清水河重力坝设计说明书

第一章清水河某电站的工程条件1.1.气象、水文清水河流域属亚热带高原气候区，由于大气环流和流域地形影响，气候类型较为复杂，垂直变化十分明显，多年平均气温为14.1C。流域内降水较多，但年内及地区分配极不均匀，年降雨量为1130mm，4～10月占全年降水量的86.5%。支流独木河上游为多雨区，多年平均降雨量超过1200mm。每年5～8月为暴雨集中的季节，降雨量占全年的60%。坝址集雨面积为4328km2，多年平均流量76m3/s，多年平均来水量23.97亿m3，径流系数0.48。流域洪水特性与暴雨特性和流域自然地理条件密切相关。洪水过程一般从5月份开始，到10月份结束，汛期洪水较为频繁，年最大洪峰多出现在6～7月。设计洪水标准（P=1%时），洪峰流量为5240m3/s，相应3天为洪量6.0亿m3。校核洪水标准（P=0.1%）时，洪峰流量为7430m3/s，相应3天洪量为8.4亿m3。坝址多年平均年输沙量52.8万t，主要集中在汛期，占全年输沙量的92.8%，其中5～7月来沙量占全年的73.8%。1.2.工程地质电站地处云贵高原的黔中地区，区域内碳酸盐岩广布，属中低山岩溶山地地貌，地层自寒武系至三迭系均布分布。区域地处黔北台隆、遵义断拱南部，属扬子准台地中稳定的III级构造单元，自中更新世以来，区域内无断裂活动迹象，构造环境稳定，地震基本烈度为6度。水库河段均属峡谷型水库。库区构造以南北向为主，北东向和北西向断裂也很发育。南明河近坝6km库段大部分为横向谷，上游库段为走向谷，左岸为顺向坡；独木河库段大部为走向谷，右岸为顺向坡。水库两岸山体雄厚，其间分布有多层隔水层和相对隔水层，不存在向邻谷渗漏问题。水库库岸多为坚硬的灰岩、白云岩组成，一般稳定性较好。局部以软岩为主的走向谷顺向坡地段，风化后抗剪强度和抗冲刷能力降低，蓄水后可能产生顺层塌滑，除近坝的南明河口左岸边坡外，其余边坡距坝址较远，规模不大，对库容和工程的建设无影响。工程枢纽区河段，河谷断面呈不对称“V”型，左岸较缓，右岸较陡。河床及两岸坡出露地层主要为吴家坪组（Pw2）中厚层燧石条带灰岩、夹泥页岩、钙质页岩和少量泥灰岩，其中软岩占总厚度的19%，河床基岩大部裸露，岩层缓倾上游偏右岸。该地层属弱岩溶含水层，在垂直层面方向可取相对隔水作用，防渗处理简单。坝址附近天然建筑材料丰富，开采及运输条件均较好，坝址下游2km处有公路通过，距左右岸坝肩也仅12km。1.3.设计标准电站正常蓄水位初拟为835m，装机容量60MW，保证出力10.1MW，多年平均发电量2.51亿kWh，装机年利用小时为4183h。电站工程规模为大（二）型，属二等工程，主要挡水及泄水建筑物为2级，厂房为3级建筑物，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。大坝及泄水建筑物正常运用洪水为100年一遇（P=1%），非常运用洪水标准为1000年一遇（P=0.1%）；厂房正常运用洪水标准为100年一遇（P=1%），非常运用洪水标准为200年一遇（P=0.5%）。1.4.水库、水能参数正常蓄水位835m水库死水位820m装机容量A230Mw电站引用流量129.4m3/s最大水头64m最小水头42.8m平均水头55.5m历年最大风速：25.0m/s多年平均最大风速：16.0m/s设计洪水：100年一遇，坝址相应洪峰流量5240m3/s，相应下泄流量4593m3/s。设计洪水位836.41m；校核洪水：1000年一遇，坝址相应洪峰流量7430m3/s。相应下泄流量6654m3/s。设计洪水位841.68m。1.5.工程地质岩体力学指标坝基(肩)岩体力学指标及岩体质量分类表地层代号岩性风化分级容重sΥ(T/m3)承载力(MPa)泊桑比μ变模E0(103MPa)抗剪断强度质量分类岩/岩岩/砼fc(MPa)fc(MPa)P2w中厚层含燧石条带灰岩夹页岩和泥灰岩微风化2.604.50.2580.90.80.80.7AⅢ1P2c含燧石结核灰岩微风化2.656.00.23121.21.01.10.9AⅡTd11页岩夹薄层灰岩弱风化2.301.00.3520.550.20.50.1CⅥTd12薄层灰岩夹页岩弱风化2.402.00.3030.650.30.60.2CⅥP1m中厚层灰岩微风化2.606.00.23121.21.01.11.0AⅡ节理裂隙0.70.2泥页岩夹层0.30.02第二章枢纽总体布置2.1坝顶及防浪墙高程2.1.1校核洪水位情况坝的安全级别为Ⅱ级，查表3－10得,ch=0.4m；在河谷剖面图中测得校核洪水位时B=147.1mD=5Bkm，V。=16m/s；16.281610007355.08.9220VgD,在20～250之间,故h为累积频率为5%的%5hmDVhl456.07355.0160166.00166.0314531450%5%124.1hh=565.0456.024.1m8.04.10lhLm55.5565.04.108.0mcthLHcthLhhlz12.055.568.1042.55.5465.0222%1hhhhzc=0.4+0.12+0.565=1.1m防浪墙顶高程=校核洪水位+△h校=841.68+1.1=842.78m.2.1.2设计洪水位情况坝的安全级别为Ⅱ级，查表3－10得,5.0chm；在河谷剖面图中测得设计洪水位下B=132.901mD=5BkmV。=16m/s；20VgD44.25161000664505.08.92在20～250之间,故h为累积频率为5%的%5h；314500166.0DVhlm433.0664505.0160166.045；%5%124.1hhm537.0433.024.1；8.04.10lhLm32.5433.04.108.0；LHcthLhhlz22mcth11.032.598232.5433.02；%1hhhhzc=0.5+0.11+0.537=1.2m；防浪墙顶高程=设计洪水位+△h设=836.41+1.2=837.61m.两者比较取大者即坝顶高程及防浪墙高程为.842.78m2.2确定下游水位根据水力学公式RiWCQ，611RnC得：3/22/13/51iWnQ，其中：Q:下泄流量；n:粗糙系数，查水力学得：04.0n；W:河谷断面面积，单位2m；:i河底坡率，由地形图资料算得：00246.0i；：湿周，单位m；下游水深在下游水位-流量关系曲线上量得，通过河谷断面剖面图和上述水力学公式，以1米为模数做图，对应与正常蓄水位的电站引用流量smQ/4.1293时下游水深mH64.42正，对应于校核洪水位时的下泄流量时，下游水深mH9.252校。计算表格如下：高程面积周长距离湿周流量坡率75412.19690925.03312.19712.83614.735780.0024675644.48312741.86220.08921.77389.527550.0024675891.20950556.22326.62429.599241.43050.00246760149.24705867.43431.42636.008481.37880.00246762216.75264278.49536.0842.415803.84260.00246764293.3099189.19540.47848.7171213.3910.00246766378.47737399.65544.6954.9651712.3230.00246768471.898211109.88848.73161.1572303.3490.00246770572.979777119.41552.35167.0642993.2930.00246772680.769885127.79155.30472.4873787.9460.00246774793.658779135.25257.7277.5324677.1260.00246776913.889153141.94859.73682.2125689.9580.002467781032.293791148.39361.44386.956715.3580.002467801155.730678154.33662.90791.4297839.3810.002462.3非溢流坝设计2.3.1基本剖面2.3.1.1坝底宽度确定设0n75.0mB68.10475.01解得：B=78.51m2.3.1.2校核洪水位下基本剖面的稳定计算取1m为计算宽度,对应于下游水深为25.9m.01WkNVW1216.986212451.7868.104212砼kNVW57675.6147675.309.408.9213水kNHP72176.5369368.1048.921212211kNHP769.81969.408.921212222kNU4752.3776351.7126349.104282.400726349.10482.400864.1025运用抗剪断公式：PAcUWfKS''')(，代入数据得：17.3769.819672176.5369351.78900)4752.377636984.104768(1.1'SK对于校核洪水位，'sK=3.172.5，稳定满足要求。2.3.1.3校核洪水位下基本剖面的应力计算在一般情况下，坝的最大和最小都应力出现在坝面，在基本剖面中，考虑自重、水压力、扬压力时，由计算得：kNW03.68922kNP78.46200mkNM53.765793水平截面上的正应力为：kPaBWBWkPaBMBWydyu32,1632644.132622坝踵、坝址处应力均满足符合强度指标，满足要求。2.3.2实用剖面防浪墙顶高程1=校核洪水位+△h校=841.68+1.1=842.78m.防浪墙顶高程2=设计洪水位+△h设=836.41+1.2=837.61m.取坝顶高程为校核洪水位+△h校=841.68+1.1=842.78m.坝高mH78.105)15752(78.842.取坝顶宽度为坝高的9%，即坝顶宽度为m5202.9%978.105，取为10m.2.3.2.1校核洪水位作用的稳定与应力计算实用剖面图如图：（1）稳定计算取1m为计算宽度01WkNVW1216.986212451.7868.104212砼kNVW57675.6147675.309.408.9213水kNHP72176.5369368.1048.921212211kNHP769.81969.408.921212222kNU4752.3776351.7126349.104282.400726349.10482.400864.1025根据混凝土重力坝规范查得：75.3/12015.2/1020)(331.0VgDVVgLm，代入数据计算得：mLm80.5。mLHm9.22，波浪运动不受库底约束，为深水波，波浪压力kNhhLPzml731.9)12.0565.0(48.58.9)(4%1泥沙压力：kNhPsssbS09.694)1445(tan33.203.921)245(tan212222其中：3/3.9:mkNsb：淤沙的浮容重，取为.33.201531:mHhhss坝前泥沙淤沙厚度，.28:淤沙的内摩擦角，取s运用抗剪断公式：PAcUWfKS''')(，代入数据得：5.221.395276.4549651.78900)4752.3776357675.61479216.100537(1.1'sK对于校核洪水位，'sK=