工程布置与建筑物Word格式文档下载.docx

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15）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001。

5.1.3设计基本资料

5.1.3.1工程的开发任务

5.1.3.2水文气象

1）径流：

坝址以上集水面积8162km2

多年平均流量52.8m3/s

设计洪水流量（P=2%）1709m3/s

校核洪水流量（P=0.2%）2581m3/s

2）泥沙：

多年平均输沙量174.9万t

多年平均含沙量0.92kg/m3

3）气象（禄劝气象站）

降雨：

多年平均降水量954.5mm

最大日降水量138.3mm

气温：

多年平均气温15.6℃

6月平均气温21.2℃

1月平均气温7.9℃

最高气温33.3℃

最低气温-6.5℃

风速：

多年平均风速1.9m/s

多年平均最大风速16.3m/s

5.1.3.3水库特性及动能指标

1）水库水位

校核洪水位（P=0.2%）1561.16m

设计洪水位（P=2%）1558.15m

正常蓄水位1561.0m

汛期限制水位1553.0m

发电死水位1553.0m

总库容1676万m3

正常蓄水位以下库容1660万m3

发电死库容1092万m3

2）下泄流量及相应下游水位

设计洪水时最大下泄流量1709m3/s

相应下游洪水位1498.7m

校核洪水时最大下泄流量2581m3/s

相应下游洪水位1500.5m

装机满发最大引用流量71.04m3/s

一台机满发引用流量35.52m3/s

正常尾水位1300.00m

厂房下游校核洪水位1308.50m（P=1%）

厂房下游设计洪水位1307.30m（P=2%）

3）水轮发电机特性指标

最大静水头73.65m

加权平均水头68.32m

最小水头60.38m

装机容量44MW

机组台数2台

5.1.3.4水位流量关系

1）坝址水位与流量关系曲线表

水位（m）

1493

1493.5

1494

1495

1496

1497

1497.5

1498

流量（m3/s）

860

1100

1350

1498.7

1499

1499.2

1499.5

1499.8

1500

1500.5

1501

17

11

81

2800

2）厂址水位与流量关系曲线表

5.1.3.5地震烈度及建筑物设防类别

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程区地震动峰值加速度为0.2g，相应于地震基本烈度Ⅷ度，地震动反应谱特征周期0.45s。

按照《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-2000）有关条文的规定，本工程拦河坝、泄水建筑物、引水系统的进水口等永久性主要水工建筑物的抗震设防类别为丙类，永久性次要水工建筑物的抗震设防类别为丁类。

5.1.3.6工程地质数据

5.1.3.6.1坝址区岩石物理力学参数建议值

a.抗剪断强度：

弱风化岩/混凝土：

f′=1.1、c′=0.55MPa

弱风化岩/岩：

f′=1.0～1.1、c′=0.9～1.0MPa

微风化基岩砼/岩：

f′=1.2、c′=0.70MPa

泥岩砼/岩：

f′=0.6、c′=0.20MPa

b.抗压强度：

弱风化基岩Rb=64MPa，软化系数0.67MPa

c.坝基承载力

[R]=6.0MPa

d.弹性模量：

弱风化基岩E0=17.8GPa，Ed=24.7GPa

e.纵波速

弱风化岩石纵波速νp=2.9km/s

f.天然密度（弱风化基岩）：

γ=2.55g/cm3

g.泊松比（弱风化基岩）：

μ=0.27

f.开挖边坡：

覆盖层、全风化层1:

1.0

强风化层1:

0.75

弱风化层1:

0.5。

5.1.3.6.2引水系统围岩分类及力学指标

引水系统围岩分类及力学指标见表1.3-1。

表1.3-1引水系统围岩分类及力学指标表

部位

名称

进口段

（桩号0～50m）

中间洞身段

（桩号50～500m）

出口段

（桩号500～564m）

围岩

类别

Ⅲ

Ⅱ

评价

稳定性较差

基本稳定

力学

指标

f值

3～4

4～6

K0（MN/m3）

3000~4000

5000~6000

5.1.3.6.3厂房区岩石物理力学参数建议值

厂房基础岩石单轴抗压强度（饱和）49.30MPa

静弹性模量3.36×

104MPa

泊松比0.16

地基承载力3.09MPa

开挖边坡：

残坡积层1∶1.0～1∶1.50

全风化层1∶1.0

强风化层1∶0.75～1∶0.50

弱风化层1∶0.50～1∶0.30

微风化层1∶0.10

5.2可行性研究报告的方案比较、推荐方案及有关咨询评估意见

5.2.1可行性研究报告的主要比较方案

5.2.1.1开发方式及坝址

小蓬祖电站开发方式有两种，一种是首部式（堤坝式）方案，即由拦河坝挡水抬高水位，集中水头，形成调节水库，厂房布置于坝后或离坝不远的地方引水发电；

一种是混合式方案，即在上游某处作低坝抬高水位形成水库，并利用河道的天然落差，采取较长引水系统，厂房置于坝址下游较远的地方引水发电。

该电站对两种方案进行了比较，最后选择首部式（堤坝式）的开发方案。

坝址选择有上坝址和下坝址；

上坝址位大梅兰村东侧，坝轴线距大梅兰吊桥上游约18m，首部挡水建筑物为砼重力坝，坝高70m，坝顶闸孔溢流。

左岸布置引水系统，引水隧洞长约2.6km。

该方案由于坝址河床冲积层厚10m左右，其下部存在一层厚度15～20m的∈1c1-2青灰色、紫红色页（泥）岩，属薄层～碎裂状结构，已经化或呈破碎状，地基承载力不够，需全部清除，开挖深度一般在25～30m，最深达34m。

显然在此筑坝不现实。

下坝址位于小蓬祖村南侧，坝轴线距离乐在二级电站坝址上游500m，砼重力坝高81.8m，坝段闸孔溢流。

采用坝后式厂房，厂房位置设置在左岸坝段，坝址两岸谷坡、岩层大都裸露，石英砂岩为中厚～厚层状结构、多为弱风化岩体。

下坝址库容可以增加500万m3，引水线路可缩短2228m。

通过技术经济比较，坝址选择下坝址。

5.2.1.2坝型

本工程坝址以上流域属北亚热带季风气候，洪水暴涨暴落，洪峰流量大，泄洪问题十分突出。

同时坝址区河谷狭窄，两岸地形陡峻，难以布置开敞式溢洪道，因此不适合布置土石坝，而适宜于布置从坝身泄洪混凝土坝型。

本工程在项目建议书中曾作过混凝土重力拱坝方案,随着地质工作的深入，摸清了坝址的基本地质条件：

虽然枢纽区两岸谷坡，岩层大都裸露，岩性为泥质粉砂岩、石英砂岩及砂岩夹页岩，坝基可置于石英砂岩上，岩层风化较浅，强度较高。

但在坝区发现两组发育的岩石节理：

N5°

～28°

W/NE∠8°

（与河流流向夹角60°

～83°

）、N66°

～88°

W/SW∠83°

～89°

（与河流呈37°

～59°

）。

受该两组节理的切割，再加上岩层层理的影响，使两岸坝肩岩体的完整性较差，坝肩的抗滑稳定性特别是变形稳定性难以满足要求，对拱坝是不利的，因此选择混凝土重力坝型。

5.2.1.3枢纽总布置

1）坝后式厂房方案

采用坝体挡水和发电相结合，主、副厂房布置于坝后河床中部靠左部位。

泄洪由左、右岸各设一体泄洪洞及坝身右侧两表孔溢流解决，泄洪洞兼冲沙及施工期导流。

该方案主要水工建筑物有：

混凝土重力坝、坝身泄洪表孔、左和右岸泄洪冲沙洞、坝后压力钢管及厂房。

坝后式厂房枢纽布置方案的主要优点为：

①厂房布置于坝后，厂房与坝布置紧凑，引水线路短，省去了引水隧洞和调压井，工程征地较少；

②进水口设置事故闸门，厂房可省去2个主阀；

③引水道水头损失较小，动能指标较优；

④泄洪洞可利用导流洞改建；

⑤尾水归槽平顺，洪水期受泄洪影响小；

⑥厂房紧接坝后布置，位于下游围堰前，不需另建厂房施工围堰。

坝后式厂房枢纽布置方案的主要缺点为：

①建筑物布置集中，施工干扰大；

②总造价较左岸岸边式厂房方案大；

③受河床宽度的制约，不能在坝身上设置中孔，冲沙只能采用左、右岸两条泄洪洞，由于水流不顺直，冲沙效果较差；

④溢流坝不能采用挑流消能，底流消能消力池较长，工程量大；

⑤由于两个泄洪洞闸门数量较多，且位置分散，给交通和运行管理带来不便。

2）引水地面式厂房方案

经各方案的优、缺点比较可见，两方案各有特色。

根据专家咨询意见及业主意见并综合考虑各方面因素后推荐坝后式枢纽布置方案。

5.2.2可行性研究报告推荐方案的主要内容

5.2.2.1枢纽总布置

坝后式厂房枢纽布置方案的思路是坝体挡水和发电相结合，发电厂房布置于坝后河床靠左部位，以简化引水系统。

由于坝址河谷狭窄，不能布置开敞式溢洪道，泄洪问题由左、右岸各一条泄洪洞及坝身右侧两孔溢流表孔解决。

泄洪洞兼作冲沙洞，在工程施工期还兼作导流洞。

开关站位置在左岸坝肩坡处。

该枢纽布置方案水工建筑物包括混凝土重力坝、坝身泄洪表孔、左岸泄洪冲沙洞（兼导流洞）、右岸泄洪冲沙洞（兼导流洞）、坝后压力钢管及坝后厂房。

大坝最低建基面高程为1480.0m，坝顶高程1561.8m。

根据挡水、引水发电和泄洪的功能要求，坝体布置为四大部分：

左岸非溢洪坝段、引水发电坝段、泄洪表孔坝段及右岸非溢流坝段；

引水系统采用单管单机的供水方式。

5.2.2.2建筑物

1）挡水建筑物

混凝土重力坝最大坝高81.8m，坝顶长度130m，坝顶高程1561.80m，校核洪水位1561.12m，设计洪水位1557.85m，汛期限制水位1553.00m。

重力坝基本断面为三角形，上游坝面铅直,下游坝面对面1∶0.75，上游坝面在1505.00m以下设置为倾向上游的1∶0.2坡度，有利于坝体抗滑稳定。

坝顶宽度6.0m。

坝身设置2个泄洪表孔，溢流堰顶高程程1553.00，孔尺寸为9.0×

8.0m（宽×

高），溢流堰后为坡度1∶0.75的下游坝面，下游坝面与消力池底板间采用反弧连接，反弧半径为40m，消力池底板高程为1483.00m。

根据闸门操作要求，坝顶闸墩长度确定为15m。

泄洪消能方式采用底流式消力池消能，消力池长约65m，池宽21m。

泄洪量为：

设计洪水位1557.85m，相应最大下泄流量为1623m3/s（其中溢洪道泄量为395m3/s，占总泄量24.3%），削峰87m3/s；

校核洪水位1561.12m，相应最大泄流量为2512m3/s（其中溢洪道泄量为1001m3/s，占总泄量39.8%），削峰58m3/s。

坝基岩体设置防渗帷幕，防渗底界为5Lu，并伸入相对隔水层5m。

帷幕设置为单排，孔距为2.0m。

对整个坝基进行固结灌浆，以填充坝基浅层裂隙，提高坝基的抗渗透稳定性；

加固坝基岩体，提高坝基岩体的变形模量，承载力及夯实性，增强坝基岩体的整体性，固结灌浆按梅花布置，孔距3.0m，上游孔深为8.0m，下游孔深为5.0m。

2）引水系统

本电站装机为2×

15MW，设计水头57m，引水流量65.8m3/s，单机流量为32.9m3/s，引水系统由发电坝段、进水口、坝内埋管及坝后厂房组成。

发电厂房坝段位于河床中部偏左处，坝段长28m，在1533m高程处向前悬挑6m布置通仓式电站进水口，进水口底板高程为1543m。

拦污栅为通仓布置，各机组段相互连通。

设垂直拦污栅，两台机共布置4孔，每孔设备拦污栅一道，过栅流速小于1m/s，拦污栅底槛平台高程1541m，坝顶设置清污机，可在不停机的情况下由坝顶清污机进行清污。

进水口两侧及顶、底前缘均为圆弧形曲线。

设置一道事故检修门（孔口尺寸为2.7×

4.3m）和一道快速工作闸门（孔口尺寸为2.4×

3.3m）。

检修闸门在坝轴线上游，门槽中心距坝轴线2.3m，动下静启；

工作闸门在坝轴线下游，距坝轴线2.7m，单门单机,动水启闭。

压力钢管道为单机单管布置方式，采用坝内埋管形式，单根钢管长度91.8m（至主厂房后边墙），设置两个立面弯管。

钢管直径2.7m，流速5.33m/s，最大水头95.5m（包括30%的水击压力）。

按坝内埋管计算，钢管采用Q235-C，管壁厚12～20mm。

3）厂房

主厂房为坝后地面式布置，属4级建筑物，按50年一遇洪水设计，相应下游水位1499.93m；

200年一遇洪水校核，相应下游水位1500.5m，尾水平台高程1500.7m，厂房建基面高程尾1481.97m。

主厂房总长度44.2m，净宽11m，总高28.94m，分三层，机组间距12m，厂内安装两组水轮发电机组，单机容量为15MW。

水轮机安装高程1487.97m，吸出高度-3.5m，安装间布置在主厂房左侧。

副厂房沿主厂房上游侧布置，主机间上游侧副厂房共三层，内部分别布置厂用变和励磁变室、高压开关柜室、工具间、通讯值班室及电缆夹层等；

安装间上游侧副厂房为中控室，单层结构，平面尺寸为12.6×

9.6m。

发电机层高程为1495.72m，水轮机层高程为1489.77m，尾水管底板高程为1483.56m，正常尾水位1493.22m。

安装场地面高程为1500.7m，轨顶高程为1503.65m，厂房吊顶高程为1507.74m。

主、副厂房为钢筋砼结构，厂房基础及边坡均为弱风化岩体，岩层质量较好，整体稳定性较好。

为了防止落块和岩体风化，厂方左侧边坡开挖后喷砼保护，部分挂网并设置锚杆。

4）开关站

主变压器布置在上游副厂房与发电坝段之间的室外平台上，平台高程与进厂公路同高，为1500.7m，平台宽12m，主变中心间距为16m，安装两台主变压器。

开关站布置在左岸坝肩缓坡上，高程1595m。

开关站面积为41.6×

32m。

出线电压为110kV，出线回路数为两回，其中一回接至漾田变电站，一回路备用。

从主变压器到开关站的进线采用架空线路。

5.2.3可行性研究报告有关咨询评估意见

2005年4月7日，中国水利水电建设工程咨询昆明公司在昆明主持召开了《云南普渡河小蓬祖水电站可行性研究报告》咨询评估会，有关咨询评估意见如下：

1）本工程属Ⅲ等中型工程，主要建筑物拦河坝、泄洪、冲沙及引水发电建筑物为3级建筑物，次要建筑物为4级建筑物，符合现行国家和行业《工程等别和设计标准》。

防洪标准：

拦河坝设计洪水标准为50年一遇洪水，校核洪水标准为500年一遇洪水；

电站厂房设计洪水标准为50年一遇洪水，校核洪水标准为200年一遇洪水；

消能防冲建筑物设计洪水为30年一遇洪水，但超过此标准时不得危及主要建筑物安全。

2）地震设防烈度为Ⅷ度，工程区地震动峰值加速度0.2g，符合《水工建筑物抗震设计规范》。

3）本工程坝址位于小蓬祖村以南河段，在2.3km河段内选择了上、下两个坝址进行比较，同意经过上、下坝址地质条件、水工布置和施工条件等综合比较后，选定下坝址。

4）对选定坝址拟定的坝轴线基本可行；

在施工图设计中可根据实际地质条件和需要作适当微调。

5）同意坝型采用混凝土重力坝，为加快施工进度，在可能部位可采用碾压混凝土。

6）设计推荐的混凝土重力坝，河床偏右岸设溢流表孔，河床左岸边设地面厂房，左右岸各设一条泄洪冲沙洞（兼导流洞）与溢流表孔共同渲泄洪水的枢纽布置方案基本可行。

7）《可研报告》拟定的大坝、厂房地基开挖和防渗处理措施是必要的。

在下阶段设计中，应根据深化后的地质资料和实际开挖情况，对可能出现的地质缺陷、缓倾角层面对坝体稳定的影响作专项处理，对边坡处理进行必要的论证，并改进厂房防洪措施，以确保大坝边坡和厂房施工和运行安全。

8）抓紧进行整体水力学模型试验，以验证泄洪、冲沙、消能及取水防沙效果和坝下游河床冲淤情况及水位波动对厂房尾水的影响。

9）为减少左岸边坡开挖，建议对厂房进行顺河向布置研究；

明确进场公路布置。

10）基本同意安全监测项目的设置，建议完善简化。

5.3方案调整的主要内容

5.4工程总体布置

5.4.1调整方案的工程总体布置

5.4.2工程总体布置方案比较及结论

5.5拦河坝

5.5.1混凝土拱坝

拦河坝为单心圆单曲等厚拱坝（中厚拱坝），坝基岩性为石英砂岩及砂质泥岩，坝顶高程1562.0m，最大坝高80.0m，大坝砼标号为R90200号，抗渗抗冻标号为W8F50，大坝壳体方量为14.6万m3。

5.5.1.1坝顶高程计算

本工程拦河坝为3级建筑物，根据《混凝土拱坝设计规范》（SL282-2003）的要求：

1）坝顶高程不低于校核洪水位；

2）防浪墙顶高程应不低于正常蓄水位或校核洪水位加Δh。

Δh=hb+hz+hc

经计算，正常蓄水位下hb=0.812m，hz=0.185m，校核洪水位下hb=0.704m，hz=0.168m，另取hc=0.4m/0.3m（正常蓄水位/校核洪水位），则：

正常蓄水位：

Δh=0.812+0.185+0.5=1.397m

校核洪水位：

Δh=0.614+0.168+0.4=1.082m

大坝正常蓄水位1561m，校核水位1561.26m，则两种工况下防浪墙顶高程应高于1562.397m及1562.342m。

取坝顶高程1562.0m，防浪墙顶高程1563.2m，满足上述要求。

5.5.1.2坝轴线确定

坝线确定按下述主要原则：

1）在满足枢纽整体布置总要求的前提下，坝轴线位置选择要为简化枢纽总布置，减少各建筑物间相互干扰创造条件。

2）尽量避开不利的工程地质条件（如断层带影响），使拱坝坝基着落在较完整的基岩上。

3）要求两岸坝肩有足够的抗力体范围。

4）尽量使坝轴线选在河谷相对狭窄部位。

5）尽量避开或减少坝基高边坡开挖的情况。

6）尽量使体型有利于泄洪建筑物的布置，尽量避免对岸坡的冲刷。

实际布置拱坝坝轴线时，由于导流洞已建成，拱坝布置于狭口上游侧并留出上游围堰位置，故位置十分有限，选定坝线位置位于重力坝轴线上游约50m（指拱冠梁上游侧）。

5.5.1.3拱圈线型确定

考虑到两岸缓倾层面较多，为改善拱座稳定条件，降低坝肩单位推力水平，采用中厚拱坝，拱圈线型采用单心圆。

5.5.1.4建基面确定

根据《混凝土拱坝设计规范》（SL282-2003）关于坝基开挖深度的规定，“一般高坝应尽量开挖至新鲜或微风化的基岩，中坝应尽量开挖至微风化或弱风化中、下部的基岩”，同时结合本工程的坝基地质条件和物理力学性质等因素。

本工程坝址河谷狭窄，水推力水平相对较低（最大为2255t/m），确定拱槽开挖至弱风化下部~微风化基岩。

除了根据上述地质条件，最终拱坝建基面的确定还需根据拱座稳定条件、体型条件等，不满足的则可能需加大嵌深，或另作相关处理。

5.5.1.5体型设计

1）设计原则

⑴力求拱坝体形简单，确保施工质量；

⑵在满足坝体强度要求的同时，最大限度地改善坝肩稳定条件；

⑶满足坝身泄洪建筑物布置的要求；

⑷充分考虑工程具体条件。

2）体型特征参数

项目

参数

顶拱中心角（°

）

99.50

上游最大倒悬

0.1

下游最大倒悬

坝顶厚度（m）

7.0

坝底厚度（m）

28.35

坝顶中心线展长（m）

151.4

弧高比

1.893

拱冠梁厚高比

0.354

3）示意图

图5-1拱圈平面图

图5-2拱坝中面展视图

图5-3梁图

4）体型参数表

高程

Yc

Tc

Rd

φl

φr

1562.0000

0.0

83.6381

49.7495

1553.0000

47.5773

1544.0000

10.15

80.4881

45.4050

1535.0000

13.3

77.3381

43.2328

1526.0000

16.45

74.1881

41.0606

1517.0000

19.60

71.0381

38.8884

1508.0000

0.9

21.85

67.8881

36.7161

1499.0000

1.8

24.10

64.7381

34.5439

1490.0000

2.7

26.35

61.5881

32.3717

1482.0000

3.5

58.7881

30.4408

表中：

Yc——拱冠梁上游面参数（相对于坝踵