【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 斷層，則是以壓性為主。電站所在地區(qū)地震基本烈度定位 6 度。滲漏：庫(kù)區(qū)群山環(huán)抱，地下分水嶺高于水庫(kù)設(shè)計(jì)蓄水位。庫(kù)岔中無碳酸鹽類巖石分布，故無滲漏之慮。礦產(chǎn)淹沒：未發(fā)現(xiàn)有工業(yè)價(jià)值的礦產(chǎn)，因此不會(huì)影響水庫(kù)的興建。庫(kù)岸穩(wěn)定：已查明，不穩(wěn)定或滑塊體有沙溪口公路上游 600 米右岸及沙溪口公路橋上游的一塊，規(guī)模估計(jì)總計(jì)約數(shù)萬(wàn)立方米。此兩處距壩址約為 7 公里，縱使坍滑對(duì)電站也無影響。在綠水坑上游側(cè) 2200 米處，巖層有侏羅系有順坡向斷層構(gòu)成滑動(dòng)面。經(jīng)推算，認(rèn)為不論是現(xiàn)在或蓄水以后都應(yīng)該是穩(wěn)定的。原上壩址右岸距電站廠房約為 500 米，邊坡地形較平緩，120 米高程以上坡積層經(jīng)過多次滑動(dòng)，已經(jīng)趨于穩(wěn)定，下部巖體風(fēng)化較發(fā)育，T4 和附近巖體張開松弛，拉裂，T4 的緩傾角結(jié)構(gòu)面末出坡腳，高程 80 米以下的基巖出露與河庫(kù)風(fēng)華巖無露頭，片理結(jié)構(gòu)均可延續(xù)，邊坡下部不存在滑裂面，蓄水后不可能在坡腳長(zhǎng)生脆性破裂，釀成嚴(yán)重滑坡。河床式水電站設(shè)計(jì)及混凝土蝸殼結(jié)構(gòu)計(jì)算 壩 址 工 程 地 質(zhì) 條 件 及 壩 軸 線 選 定1 壩址選擇在西溪的花竹，鯉魚州河段選定兩個(gè)比較壩址，相距約 500 米，稱為上下壩址，選壩會(huì)議認(rèn)為：從地質(zhì)條件上比較，上下壩址無質(zhì)的差別，均可修建 50米左右混凝土重力壩，相對(duì)下壩址好。并要求對(duì)下壩址兩岸壩頭穩(wěn)定條件及河庫(kù)傾角軟弱夾層分布和力學(xué)性質(zhì)作進(jìn)一步查明，以分析其對(duì)壩基穩(wěn)定的影響。綜合其它條件，選定下壩址作為沙溪口水電站的壩址。2 選定壩址的工程地質(zhì)條件壩址地層是由石英片巖、長(zhǎng)英片巖和云母片巖所組成，左岸、左河床由石英片巖與云母長(zhǎng)英片巖組成。河床礁灘部分及右岸則為云母長(zhǎng)英片巖，夾石英片巖和云母片巖。巖性以石英片巖最為堅(jiān)硬，長(zhǎng)英片巖次之，云母片巖最軟，但其抗壓強(qiáng)度一般也有 500kg/cm2。巖層走向?yàn)楸睎|向，傾向下游偏右岸。壩址位于鯉魚洲向斜的西北翼，構(gòu)造線以北東北北東為主，被向斜構(gòu)造多呈小型復(fù)式褶皺，背斜較緊密，向斜較舒緩。揉褶多發(fā)育在云母片巖之中，斷裂以北東—北東向較為發(fā)育，北北東，北西，北西西次之，斷層寬度在~ 米，規(guī)模最大的北西，北西西向 F50 斷層通過左河槽，寬為 10~15 米。斷層帶由膠結(jié)角礫巖壓碎巖組成，對(duì)工程地質(zhì)條件影響不大。F50 斷層寬 30 米，需作防滲處理。左右岸均無深層滑動(dòng)可能，左岸控制其過坡穩(wěn)定的滑動(dòng)面的為片理面，在壩肩開挖后，壩肩上下游局部地區(qū)片理面和順層撞壓帶，可能會(huì)引起邊坡失穩(wěn)。左岸各種巖面的穩(wěn)定坡角若坡高為 20~30 米，可用 45~60176。右岸大部由全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化所組成，其穩(wěn)定坡角建議為 40~45176。壩基下游不存在臨空地形條件，也沒有發(fā)現(xiàn)有較緩傾角泥化層和貫穿河床的緩傾角結(jié)構(gòu)面，可以認(rèn)為基礎(chǔ)是穩(wěn)定的。壩基巖面屬于裂隙性的含水層，受構(gòu)造斷裂影響，方向性明顯，局部斷裂帶和斷裂影響帶為較嚴(yán)重的透水帶，經(jīng)推算得繞壩滲漏和壩基滲漏量約為 500立方米/一晝夜，相對(duì)降水層的埋深不大。綜上所述，可認(rèn)為本壩址對(duì)于徑流式水電站來說是比較理想的壩址。3 壩軸線選定選定壩址后，對(duì)于原擬訂三條勘探線的勘 1，因上游臨近左河床深潭，潭底最底高程為 米，同時(shí) 1，2 勘線之間河床深槽存在 F50，F(xiàn)6 等斷裂聚匯帶；3 勘線下游右岸靠近沖溝。為此放棄勘 2 線的上游和勘 1 線的下游作為壩軸線比較范圍。將壩軸線比較范圍限在勘 2 線~勘 1 線之間，且增設(shè) 4 線加密勘探，結(jié)果認(rèn)為 4 勘線兩岸新鮮基巖利用面較高，尤其右岸在 4 線附近的巖體新水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 鮮堅(jiān)硬完整，可作為齒墻基礎(chǔ)，因此從地質(zhì)條件分析，認(rèn)為勘 4 線作為壩軸線是最合適的。4 巖石物理力學(xué)性質(zhì)壩基各類巖石的室內(nèi)物理性能實(shí)驗(yàn)成果見表 1—2表 12 巖石室內(nèi)物理性能的實(shí)驗(yàn)成果容重（g /cm3）近似垂直面抗壓強(qiáng)度（kg/cm 2）巖石名稱數(shù)量 干 濕比重吸水率（% ）孔隙率（% ） 干 濕軟化系數(shù)實(shí)驗(yàn)組數(shù)石英片巖最大值最小值平均值199213588云母長(zhǎng)英片巖最大值最小值平均值 7云母片巖最大值最小值平均值 2注： 公斤/平方厘米。2. 云母片近似平行于理面的一組干抗壓強(qiáng)度值為 公斤/平方厘米。壩基是由三種巖性所組成的。在壩體結(jié)構(gòu)及裂隙發(fā)育程度并考慮軟化系數(shù)較低情況建議利用區(qū)內(nèi)巖石抗壓強(qiáng)度 1/10，其值可表 1—3。巖石與巖石，巖石與混凝土之間抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，選取河床微風(fēng)化~新鮮巖石，制備 202020 厘米試樣確定，其成果可見表 1—4。根據(jù)室內(nèi)單點(diǎn)法實(shí)驗(yàn)組，結(jié)合壩基得地形地質(zhì)條件分析，摩擦系數(shù)可采用算術(shù)平均值，乘上折減系數(shù) ，粘聚力建議可采用算術(shù)平均值的 1/5，見表1—5。建筑物部位的分段混凝土/巖摩擦系數(shù)建議值河床式水電站設(shè)計(jì)及混凝土蝸殼結(jié)構(gòu)計(jì)算 右岸擋水段 f = 船閘 f= 溢流段 f= 廠房段 f=各類巖石變形的模具量建議值如下： 新鮮石英片巖 20104 公斤/厘米 2 新鮮云母長(zhǎng)英片巖 15104 公斤/厘米 2 新鮮云母片巖 10104 公斤/厘米 2表 13 壩基巖石承載能力列舉數(shù)值建議數(shù)據(jù)（公斤/厘米 2）巖 性垂直片理巖 平面片理巖微風(fēng)化 ~新鮮的石英片巖 100 55微風(fēng)化~ 新鮮的云母長(zhǎng)英片巖 90 45微風(fēng)化 ~新鮮的云母片巖 50 10表 14 巖石室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成果表抗 剪算術(shù)平均值 圖解法 最小二乘法巖性實(shí)驗(yàn)條件 tgY C tgY C tgY C組數(shù)巖/巖 18云母片巖混/巖 9巖/巖 11云母長(zhǎng)英片巖混/巖 2石英片巖混/巖 6備注 分析中舍去少數(shù)偏大的成果表 15 巖石抗剪強(qiáng)度指標(biāo)建議值水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 建 議 值巖石名稱 邊界條件摩擦系數(shù) 粘聚力（C ）公斤/厘米 2云母片巖 巖/巖 云母長(zhǎng)英片巖 巖/巖 云母片巖 混/巖 云母長(zhǎng)英片巖 混/巖 長(zhǎng)英片巖 混/巖 F4 巖/巖 巖/巖混/巖 / 建 筑 材 料在壩址附近缺少沙石料。土料在壩址的上下游范圍內(nèi)均有分布。1. 涉沙凈沙料場(chǎng)，沙的質(zhì)量良好，初步估計(jì)儲(chǔ)量約為 15~20 萬(wàn)立方米，運(yùn)輸條件較好，可供工程前期施工時(shí)使用。2. 二公里半道口采石場(chǎng)巖石為燕山早期花崗巖，無論質(zhì)量?jī)?chǔ)量均可滿足要求，唯需人工沙作實(shí)驗(yàn)論證。3. 土料最優(yōu)開采地段為下壩址的右岸，高程在 120~170 米左右，儲(chǔ)量為50~60 萬(wàn)立方米以上，質(zhì)量可滿足圍堰施工強(qiáng)度要求。 綜 合 利 用本工程以發(fā)電為站為主兼顧航運(yùn)過木，投產(chǎn)后將接入福建省點(diǎn)系統(tǒng)運(yùn)行。開發(fā)本電站主要目的是適應(yīng)福建省工農(nóng)用電需要。沙溪口水電站位于閩北電網(wǎng)中心，電站開發(fā)主要是向福州，三明，南平等地區(qū)供電，其范圍主要在閩北，參加全省電力平衡，考慮水口電站投產(chǎn)后，福建華東聯(lián)網(wǎng)，本電站負(fù)擔(dān)適當(dāng)?shù)恼{(diào)峰任務(wù)。有通航要求，估計(jì)近期過壩貨運(yùn)量為 30~60 萬(wàn)噸。木材過壩量 1990 年為20 萬(wàn)立方米，2022 年為 50 萬(wàn)立方米。毛竹 500~600 萬(wàn)株。要求樞紐設(shè)置船閘，滿足過木及通航要求。樞紐建成后，因水庫(kù)小無力承擔(dān)下游防洪任務(wù)，下游無灌溉要求。 樞 紐 布 置由沙溪口的水文地質(zhì)資料可知，壩址位置設(shè)計(jì)洪水位 ，對(duì)應(yīng)下游水位可由下泄流量在流量與下游水位關(guān)系曲線查得 ,水頭為 。校核洪水位 ,同理可查得下游水位 ，水頭為 ，汛期限河床式水電站設(shè)計(jì)及混凝土蝸殼結(jié)構(gòu)計(jì)算制水位 m ，設(shè)計(jì)低水位 。本電站水頭不高，水深較小，水頭在20m 左右，水深不足 40m，初步設(shè)計(jì)選擇采用河床式廠房發(fā)電；洪水期下泄流量較大，河床較寬，可以選擇溢流壩表孔泄洪；兩岸山體不高，地質(zhì)狀況一般，選擇重力壩擋水；考慮通航過木過竹需要，設(shè)置較高通航能力的船閘。考慮河床式水電站樞紐布置特點(diǎn)，為保證洪水季節(jié)泄水安全迅速，保證水流流態(tài)平穩(wěn)，防止產(chǎn)生回流，初步將泄水建筑物即溢流壩布置在河床中間。經(jīng)綜合分析，確定了(Ⅰ).左岸船閘河床中部溢流壩右岸廠房布置方案，和(Ⅱ).左岸廠房河床中部溢流壩右岸船閘布置方案進(jìn)行比選。(Ⅰ).左岸船閘中部溢流壩右岸廠房布置方案考慮主河槽位于左河床靠近左岸 30~50m 之間，開挖至弱風(fēng)化巖層需至 高程左右，初步設(shè)計(jì)布置船閘易于通航需求；沿壩軸線自此至右岸 500~600m 之間，開挖至弱風(fēng)化巖層需至 高程左右，初步設(shè)計(jì)選擇布置溢流壩和河床式廠房，考慮溢流壩洪水期泄洪不對(duì)電廠發(fā)電造成影響，其間用重力擋水壩銜接；考慮河流右岸交通便利，山坡較緩，易于出線進(jìn)廠布置，而將河床式廠房置于右岸，且右岸現(xiàn)有鐵路線沿河岸通過壩址，將廠房布置在右岸有利于利用鐵路在工程施工時(shí)建筑材料的轉(zhuǎn)運(yùn)及機(jī)電設(shè)備安裝時(shí)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)輸。樞紐布置沿壩軸線從左岸至右岸的水工建筑物依次為：重力擋水壩、船閘、溢流壩、重力擋水壩、河床式廠房，開關(guān)站初步布置于河道右岸裝配廠下游。(Ⅱ).左岸廠房中部溢流壩右岸船閘布置方案由于廠房布置在左岸原主河槽處，廠房施工時(shí)需開挖土石方較第一種方案小，相對(duì)節(jié)省工程投資。但由于開關(guān)站布置在河岸處，需要大量塊石護(hù)岸，所以廠房施工開挖所產(chǎn)生的石料可用于開關(guān)站地基鋪填，因此，在開挖問題上兩種方案實(shí)際工程費(fèi)用相差不大。綜上，初步設(shè)計(jì)采用(Ⅰ).方案，即左岸船閘河床中部溢流壩右岸廠房方案，并采用重力壩擋水，溢流壩泄洪，底流消能。本工程按水利水電樞紐工程等級(jí)劃分設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定工程等別為二等，主要建筑物級(jí)別二級(jí)，次要建筑物級(jí)別三級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為四級(jí)。水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 第 二 章 重 力 壩 擋 水 壩 段 設(shè) 計(jì)沙溪口水利樞紐河床較寬，初步選擇用重力壩擋水，由于重力壩壩體與地基的接觸面積大，受揚(yáng)壓力的影響也大。揚(yáng)壓力的作用會(huì)抵消部分壩體重量的有效壓力，對(duì)壩的穩(wěn)定和應(yīng)力情況不利，故需采取各種有效的防滲排水措施，以消減揚(yáng)壓力，節(jié)省工程量。沙溪口水利樞紐在洪水季節(jié)上下游水位均較高揚(yáng)壓力較大，初步設(shè)計(jì)壩型不能采用基本壩型剖面，需做一定調(diào)整。此外，沙溪口壩址處巖石抗剪性能較差，應(yīng)注意大壩的抗滑穩(wěn)定分析的研究?；驹O(shè)計(jì)參數(shù)：a).水位。 上游設(shè)計(jì)洪水位：； 校核洪水位：；正常蓄水位（汛期限制水位）；下游設(shè)計(jì)洪水位：；下游校核洪水位：；正常蓄水位（一臺(tái)機(jī)組發(fā)電）：。b).壩底高程。壩底高程取未風(fēng)化巖石邊界開挖線 。c).材料重度?；炷林囟瓤捎伞端そㄖ锖奢d設(shè)計(jì)規(guī)范》取大體積混凝土結(jié)構(gòu)γ = KN/ , 水的重度取 γ = KN/ 。13m03md).巖石抗剪強(qiáng)度。由《沙溪口水電站基本情況簡(jiǎn)要說明》中表 7 得巖石抗剪強(qiáng)度指標(biāo)建議值知，云母長(zhǎng)英片巖與混凝土邊界摩擦系數(shù) f=，粘聚力 c’=㎡，K’=，K=2． 1　 剖 面 設(shè) 計(jì)2．1．1　壩頂高程壩頂高程由靜水位+相應(yīng)情況下的風(fēng)浪涌高和安全超高。即：壩頂高程 ▽=靜水位+Δ h （21）式中：Δh=h l%+hz+hc 式中：h l%——累積頻率為 1%的波浪高度，m；hz——波浪中心線高出靜水位的高度，可用 hz = 計(jì)算，m；mLHct?2%1hc——取決于壩的級(jí)別和計(jì)算情況的安全超高，m；波浪要素 hl%由官?gòu)d水庫(kù)公式計(jì)算，得河床式水電站設(shè)計(jì)及混凝土蝸殼結(jié)構(gòu)計(jì)算 312020m)vgD(?? )vgD(??式中：h m——波浪高，當(dāng) =20～250 時(shí)，為累計(jì)頻率 5%的波高；當(dāng)20=250～1000 時(shí)，為累計(jì)頻率 10%的波高；20vg V0——計(jì)算風(fēng)速，m/s； D——風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，即吹程，可由壩前水域形狀確定，m；2． 1　 剖 面 設(shè) 計(jì)2．1．1　壩頂高程壩頂高程由靜水位+相應(yīng)情況下的風(fēng)浪涌高和安全超高。即：壩頂高程▽=靜水位+Δh （21）式中：Δh=h l%+hz+hc （22）式中：h l%——累積頻率為 1%的波浪高度，m；hz——波浪中心線高出靜水位的高度，可用 hz = 計(jì)算，mLHct?2%1m；hc——取決于壩的級(jí)別和計(jì)算情況的安全超高，m；波浪要素 hl%由官?gòu)d水庫(kù)公式計(jì)算，得 （23） 312020)vgD(?? （24）)(?式中：h m——波浪高，當(dāng) =20～250 時(shí)，為累計(jì)頻率 5%的波高；當(dāng)20vg=250～1000 時(shí)，為累計(jì)頻率 10%的波高；20D V0——計(jì)算風(fēng)速，m/s； D——風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，即吹程，m；水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 a).設(shè)計(jì)洪水位情況：計(jì)算風(fēng)速 v0取