主要建筑物改.docx
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主要建筑物改
5工程选址、工程总布置及主要建筑物
5.1工程等别和标准
5.1.1工程等别及主要建筑物级别
根据陕西省水利厅审批的《铜川市龙潭水库工程水资源论证报告》（陕水资函【2008】90号），龙潭水库功能主要是新区及工业带城市生活用水，兼顾工业、农灌及环境用水。
水库总库容1693.7万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），枢纽工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。
其主要建筑物按3级建筑物设计，次要建筑物按4级建筑物设计，导流及临时建筑物按5级建筑物设计。
5.1.2防洪标准
根据《防洪标准》（GB50201-94），永久性水工建筑物的防洪标准，按本阶段拟定的几种坝型方案，经过分析确定如下：
均质土坝方案：
设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。
浆砌石重力坝方案：
50年一遇洪水设计，500年一遇校核。
泄洪建筑物出口消能防冲的洪水标准为30年一遇；
5.1.3地震设防烈度
根据1:
400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程区地震动峰值加速度0.10g，地震动反应谱特征周期0.45s，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。
根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97），确定水工建筑物按7度设防，并进行抗震设计。
5.2工程选址、选型及布置
5.2.1坝址选择结论
根据《陕西省铜川市双岔河水库枢纽工程可行性研究报告》（陕西省水电设计院，铜川市水利局，1997.12），对坝址选择的主要结论为：
赵氏河流域申家河村以上，可选坝址有两个：
上坝址位于陈村河与吕村河交汇处，即现赵氏渠渠首下游约500m范围内；下坝址位于申家河村。
上坝址位于黄土残塬沟壑区，在长约500m范围内，河床比较规则，河谷断面呈V字型，河底较窄，宽约20～80m，河岸两侧厚层砂岩出露较高，其高程大约在700～710m之间，在754m高程以下岸坡较陡，754m高程以上岸坡逐渐变缓，两岸塬面高程相差不大。
在沿河两岸的坡脚处只有局部松散堆积物，坝段内无区域断裂影响。
在对外交通上，上坝址有耀县至阿子公路从左岸通过，交通便利，料场的布置也比下坝址优越，坝段无区域断裂影响。
下坝址位于黄土残塬沟壑区及川塬区，该段河床较窄，但河床以上明显开阔，坝顶长度约为上坝址坝顶长度的3倍。
河床基岩出露较完整，但出露厚度及完整性不及上坝址，下坝址基岩为砂泥岩互层及砂岩夹泥岩岩体，对抗滑稳定不利，且两岸冲沟发育，岸边发育低阶地，坡脚处分布有较大规模的顺河坡积、冲积物、清基工程量大。
总之下坝址地质条件较差，坝线过长，坝体方量及清基工程量大，对外交通不便。
两坝址库容条件、淹没损失情况基本相当，地形、地质特征见表5—1.
综上所述，从地形、地质、工程布置及对外交通等多方面综合考虑，上坝址均优于下坝址，故选择上坝址。
上、下坝址地形、地质情况比较表
表5—1
坝址
下坝址
上坝址
地
形
地
貌
条
件
黄土残塬沟壑区+川塬区，两岸坡角25～45。
河床高程650～655m；高差150m。
两岸以自然坡为主，辅以少量农田，坡面完整顺直，岸边发育低阶地，岸坡发育冲沟。
坡脚分布规模较大的顺河坡积，冲击物，清基工程量大。
黄土残塬沟壑区，两岸坡角25～50；河床高程665～671m；高差160m；两岸以自然坡为主，坡面完整，顺直，两岸发育与河流近于垂直的冲沟。
坡脚只有局部松散堆积物，规模较小。
地
质
条
件
河床基岩出露较完整，基岩为砂泥岩互层及砂岩夹泥岩岩体，对抗滑移定不利；两岸基岩上覆Q2及Q3黄土，河床阶地为第四纪冲积，洪积，坡积物，距北东走向的区域性断裂—寺沟断裂较近，区域稳定性差。
地层向上游倾斜，地下水位接近河床高程。
河床基岩出露完整，砂岩出露厚度较大，有泥岩夹层，两岸基岩上覆Q2及Q3黄土，塬顶为耕作层，无区域性断裂影响，地层向上游倾斜，地下水位接近河床高程。
1998年8月省计委、省水利厅批复了《铜川市龙潭水库工程可行性研究报告》。
对龙潭水库坝址比较、选择进行了批复。
5.2.2坝线优化结论
根据1997年12月出的《陕西省铜川市双岔河水库枢纽工程可行性研究报告》，在上坝址选取了上坝线，中坝线和下坝线，最后在综合分析比较的基础上确定推荐坝线，三条坝线的地形、地质条件见表5—2。
上坝线相对坝高稍低，地形、地质条件均优于中、下坝线。
但由于上坝线偏向上游，过于接近河流交汇口，受地形条件限制，上游坝脚超出交汇口，至对岸的山坡上，比现有河床高出23m之高。
基于以上分析，上坝线不适宜建坝。
中坝线和下坝线比较，从地质条件看，中坝线与上坝线相当，优于下坝线，下坝线河床附近有砂泥岩互层存在，对抗滑移定不利。
从地形条件分析，中坝线地形开阔，坝顶长度较下坝线长，但工程量两坝线相差不大，下坝线不占绝对优势。
从坝址安全看，导流泄洪洞出口距下坝坝址很近，而距中坝线坝址较远，中坝线优于下坝线。
坝线工程地质条件比较
表5—2
坝线
上坝线
中坝线
下坝线
地形条件
河谷基岩区，左岸坡度大于50 °，右岸35°～40°黄土层左岸10°～35°右岸25°～30°，河床宽度40m。
河谷基岩区，左岸坡度35°～40°，右岸40°～45°,黄土层左岸约40°，右岸40°，河床宽度45m。
河谷基岩区，左岸坡度35°～40°，右岸30°～40°黄土层左岸35°右岸30°～40°，河床宽度40m。
地层岩性
河谷为二迭系石千峰灰绿色砂岩，局部泥岩夹层，两岸700～710以上为Q2、Q3黄土
同左
同左
构造条件
单斜岩层，产状：
走向NE15°，倾角NW∠11°～16°。
单斜岩层，产状：
走向NE12°，倾角NW∠8°～9°。
单斜岩层，产状：
走向NE15°，倾角NW∠8°～11°。
水文地质
地下水位670～680m,河床7m以下，单位吸水量ω﹤0.01L/min.m.m，坝肩黄土层渗透系数K=1.0×10-4cm/s
地下水位669～680m，坝肩黄土层渗透系数K=1.0×10-4cm/s
地下水位668～678m，坝肩黄土层渗透系数K=1.0×10-4cm/s
存在问题及评价
河床下40m处见泥岩夹层。
两坝肩钻孔有漏水现象，坝肩防渗应适当加宽。
河床下15～20m处见泥岩夹层，左岸有冲积坡积层，清基时需清除。
河床附近有泥岩分布，对稳定不利。
综合考虑，确定中坝线为推荐方案。
初步设计阶段根据上阶段推荐坝轴线存在未与河道垂直、坝顶过长、上游坝址已到两河交汇口，且距导流洞进口较近等缺点，将坝轴线又做了调整，调整的原则是按：
①坝轴线按直线布置，尽量与河道正交，缩短坝轴线长度。
②上游坝踵避免到达两河交会口。
③上游坝踵尽量远离导流泄洪洞进口，以免受到水流冲刷。
④坝体尽量避开两岸冲沟。
初设阶段调整后坝轴线控制点坐标如下，两次坝轴线布置见图5-1：
坝左：
x=3863812.870y=36579105.50桩号：
坝0-029.02m；
坝右：
x=3863647.530y=36578938.00桩号：
坝0+206.35m。
从地质勘察成果看，调整后的坝轴线不存在不良地质问题。
从大坝布置上看，已基本克服了可研推荐坝轴线的缺点。
本次初设修编，维持初设阶段坝轴线位置不变。
5.2.3建筑物总体布置
根据选定的坝址、坝线进行了枢纽总平面布置，枢纽工程主要由碾压式均质土坝、泄洪建筑物、放水建筑物（坝下埋管）等水工建筑物组成。
本次设计经现场查勘，坝址两岸地形总体上缓下陡，基岩边坡大于45°，土质边坡20°～40° 。
坝顶以下范围内，左岸地形坡度35°～40°，右岸40°～45°,没有建溢洪道的地形条件，因此隧洞泄洪方案是基本合适的。
坝址区河床两岸地形地貌条件基本对称。
左岸地形较陡，坝顶高程以下坡度35°～40°，基岩出露高程723.10m（即耀～阿公路路面），以上为黄土斜坡，黄土和古土壤层非自重湿陷性Ⅰ级。
中部为砂岩，下部为泥岩，泥岩顶部高程650～655m，坝址处泥岩未出露。
从地形条件看，左坝肩从河床呈微型向内凹进，地形条件不适宜布置泄洪建筑物。
右岸地形也较陡，坝顶高程以下坡度40°～45°，正常蓄水位下厚度15m为黄土状壤土及古土壤，中部为0.5～3.5m砂、卵石层，下部为砂岩。
从地形条件看，右坝肩向河床呈微型凸出，适合布置泄洪建筑物。
水库坝址位于河道弯道段，左岸为凹岸，右岸为凸岸，因此坝址左岸不具备建泄洪洞的地形条件。
坝址右岸具备建泄洪洞的地形条件，通过裁弯取直后，可布置泄洪洞轴线。
因此，从整个枢纽工程布局的合理性、工程运行的安全性、以及节约投资等方面综合考虑，本阶段继续将泄洪洞布置在大坝右岸，采用与施工导截流完全结合的形式，仅对各建筑物具体布置进行局部调整和优化。
由于水库规划的供水对象——铜川市新区位于河道左岸塬上，为避免建筑物相互交叉布置，结合左岸地形、地质条件，将放水建筑物布置在左岸。
由于年平均供水量约500万m3，放水建筑物平均流量约0.28m3/s，出库管径约DN800mm，规模较小，因此，将放水建筑物布置在左岸是基本合适的。
5.2.4坝型选择
可行性研究阶段考虑地形、地质、建材、施工及投资等因素进行了均质土坝、浆砌石重力坝两种坝型的工程布置方案比较，最后推荐均质土坝为龙潭水库工程基本坝型，经主管部门审查认为，推荐的基本坝型是合理可行的，但要求在下阶段对枢纽工程布置方案进行进一步优化，并进行坝型的详细比较。
针对龙潭水库枢纽工程具体情况，考虑与均质土坝方案相比，浆砌石重力坝方案在施工导流渡汛、泄洪和放水建筑物布置以及运行管理上具有简单、可靠和方便等优点，该工程坝址处基岩为砂岩、粉砂岩及泥岩，基本满足建设浆砌石重力坝的地质基础条件，浆砌石重力坝和均质土坝都是陕西关中地区较普遍、较成熟的当地材料坝，因此，本阶段除均质土坝方案外，仍然对浆砌石重力坝方案进行工程布置，并进行技术经济综合比较，以便合理选定龙潭水库坝型和工程布置方案。
5.2.5均质土坝泄洪洞方案
5.2.5.1建坝条件
坝址出露砂岩、粉砂岩及泥岩，分布于坝区基底和两岸谷坡上，河谷坡脚处第四系松散堆积层、壤土、卵石层清除后，再对地基及两坝肩进行灌浆加固、防渗处理，基本满足建均质土坝的基础条件。
工程区内土料丰富，已经明确的土料场有3个，Ⅰ#土料场位于左岸坝肩，为主料场，Ⅱ#料场位于右岸坝肩，为副料场，Ⅲ#料场位于两河交汇夹角地带为备用料场。
土料岩性为Q2eol黄土，粉粒结构，根据地质勘查报告可知，按碾压式均质土坝质量评价标准，除含水率稍小外，该土料场的质量可满足碾压土坝筑坝要求。
土料场可用层厚度20～30m，主料场探明储量352万m3，大坝压实后需要土料为80万m3，可见土料储量、质量基本满足筑坝要求。
主料场位于坝址左岸山梁，梁顶高程750～790mm。
由坝址区距料场可修建简易公路，交通及开采条件较好。
土坝方案的缺点是土料场天然含水率低于最优含水率，坝址附近适合土料加水的场地较狭小，土料上坝强度、施工进度受影响。
根据类似工程经验，上坝土料质量控制受施工水平影响较大。
5.2.5.2泄洪建筑物
坝址右岸洞轴线所在地区的围岩大多为Ⅱ类围岩，在出口有150m为Ⅳ类围岩，易于成洞，具备建泄洪洞的地质条件。
泄洪洞的主要任务为施工期导流、汛期泄洪、事故情况下降至死水位。
河床最低处地面高程为668.00m左右，初设修改、可研阶段推荐的泄洪洞进口高程为680.00m，本次设计仍采用该成果。
泄洪洞型式一般有明流洞方案和压力洞方案，确定洞身宽度，应与类似工程比较，再考虑地形地质条件、单宽流量、流速等因素。
5.2.5.3均质土坝
挡水建筑物为均质土坝时，坝顶宽度7m，不同泄洪规模时的坝顶高程分别为721.70m、721.30m、720.60m，建基面最低高程664.00m（坝后反滤体底部），最大坝高为57.7m、57.3m、56.6m。
上游坝坡1:
2.75、1：
3.00，在698.00m高程处设2m宽戗台，上游坝面设置浆砌石网格，格内进行干砌块石护坡，厚度300mm；下游坝坡在698.00m高程设2m宽戗台，戗台以上、以下均为1:
2.5，下游坝坡采用草皮护坡，坝趾处设排水棱体，高度5m，顶部高程669.00m，内坡比1：
1.5，外坡比1:
2。
坝基处理采用固结灌浆、帷幕灌浆，灌浆帷幕深入相对不透水层（小于5Lu）岩体1m。
5.2.5.4土坝及泄洪洞（明流洞）方案
根据坝址处地形、地质条件，将泄洪洞布置在右岸。
泄洪洞一般采用明流洞，可行性研究阶段经主管部门审批，基本同意该设计方案，建议进一步优化。
本次设计进行了3种孔口尺寸泄洪洞方案的布置即4.5×3.2m、5×3.2m、5×3.7m，相应洞身有三种规格即4.5×7.3m、5.0×7.1m、5.0×8.0m。
泄洪洞进口高程为680.00m。
泄洪洞明流洞方案由进口进水塔段、洞身段、出口消能段组成。
进口水流控制段设进口控制塔，塔内设一扇事故检修门和一扇工作弧门，进口底板高程定为680.00m，洞身段底坡为1/100。
桩号0+107.097m至桩号0+135.600m为弯道段，转弯半径为50m，转角为32°39′44″，出口段采用挑流鼻坎消能。
泄洪洞洞身全长492.0m。
不同孔口时的调洪结果见表5—3表。
泄洪洞（明流洞）不同规模时的调洪结果表
表5—3
方案
工程
孔口尺寸（m×m，宽×高）
备注
4.5×3.2
5×3.2
5×3.7
洞身尺寸（宽×高）
4.5×7.3
5.0×7.1
5.0×8.0
死水位（m）
701.20
701.20
701.20
正常蓄水位（m）
711.60
711.60
711.60
设计洪水位（m）
714.76
714.40
713.87
下泄流量（m3/s）
322.0
355.08
404.09
校核洪水位（m）
719.93
719.50
718.86
下泄流量（m3/s）
346.7
383
436
死库容（万m3）
350
350
350
调节库容（万m3）
566
566
566
总库容（万m3）
1695
1655
1598
坝顶高程（m）
721.70
721.30
720.60
3个方案直接费用计算结果见表5—4。
泄洪洞（明流洞）不同规模时的直接费用计算结果表
表5—4
方案
项目
孔口尺寸（m×m，宽×高）
4.5×3.2
5×3.2
5×3.7
泄洪洞部分：
土石方开挖（万m3）
4.2
4.6
4.6
洞挖石方（万m3）
2.3
2.7
3.2
HFC40高强砼底板（m3）
1186
1550
1922
C30混凝土浇筑（m3）
9340
10640
12102
钢筋制安（t）
1070
1262
1520
回填灌浆（m2）
1496
1611
1611
固结灌浆（m）
3893
3967
3967
泄洪洞直接投资（万元）
2578.66
2927.75
3313.75
大坝部分（万元）
5225.78
5173.89
5159.37
坝下埋管（万元）
522.26
直接投资合计（万元）
8326.7
8624
8995.4
以上三个方案在技术上均是可行的。
从比较结果可以看出，放水塔孔口越小，泄洪洞尺寸越小，泄流量越小，其工程投资也相对最省。
缺点是需要的滞洪库容越大，坝高越高，填筑方量大，从经济角度考虑，应推荐采用泄洪洞规模较小方案。
从技术角度，考虑到泄洪洞兼做施工导流洞需要及结合泄洪洞开挖出碴、衬砌混凝土的洞内运输、入仓浇筑、固结回填灌浆等因素，为避免施工过程中相互干扰影响，方便施工，考虑本工程应尽早建成发挥效益的实际需要，因此推荐的泄洪洞断面尺寸不能太小，经综合比选采用泄洪洞孔口尺寸为4.5×3.2m（宽×高）方案。
5.2.5.5土坝及泄洪洞（压力洞）方案
泄洪洞仍布置在右岸，洞线和明流洞方案一致，泄洪洞进口高程为680.00m。
泄洪洞压力洞方案由进口进水塔段、洞身段、出口控制段组成。
进口段设进口控制塔，塔内设一扇事故检修门，进口底板高程定为680.00m，洞身段过水断面尺寸有三种规格，底坡为1/100。
桩号0+107.097m至桩号0+135.600m为弯道段，转弯半径为50m，转角为32°39′44″，出口段设一扇工作弧门。
泄洪洞洞身全长492.0m。
不同洞径时的调洪结果见表5—5表。
泄洪洞（压力洞）不同规模时的调洪结果表
表5—5
方案
工程
孔口尺寸（m×m，宽×高）
备注
4.6×4
4.8×4.2
5.2×4.5
洞身尺寸（直径，m）
5.25
5.5
5.8
死水位（m）
701.20
701.20
701.20
正常蓄水位（m）
711.60
711.60
711.60
校核洪水位（m）
719.94
719.51
718.88
下泄流量（m3/s）
345.5
381
432
死库容（万m3）
350
350
350
调节库容（万m3）
566
566
566
总库容（万m3）
1695
1656
1599
坝顶高程（m）
721.70
721.30
720.60
3个方案直接费用计算结果见表5—6。
泄洪洞（压力洞）不同规模时的直接费用计算结果表
表5—6
方案
工程
孔口尺寸（m×m，宽×高）
4.6×4
4.8×4.2
5.2×4.5
泄洪洞部分：
土石方开挖（万m3）
4.5
4.7
5
洞挖石方（万m3）
2
2.3
2.6
C30混凝土浇筑（m3）
10535
12126
13983
钢筋制安（t）
1066
1262
1490
回填灌浆（m2）
1683
1783
1898
固结灌浆（m）
4078
4188
4298
泄洪洞直接投资（万元）
2432.67
2728.58
3465.37
大坝部分（万元）
5225.78
5173.89
5067.91
坝下埋管（万元）
522.26
直接投资合计（万元）
8180.7
8424.8
9055.6
以上三个方案在技术上均是可行的。
从比较结果可以看出，放水塔孔口越小，泄洪洞尺寸越小，泄流量越小，其工程投资也相对最省。
缺点是需要的滞洪库容越大，坝高越高，填筑方量大，从经济角度考虑，应推荐采用泄洪洞规模较小方案。
从技术角度，考虑到泄洪洞兼有导流的需要及结合泄洪洞开挖出碴、衬砌混凝土的洞内运输、入仓浇筑、固结回填灌浆等因素，为避免施工过程中相互干扰影响，方便施工，考虑本工程应尽早建成供水的实际需要，因此推荐的泄洪洞断面尺寸不能太小，经综合比选采用泄洪洞孔口尺寸为洞径5.25m方案。
5.2.6浆砌石重力坝方案
5.2.6.1坝轴线选定和平面布置
根据选定坝址河段地形地貌、基岩出露情况，结合地质勘察报告，选定坝址坝肩、河床岩石出露较高，故本次浆砌石重力坝方案坝轴线与土坝坝轴线相同。
选定坝轴线处河谷为“U”型断面，河底高程约669.90～666.70m，河床基本无覆盖层，基岩裸露，河床两岸基岩出露高程不等，左岸约727.00m，右岸705.00左右。
浆砌石重力坝方案枢纽由非溢流坝段、溢流坝段、放水孔、放空排沙孔等部分组成。
根据地形、地质条件，结合水力调节计算，在河床段布置35m宽的浆砌石溢流坝段，右岸接65m长非溢流坝段，左岸接75.74m长非溢流坝段。
坝顶高程717.42m，坝基最低高程为663m，最大坝高54m。
溢流方式为坝顶溢流，溢流坝面由上游三圆弧曲线，堰顶WES曲线，下游接1:
0.8的斜直线与下游消能建筑物连接而成。
溢流坝段采用底流消能，为防止河床冲刷，下游修建梯形消力池，池长65m，池底口宽30.2m，池上口宽37.7m，池深5.5m。
放空排沙孔布设在非溢流左坝段中，进口底板高程669.4m，孔径1.6m。
放水孔亦布设在非溢流左坝段中，进口底板高程700m，孔径1.5m。
5.2.6.2坝顶高程确定
（1）调洪计算
根据龙潭水库坝址处地形条件，拟定龙潭水库浆砌石坝方案采用坝顶开敞式溢流，减去交通桥墩后溢流净宽为28.2m，堰顶高程取正常蓄水位711.60m,流量系数m=0.48，按堰流公式计算泄流曲线成果见表5-1。
依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）和《防洪标准》（GB50201—94）的规定，确定龙潭水库枢纽工程规模属于Ⅲ等中型工程，泄流曲线见表5—7，设计和校核洪水过程见表5-8。
根据上述资料进行洪水调节计算，计算结果见表5-9。
溢洪道泄流曲线表
表5-7
水位（m）
711.60
712
713
714
715
泄流量（m3/s）
0
15.6
99.5
222.5
374.5
水位（m）
716
717
718
719
720
泄流量（m3/s）
550.9
748.5
965.4
1200.0
1450.9
龙潭水库设计和校核洪水过程线
表5-8单位：
m3/s
时段（h）
0
2
3.5
5.5
16
设计流量（2.0%）
0
77
703
130
0
校核流量（0.2%）
0
142
1290
238
0
调洪计算结果汇总表
表5-9
工况
水位（m）
库容（万m3）
下泄流量（m3/s）
设计情况（2.0%）
715.15
1183
400
校核情况（0.2%）
717.17
1357
785
（2）坝顶高程计算
根据调节计算结果，龙潭水库正常蓄水位711.60m，50年一遇设计洪水位715.15m，500年一遇校核洪水位717.17m。
按照《砌石坝设计规范》（SL25―2006）的规定，非溢流坝顶不得低于水库最高静水位，防浪墙顶不得低于正常运用和非常运用的水库静水位加相应的超高△h，△h按下式计算：
式中：
△h―坝顶超高，m；
hb—波浪高，m；
h0―波浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m；
hc―安全超高，m，正常蓄水位为0.4m，校核洪水位为0.3m。
坝址处多年平均最大风速20.7m/s。
水库吹程1.04km。
波浪高hb及波浪中心线超出水库净水位的风壅高度h0计算均采用SL25―2006规范中附录C规定进行，正常运用条件下计算风速采用多年平均最大风速的1.5倍；非常运用条件下计算风速采用多年平均最大风速。
（3）坝顶高程确定
从上表可以看出非溢流坝段计算坝顶最大高程为718.42m，考虑到坝顶设有1.0m高的钢筋砼防浪墙，水库最高静水位717.17m，故选取坝顶高程为717.42m，防浪墙墙顶高程718.42m。
计算成果见表5-10。
坝顶高程计算成果表
表5-10
运用情况
计算工程
单位
工况1
工况2
工况3
波浪高（2hl）
m
1.232
1.232
0.742
波浪中心线超出水库净水位的风壅高度（h0）
m
0.388
0.388
0.210
安全超高（hc）
m
0.4
0.4
0.3
坝顶超高（△h）
m
2.019
2.017
1.252
水库静水位
m
715.04
711.60
717.17
计算坝顶高程
m
717.16
713.62
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