【正文】 71250168022002600201100160020502500231050158018302100100014501700205059501350160018808900115015501850118701100150018001485010451450170017820100014001670 泥沙本流域泥沙顆粒較粗，全年泥沙大部分來自汛期七、八月份，主要產(chǎn)于一次或幾次洪峰內(nèi)，且年際變化很大。洪水洪水多發(fā)生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大、漲落迅速的特點(diǎn)。第二節(jié) 工程基本資料一、水文資料年徑流灤河水量較充沛，占全流域的53％，年內(nèi)分配很不均勻，主要集中在汛期七、八月份。工程要求提前收益，盡早建成?？刂屏饔蛎娣e33700Km2。水庫水利樞紐工程重力壩設(shè)計(jì)書第一章 樞紐工程概況及基本資料本章主要介紹xx工程的概況、工程目的和設(shè)計(jì)基本資料，包括水文分析、氣象條件、工程地質(zhì)、當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?、交通條件、水位和庫容關(guān)系曲線、泥沙淤積情況、效益、淹沒、工期等方面的資料，以便在下一步的工作中可依據(jù)以上情況確定壩線、壩型、樞紐布置、剖面設(shè)計(jì)、細(xì)部處理等工作。 第一節(jié) 樞紐工程概況 擬建xx水庫位于河北省唐山承德兩地區(qū)交界處，壩址位于遷西縣灑河橋上游十公里揚(yáng)查子村的灤河干流上。水庫樞紐由主壩、電站及泄水底孔等組成，水庫主要任務(wù)是調(diào)節(jié)水量，供天津市和唐山地區(qū)工農(nóng)業(yè)用水、城市人民生活用水，結(jié)合引水發(fā)電，并兼顧防洪要求。根據(jù)水庫的工程規(guī)模及其在國民經(jīng)濟(jì)中的作用，樞紐定為一等工程，主壩為Ⅰ級建筑物，其它均按Ⅱ級建筑物考慮。豐水年時占全年的50～60％，枯水年占30～40％，且年際變化也很大。據(jù)調(diào)查，近一百年來有六次大水，其中1883年最大，由洪痕估算洪峰流量約為24400～27400m3/s。由計(jì)算得，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為1825萬t?？捎?jì)入前者的10％，這樣總?cè)霂焐沉繛?010萬t。二、 氣象庫區(qū)年平均氣溫為10℃左右，℃，℃（1969年），7月份最高月平均氣溫25℃，絕對最高氣溫達(dá)39℃（1955年）。表1－5 多年平均氣溫表（℃）月份123456789101112氣溫水溫本流域無霜期較短（90～180天），冰凍期較長（120～200天），潘家口站附近河道一般12月封凍，次年3月上旬解凍，封凍期約70～100天，～，岸邊可達(dá)1m。流域多年平均降雨量約為400～700mm，多年平均降水天數(shù)及降水量見下表（表1－6）。壩址地質(zhì)（1）地貌壩址位于揚(yáng)查子村南300m處，為低谷丘陵地區(qū)，兩岸相對高差不大，河谷開闊，寬約600m，上下游兩公里范圍內(nèi)河道順直，主河槽位于右岸?？菟诤哟矊捈s100m，由于受河流側(cè)向的侵蝕，兩岸地形不對稱。左右，左岸較緩約20176。覆蓋層為7～12m厚的砂礫卵石沖積層。壩區(qū)范圍內(nèi)片麻巖依其巖性變化情況可分為六大層，其中第一、四、六層巖性較好，但第一、六層因受地形限制，建壩工程很大。構(gòu)造壩址處雖然斷層、裂隙較多，但大部分規(guī)模較小，對工程影響不大，其中FFF1F2F2F28斷層對壩體有一定的影響，以上各斷層的特性見表1－7，所在部分參見構(gòu)造分析圖。對基礎(chǔ)巖石力學(xué)強(qiáng)度及壩基完整均一性有影響。影響完整性和均一性。F26北東16度南東75度－張扭F27北西320度北東80度－張扭F27與F28兩斷層相距也較近，之間有一號巖脈并與壩體成53度夾角相交，斜穿5－6個壩段，對壩體有影響地段達(dá)120米。在平面上，一級階地基巖透水性大于其它地貌單元；從垂向上看，～105m高程其間之透水層厚度為40～50m，若除開挖部分，厚度將更薄一些，兩岸透水層應(yīng)以天然地下水位為下限，一般都大于50m，具體參見地質(zhì)剖面圖。砼與巖石的摩擦系數(shù)：微分化及弱風(fēng)化下部，可取f＝，c＝。其中1936年和1976年兩次發(fā)生6度左右地震，1977年6月國家地震局地震地質(zhì)大隊(duì)對本區(qū)域地震問題作了鑒定，水庫的基本烈度為7度，考慮到樞紐的重要性和水庫激發(fā)地震的可能性，攔河壩設(shè)防烈度采用8度。且有大量的粘性土及砂壤土料，可供圍堰防滲材料之用。六、水庫水位與庫容關(guān)系曲線及淤積年限詳見表1－1－9。在保證率P＝75％時，計(jì)劃年補(bǔ)給工業(yè)及城市生活用水7億m3，并可灌溉農(nóng)田一百余萬畝，達(dá)到遇旱有水。八、淹沒損失庫區(qū)淹沒范圍包括河北省承德、唐山兩地區(qū)的四個縣（興隆、寬城、承德和遷西），十一個公社四十一個大隊(duì)，遷移人口20700人，淹沒土地33400畝，房屋19100間，公路25公里。九、施工作業(yè)天數(shù)本工程由水電部某工程局施工，機(jī)械化程度較高。十一、其它施工期，下游無供水要求，無需考慮通航、過木問題。為此需要控制下泄流量而不超過27500 m3/s,以符合大黑汀水庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)時首先要根據(jù)已知地形、地質(zhì)資料，選定壩址，對幾個待定的軸線進(jìn)行分析比較，確定出壩軸線，并綜合分析，選擇壩型和樞紐的總體布置。其所在的流域汛期具有“峰高量大，漲落迅速”的特點(diǎn)，并攜帶大量泥沙。進(jìn)行樞紐布置就是研究這些建筑物的相互位置。就地形而言，壩址一般選在狹窄河谷處，以節(jié)省工程量。經(jīng)過勘測人員實(shí)地勘測和調(diào)查，潘家口水庫壩址定于遷西縣灑西河橋上游10公里揚(yáng)查子村的灤河干流上。對本工程，根據(jù)壩址處的地形、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、水流條件，建筑材料、施工條件等選擇出壩軸線，具體分析如下：一、壩軸線選擇依據(jù)地形潘家口水庫庫區(qū)屬于中高山區(qū)，河谷大多為峽谷地形，只有西城峪至北臺子一帶較為寬闊，沿河兩岸階地狹窄，斷續(xù)出現(xiàn)且不對稱，為低谷丘陵地區(qū)。由地形圖看，若壩軸線在兩岸山體之間保持直線，則壩頂?shù)竭_(dá)預(yù)定高程時，軸線過長；如果在兩岸改變原壩軸線方向，使大壩在較短距離到達(dá)壩高，可以減少工程量。壩區(qū)范圍內(nèi)片麻巖依其巖性變化情況分為六大層，其中第一、四、六層巖性較好，但第一、六層因受地形限制，建壩工程很大，故不宜在此建壩。由于該壩壩高在100m上下，則壩底寬90m左右，此厚度足以滿足建壩要求。由此可知，無論從巖性還是物理特性上看，第四巖層均能滿足建壩的要求。故在此段上更要特別重視，壩軸線應(yīng)略靠下游。左右岸存在局部的不穩(wěn)定巖體，將影響壩體的穩(wěn)定，故壩軸線應(yīng)避開此處。水文地質(zhì)壩基的透水性不大，但不均一，主要由斷裂發(fā)展程度和性質(zhì)決定。從垂向上看，／min的頂板在83～105m高程其間之透水層應(yīng)以天然地下水位為限，一般均大于50m，具體參見地質(zhì)剖面圖。建筑材料壩址附近應(yīng)有足夠的符合質(zhì)量要求的建筑材料，對于料場的分布、開采條件、埋藏深度和施工淹沒均應(yīng)考慮。二、壩軸線選擇原則本次設(shè)計(jì)的為砼重力壩，地基應(yīng)全部坐落在第四大巖層上。從地形條件上看，應(yīng)避開兩個山頭，壩軸線為避開巖性不好的地方，做成彎折的，可以縮短壩軸線，節(jié)約砼用量，降低工程造價。F2斷層長約200m一段靠近上游壩踵，對巖基力學(xué)強(qiáng)度及壩基完整均一性有影響，它在河床及其附近，都會對壩體有一定的影響。第三大巖層緊挨第四大巖層，而第三大巖層有節(jié)理和裂隙，其強(qiáng)度低，可能對壩基產(chǎn)生不均勻沉陷，其透水性也比較好，如不保持一定距離，會危及大壩安全。不穩(wěn)定巖體位于河流右岸，我們考慮大壩應(yīng)坐落在穩(wěn)定、堅(jiān)固的地基上，故應(yīng)避開不穩(wěn)定巖體。壩軸線定為直線，則壩軸線較短，施工比較容易，但受地形地質(zhì)條件的限制，為了避開斷層及不穩(wěn)定巖體，故在左岸壩軸線向南偏折SE123176。40′，這樣使壩軸線對著山頂與陡坡相交，可縮短壩軸線，減小工程量，降低造價。30′C點(diǎn) x＝，y＝D點(diǎn) x＝，y＝右端以A點(diǎn)（，）為圓心，半徑R＝160m轉(zhuǎn)角θ＝9176。40′左端以F點(diǎn)（，）為圓心,轉(zhuǎn)角θ＝36 o 186。30′具體布置如下圖：點(diǎn)xy點(diǎn)xyAF C′DCM第二節(jié) 壩型選擇壩型的選擇要根據(jù)壩址的地形、地質(zhì)、建筑材料、渲泄洪水的能力及抗震性能等特點(diǎn)，通過定性分析，對各壩型進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選出既滿足工程要求，又比較經(jīng)濟(jì)的壩型。一、土石壩土石壩又稱當(dāng)?shù)夭牧蠅危峭翂?、堆石壩、土石混合壩的總稱，是人類最早建造的壩型，具有悠久的發(fā)展歷史，在全國使用都極為普遍。下面分土石壩和堆石壩分別進(jìn)行分析。（2）對地質(zhì)條件要求較低，適應(yīng)地基變形能力強(qiáng)，可以建在軟基上。（3）儲存量是使用量的兩倍。（5）運(yùn)用管理方便，工作可靠，壽命長，維修加固和擴(kuò)建均比較容易。（2）壩頂不能溢流，需另設(shè)溢洪道。（3）壩體填筑工程量大，且土料的填筑質(zhì)量受氣候條件影響較大等。同時，根據(jù)水文資料顯示，該地區(qū)的洪水具有“峰高量大”的特點(diǎn)，而土石壩又不允許溢流，要另設(shè)溢洪道，但潘家口兩岸山峰連綿，壩址附近又無修建溢洪道的天然條件，需要開挖山體，會大大增加工程造價，不經(jīng)濟(jì)，故不適宜修建土石壩。由于堆石壩散粒材料的整體抗剪強(qiáng)度相對較低，因而堆石壩在設(shè)計(jì)時大多是不允許過水的。二、砼壩砼壩可分為砼拱壩、砼支墩壩和砼重力壩等。壩體的穩(wěn)定主要依靠兩岸拱端的反力作用，并不全靠壩體自重來維持。拱壩是利用筑壩材料的抗壓強(qiáng)度和兩岸拱端巖體來支撐拱端推力，是一種經(jīng)濟(jì)性和安全性均很優(yōu)越的壩型。拱壩的體積比同一高度的重力壩大約可節(jié)省1/3～2/3。故拱壩對壩址地形地質(zhì)要求較高，對地基處理的要求也較為嚴(yán)格。（4）抗震性能好?；诠皦蔚慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，拱壩的地形條件往往是決定壩體結(jié)構(gòu)形式、工程布置和經(jīng)濟(jì)性的主要因素。河谷的寬高比L/H值越小，說明河谷越窄深，拱壩水平拱圈跨度相對較短，懸臂梁高度相對較大，即拱的剛度大，拱作用容易發(fā)揮，可將荷載大部分通過拱作用傳給兩岸，壩體可設(shè)計(jì)的薄些。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)L/H﹤，可修建薄拱壩；L/H＝～,可修建中厚拱壩；L/H＝～，可修建厚拱壩。拱壩對地質(zhì)、地形條件要求嚴(yán)格，理想的地形條件是左右岸對稱，岸坡平順無突變，在平面上是向下游收縮的峽谷段，呈“V”字型。理想的地質(zhì)條件是基巖比較均勻、堅(jiān)固完整、有足夠的強(qiáng)度、透水性小、能抵抗水的侵蝕、耐風(fēng)化、岸坡穩(wěn)定、沒有大斷裂等。砼支墩壩支墩壩是一種由一排相隔一定距離的支墩和擋水面板組成的依靠自重維持穩(wěn)定的壩型。但支墩壩的應(yīng)力較大，對地基的要求較高；由于支墩單薄，側(cè)向穩(wěn)定性較差，抗震能力低，受穩(wěn)定變化影響大；設(shè)計(jì)和施工較復(fù)雜，不適合大型機(jī)械化施工，施工時需立模，用人工多，工期相對較長。樞紐地震設(shè)計(jì)烈度為8度，不宜修建支墩壩。而且，支墩壩不能滿足泄洪要求，故不應(yīng)修建支墩壩。重力壩是在水壓力及其他荷載的作用下，依靠壩體自身重量產(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)定的要求；同時依靠壩體自重在水平截面上產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消由于水壓力所引起的拉應(yīng)力，以滿足強(qiáng)度的要求。重力壩剖面尺寸大，壩內(nèi)應(yīng)力較低，筑壩材料強(qiáng)度高，耐久性好，因而抵抗洪水漫頂、滲漏、地震和戰(zhàn)爭破壞的能力都比較強(qiáng)。（2）對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。因?yàn)閴误w作用于地基面上的壓應(yīng)力不高，所以對地質(zhì)條件的要求也較低，甚至在土基上也可以修建高度不大的重力壩。重力壩可以做成溢流的，也可以在壩內(nèi)不同高程設(shè)置泄水孔，一般不需另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，一般不需要另設(shè)導(dǎo)流隧洞。大體積砼，可以采用機(jī)械化施工，在放樣、立模和砼澆筑方面都比較簡單，并且補(bǔ)強(qiáng)、修復(fù)、維護(hù)或擴(kuò)建也比較方便。重力壩沿壩軸線用橫縫分成若干壩段，各壩段獨(dú)立工作，結(jié)構(gòu)作用明確，穩(wěn)定和應(yīng)力計(jì)算都比較簡單。（2）壩體應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮。（4）壩體體積大，由于施工期砼的水化熱和硬化收縮，將產(chǎn)生不利的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，因此在澆筑砼時，需要有較嚴(yán)格的溫度控制措施。 實(shí)體應(yīng)力壩砼重力壩 寬縫應(yīng)力壩 空腹重力壩（1）實(shí)體重力壩：適應(yīng)于大型機(jī)械化作業(yè)，施工速度快，工期短，符合本工程提前受益、盡早建成的要求，早日供水發(fā)電。但其施工模板用量多，且寬縫的側(cè)坡倒懸模板部分立模比較困難，分期導(dǎo)流不便；在嚴(yán)寒地區(qū)，要對寬縫采取保溫措施，防止表面產(chǎn)生溫度裂縫，因而施工干擾大，工期長。三、壩體選型由上述可知，土石壩、堆石壩、砼拱壩、砼支墩壩、砼實(shí)體重力壩、砼寬縫重力壩和砼空腹重力壩各有優(yōu)缺點(diǎn)。第三節(jié) 樞紐布置水利樞紐布置的任務(wù)就是根據(jù)組成建筑物的形式、功能和運(yùn)行方式研究各種建筑物的相互位置。選擇合理的樞紐布置對工程的經(jīng)濟(jì)效益和安全運(yùn)行有決定作用。，屬大Ⅰ型工程，水庫主要任務(wù)是調(diào)節(jié)水量，供天津市和唐山地區(qū)工農(nóng)業(yè)用水、城市人民生活用水，其所在流域汛期具有“峰高量大、漲落迅速”的特點(diǎn)，并攜帶有大量泥沙。進(jìn)行樞紐布置就是研究這些建筑物的相互位置。（2）樞紐布置應(yīng)當(dāng)滿足各個建筑物在布置上的要求，保證其在任何工作條件下都能正常工作。（4）樞紐中各建筑物布置緊湊，盡量將同一工種的建筑物布置在一起，以減少聯(lián)結(jié)建筑。（6）樞紐的外觀應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，在可能的條件下，注意美觀。溢流壩主要起泄洪作用，前緣應(yīng)正對上游來水的主流方向，下游出口方向最好與主流槽水流方向一致。本樞紐中，溢流壩的尺寸大概估算如下：洪水資料顯示，萬年一遇洪水流量為59200m3/s，泄水孔在設(shè)計(jì)資料中設(shè)定有19孔，單寬流量為208 m3/s，泄洪底孔有4個，起輔助泄洪、排沙、放空水庫等作用。電站水電站進(jìn)口水流應(yīng)順直，不發(fā)生旋渦和橫向水流，尾水應(yīng)順暢。（2）將電站壩段與底孔壩段同寬布置，可以共用啟閉機(jī)設(shè)備，節(jié)省投資。三、方案比較現(xiàn)擬定兩個樞紐布置方案進(jìn)行比較分析：方案一是將擋水壩段布置在河岸兩邊，電站、底孔布置在右岸，