闸坝设计报告资料.docx

1、闸坝设计报告资料1.4 挡水建筑物1.4.1 结构布置挡水建筑物由左、右岸挡水坝组成。左、右岸挡水坝坝型均为混凝土重力坝，坝段为右岸挡水坝段，坝段为左岸挡水坝段，坝段长分别为13.3m、24.9m，坝顶宽6.0m，坝顶高程2213.00m。、坝段均建在覆盖层上，最低建基面高程2260.50m，最大坝高12.5m。坝体上游侧在高程2269.50m处以11的反坡向上游悬挑1.5m至高程2211.00m，牛腿厚2.0m；高程2269.50m2261.50m为铅直面，高程2261.50m2262.50m段坡度为10.5。下游坝坡坡度为11，起坡点高程为2261.50m。在上、下游高程2262.50m处

2、设宽2.0m平台，重力坝最大底宽16.0m。1.4.2 设计计算1.4.2.1 坝顶高程计算根据DL5108-1999混凝土重力坝设计规范的规定，坝顶高程按正常蓄水位和校核洪水位加相应的高差H确定，并取两者中最大值作为坝顶(或防浪墙顶)高程，H值按下式计算： H=h1%+hz+hc (1.4-1)式中：H坝顶或防浪墙顶至设计水位的高差，m；h1%波高，m；hz波浪至设计水位的高差，m；hc安全超高，m。波浪要素按DL5011-1991水工建筑物荷载设计规范中的官厅水库公式计算，重力坝坝顶高程计算结果见表1.4-1。表1.4-1 重力坝坝顶高程计算成果表工 况正常蓄水位工况校核洪水位工况水 位(

3、m)2210.002211.86高差H波高(m)0.810.35波浪至设计水位的高差(m)0.210.10安全超高(m)0.500.40高差合计H(m)1.580.85计算坝顶高程(m)2211.582212.10根据表1.4-1坝顶高程计算成果，确定重力坝坝顶高程为2213.00m。1.4.2.2 稳定应力计算a) 计算公式按SL319-2005混凝土重力坝设计规范的有关公式及规定，对座落于覆盖层地基上的重力坝分别采用纯摩公式和材料力学公式计算抗滑稳定和基底应力。抗滑稳定安全系数计算公式： (1.4-2)式中：KC沿坝基底面的抗滑稳定安全系数；f坝基底面与地基之间的摩擦系数；作用在坝段上的全

4、部竖向荷载，kN；作用在坝段上的全部水平向荷载，kN。基底应力计算公式： (1.4-3)式中：基底应力的最大值或最小值，kPa；作用在坝段上的全部竖向荷载，kN；作用在坝段上的全部竖向和水平荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩，kNm；A坝段基底面的面积，m2；W坝段基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩，m3。b) 计算工况及荷载组合：1) 工况1：基本组合1(正常蓄水工况)上游水位为正常蓄水位2210.00m，下游无水。荷载作用组合：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+泥沙压力。2) 工况2：基本组合2(设计洪水工况)上游水位为设计洪水位2269.12m，下游水位2268.9

5、1m。荷载作用组合：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+泥沙压力。3) 工况3：基本组合3(工程完建工况)上、下游无水。荷载作用组合：自重。4) 工况4：特殊组合1(校核洪水工况)上游水位为校核洪水位2211.86m，下游水位2210.13m。荷载作用组合：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+泥沙压力。5) 工况5：特殊组合2(正常蓄水位+地震情况)上游水位为正常蓄水位2210.00m，下游无水。荷载作用组合：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+泥沙压力+地震作用。挡水建筑物抗滑稳定及基底应力计算成果见表1.4-2。表1.4-2 挡水建筑物坝基抗滑稳定及基底应力计算成果建筑物荷载组合计算

6、工况抗滑稳定安全系数坝基应力(kPa)不均匀系数kk上游下游挡水建筑物基本组合正常蓄水位1.052.14120.34216.052.01.195设计洪水位1.053.016.83152.382.01.983完建工况1.05+113.94192.442.01.689特殊组合校核洪水位1.001.9981.92133.332.51.516地震工况1.001.56141.51188.822.51.280注：重力坝基底应力以SL265-2001水闸设计规范土基上基底应力最大值与最小值之比的允许值为控制。表1.4-2计算结果表明，左、右岸挡水建筑物坝基抗滑稳定安全系数在各种工况下均满足规范要求。坝基无拉

7、应力，基底平均压应力及最大压应力均不超过地基允许承载力350kPa，基底应力的最大值与最小值之比均满足规范要求。1.4.2.3 地基沉降计算地基沉降按以下公式计算： (1.4-4)式中：地基最终沉降量，mm；土层号；地基压缩层计算深度范围内的土层数；基础底面以下第i层土在平均自重应力作用下的孔隙比；e2i基础底面以下第i层土的平均自重应力+平均附加应力作用下的空隙比；i第i层土的厚度，mm；地基沉降修正值。经计算，挡水建筑物地基最大沉降量为6.5cm，最大沉降量满足规范的要求。1.5 泄水消能建筑物1.5.1 方案比选1.5.1.1 堰型比选*水电站泄水建筑物采用混凝土水闸，最大坝高为14.5

8、m；水库库容小，泥沙问题严重，需考虑冲沙。据此工程特点拟定平底堰和驼峰堰两种堰型方案进行堰型比选。平底堰方案闸孔尺寸为10.0m1.5m(宽高)，堰顶高程为2262.50m，闸顶高程为2213.00m，最大闸高14.5m。驼峰堰方案闸孔尺寸为10.0m6.0m(宽高)，上游堰高取0.24Hd(Hd为定型设计水头，Hd=6.25m)，即堰顶高程2264.00m，闸顶高程2213.50m，最大闸高为15.0m。泄洪闸堰面曲线由三段圆弧相切连接而成，上游段圆弧半径为9.0m，圆心角28；中间圆弧半径为3.15m，圆心角56；下游段圆弧半径为9.0m，圆心角28。泄洪冲沙闸由三段圆弧和一段直线相切连接

9、而成，上游段圆弧半径为9.0m，圆心角28；中间圆弧半径为3.15m，圆心角62；下游段圆弧半径为3.68m，圆心角34；中间圆弧与下游圆弧之间用坡比为11.5的直线相连，驼峰堰堰面曲线见图1.5-1。图1.5-1 驼峰堰方案堰面曲线两种比选堰型方案上游特征水位、工程量及投资见表1.5-1。表1.5-1 堰型比选各方案比较表项 目单 位数 量平底堰方案驼峰堰方案特征水位校核洪水位(P0.2%)m2211.862212.21设计洪水位(P2%)m2269.122210.08坝顶高程m2213.002213.50工程量土石方开挖m31105511519混 凝 土m31881119681钢 筋t89

10、1944金属结构t306282工程投资万元25282581工程投资差万元59注：表中工程量仅为挡水建筑物、泄水建筑物部分主要工程量。驼峰堰流量系数虽然比平底堰大，但因堰顶高程较平底堰高1.5m，上游校核洪水位比平底堰高0.41m，坝顶高程高0.5m，其泄流能力大的特点未得到充分体现。平底堰方案工程投资为2258万元，较驼峰堰方案少59万元；同时平底堰构造简单，施工方便，有利于泥沙出库，故本阶段泄洪(冲沙)闸堰型比选推荐平底堰方案。1.5.1.2 闸孔尺寸比选a) 闸底板高程的选定本工程泄水建筑物由布置于主河道部位的1孔泄洪冲沙闸和2孔泄洪闸组成，采用开敞式平底闸。坝址处河床地面平均高程约226

11、2.50m。泄水闸闸底板高程以增加泄流能力和利于排沙为原则选定为2262.50m。b) 闸孔尺寸比选1) 比选孔口尺寸拟定根据我国已建工程经验并结合本工程覆盖层地基工程特性，本工程过闸单宽流量初拟为30m3/(sm)40m3/(sm)。*水电站非常运用洪水重现期500年相应洪水洪峰流量为1208m3/s，则*水电站溢流闸孔净宽约为30.2m40.2m。本工程孔口高度为1.5m(2210.00m-2262.50m)，根据DL/T 5039-1995水利水电工程钢闸门设计规范中“表A1露顶式闸门的孔口尺寸”推荐的孔口宽度为8.0m16m，则闸孔数为2孔5孔，根据坝址处河道条件，选定闸孔孔数为3孔。

12、根据四川省工程咨询研究院川工咨2009181号关于四川省甘孜州定曲河*水电站预可行性研究工程方案技术评估意见的函中第七章“6 校核洪水位2211.01m，较正常蓄水位2210.00m高，下阶段考虑适当增大泄洪宽度，降低校核洪水位。”之意见，并结合本工程实际情况，本阶段拟定4个孔口尺寸8.0m1.5m(宽高，下同)、10.0m1.5m、12.0m1.5m、14.0m1.5m四个方案进行孔口尺寸比选。2) 孔口尺寸比较与选择各孔口尺寸方案特征水位、坝顶高程、水力学计算成果见表1.5-2，工程量及投资见表1.5-3。表1.5-2 各孔口尺寸比选方案特性表比选方案方案1方案2方案3方案4孔口宽度(m)

13、8.010.012.014.0校核洪水位(m)2212.132211.862211.452211.21下泄校核洪水时下游水位(m)2210.132210.132210.132210.13上下游水位差(m)2.01.130.120.48坝顶高程(m)2213.442212.112212.162212.06闸室总宽(m)24.030.036.042.0单宽流量(m3/s)50.340.333.621.8闸室长度(m)22.020.020.020.0消力池长度(m)25.2523.5123.0522.55海漫长度(m)56.051.046.041.0出池流速(m/s)5.14.33.93.6从表1.

14、5-2可知，下泄校核洪水时下游水位为2210.13m，已高于正常蓄水位，表明受下游河道过流能力的限制，上游校核洪水位已无法降至正常蓄水位以下。各方案随着孔口尺寸的加大上游校核洪水位逐渐降低，上、下游水位差逐渐减小，消力池和海漫长度逐渐减短，流速逐渐减小，但均相差不大。从水力学方面，各方案并无本质区别，仅方案1单宽流量较其它方案略大。表1.5-3 各孔口尺寸比选方案主要工程量及投资表比选方案方案1方案2方案3方案4孔口宽度(m)8101214项 目单 位数 量土方明挖m355848568485919964016石方明挖m312101142011619521014抗冲耐磨混凝土(C40，二级配)m

15、31122118213911552坝体混凝土(C30，二级配)m3269285301311坝体混凝土(C25，二级配)m39183894992059555挡水坝坝体混凝土(C20，三级配)m39221846116216911钢筋t924891906923振冲碎石桩m2914302521112552钢筋石笼m33110293929842924金属结构t268306315412工程投资万元3045300331183212备注：仅为拦河坝部分工程量。从表1.5-3可见，方案24随着孔口宽度的增大，泄洪(冲沙)闸、消力池的混凝土、钢筋、金属结构工程量均在增大，仅左右岸挡水坝混凝土工程量在减少。但随着孔

16、口宽度的增大，两岸开挖及支护工程量增加；从工程投资方面，以方案2的投资最少，方案3较方案2多115万元，方案4较2多269万元。方案1由于闸室长度和左右岸挡水坝的工程量增加，虽然金属结构的工程量减小，但工程投资比方案2多42万元。因此，从工程量及投资方面，方案2最优，方案1、3次之，方案4最差。综上所述，方案2水力学条件适中，工程投资省，故本阶段孔口尺寸比选推荐方案2，即泄水建筑物孔口尺寸为10m1.5m(宽高)。1.5.2 结构布置消能防冲计算成果表明，泄洪(冲沙)闸三孔同时开启敞泄各频率洪水时下游均不需要消能工。考虑到水库排沙调度运行要求及洪水特点，需开启单孔泄洪闸冲沙下泄小流量。根据首部

17、枢纽布置，确定左侧3闸为泄洪冲沙闸，下游设直立式导墙将泄洪冲沙闸消力池和泄洪闸斜坡护坦分开，以便泄洪冲沙闸能单独运行。泄水建筑物布置于河床部位，由1孔泄洪冲沙闸及2孔泄洪闸组成，孔口尺寸均为10.0m1.5m(宽高)。1.5.2.1 泄洪冲沙闸1孔泄洪冲沙闸为坝段，坝段长13.0m。闸顶高程2213.00m，最低建基面高程2258.50m，最大闸高14.5m。为较好地适应地基变形，泄洪冲沙闸为“U”型结构，墩中分缝，缝墩厚3.0m，边墩厚1.5m。泄洪冲沙闸闸室为开敞式，溢流堰采用平底堰，堰顶高程2262.50m，闸室顺水流方向长20.0m，闸孔宽度为10.0m，闸室下游末端通过14的斜坡与消

18、力池相连，斜坡起点桩号为坝0+012.00。闸孔内设一扇平面工作门和一扇平板检修门(与泄洪闸共用)，平板工作门孔口尺寸为10m1.5m(宽高)，由设置在坝顶的2630kN固定卷扬式启闭机操作；平板检修门孔口尺寸为10m1.5m(宽高)，由设置在坝顶的2250kN的单向门机启闭。闸室上游设混凝土铺盖和束水墙，铺盖长30.0m，厚度为1.0m，顶面高程2262.50m；束水墙位于2#泄洪闸和泄洪冲沙闸之间，长30.0m，厚3.0m0.5m，墙顶高程2261.00m。泄洪冲沙闸下游接消力池，消力池底板顶面高程2260.50m，池长23.0m，池宽10.0m，底板厚度为1.6m，池尾连续式尾坎坎顶高程

19、2262.00m，坎顶宽度为1.0m。为减小底板扬压力，消力池底板设有15mm排水孔，孔底设厚50cm反滤层。消力池两侧混凝土边墙长21.0m，顶宽1.5m，左侧墙顶高程2211.00m，右侧墙顶高程2210.00m。消力池下游接长48.0m的钢筋石笼海漫进行防护，末端以11的坡比与下游河床相连。海漫左侧岸坡采用坡比为11厚1.5m的混凝土进行防护，防护高程为2211.00m。1.5.2.2 泄洪闸2孔泄洪闸分别为、坝段，坝段长均为13.0m。闸顶高程2213.00m，最低建基面高程2258.50m，最大闸高14.5m。为较好地适应地基变形，泄洪闸采用“U”型结构，墩中分缝，缝墩厚3.0m，边

20、墩厚1.5m。泄洪闸闸室为开敞式，溢流堰采用平底堰，堰顶高程2262.50m，闸室顺水流方向长20.0m，闸孔宽度为10m。闸室上游设9.5m长钢筋混凝土铺盖，铺盖厚度为1.0m，顶面高程2262.50m。闸孔内均设一扇平面工作门和一扇平板检修门(共用)，平板工作门尺寸为10m1.5m(宽高)，由设置在坝顶的2630kN固定卷扬式启闭机操作；平板检修门孔口尺寸为10m1.5m(宽高)，由设置在坝顶的2250kN的单向门机启闭。泄洪闸下游接斜坡护坦，护坦长21.0m，宽23.0m，厚1.6m，纵坡i1.852%；为减小底板扬压力，护坦设有15mm排水孔，孔底设厚50cm反滤层。两侧混凝土边墙长2

21、1.0m，厚1.5m，左侧墙顶高程2210.00m，右侧墙顶高程2211.00m。护坦下游接长48.0m的钢筋石笼海漫进行防护，末端以11的坡比与下游河床相连。单个钢筋石笼尺寸为1.2m1.0m1.0m(长宽高)，主筋28，网格筋22，网格尺寸15cm15cm。海漫右侧岸坡采用坡比为11厚1.5m的混凝土进行防护，防护高程为2211.00m。为沟通混凝土闸坝左右岸交通，在泄洪(冲沙)闸上游侧设宽4.0m的交通桥，交通桥上部结构采取预制T形梁。1.5.3 设计计算和试验研究1.5.3.1 坝顶高程计算本工程正常蓄水位2210.00m，设计洪水位2269.12m(P=2%)，校核洪水位2211.8

22、6m(P=0.2%)。根据SL265-2001水闸设计规范的规定，闸坝坝顶高程应根据挡水和泄水两种运行情况确定。挡水时，坝顶高程不应低于水闸正常蓄水位(或最高挡水位)加波浪计算高度与相应安全超高之和；泄水时，坝顶高程不应低于设计洪水位(或校核洪水位)与相应安全超高值之和。坝顶超高H值按下式计算： H=hp+hz+hc (1.5-1)式中：H闸坝坝顶至计算静水位的高差，m；hp波列累积频率p的波高，混凝土闸坝为3级建筑物，p=5%，m；hz波浪中心线至水库静水位高度，m；hc闸坝安全超高值，m。波浪要素按DL5011-1991水工建筑物荷载设计规范中的官厅水库公式计算，坝顶高程计算结果见表1.5

23、-4。表1.5-4 混凝土闸坝坝顶高程计算成果表工 况正常蓄水位设计洪水位校核洪水位水 位(m)2210.002269.122211.86高差H波高hp(m)0.61-波浪超高hz(m)0.19-安全超高hc(m)0.400.100.50高差合计H(m)1.260.100.50计算坝顶高程(m)2211.262210.422212.36从表1.5-4可知，混凝土闸坝最大计算坝顶高程为2212.36m，考虑挡水建筑物与泄水建筑物坝顶高程一致，确定泄水建筑物泄洪(冲沙)闸坝顶高程为2213.00m。根据模型试验成果，在下泄校核频率(P=0.2%)流量时，闸前最小行进流速为3.21m/s，闸前水面线

24、高程为2211.32m。根据闸室宽度，本工程交通桥高度为1.25m，交通桥底部高程为2211.15m，交通桥不会影响泄洪。1.5.3.2 稳定应力计算a) 计算公式计算公式与挡水建筑物计算公式一致，见公式1.4-2和公式1.4-3。b) 计算工况及荷载组合：1) 工况1：基本组合1(正常蓄水工况)上游水位为正常蓄水位2210.00m，闸门全关，下游无水。荷载作用组合：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+泥沙压力。2) 工况2：基本组合2(设计洪水工况)上游水位为设计洪水位2269.12m，下游水位2268.91m。荷载作用组合：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+泥沙压力。3) 工况3：基

25、本组合3(工程完建工况)上、下游无水。荷载作用组合：自重。4) 工况4：特殊组合1(校核洪水工况)上游水位为校核洪水位2211.86m，下游水位2210.13m。荷载作用组合：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+泥沙压力。5) 工况5：特殊组合2(正常蓄水位+地震情况)上游水位为正常蓄水位2210.00m，下游无水。荷载作用组合：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+泥沙压力+地震作用。6) 工况6：特殊组合3(检修情况)上游水位为正常蓄水位2210.00m，下游无水。荷载作用组合：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+泥沙压力。泄洪(冲沙)闸抗滑稳定及基底应力计算成果见表1.5-5。表1.

26、5-5 泄洪(冲沙)闸坝基抗滑稳定及基底应力计算成果建筑物荷载组合计算工况抗滑稳定安全系数闸基应力(kPa)不均匀系数kk上游下游泄洪冲沙闸基本组合正常蓄水位1.252.01136.11118.932.01.314设计洪水位1.252.3689.8383.542.01.015完建工况1.25+116.23124.512.01.011特殊组合校核洪水位1.101.8291.1480.022.51.139地震工况1.051.56153.16161.352.51.049检修工况1.101.18111.62149.612.51.212表1.5-5计算结果表明，泄洪(冲沙)闸坝基抗滑稳定安全系数在各种工

27、况下均满足规范要求。坝基无拉应力，基底平均压应力及最大压应力均不超过地基允许承载力350kPa，基底应力的最大值与最小值之比均满足规范要求。1.5.3.3 地基沉降计算地基沉降计算公式和挡水建筑物一致，见公式1.4-4。经计算，泄洪(冲沙)闸最大沉降量为5.4cm，与相邻挡水建筑物沉降差为1.1cm，最大沉降量及沉降差均满足规范的要求。1.5.3.4 泄流能力计算闸室堰流泄流能力计算公式： (1.5-2)式中：Q过闸流量，m3/s；m堰流流量系数；堰流侧收缩系数；堰流淹没系数；B0闸孔总净宽，m；g重力加速度，可采用9.81m/s2；H0计入行近流速水头的堰上水头，m。闸室孔流泄流能力计算公式

28、： (1.5-3)式中：Q过闸流量，m3/s；孔流流量系数；孔流淹没系数；B0闸孔总净宽，m；g重力加速度，可采用9.81m/s2；he孔口高度，m；H0计入行近流速水头的堰上水头，m。有关系数的计算按SL265-2001水闸设计规范查取或计算，泄洪(冲沙)闸3孔全开时的泄流能力计算成果见表1.5-6。表1.5-6 泄洪(冲沙)闸泄流能力计算成果表库水位(m)2262.52263.52264.02264.52265.02265.5下泄流量(m3/s)0.034.410.4106.3148.1191.1库水位(m)2266.02266.52261.02261.52268.02268.5下泄流量(m3/s)254.1311.1380.9450.1526.6602.4库水位(m)2269.02269.52210.02210.522211.52211.88下泄流量(m3/s)684.3166.2858.6951.01143.01211.61.5.3.5 消能防冲