那岸水利枢纽毕业设计说明书.docx

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那岸水利枢纽毕业设计说明书

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，广西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′，发源于广西靖西县的新圩,经岳圩流入越南境内,从德天到硕龙以下全部流入我国境内,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3150Km2,水库处于石灰岩峡谷地带,淹没较小。

流域内雨量充沛,气候湿润,多年平均降雨量1532.2mm,最大、最小平均降雨量分别为2180.7mm、1143.3mm,雨量集中于5—9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℃。

大新县内兴建和即将兴建的大新铅锌矿.桂南锰矿以及518矿区等,迫切需要用电,县内现在装机容量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,以及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。

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3130Km2,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2430m³/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（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,水下淤沙内摩擦角φ=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210.00m。

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

225.30

190.65

3340

设计洪水位

224.00

188.55

2600

正常高水位

217.00

180.00

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/s）

1.28

2620

65.5

5600

43

24

30.5

12.60

1.3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400—600m,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，区域水系及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4—6m。

（1）.地层岩性

坝区出露地层，由泥盘系榴江组碳酸盐类岩系及第四系结晶石灰岩组成。

土层覆盖厚度1—6.5m，均为疏松亚粘土，石灰岩厚25—28m，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1.2—1.6m，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1—10cm，间夹肉红色白云质灰岩，完整性较差。

（2）.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N286—331W，倾向SW，倾角62—68度，乃属与区域性断裂伴生之同期产物。

次为走向N30—70E，倾向SE，倾角75—77度的一组，而者倾向SW，倾角4—9度，但构造层附近有达17—23度。

区内构造张干裂隙发育，一般宽2—10mm，最大可达20mm，长度2—6m，但坝左肩陡壁处竟有四条平行张开裂隙，宽4—10cm，长达10余米，产状走向EW，倾向N，倾角74—85度。

主要裂隙有两组：

a.走向近EW，倾向N，倾角74—85度

b.走向N345—355W，倾向SW，倾角66—84度

本区风化作用不甚剧烈，基岩风化深度一般在25m左右，强风化层1—3m。

（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0.4—3.19m范围内较发育，一般洞高2—6cm，最大埋高20cm。

坝左肩224.4—230m高程，分布两排层面溶蚀洞，洞高0.5—0.5m，宽达2—4m,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及地质构造制约，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37.8—39.5m，高程为181—178m，左岸在坝轴线上下游90—100m处均有泉水群出露，下降泉性质，分布高程182—186m，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K＜0.001m昼夜。

155m高程以上，单位吸水量ω=0.01—30公升/分，155m高程以下，ω＜0.01升/分。

地下水及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

根据实验成果及综合野外实际情况，计算指标如下：

岩石名称

风化分带

容重

计算强度

f

F′

C′

石灰岩

强

2.16

3～4

0.4

0.75

3.5

石灰岩

半

2.41

7～9

0.5

0.8

5.0

厚层灰岩

半

2.72

16～19

0.6

0.9

7.0

薄层灰岩

半

2.70

14～16

0.55

0.95

6.0

（6）.地震

根据中国科学院研究所广州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

①库区为碳酸盐类岩层，喀斯特化不强烈，渗透性稍弱，区域水系及邻谷河槽均高于该水库正常高水位，故条件良好，可以建库。

②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，及河槽地段渗透较强，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4m³/s考虑，为充分利用汛期下泄洪水，宜设置断面为2m²的灌溉流量备用管，以便汛期及机组检修时引水灌溉。

灌溉水面高程185.5m。

1.5水电站及供电效益

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，厂内安装一台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

搬迁房屋

间

17

7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

21865

1.7当地建筑材料

在坝上游1公里内两岸均有石料场，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公里内砂场总储量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。

场内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62m³/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水利枢纽的分类及水工建筑物等级划分

依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》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

保护城镇及工矿

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）

Ⅰ

大（1型

≥10

特别重要

≥500

≥200

≥150

特别重要

≥120

Ⅱ

大（2型

10～1.0

重要

50～100

200～60

150～50

重要

120～30

Ⅲ

中型

1.0～0.1

中等

100～30

60～15

50～5

中等

30～5

Ⅳ

小（1型

0.1～0.01

一般

30～5

15～3

5～0.5

一般

5～1

Ⅴ

小（2型

0.01～0.001

＜5

＜３

＜０．５

＜1

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Ⅲ等，工程规模为中型，水工建筑物级别为3级。

2.2.坝型及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

宽缝重力坝

重力拱坝

150#砼

溢流坝

M³

73.65

82.72

82.02

非溢流坝

66.09

74.23

73.59

200#砼

溢流坝

81.21

91.22

90.42

非溢流坝

71.98

80.75

80.04

250#砼

溢流坝

86.96

97.67

96.82

非溢流坝

76.87

86.34

85.59

100#砼

60.90

68.40

67.81

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，以及为抗御洪水或挡潮，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、闸以及导流围堰。

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坝型选择及断面尺寸确定

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

M³

73.65

82.72

82.02

非溢流坝

66.09

74.23

73.59

200#砼

溢流坝

81.21

91.22

90.42

非溢流坝

71.98

80.75

80.04

250#砼

溢流坝

86.96

97.67

96.82

非溢流坝

76.87

86.34

85.59

100#砼

60.90

68.40

67.81

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

①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=π（2hl）2/2Ll=0.30m

安全超高按Ⅲ级建筑物取值hc=0.3m

坝顶高出水库静水位的高度△h校=2hl+h0+hc=1.58m

②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=π（2hl）2/2Ll=0.54m

安全超高按Ⅲ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

③两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226.9m，可按227.00m设计，则坝高227.00-174.5=52.5

（2）坝顶宽度的确定

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0.7～0.9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1/3~2/3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，折坡点高程=174.5+35=209.5m，所以折坡点高程适合位于192m~209.5m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

坝内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、基本组合荷载计算及稳定分析

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=9.81×4000/182=121.11m,在20～250m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

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。

其中灌浆处及排水处扬压力折减系数取α=0.25，水重度Υ=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,水下淤沙内摩擦角Φ=18°。

（1）正常洪水位情况

正常洪水位情况下荷载计算示意图

①正常洪水位情况下的荷载计算过程见计算书附表1

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

f

F′

C′

石灰岩

强

2.16

3～4

0.4

0.75

0.35

石灰岩

半

2.41

7～9

0.5

0.8

0.50

厚层灰岩

半

2.72

16～19

0.6

0.9

0.70

薄层灰岩

半

2.70

14～16

0.55

0.95

0.60

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=700KPa

＝4.74＞[3.0]，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

1校核洪水位情况下的荷载计算过程见计算书附表2

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

f

F′

C′

石灰岩

强

2.16

3～4

0.4

0.75

0.35

石灰岩

半

2.41

7～9

0.5

0.8

0.50

厚层灰岩

半

2.72

16～19

0.6

0.9

0.70

薄层灰岩

半

2.70

14～16

0.55

0.95

0.60

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′=0.90,抗剪断凝聚力C′=0.7MPa=700KPa

＝3.19＞[2.5]，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、内部应力计算

（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

具体坝内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

具体坝内应力计算过程见计算书附表4

3.1.2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及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、孔口型式及尺寸拟定

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3340m³/s，设计洪水位时泄流量2600m³/s；由于本工程坝属厚层灰岩，适用于q=60-150m³，则初步设定单宽流量为q=80m³/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