0.25，水重度=9.81KN/m3,混泥土等级强度C10，混泥土重度24KN/m3,坝前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m3,水下淤沙摩擦角=18°。（1）正常洪水位情况正常洪水位情
26、况下荷载计算示意图正常洪水位情况下的荷载计算过程见计算书附表131 / 31抗滑稳定分析岩石物理力学特性指标如下：岩石名称风化分带容重计算强度fFC石灰岩强2.16340.40.750.35石灰岩半2.41790.50.80.50厚层灰岩半2.7216190.60.90.70 薄层灰岩半2.7014160.550.950.60由于坝址为薄层硅质灰岩，坚硬，喀斯特化微弱，溶洞不发育，河谷狭窄，岩层狭窄，岩层微倾上有，断裂构造呈较发育，但均为胶结良好，再根据岩石物理力学特性指标，可确定坝址开挖岩石为薄层灰岩，接触面摩擦系数f=0.6,抗剪断摩擦系数f=0.90,抗剪断凝聚力C=0.7MPa=700
27、KPa4.743.0 ，满足抗滑稳定要求。（2）校核洪水位情况校核洪水位情况下荷载计算示意图 校核洪水位情况下的荷载计算过程见计算书附表2 抗滑稳定分析岩石物理力学特性指标如下：岩石名称风化分带容重计算强度fFC石灰岩强2.16340.40.750.35石灰岩半2.41790.50.80.50厚层灰岩半2.7216190.60.90.70薄层灰岩半2.7014160.550.950.60由于坝址为薄层硅质灰岩，坚硬，喀斯特化微弱，溶洞不发育，河谷狭窄，岩层狭窄，岩层微倾上有，断裂构造呈较发育，但均为胶结良好，再根据岩石物理力学特性指标，选取厚层灰岩接触面摩擦系数f=0.6,抗剪断摩擦系数f=0
28、.90,抗剪断凝聚力C=0.7MPa=700KPa3.192.5，满足抗滑稳定要求。四、应力分析（运行期）（一）正常洪水位情况下1、水平截面上的正应力2、剪应力上游面水压力强度：下游面水压力强度 ： 剪应力3、水平应力4、主应力（二）校核洪水位情况下1、水平截面上的正应力2、剪应力上游面水压力强度：下游面水压力强度 ： 剪应力3、水平应力4、主应力五、部应力计算（一）正常洪水位情况下坐标原点设在下游坝面，由偏心受压公式可以得出系数a和b，如下具体坝应力计算过程见计算书附表3（二）校核洪水位情况下坐标原点设在下游坝面，由偏心受压公式可以得出系数a和b，如下具体坝应力计算过程见计算书附表43.1.
29、2溢流坝设计溢流坝设计原则：1、满足稳定和强度的要求；2、满足具有足够的泄洪能力；3、使水流平顺通过坝面，避免产生震动和空蚀；4、使下泄水流对河床不产生危与坝体安全的局部冲刷；5、不影响其他建筑物的正常运行等。一、 孔口型式与尺寸拟定根据水文水能特性，选用实用堰，孔口溢流式，校核洪水位时泄流量为3340 m³/s，设计洪水位时泄流量2600 m³/s；由于本工程坝属厚层灰岩，适用于q=60-150 m³，则初步设定单宽流量为q=80 m³/s·m；根据目前大中型坝的闸门宽度，常用8-10m，为保证泄流时闸门的对称开启，设孔口数为5孔，每孔净宽为
30、8m。前缘净宽校核洪水位时： L=Q溢/q=41.75（m）设计洪水位时： L=Q溢/q=32.5（m）综上所述，取L=40m 堰顶高程由资料可知，堰顶高程为213.00m。 泄水方式的选择，为使水库较大的超泄能力，采用开敞式溢流堰。二、 溢流坝的堰面曲线设计顶部曲线段开敞式溢流堰面曲线，采用幂曲线时按下式计算： 定型设计水头，按堰顶最大作用水头的75%-95%计算，m； n、K 与上游坝面坡度有关的指数和系数； x、y 溢流面曲线的坐标，其原点设在颜面曲线的最高点。按85%计算，则：上游坝面铅直：k=2,n=1.85x-y关系如下表：x012345678910y00.0680.2450.51
31、90.8831.3351.872.4883.1853.964.812 原点上游曲线段R1=0.5Hd=5.23(m), 0.175Hd=1.83(m)；R2=0.2Hd=2.09(m), 0.276Hd=2.89(m)；R3=0.04Hd=0.42(m), 0.282Hd=2.95(m)。 堰面曲线与直线段的切点坐标上游坡度垂直：A=1.096 B=0.592 a=1.1765 b=2.176直线段与溢流曲线的切点坐标：1=arctan1.43=55°切点高程 = 堰顶高程 - =199.51(m) 底部反弧段取 =0.95时，坝顶水面流速为V1H0=校核洪水位-坎顶高程=33.65
32、(m)因为q=80 m³/s·m,则q/V1=2.85所以 h=2.85m。又因为R=（410）h，所以取R=6h=17.1(m)取挑射角2=20°则：圆心高程=坎顶高程+Rcos2=207.72 (m)圆心纵坐标y0=堰顶高程-圆心高程=5.25（m）反弧段和直线段的切点坐标：圆心坐标：E点坐标（坎顶坐标）：离心力作用点坐标：溢流坝段纵剖面示意图 根据溢流坝的堰面曲线设计数据画出溢流坝段的纵剖面示意图，如下： 溢流坝段纵剖面示意图三、基本组合荷载计算与稳定分析由上述溢流剖面设计计算得知校核洪水位情况下的波浪三要数：波浪中心线到静水面的高度h0=0.3m波浪高度2
33、hl=0.98m波浪长2Ll=10.23m 。因为gD/v2=9.81×4000/182=121.11m ,在20250m之间所以波高应安转换为累计频率1%时的波高：2hl（1%）=0.98×1.24=1.22m 。又因为半个波长Ll=10.23/2=5.12<H（坝前水深H=50.8m），所以浪压力Pl按深水波计算。作用在坝体的荷载有：自重、静水压力、扬压力、浪压力、淤沙压力，取1m坝长进行计算。其中灌浆处与排水处扬压力折减系数取=0.25，水重度=9.81KN/m3,混泥土等级强度C10，混泥土重度24KN/m3,坝前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m3
34、,水下淤沙摩擦角=18°。（1）基本组合荷载计算在CAD中绘制溢流坝段纵剖面图，并利用面域查出一个坝段坝体面积A1=1179.90m²,坝体重心距坝踵X1=21.67m；一个闸墩面积A2=181.75 m²，闸墩重心距坝踵X2=11.93m。溢流坝段基本组合荷载计算过程见计算书附表5，基本组合荷载示意图如下： 溢流坝段基本组合荷载计算示意图（2）抗滑稳定分析岩石物理力学特性指标如下：岩石名称风化分带容重计算强度fFC石灰岩强2.16340.40.750.35石灰岩半2.41790.50.80.50厚层灰岩半2.7216190.60.90.70 薄层灰岩半2.701
35、4160.550.950.60由于坝址为薄层硅质灰岩，坚硬，喀斯特化微弱，溶洞不发育，河谷狭窄，岩层狭窄，岩层微倾上有，断裂构造呈较发育，但均为胶结良好，再根据岩石物理力学特性指标，可确定坝址开挖岩石为薄层灰岩，接触面摩擦系数f=0.6,抗剪断摩擦系数f=0.90,抗剪断凝聚力C=0.7MPa=700KPa3.573.0 ，满足抗滑稳定要求。（3）上下游边缘应力计算根据材料力学可知，C20混凝土抗压强度为20MPa，抗拉强度为1.97MPa,所以坝体应力满足稳定要求。四、消能防冲设计鼻坎高程为：191.65m反弧半径： R=17.1m挑射角： =20°挑距： L=L+L由上诉可知：V
36、1=28.1 m³/s; h1=hcos=2.68m; h2= 17.15m冲刷坑深度：取冲刷坑系数为k=1.2，q=80 m³/s·m，H=225.3-190.65=34.65m所以最大冲刷坑水垫厚度：冲刷坑深度：所以：满足要求3.2 地基处理与细部构造设计3.2.1地基处理（一）坝基的开挖在实用断面设计中以根据地形地质情况确定坝基面高程，挡水坝在174.5m高程处，溢流坝在170.00m处。为保持坝体稳定，坝基开挖形状为锯齿形。（二）坝基的加固处理 坝基加固采用固结灌浆处理：坝基固结灌浆围视坝基地质条件、岩石破碎程度与坝基受力情况而定。根据本工程地形地质条件，
37、在坝基上、下游应力较大的地区进行固结灌浆外，还在地质岩性较差的地区进行。灌浆孔采用梅花形排列，孔距为4m，孔深8m。基部地区15m。（三）坝基的防渗处理坝基采用帷幕防渗处理：灌浆主要施工机械采用DK300型油压钻机，5975mm金钢石钻头造孔，钻孔必须保证铅直，其孔位偏差、主帷幕孔不超过10厘米。帷幕孔钻进时，对孔的各种情况，均应该详细记载，作为分析钻孔情况的依据。若发现集中漏水，应立即停止钻，待查明渗水部位与原因并经处理后再进行钻进。钻孔结束待灌、灌浆结束待加深时，孔口均应采取妥善措施加以保护。帷幕灌浆施工顺序采用分序钻灌逐渐加密的原则，主帷幕灌浆的施工采用分三序钻灌。即序孔孔距8.0m、序
38、孔孔距为4.0m、序孔孔距为2.0m。帷幕灌浆采用孔口封闭，自上而下分段循环灌浆的方法施工。在地质条件较好的坝段，亦可采用自下而上分段灌浆方法。具体由施工监理工程师与地质工程师确定。施工与质量检查请水工建筑物水泥灌浆施工技术规（SL62-94）执行。坝基与两岸的防渗采用帷幕灌浆。帷幕在可能发生渗透变形的地段采用两排。3.2.2细部构造（一）坝顶构造1. 防浪墙坝顶上游设置防浪墙。墙身采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，并在坝体横缝处留伸缩缝，并设止水。墙身高度1.2m，做二四墙。2. 栏杆 坝顶下游侧做栏杆，以保护行人行车的安全。3. 道路坝顶道路按交通要求铺设。路面有适当的横向坡度，中间比两
39、侧稍高，利于排水，并设置相应的排水设施，将路面雨水排向上游或坝身排水设备中。坝顶两侧设人行道，人行道高出坝顶路面20cm。（二）分缝1横缝横缝垂直于坝轴线布置，沿坝体的整个高度将坝体分割成若干独立坝段。其作用是减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求。是永久性的，缝不灌浆，不设键槽，必须设止水设备。(1)、缝距取决于气候条件、地形、地质特点、坝高度、施工条件等因素。本设计取15m。(2)、缝宽 横缝的宽度保证坝段在气温变化和地基不均匀沉陷时能够自由变形。取2cm。缝用有伸缩性的沥青玛碲脂填充。(3)、止水设备 适应横缝开或闭合的伸缩性以与日后补强的可能性。设置防渗沥青井，第二道止水片采用
40、橡胶片，两端插入深度25cm，下部深入基岩50cm，上部深到最高水位以上。 第一道止水片距上游面2.0m，以后各道止水设备间的距离为1.0m。 沥青井采用方形，尺寸为20cm20cm.后浇坝段一侧用预制混凝土块构成。预制块高1.5m，厚10cm。在横缝止水设备下游设排水孔。设带爬梯的检查井，截面为1.2m×0.8m，井设休息台，并与检查廊道相通。2纵缝纵缝是为适应混凝土的浇筑能力和施工期混凝土的散热而设置的临时缝。纵缝必须在水库蓄水前，混凝土充分冷却收缩的条件下进行灌浆，使坝成为整体。本设计坝型浇筑面积不大，不设纵缝。3水平缝用薄层浇筑法，层厚为3m。（三）排水坝体排水是在上游防渗层
41、之后，沿坝轴线方向布置一排竖向排水管。管距一般为3m。（四）廊道碾压混凝土坝坝体尽量少设廊道和孔洞。3.3.3电站厂房的布置和设计一、厂房布置原则1、应综合考虑自然条件、枢纽布置、对外交通、厂房进水方式等因素，使厂房各部分与枢纽其他建筑物互相协调，避免或减少干扰。2、既要照顾厂区各组成部分的不同作用和要求，也要考虑到他们的联系与配合，要统筹兼顾，共同发挥作用。3、应充分考虑施工条件、施工程序、施工导流方式的影响，并尽量为施工期间利用已有铁路、公路 、水路等创造条件，还应考虑电站的分期施工提前发电、边施工边创造有利的施工和运行条件。4、应保证厂区所有设备和建筑物都是安全可靠的。5、尽量少破坏天然
42、绿化。6、在满足运行可靠、检修方便的前提下，应采用混泥土工程量最少、投资最省、效益最高的方案。二、厂区布置形式1、主厂房主厂房是厂区的核心，其位置选择在水利枢纽总体布置中进行，除注意厂区各组成协调外，好应考虑下列因素：(1)、尽量减少压力水管的长度。因此主厂房尽量靠近挡水坝。(2)、尾水渠尽量远离溢洪道或泄洪洞，防止水位波动对机组运行不利。(3)、主厂房地基条件要好，对外交通和出线方便，并不受施工导流干扰。根据枢纽地形，本设计选择坝后式厂房布置形式。坝后式厂房与整个枢纽紧密相连。厂房位置设于右岸挡水坝后。原因是右岸有二级平台且地基为硅质灰岩、坚硬，承压力较高，又因为交通公路都布置在右岸。2、副
43、厂房本工程副厂房位置选择在主厂房的上游侧，原因是主厂房的上游侧比较开阔、通风采光条件好，运行管理比较方便，电缆也较短，在结构上与主厂房连成一体，造价较经济。3、主变压器场和开关站的布置布置原则：(1)、尽量靠近厂房，以缩短发电机电压母线长度，减小电能损失和故障机会，并满足防火、防爆、防雷、防水雾和通风冷却的要求，安全可靠。(2)、尽量与安装间在同一高程上，便于主变压器运输、安装和利用轨道推进厂房的安装间进行检修。(3)、变压器的运输和高压侧出线要方便，且变压器之间要留必要空间。(4)、高程应高于下游最高洪水位，且四周设置排水沟。本工程的主变压器场和高压升压站为露天式布置，主变压器场位于厂房上游
44、与主厂房和副厂房同高，高程均为189.90m，主变压器场设有两台SJ7500/28.5/6.3主变压器，一台SJ560/10/6.3近区变压器。高压升压站位于下游右岸紧靠厂房的二级平台上，面积为50×30（长×宽），高程为220.00m。三、机电设备1.水轮机选型设计的容(1)、根据水能规划推荐的电站总容量确定机组的台数和单机容量；(2)、选择水轮机的型号与装置方式；(3)、确定水轮机的的转轮直径、额定出力、同步转速、安装高程等基本参数；(4)、绘制水轮机的运转特性曲线；(5)、确定蜗壳、尾水管的型式与它们的主要尺寸，以与估算水轮机的重量和价格；(6)、选择调速器设备；(7
45、)、结合水电站的运行方式和水轮机的技术标准，拟定设备定购技术条件。2、水轮机的选型设计(1)、本电站由于缺乏典型负荷，故未编制负荷图，也未进行电力电量平衡计算。装机容量的选择，以充分利用水能为原则，并考虑机组制造等情况，最后确定选用金城江水力发电设备厂的产品，电站装机容量4×3200KW。根据水能计算得出最高水头43m，最低水头24m，设计水头30.5m，单机引用流量12.6m3/s,保证出力2620KW，多年平均发电量65.5百万度，年利用小时5600。(2)、本电站装机容量4×3200KW，水轮机型号HL123-LJ-140，发电机型号TS-325/36-20。水轮机安
46、装高程187.16m，安装间高程189.00m，厂安装一台30/5吨电动桥式起重机，跨度10.1m。两台SJ-7500/28.5/6.3主变压器，近区变SJ-560/10/6.3一台。3、尾水管型式与主要尺寸本设计选择尾水管型式为弯肘形。其尺寸详见厂房横剖面图。4、水轮发电机组配套根据选定的水轮机型号与各特性参数、出力、转速、工作水头选用配套的发电机，确定电站的装机容量。通常根据机组台数与效率的关系确定机组台数。机组台数越少，平均效率越低。但机组台数过多，对水电站运行效率增加的效果不显著。本设计选择4台机组。四、主要附属设备选择1、调速器根据水轮机的出力、工作水头与有关的特性参数，计算所需的调
47、速功（工作容量）以与机组调节保证，突出导叶关闭时间，选定调速器型号规格。（1）、调节器的主要设备调速器的主要设备包括调速柜、油压设备和接力器三部分。（2）、调速器选择的一般原则:根据水轮机的出力和水头等有关参数，对中小型机组，确定出所需的调速功；对大型机组，确定出接力器直径和容量、主配压阀直径与压力油箱（罐）的总容积，从而选出相应的调速器。对于大型水电站与中小型水电站中容量相对较大、在小电网中担任调频任务、单机带孤立负荷的运行方式、对电能品质要求较高或在系统中有较大冲击负荷的电站，应选择调节品质好、自动化程度高的调速器。当机组引水管道较长，有可能在压力管道产生较大水击负荷的电站，应选择调节规律
48、较好的调速器，以减少水击压力。对于容量较小、在系统中地位不重要、经常承担基荷的机组，宜选用调节方式简单、性能稳定、价格便宜的调速器以节省投资。选择调速器应考虑和相关设备的功能匹配和协调，避免高端产品和低端产品结合，通讯不通畅，利用率不高造成不必要的浪费。（3）、中小型调速器的调速功估算经验公式： A=（2025）Q=（2025）×12.60=19552444 （kg·m）根据计算结果，结合型谱选择合适类型的调速器。本设计选择YT3000型。2、起重吊车 所吊运的最重部件为发电转子，根据所吊运的最重部件，选用30/5吨的电动桥式吊车，跨度L=10.1m。五、厂房部布置水轮发电
49、机组与其附属设备的厂布置，是厂房设计的主要容之一，包括水轮机、发电机、调速器与其它附属设备在厂的合理位置，布置形式、工作通道主副厂房的屏幕尺寸应兼顾紧凑、合理、安装、运行、检修方便安全、投资等等。水电站的主厂房是安装水轮发电机组与其辅助设备的场所，根据设备布置的需要通常在高度方向上分为数层。厂房部部长应根据机电布置、设备安装、检修与运行要求结合水工结构布置统一考虑。1、发电机层设备布置发电机层为安放水轮发电机组与辅助设备和仪表表盘的场地，也是运行人员巡回检查机组、监视仪表的场所。主要设备有发电机、调速器、主变检修坑、机旁盘、楼梯、吊物孔等。（1）、机旁盘与调速器布置在同一侧，靠近厂房的上游墙。
50、（2）、调速器与下层的接力器相协调，尽可能靠近机组，并在吊车的工作围之。（3）、励磁盘为控制励磁机运行而设置，布置在发电机近旁。（4）楼梯每隔一段距离需要设置一个楼梯，一般两台机组设置一个。由发电机层到水轮机层设两个楼梯，分设在主厂房的两端，便于运行人员到水轮机层巡视和操作，与时处理事故。楼梯不能破坏发电机层楼板的梁格系统。（5）、吊物孔在吊车起吊围设供安装检修的吊物孔，以沟通上下层之间的运输，布置在既不影响交通又不影响设备布置的地方，其大小与吊运设备的大小相适应，平时用铁盖板盖住。2、水轮机层设备布置水轮机层是发电机层以下、蜗壳大块体混凝土以上的这部分空间。一般布置调速器的接力器、水力机械辅
51、助设备（如油、气、水管路）、电气设备（如发电机引出线、中性点引出线、接地等）、厂用电的配电设备。（1）、调速器三接力器位于调速器柜的下方，与水轮机盖顶连在一起，并布置在蜗壳最小断面处，因为该处的混凝土厚度最大。（2）、电气设备发电机引出线和中性点侧都装有电流互感器，一般安装在风罩外壁或机墩外壁上。小型水电站一般不设专门的出线层引出母敷设在水轮机层上方，而各种电缆架设在其下方。水轮机层比较潮湿，对电缆不利，对发电机引出母线要加装保护网。（3）、油、气、水管道一般沿墙敷设布置在沟。管道的布置应与使用和供应地点相协调，同时避免与其他设备相互干扰，且与电缆分别布置在上下游侧，防止油、气、水渗漏对电缆造
52、成影响。（4）、水轮机层上、下游侧设必要过道。过道宽度为1.5m，水轮机机墩壁上设进人孔，宽度为1.2m，高度2.0m。3、蜗壳层的布置蜗壳层除过水部分外，均为大体积混凝土。（1）、进人孔在下部块体结构中要设有通向蜗壳和尾水管的进人孔，并设置通道。进人孔直径为0.6m，进人通道尺寸1.5×1.0m。（2）、检查、排水廊道在蜗壳层以下的下游侧设检查、排水廊道，作为运行人员进入蜗壳、尾水管检查的通道。（3）、集水井位于全厂最低处。（4）、排水泵室布置在集水井的上层，有楼梯、吊物孔与水轮机层连接。4、安装间的布置安装间设在主厂房的右侧，地面高程与发电机层地面高程同高，长度取一个机组段长度，
53、其面积可以满足一台机组安装与检修的需要。上游侧设有2.5×3.0m的吊物孔，盖有承重板。下游侧设有5.0m×8.0m的变压器坑，上铺承重板。安装间进厂大门为6.0m×6.0m。5、尾水平台与尾水闸门室布置由于选择的尾水管出口宽度为4.4m，小于10m,则不需设置单支墩。即每个尾水出口只设一孔出口。电站共设两套尾水闸门。用一台2×5t移动式启闭机操作。在1号和4号机组尾水闸墩的高程处设两个尾水闸门室，存放尾水闸门。根据尾水管的长度、吊运闸门与交通要求。尾水平台的宽度取3.2m,高程与发电机层楼板与回车场地面高程一样。六、主厂房高程与平面尺寸（一）厂房高度1
54、、水轮机安装高程r水轮机安装高程为r =181.4m2、尾水管底板高程ww = r b0/2-h= 181.4-0.365/2-3.36=177.86 m式中：h尾水管高度取3.36m。3、厂房基础开挖高程FF = w -S= 177.86-1.5= 176.36 m式中：S尾水管底板厚度初设阶段，岩基S=1.02.0m；土基S=34m，此处S取1.5m。4、水轮机层地面高程11 =r +=181.4+1.0+1.0=183.4m式中：金属蜗壳的保护层，取1.0m 蜗壳进口半径，取1.0m5. 发电机装置高程G G =1+h孔+h梁=183.4+2+1=186.4m式中：h孔进人孔高，取2m
55、h梁进人孔顶部混凝土厚度，取1m6. 发电机层楼板高程2 2 =G +3.5=186.4+3.5=189.9m (3.5为G层高)7. 起重机（吊车）的安装高程c c=发电机层地面高程+发电机层楼板到吊车轨顶高度 发电机层楼板到吊车轨顶高度，根据吊车吊运最长部件的方式、外形尺寸与安全距离确定。 发电机层楼板到吊车轨顶高度Z=a+Hm+e+h式中： a为垂直向安全距离，不小于0.3m ,本工程取1.0m Hm最长部件长度，为发电机转子的高度，4.3me 吊钩吊索连接距离，一般为1.21.5m，本工程是使用刚性钓具可缩短到0.81.0m，故e=1.0mh吊钩极限位置时，吊钩中心到吊车轨顶的高度，由
56、产品目录查得，一般为1.21.3m，本工程为1.3 m注意：吊运最长部件时与周围建筑物与设备间，应有不小于0.4m的安全距离，本工程取0.5m。Z=a+Hm+e+h=1.0+4.3+1.0+1.3=7.6m所以：C=189.9+7.6=197.5m8、屋顶高程R=屋面大梁高度+屋面板厚度+屋面保温防水层厚度 =0.7+0.12+0.184 =1.004m R=C+ =197.5+3.5+1.5+1.004=203m式中：轨顶到吊车上小车高度，m 检修吊车所需的高度，0.5m9、安装间楼板高程 与安装间的地面高程同高，为189.90m。10、厂房高度 R-F=203-177.36 =25.64m
57、（二）厂房长度1、机组段长度（1）、按蜗壳尺寸控制计算 机组段长度=蜗壳最大宽度+蜗壳间混凝土厚度=5.102+2.5 =7.102m（2）、按尾水管尺寸控制计算 机组段长度= 尾水管出口宽+尾水闸墩厚度=2.74+2.5= 5.24（3）、按发电机尺寸和设备布置控制计算 机组段长度= 发电机定子外径+2×风道宽+风道间过道宽 = 2.0+2×1.5+2.5=7.5m根据以上分析，机组段长度取7.5m已经足够。由于厂房上部结构采用标准预制构件，标准尺寸为6m。另根据上下楼梯、出线、引水管道和励磁装置的布置需要，决定机组段长度定为8m。4个机组分为2段，每段长16m,各段间用
58、伸缩缝分开。2、边机组段长度与安装间相邻的边机组段长度L1必须满足发电机设备布置要求，此外下部块体结构即蜗壳外围或尾水管边墙的混泥土厚度L在0.81.0m以上，出于此两点要求，L1取4.5m。而远离机组段的机组段长度L2除要满足设备布置外，为了保证边机组段在桥吊围，则L2J+x，其中J为桥吊主钩到桥吊外侧的距离，x为吊车梁末端挡水板距端墙的距离，x一般为0.40.9m，此外，为了满足主伐吊装和操作的要求，应适当加长L2，综合考虑L2取5m 。3、安装间长度本电站安装有四台发电机组，安装间长度按能放置一台机组检修时的四大部件（发电机转子、水轮机转轮、发电机上机架、水轮机顶盖）并留有足够的工作通道来确定，综合考虑以上因素安装间长度取1.5倍机组段长度，即11.25m，取整数11.5m。4、厂房长度厂房总长度=3×8+11.5+4.5+5 =45m（三）厂房宽度主厂房宽度以机组纵轴线分为上、下两部分。厂房上部分结构上游侧的宽度与下部结构上游侧宽度基本相等，为
