大坝安全监测设计(推荐方案)

11设计条件1.1工程概况1、地理位置马槽河水库工程位于巴东县水布垭镇，为桥河流域水电开发的龙头水库，为充分利用水库形成的水头发电，在坝后设置马槽河电站。桥河又名磨刀河，系清江中游左岸支流、长江二级支流。桥河流域位于恩施自治州巴东县南部，地处巫山山脉南麓的鄂西南山区。流域地理位置为：东径110°12′～110°23′，北纬30°24′～30°40′。坝址位于已建成的桥河一级电站坝区上游，距巴鹤公路、野三关镇的距离分别为16km、26km。工地从左岸经八字岩新建公路到野三关15km。2、工程特性马槽河水库工程为流域龙头水库，主要任务是调节流域水量分布，向下游两级电站供水发电。桥河流域流域总面积209.4km2，干流河道全长37.50km，总落差1150m，河道加权平均坡降32.78‰。坝址位于巴东县水布垭镇桥河尹家坪河段，马槽河水库坝址控制流域面积139.9km2，干流河道长22.2km，加权平均坡降21.66‰。坝址处多年平均流量3.11m3/s，多年平均年径流量9821万m3。P＝2%洪峰流量：693.0m3/s；P＝0.33%洪峰流量：914.5m3/s。本工程属Ⅳ等小（1）型工程，工程由挡水建筑物、泄洪建筑物、放水（放空）建筑物等组成。挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，最大坝高56.80m，泄水建筑物为左岸岸边开敞式正槽溢洪道。1.2枢纽布置枢纽主要由大坝、溢洪道、放空洞（由导流洞改建）、发电引水隧洞、电站厂房、开关站、输变电系统、管理设施等建筑物组成。马槽河水库工程挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，本工程坝顶无特殊交通要求，坝顶宽取5.5m，为减少坝体回填工程量，在坝顶上游侧设“L”形防浪墙，2坝顶高程832.30，坝轴线长110.14m，防浪墙墙顶高程833.50m。防浪墙墙高5.0m，埋入堆石3.8m，高出坝顶1.2m，墙顶宽0.30m，墙底高程为828.50m，高出正常蓄水位1.00m。河床趾板建基面高程775.50m，最大坝高56.80m。上游坝坡1:1.4，下游坝坡1:1.3，坝体总填筑方量25.02×104m3，采用灰岩分区填筑。马槽河水库工程面板坝面板总面积7230.0m2，垂直缝间距为10.0m，共设垂直缝10条。采用等厚面板，面板厚度为40.0cm。岸坡趾板及河床段需进行固结灌浆。混凝土趾板固结灌浆孔，孔、排距均为3.0m，基岩段孔深5.0m，灌浆孔呈梅花形布置，灌浆压力0.5MPa。泄洪建筑物为采用弧形闸门控制的左岸岸坡开敞式溢洪道，堰顶高程819.5m，1孔，净宽10.0m，深14.0m。溢洪道由进口段、闸室段、泄槽段、鼻坎段组成，轴线总长156.8m。发电引水隧洞布置在左岸，由进口建筑物、引水隧洞组成。进水口距离大坝77.5m，进水口设1孔，孔口尺寸3.0m×3.0m，底板高程805.00m，发电死水位810.00mm，进口设拦污栅和检修门槽。进水口设计最大引用流量6.4m3/s。地面式厂房布置在坝下游15m处，主厂房尺寸为26.53m×12m×17.6m（长×宽×高），内装两台HLA551－WJ－64/SFW800－8/1430型水轮发电机组，单机容量0.8MW，总装机1.6MW。水轮机安装高程787.68m。开关站平行布置在厂房上游，为户内式，面积为6.5m×5.2m（长×宽），地面高程为794.22m。1.3施工导流方案及导流建筑物（1）拦河坝施工期导流采用河床一次断流，上、下游土石围堰挡水，右岸布置一条导流隧洞泄流的施工导流方案。（2）导流隧洞及导流明渠布置在河床右岸，导流明渠进水口底板高程789.0m，进口明渠扩散段轴线长44.52m；导流隧洞为城门洞型，全长343.24m，过水断面底宽3.2m，高4.2m，顶拱为半径1.85m的120°圆弧，侧墙高3.28m；出口底板高程787.3m，长15.388m，导流隧洞与明渠纵坡均为1：125。隧洞进、出口段，进口渐变段洞身采用全断面钢筋混凝土衬砌，其余洞段其余部分的隧洞采用20cm厚的C20混凝土护底，边墙为厚度10cm的混凝土喷护及沙浆抹面，顶拱喷锚支护，喷混凝土厚度10cm，锚杆长度3.0m，梅花形布置，3孔、排距为1.95m（夹角60°）、2.0m。放空洞利用导流隧洞中部隧洞结合采用预埋放空钢管及控制闸阀改造而成。（3）上游围堰长约46.2m，顶宽3.0m，高程为794.0m。围堰采用1.0m的粘土心墙，将河床清基0.5m深后进行填筑。在堰顶布置灌浆平台对河床基础进行防渗帷幕灌浆，灌浆深入基岩以下1.0m，取2~10m，单排布孔，孔距2.0m。下游围堰采用粘土心墙围堰，堰体结构同上游围堰。1.4水文气象和工程地质1、水文气象本流域属中亚热带季风湿润性气候区，暖湿多雨，云多风小。流域内有河谷、高山等复杂地形，气候变化多样：河谷地区风和日丽、无霜期长、热量多；高山地区降雨相对较多，夏季多雷暴，冬季多雪日。桥河流域暴雨以气旋雨、锋面雨为主，台风雨有时也直接或间接影响本流域。雨季一般自4月开始，至10月底结束，暴雨主要集中在6～7月，其暴雨中心多发生在流域上游。7月份西风环流减弱，西南季风加强，气温高，水汽丰沛，暴雨机会较多，降水强度普遍增大，历时长。7月下旬至8月初，副高北进，赤道辐合带也明显北移，此时台风、东风波等热带系统均能直接或间接影响本流域，挟带大量水汽，造成暴雨或大暴雨，历时一般较短。8月中下旬副高继续加强北跃，本流域受副高脊控制，一般降水较少。桥河流域径流主要来自降雨，径流年内分配与降水基本一致，径流年内分配不均，丰水期为4～10月，水量约占全年的82.8%，11～次年3月为枯水期，水量约占全年的17.2%。流域多年平均降雨量1290mm，雨量分布受地形影响随高程降低而呈递减趋势。本流域洪水由暴雨形成，发生洪水时间与暴雨相对应。每年4～10月为汛期，年最大洪峰流量多出现在5～7月，且频率较高。马槽河水库水位库容关系见表1—1；马槽河水库坝址处水位流量关系见表1—2；4施工分期、分月洪水见表1—3。表1—1水库水位～库容关系水位（m）面积（104m2）容积（104m3）水位（m）面积（104m2）容积（104m3）787.50.00.083522.23564.87901.951.684024.22680.87954.0916.484526.40807.48007.7245.585028.87945.58059.4988.485532.171098.081011.32140.486035.021266.081513.36202.086538.421449.582015.91275.187041.741649.982518.45360.987542.631860.883020.45458.1表1—2马槽河水库坝址水位流量关系水位（m）787.4788789790791792793794795796797798799流量（m3/s）094511523540563591912481626205425313059表1—3分期设计洪峰流量成果表单位：m3/s时段设计洪峰流量5%10%20%33%50％马槽河水库坝址10～次年4月194156116866010～次年3月19214498643811～次年4月14411686644511～次年3月916744281510月156.8115.575.647.226.811月69.347.928.315.77.212月11.07.64.72.81.61月5.03.82.51.61.352月9.47.25.43.92.73月58.638.421.111.05.74月129.4102.074.353.235.95月182.0146.1109.280.656.46月259.7210.9159.9120.686.62、工程地形地质（1）地形地貌工程区属于碳酸盐和碎屑岩组成的中低山区，因河流侵蚀，冲沟切割、构造侵蚀、剥蚀及溶蚀等作用，区内总体呈现山峰、峡谷及层状地貌相间的鄂西南高原地貌景观。桥河流域发源于野三关，总的流向由北向南，河流与主体构造线基本一致，呈ＮＮＥ向展布。河谷地貌多为对称的“Ｖ”型或“Ｕ”型谷，谷底高程280～1300m，两岸谷坡高陡，地形坡度30°～60°，局部形成30～90m高的陡崖，一般峰顶高程900～1500余米，最高峰顶达1544.0m（梅家山），谷峰高差400～1000m。受后期侵蚀、剥蚀及溶蚀作用，区内形成多级夷平面，呈阶梯状。按地文期大致可分为：鄂西期（高程1300m以上），为区内最高一级剥夷面；山原期（高程700～1200m），区内广泛分布，呈浑圆的残丘，与谷地、洼地相间展布；清江峡谷期（高程600m以下），随着地壳大面积自西向东揿斜上升，清江溯源侵蚀并向深部下切，形成现今壮丽的峡谷，高程大致在600m以下，此阶段区内曾有一短暂间歇稳定，形成零布的多层台面和多层岩溶发育景观。马槽河水库工程处于流域中游，河流沿岸零星分布第四系崩塌堆积体和Ⅰ、Ⅱ级河流冲积阶地，连续性差，规模较小。（2）地层岩性及其分类坝区基岩由三叠系大冶组构成，河床及两岸零星分布第四系堆积层。第四系（Ｑ）6洪冲积（Ｑpal）：卵石、砾石、漂石及砾砂土，结构稍密～中密，原岩成分为灰岩，形状以圆形、亚圆形为主，磨圆度较好。厚度8～10m，分布于河床及漫滩。崩塌堆积（Ｑcol）：巨块石、块石夹碎石质粘土，厚5～15m，零星分布于坝区外围河流沿岸。残坡积（Ｑedl）:含碎石质粘土，厚度小于1.5m，在坝区左岸斜坡地带零星分布。三叠下统大冶组（Ｔ1d）薄～中厚层状灰岩夹粘土质灰岩、泥灰岩，下部夹黄绿色粘土质页岩，底部为黄绿色粘土质页岩夹灰色薄～中厚层状灰岩、泥灰岩，厚度大于780m，分布于河床及两岸。钻孔揭示坝区一带主要岩性为灰色薄～中厚层状灰岩夹泥质灰岩，地表见泥质条带。（3）地质构造坝区位于清太坪向斜的南东翼，为单斜层状构造。桥河断裂距左坝肩约300m，坝区Ｆ1小断层与河流斜交，裂隙有四组，其主要特征分述如下。桥河断裂：南起矛符社，北至白沙坡，长约15km，走向15°断面倾向ＳＥ或直立，顺桥河背斜核部发育，破碎带最宽处达200m，由棱角状角砾岩组成，其力学性质早期张性，后期压扭性，近代无明显活动迹象。坝区一带为桥河断层的北部尾端，断层距坝区约300m，对工程无直接影响。Ｆ1断层：位于下坝线一带，与河流斜交，走向ＮE56°，倾ＮW，倾角66°，长约230m，断层张开宽度15～80cm，充填粘土及碎石质。Ｆ1断层断距较小，两盘地层错位不明显，顺断裂浅表层有溶蚀现象。坝区节理裂隙主要有以下四组：⑴ＮＮＥ组，走向ＮＥ12°～18°，多倾向ＮＷ，倾角80°～90°。此组裂隙与河流交角较小，切割深度大，延伸长度5～15m。微张～紧闭或充填方解石脉，浅表层有溶蚀现象；⑵ＮＮＷ组，走向ＮＷ345°～353°，倾ＮＥ，倾角85°～90°，与河流近于平行。此组裂隙延伸短，7一般紧闭或充填方解石脉；⑶ＮＷ组，走向312°～325°，倾ＳＷ或ＮＥ，倾角56°～72°，与河流斜交，此组密度不大，但延伸较长；⑷ＮＷＷ组，走向275°～290°，多倾向ＳＷ，倾角62°～70°，横河向发育，其规模较小。坝区两岸卸荷裂隙不发育，局部陡崖段卸张裂隙主要由ＮＮＷ组节理裂隙演变发展而成。工程共布置了10个钻孔，总进尺660.98m，共压水78段，其中强透水3段，占3.8％，中等透水32段，占41％，弱透水39段，占50％，微透水4段，占5.2％。从统计结果看坝区岩体透水性处于弱透水～中等透水之间，且随着深度的增大而透水性减弱。钻孔地下水位观测结果左岸44m，右岸35m。上、下坝线两岸地下水位较低，随着远离岸坡地下水位逐渐抬升。（4）溢洪道工程地质溢洪道置于河流左岸，平坡段和陡槽段基岩裸露，泄洪消能段为第四系崩塌、冲积堆积层，厚度8～14m。地层岩性为大冶组薄～中厚层状灰岩夹泥质灰岩，岩层产状351°∠10°。溢洪道沿线无断层切割，主要构造为节理裂隙，有四组——ＮＮＥ、ＮＮＷ、ＮＷ和ＮＷＷ组，各结构面特征如前面3.3.1中地质构造一节所述。岩体弱风化