工程布置及水工建筑物

'5工程布置及建筑物5.1设计依据及标准5.1.1工程等别及建筑物级别本工程总库容4237万m3，正常蓄水位240m，最大坝高79.6m，电站装机18MW，根据中华人民共和国国家标准《防洪标准》(GB50201—94)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)的规定，本工程规模属中型，工程等别为Ⅲ等，溢洪道、发电引水隧洞和厂房等主要建筑物为3级建筑物，大坝级别因坝高超过70m而由3级提高为2级。本工程永久性水工建筑物洪水标准分别为：（1）设计情况本枢纽工程挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物及电站厂房均按50年一遇洪水标准设计，消能防冲建筑物按30年一遇洪水标准设计。（2）校核情况本枢纽工程挡水建筑物、泄水建筑物，引水建筑物均采用1000年一遇洪水校核；电站厂房采用200年一遇洪水校核。5.1.2设计基本资料（1）工程任务观音堂水利水电枢纽工程以发电为主，兼有防洪、养殖及旅游等综合效益。（2）设计基本数据有关水文气象、水库特征水位、下游水位和流量等数据见《工程特性表》。1）坝址区基岩物理力学指标坝址区岩石物理力学指标见表5—1—1～3。2）坝基主要岩体与混凝土间抗剪强度108 表5-1-1108 表5-1-2108 表5-1-3108 坝基主要岩体与混凝土间抗剪强度包括抗剪强度及抗剪断两种指标，本次勘探这方面未做详细研究，根据已有工程经验，类比提出以下建议值供设计参考。嘉陵江组上段第十二、十、八、六层，岩性主要为灰岩、白云质灰岩、少量白云岩等，与混凝土之间主要抗剪指标如下：抗剪强度f=0.58C=0.0MPa抗剪断强度f＇=1.0C＇=1.0MPa嘉陵江组上段第十一、九、七层，岩性主要为白云质灰岩溶崩角砾岩，与混凝土之间主要抗剪指标如下：抗剪强度f=0.55C=0.0MPa抗剪断强度f＇=0.8C＇=0.8MPa嘉陵江组上段第五、四层，岩性主要为泥钙质、砂屑溶崩角砾岩，与混凝土之间主要抗剪指标如下：抗剪强度f=0.52C=0.00MPa抗剪断强度f＇=0.75C＇=0.75MPa3）地震烈度地震基本烈度为6度。4）基本材料容重混凝土容重：23.536kN/m3水容重：9.80kN/m3淤沙饱和容重：14.71kN/m35）主要建筑物的安全系数及超高见表5—1—4。建筑物安全系数及超高。表5—1—4建筑物名称抗滑安全系数最小安全超高（m）备注设计校核设计校核大坝1.31.20.70.4溢洪道3.02.50.40.3按抗剪断公式计算电站1.101.050.40.3108 5.2坝型、坝轴线选择及工程总体布置5.2.1坝型可行性研究阶段经审查批准选用混凝土面板堆石坝为本工程的基本坝型，本阶段选两种体型从施工条件、经济性等方面进行比较，择优选用。（1）体型一（砼面板砂砾石堆石组合坝）大坝上游主堆石区采用河床砂砾石回填，下游堆石区采用溢洪道和洞室开挖的石碴上坝，砂砾石区和堆石区从坝顶下游侧以1∶0.5倾向下游的坡线为分界线。优点：1）能充分利用溢洪道、洞室开挖的弃碴，减少弃碴运送及堆放的投资，有利于环境保护。2）下游堆石坡为1:1.3,比全砂砾石面板坝少回填约3.25万m3。缺点：材料单价比砂砾石单价高。（2）体型二（全砂砾石面板坝）大坝全部采用河床砂砾石进行回填。优点：1）能就地取材，充分利用单价较低的河床砂砾石料，降低工程造价。缺点：1）由于河谷较狭窄，每1000m河床砂砾石储量仅10万m3，大坝后期回填砂砾石料的运距较远，投资较大。2）溢洪道及洞室开挖后的弃碴需专门设置弃碴场并转运弃碴，投资也不经济。经综合比较，本阶段拟推荐体型一（砼面板砂砾石堆石组合坝）。5.2.2坝轴线108 观音堂坝址为可研阶段中坝址，是可研阶段推荐坝址，坝址位于东西向峡谷状河段内。左岸河岸陡立，河岸顺直，地形变化不大，右岸为斜坡状岸坡，自峡谷河段进口到出口近270m河段内，有自上游向下游岸坡变缓、河床变宽趋势。坝址处现代河床宽40～50m，河床覆盖厚层第四系全新统冲积砂卵石，自上游向下游深度为15.32～14.7m，变化幅度不大。坝址位于黎家湾背斜核部偏北翼，出露地层均为嘉陵江组上段地层，涉及岩性有白云质灰岩、灰岩、溶崩角砾岩、蜂窝状溶崩角砾岩等。岩层大部分倾向北东，倾角较平缓，岩层呈单斜状，岩体完整性较好，岩体透水性总体较微弱。左岸为逆向坡，右岸为顺向坡，岸坡总体稳定，右岸稳定性略差于左岸。区内褶皱构造极不发育，区内地质构造以断裂为主，断层切割强烈。坝区自上而下共发育三条规模比较大断裂，断裂将坝区自上而下分成上、中、下三大微地质构造单元。区内断层具一定纵向导水性，为区内较恶劣性地质条件。坝区深部岩溶较不发育，仅在左右两岸地下水变动带及上部发育少量、局部岩溶裂隙及小溶洞，造成局部岩体透水性增大。另外坝址区中下部右岸发育两大岩溶槽带，坝线选择时尽量回避。区内F1断层、F2断层有一定导水性，两断层之间岩体完整，岸坡稳定，岩体透水性微弱，地表岩溶现象微弱，地下岩溶现象较少；左岸陡立，右岸中等坡度，两岸地形相对较对称。区内F2断层、F3断层相向发育，断层之间岩体切割、影响较大，岩体完整性低于上坝段，右岸顺断层带或影响带有常年性泉水出露，有一定岩溶现象发生，右岸地形坡度缓于上坝段。区内F3断层以下地形相对开阔，尤其是右岸呈一岔口状，右岸有嘉陵江组上段第九层蜂窝状角砾岩、第八层白云质灰岩，地表岩溶现象较发育，而且此坝段接近下游处右岸两地表岩溶槽带。因此，坝轴线不宜置于F2与F3断层之间及区内F3断层下游，而应选择放在F1断层、F2断层之间。选择面板坝趾板线时，基本上也是遵循上述准则，而且还考虑以最大程度避开右岸一节理密集带，最终将趾板线选在F1断层影响带以外下游10m处。结合本阶段地勘资料及观音堂坝址河段地形条件,108 坝轴线布置在观音堂中坝址。整个坝体范围内左岸河岸陡立，右岸为斜坡状岸坡，河道顺直。坝轴线左右岸坝肩正对山脊，轴线长度比其它位置短，并将趾板线选在F1断层影响带以外，减少了大坝的开挖、回填工程量及大坝基础处理工程量。5.2.3枢纽总体布置可研设计批文《鄂水利电[2004]194号》“同意设计推荐的面板堆石坝挡水，左岸溢洪道，右岸引水发电系统、地面式厂房的总体布置方案为本阶段代表方案”，本次初步设计基本维持可研设计推荐的枢纽总体布置格局，在选定了坝型、坝轴线和趾板线的前提下，结合坝址区地形、地质条件和各建筑物之间的相对关系，对泄水建筑物、引水建筑物、发电厂房及尾水渠的布置进行了调整和优化。（1）泄水建筑物拟建溢洪道布置于大坝左岸，为有闸控制开敞式溢洪道,由进口段、闸室控制段、斜坡段、挑流鼻坎、冲坑段五部分构成。1）地形地貌溢洪道进口段位于左岸220m高程以上平缓岸坡段，进口段地面高程236～260m，山坡倾向南西，坡度40°～50°左右。闸室控制段地面高程247～266m，坡向南，坡度20°～30°。斜坡段地面高程260～215m，地面坡度较平缓。鼻坎段地面高程在207m左右，冲坑段地面高程187m左右。2）工程地质条件溢洪道场区构造部位位于黎家湾背斜北翼，地层产状大部分倾向北东，倾角20°～48°不等，部分倾向北西及北东东。主要地层为嘉陵江组上段第十二～九层，极少量巴东组地层，岩性主要有白云质灰岩、溶崩角砾岩、蜂窝状白云质灰岩溶崩角砾岩及少量粉砂质粘土岩。区内岩层层序较正常，无次级褶皱发生，岩体多呈单斜状，地质构造以断裂为主，共发育四条断裂（即坝区f1、f2、f3、f6、f7断层），其中f1、f2、f3三条断裂走向近南北向与溢洪道轴线大角度相交，f6、f7断层走向与溢洪道轴线近于平行或小角度相交。溢洪道人工开挖深度在5～25m108 之间，左侧大部分为逆向坡，右侧以顺向坡为主，总体人工开挖边坡较稳定，局部北西向断裂切割形成条状楔形体、地表残坡积层及强风化层处边坡稳定性较差。溢洪道闸室段岩体完整，岩体透水性微弱，工程地质条件良好；挑流鼻坎段岩体完整性中等，岩体强度中等，无不利结构面切割，工程地质条件良好；冲坑处为嘉陵组第十二层白云质灰岩，岩体抗冲蚀，抗风化性能良好，工程地质条件一般偏好。3）溢洪道总体布置从地形条件和地质条件看，大坝左岸比较适合修建溢洪道，本次初步设计对可研设计的溢洪道布置进行了适当调整，在保持轴线方向大致不变的情况下将溢洪道整体向北适当平移。如采用溢洪道与大坝左岸直接相连方案，则溢洪道右导墙高度大、造价高，且闸室右边墩与大坝左岸坝体回填料相接，施工干扰大，质量难以得到保证。因此，本次初设将溢洪道向北适当平移,使溢洪道与大坝左坝肩完全脱离。此种布置进口引渠开挖方量增加较多，为了减少开挖方量，且尽量少影响左岸民居，进口引渠轴线半径适当减小。溢洪道初拟两个方案进行比选：方案一，两孔11×13.5m，堰顶高程226.50m；方案二，3孔10×11m，堰顶高程229.00m。（2）引水建筑物发电引水隧洞布置于坝址区右岸山体内，隧洞走向东西，主要由进水口、压力隧洞、调压室及岔洞等组成。1）地形及地质条件隧洞经过沿线地表高程239.45～280.45～242.00～229.0～212.05m，隧洞上覆岩体最大厚度达90m，最小厚度30m。隧洞总体走向东西，构造部位位于黎家湾背斜核部偏北翼，岩层总体倾向北东，倾角16°～50°不等。区内岩体均呈层状结构，次级褶皱不太发育，地质构造以断裂为主，f2断裂、f3断裂走向均与隧洞轴线大角度相交。108 隧洞所经过地层自上而下顺河分别为嘉陵江组上段第六层中厚层白云质灰岩、第五层中厚层状溶崩角砾岩、f2断层带、第八层中厚层状白云质灰岩、灰岩、f3断层带、第八层中厚层状白云质灰岩、第九～十二层白云质灰岩、蜂窝状白云质灰岩角砾岩、巴东组一段第一、二、三层溶崩角砾岩、灰岩、粉砂质粘土岩等，围岩总体分类大部分为Ⅱ～Ⅲ类基本稳定型。区内地下水埋深210.05～231.95～201.75m，均高出相应隧洞顶、底板高程，隧洞围岩大部分位于弱风化线以内或附近，竖井以下隧洞围岩位于微风化岩体中。隧洞轴线经过地表两斜向顺层岩溶浅槽带下部，上游罗汉洞岩溶浅槽带、下游侧龙尾坝溶槽带出露位置均高于隧洞顶部高程、并远离洞室，南北方向两者相距60～100m。2）引水隧洞总体布置可研设计中，发电引水隧洞进口段轴线与大坝右岸趾板帷幕线平面重叠，这种情况有碍防渗帷幕形成封闭圈。因此，本次初步设计将发电引水隧洞进口段轴线向南移动，使洞轴线与帷幕线平面错开。根据可研审查意见的要求，发电引水隧洞后端适当右移。根据本工程进口地形条件，进水口选用竖井式。发电引水隧洞初拟设调压室和不设调压室两个方案进行比选。（2）发电厂房和尾水渠发电厂房布置于坝址下游右岸宋家山包东侧坡脚，主要由主厂房、副厂房、安装间、变电站等组成。尾水渠接主厂房下游侧，其轴线与厂房机组中心线垂直。1）地形及地质条件厂址处地形开阔，地面高程182.52～187.59m。厂址东侧为青干河右岸高漫滩或河流I级阶地，滩地所在处有可能是原老河槽，地面高程181.50～180.78m，长200m，宽130m左右。滩地地面堆积较厚的冲洪积堆积物，经浅层探井及高密度电法探测，高漫滩地表4.0～5.0m以上多为砂砾石层，砾石层中砾石呈层性明显，粒径在3～20cm之间，堆积紧密，靠近西侧、南侧山体处夹部分大块石，滩地下部4～15m之间多由中粗砂或冲积可塑状粘性土构成。108 滩地基底上段由三叠系中统巴东组一段第三层黄色、棕黄色粉砂质粘土岩构成，岩层产状45°∠30°～40°。岩体呈单斜状，褶皱及断裂不发育，构造部位位于黎家湾背斜北翼。厂房位于低矮山坡下巴东组第一段第三层粉砂质粘土岩之上，地基岩体稳定，承载力满足设计要求。2）发电厂房和尾水渠总体布置与可研设计相比，发电厂房位置、机组中心线方向，尾水渠轴线方向、发电尾水位等均作了较大调整，分述如下。①发电尾水位的确定观音堂电站尾水与三峡水库回水相接，在工程投资增加不多的情况下，应尽可能降低电站尾水位以增加发电水头。《长江三峡水利枢纽初步设计报告（枢纽工程）》拟定的三峡水库调度原则为：汛期（6～9月）一般按防洪限制水位（145.00m，吴淞高程）运行；10月初开始蓄水，库水位控制不高于正常蓄水位（175.00m，吴淞高程）；1～4月为供水期，库水位控制不低于枯水期消落低水位；6月上旬末库水位降至防洪限制水位。从“三峡水库调度原则”可以看出，6～9月，三峡水库水位为防洪限制水位145.00m（吴淞高程），对观音堂电站发电完全没有影响，而此段时间为观音堂电站发电高峰期。根据径流调节计算，观音堂电站发电尾水位与三峡水库正常蓄水位175.00m（吴淞）重叠2.0m方案比不重叠方案汛期发电量增加90万kw·h。如果三峡库水位在枯期低于175.00m（吴淞），则观音堂电站枯期发电量还会相应增加。因此，观音堂电站尾水渠出口发电正常尾水位初拟与三峡正常蓄水位175.00m（吴淞高程，即黄海高程173.20m）重叠2.0m,即171.20m（黄海高程）。②尾水渠渠线布置根据前述既确定的尾水渠出口正常尾水位171.20m,尾水渠出口底板高程为169.65m，尾水渠出口下游河道的砂砾石需进行清挖，清挖深度7m108 左右，而河床砂砾石是大坝的主要填筑料，因此，清挖下游河道可谓一举两得。坝址下游左岸有一个大型滑坡体，为保证滑坡体的稳定，滑坡体范围的河床砂砾石不宜清挖，尾水渠出口应布置在滑坡体下游边缘以外。因此，拟建尾水渠从厂房开始，走向东西，穿过滩地，出口位于滑坡体下游端以东。③发电厂房位置、机组中心线方向的确定由于发电引水隧洞后端适当右移，因此，发电厂房位置也向右侧相应移动。厂房机组中心线与尾水渠轴线垂直，走向南北。④方案比选发电厂房初拟两台机组和三台机组两个方案进行比选。5.3挡水建筑物5.3.1坝顶高程确定坝顶高程为水库特征水位加坝顶超高。坝顶超高包含有风浪爬高与安全超高。（1）设计基本依据1）土石坝级别2级2）水位P=0.1%校核洪水位242.51mP=2%设计洪水位240.00m水库正常蓄水位240.00m3）风速、吹程库区多年平均最大风速V=18m/s吹程D=600m4）坝坡混凝土面板堆石坝上游坝坡1∶1.5。5）地震108 库区地震设防烈度6°。（2）计算公式根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）规定，坝顶超高由下面公式计算：Y=R+e+A式中：Y——坝顶超高（m）；R——最大波浪坝坡上的爬高（m），采用官厅公式；e——风壅水面高（m）；A——安全加高（m），根据规范规定取值。安全加高A值表5—3—1运用情况安全加高（m）坝的级别1234、5正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3（3）运用组合防浪墙顶高程等于水库静水位加墙顶超高，按下列三种情况计算，取其最大值。1）设计洪水位+正常运用情况的墙顶超高；2）校核洪水位+非常运用情况的墙顶超高；3）正常蓄水位+正常运用情况的墙顶超高。计算进行了二种运用情况组合，正常运用情况采用多年平均最大风速的1.5倍，非常运用情况采用多年平均最大风速。计算成果见下表。坝顶高程计算成果表108 表5—3—2项目计算组合水位(m)安全加高A(m)R(m)坝顶高程(m)防浪墙顶高(m)说明(Ⅰ)240.001.01.85241.65242.85(Ⅱ)242.500.51.14242.95244.15(Ⅲ)240.001.01.85241.65242.85（4）结论坝顶高程在三种计算组合中，第二种组合最高，考虑取整，并使坝顶防浪墙底高程高于正常蓄水位，因此取其为设计标准。面板坝坝顶高程为243.00m；防浪墙高为1.2m，防浪墙顶高程244.20m。5.3.2大坝抗滑稳定计算（1）计算条件大坝稳定计算采用的防洪标准为50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核，设计洪水位为240.00m，校核洪水位242.51m，死水位为223.00m。取河床段最大断面为计算断面。根据国家地震局1990年颁布的国家地震区划图，工程区的地震基本烈度为6度，本次计算不考虑地震荷载的作用。（2）计算工况根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），结合水库的运用情况，计算工况取：1）正常情况设计洪水位240.00m情况下形成稳定渗流时上、下游坝坡；2）非常情况施工完建期上、下游坡；校核洪水位242.51m情况下形成稳定渗流时上、下游坝坡；108 校核洪水位242.51m骤降至溢洪道堰顶高程226.50m时上游坝坡。（3）计算参数的选取根据《地质勘测报告》，其物理力学指标见表5-3-3。表中所列C，φ为饱和固结不排水剪总应力强度指标，C，，φ，为饱和固结排水剪有效应力强度指标。大坝稳定分析计算参数表表5—3—3土的类别干容重（kN/m3)湿容重（kN/m3)饱和容重（kN/m3)浮容重（kN/m3)C(kPa)φ（0）C＇(kPa)φ＇（0）河床砂砾石22.882424.614.619.6850.6824.653.1堆石21.1221.5423.4413.4425.651.73254.2（4）计算方法按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），对主要建筑物，确定抗剪强度应同时采用总应力法和有效应力法，并以其中较小的安全系数作为依据。采用计及条块间作用力的简化毕肖普法进行抗滑稳定计算。（5）计算结果及分析按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），采用计及条块间作用力的计算方法时，坝坡抗滑稳定的安全系数应不小于表5－3-4中规定的数值。坝坡抗滑稳定最小安全系数表5—3—4运用条件工程等级ⅠⅡⅢⅣ、Ⅴ正常运用条件1.501.351.301.25非常运用条件1.301.251.201.15大坝稳定分析计算成果见表5-3-5108 大坝稳定分析计算成果表表5—3—5坝坡运行情况最小安全系数总应力有效应力下游坝坡非常运用施工完建期/2.509非常运用校核洪水位242.51m/2.506正常运用设计洪水位240.00m/2.056上游坝坡非常运用施工完建期/2.378非常运用校核洪水位242.51m/3.65正常运用设计洪水位240.00m/3.630非常运用校核洪水位242.51m骤降至溢洪道堰顶高程226.50m2.9673.113从上述计算结果可以看出，大坝的上游坝坡及下游坝坡在各种计算工况下的最小安全系数均能满足规范要求；各种计算工况下的最小滑弧位置见图3-3-1~4。5.3.3坝体设计（1）结构布置和材料混凝土面板堆石坝坝轴线A点坐标XA=3427218.13m，YA=37448943.91m；B点坐标XB=3427050.27km，YB=37449008.89m。坝轴线以上坝体通过趾板与岸坡连接，河床及两岸趾板均可座落在微风化或弱风化岩基上，坝轴线以下坝体与两岸的连接按规范要求削坡。根据调洪演算成果，1000年一遇校核洪水位242.51m为坝顶高程控制组合，经计算选定坝顶高程243.00m，防浪墙顶高程244.20m，设高3.7m的U型钢筋混凝土防浪墙，墙底高程240.50m，高于正常蓄水位240.00m。坝顶宽8m，坝顶长度180m。河床趾板建基面高程163.40m，最大坝高79.60m，最大坝底宽108 222m。上游坝坡1∶1.5；下游设有3级马道，第一道马道高程222.50m，马道宽2.0m，坝坡为1∶1.3；第二道马道宽2.0m，马道高程205.00m，坝坡1∶1.3。下游坝脚设有堆石棱体回填，平台高程188.00m，高于下游校核尾水位，平台宽度10.0m，边坡为1∶1.5。大坝上游设有粉质粘土铺盖和石碴盖重，粉质粘土铺盖顶高程为185.00m，顶宽5m，边坡为1∶2.0；石碴盖重顶高程186.00m，顶宽8m，边坡为1∶2.5。坝体总填筑量约70万m3，筑坝材料主要为河床砂砾石和白云质灰岩，天然砂砾石从大坝上游2km及下游4km河床采挖后直接上坝，施工铺层厚80cm。大坝下游堆石，主要利用溢洪道引水渠道和闸室段开挖的新鲜白云质灰岩。（2）坝体填料分区根据坝体标准剖面，从上游至下游依次分为：上游粉质粘土铺盖、混凝土面板、垫层区、上游堆石区、排水体区、下游堆石区、下游护坡及超径石回填等八个区。1）上游粉质粘土铺盖：粉质粘土铺盖顶高程为185.00m,顶宽5m，控制边坡为1∶2.0。2）混凝土面板：顶部厚30cm，底部厚55cm，其间按t=0.3+0.00314H（H以m计）变截面。3）垫层料区：面板下为半透水性垫层，控制边坡1∶1.5，水平宽度3m，采用加工后合乎级配要求的碎石和人工砂，适当掺配满足级配要求的河床砂卵石。4）上游堆石区：采用满足级配要求并有连续级配的上、下游河床砂砾石作为大坝上游主堆石区料，上游堆石区与下游堆石区从坝顶下游侧以1∶0.5倾向下游的坡线为分界线。5）水平、垂直排水区：在上游堆石区与坝轴线之间，设置粒径d=5—150mm的垂直排水区，在坝体基础河床与坝体回填料间设置水平排水区，上游与垂直排水区相接，下游与坝脚堆石棱体相接，将坝内渗水排至坝外，保证下游区坝体的干燥。水平、垂直排水料上、下游设0.8m厚的反滤过渡料。6）下游堆石区：主要为溢洪道开挖的部分满足级配和强度要求的石碴料，允许部分弱风化岩石分散填筑。7）坝脚为堆石棱体区，顶部高程188.00m，顶宽10m，边坡为1：1.5，超径石回填，与大坝河床砂卵石层间设有0.8m厚的反滤过渡料。8）下游坝面设0.5m厚干砌块石护坡。108 考虑到混凝土面板浇筑前利用坝体临时断面挡水渡汛，原面板堆石坝上游坡面的垫层料施工，一般在上游面超填50cm左右，先进行水平分层碾压，待垫层料铺填至一定高度后，再用机械和人工进行削坡、整理并进行斜坡碾压，削坡、整理需反复多次才能满足设计要求，然后，根据面板分期情况，分次对坡面采用碾压砂浆或喷混凝土防护。这样的施工方法难以保证垫层区坡面的密实度和平整度，坡面作业工序复杂，坡面长期无防护，面板混凝土施工期的选择受制约，对工程进度、工程质量和经济性都有负面影响。因此，本工程设计中拟采用挤压式混凝土边墙，即在每填筑一层垫层料之前，用边墙机挤压制作出一个近似于三角形的半透水混凝土小墙，然后在其内侧按设计要求铺设垫层料，用振动碾平面碾压，合格后重复以上工序，一个循环可以在很短时间内完成。此方法可减少作业人员，保证施工安全，垫层区不需要超填，节省工程量；也给导流、渡汛提供了一个可抵御冲刷的上游坡面，使导流、渡汛安全性提高；由于边墙的防护，面板混凝土施工可安排在合适的时间进行，从而延长面板浇筑前的堆石沉降期，使面板坝建成后的沉降变形减小。渡汛时趾板顶部是产生集中渗流的薄弱环节，故在趾板下游坝体内设有特殊垫层料回填区。坝体回填质量控制指标见下表。坝体回填质量控制表表5—3—6项目压实干容重(kN/m3)孔隙率（%）堆石厚度（cm）最大粒径(mm)加水量(kg)渗透系数（cm/s）小于5mm含量（%）碾压遍数备注垫层区22.5154080适当1×10-330~40820t振动碾水平排水区22.0206060025~501×10-15~10820t振动碾垂直排水区22.0206015025-509×10-10820t振动碾上游堆石区（河床砂砾石）22.020.08060025~5010~15820t振动碾下游堆石区21.523.08060025~5010~15820t振动碾特殊垫层区22.52040适当6每m3掺水泥50kg超径石回填21.025--281208001×10-15--1517t振动碾5.3.4混凝土趾板108 坝轴线布置在观音堂中坝址，整个坝体范围内，左岸河岸陡立，河势顺畅，右岸为斜坡状岸坡。河床基岩面高程为165.0m，河床砂砾石厚15～18m左右；左岸高程227m以上有些坡积物，深度约1～2m，高程227m以下岩石裸露，为弱风化岩石；右岸坡状岸坡上有些坡积物，深度约1～3m。基于上述地形地貌、工程地质和水文地质条件，坝轴线选定以后，趾板“X”线的布置基本平顺，趾板基础均能座落在弱风化岩基上，右岸趾板在227～182m高程处遇陡岩地形，挖方工程量稍有增加。趾板分为河床段、左岸段和右岸段共3段。河床段趾板“X”线长60m，共分为1块，趾板宽6m；左岸“X”线长156.1m，共分为3块；右岸“X”线长161m，共分为3块；左、右岸趾板宽为5～6m。趾板砼靠缝浇筑，缝面刷涂沥青，缝顶沿趾板方向，在后浇块上设一上底宽5cm，下底宽2cm，高6cm的梯形槽，回填止水嵌缝材料GB。由于坝体堆石存在沉降变形，面板不能与河床及两岸基岩直接连接，只能通过混凝土趾板与河床及两岸基岩相连接，面板与趾板之间设周边缝。趾板结构型式，根据地形地质条件，便于设计和施工，采用贴坡板式混凝土结构。趾板几何尺寸的拟定，从防渗、灌浆、温度变化，止水片的埋设和消除周边缝处面板的应力等各方面考虑，选取趾板宽度为5～6m。利用坝体挡水渡汛期间，趾板之间的周边缝，在未浇面板前，是容易产生集中渗流的薄弱环节，故在趾板下游坝体内设有特殊垫层料。为了基岩灌浆时趾板能起盖板作用，趾板厚度拟为0.6m。为了防止灌浆时趾板下部抬动，设有纵横间距均为1.2m的锚筋与基岩锚固，锚筋直径φ25长4m。趾板运用期所受荷载有上游水压力、水重、自重、堆石体侧压力、下游水压力、浮托力及渗透压力等。虽然趾板较薄，但有钢筋将其与岩石连为整体受力，并有灌浆措施，故不需进行稳定和应力计算。主要从防渗、灌浆要求、与周边缝的连接等方面来考虑。趾板采用C25混凝土，抗渗标号为W10，抗冻F100108 ，为了适应温度变化，减少混凝土收缩产生的裂缝，在趾板顶部配双向单层钢筋，配筋率取0.4%，保护层厚度为10cm。在趾板下游端面，为避免混凝土挤压破坏和便于钢筋架立，设有加强钢筋和附加钢筋。5.3.5混凝土面板（1）面板分缝布置大坝坝顶长180m，大坝面板总面积16305m2，最大板块长139m。根据“X”线的布置，面板布置分为河床受压区及左、右岸受拉区，共分15块。左、右岸按1/8坝顶长布置为拉应力区，块宽8m，共9块；河床受压区，每块宽16m，计6块；左右岸各有一块异型板块。随着滑模机具的改进，沿周边缝未设三角形填补板。除周边缝外，根据受力情况，受压区设有5条B缝（挤压缝），受拉区设有9条A缝（张拉缝）。为防止因水平拉应变产生裂缝和便于止水设备的安装埋设，A、B缝与周边缝垂直连接。垂直连接段长度为80cm。（2）面板设计由于面板紧贴在挤压式边墙上，在水荷载作用下面板将其承受的水压力均匀地传至垫层及堆石体上，并起防渗和护坡作用，板厚主要是由防渗性和耐久性、柔性确定的，板厚随高程变化，计算公式为t=0.3+0.00314H（H是坝顶防浪墙前趾控制点至计算点的高差），底部最大厚度55cm，顶部最小厚度30cm。面板采用C25混凝土，抗渗标号W10、抗冻F100。骨料由白云质灰岩组成，采用42.5#普通硅酸盐水泥，选用二级配混凝土，塌落度6～8cm，小石粒径5～20mm，砂为人工砂，细度模数2.8～3.0，混凝土掺加WHDF高密度减水剂及混凝土引气剂。面板配筋，主要是承受蓄水前温度变化和干缩产生的应力，防止裂缝展开或发状裂缝的作用，增加面板混凝土的整体性和耐久性。在面板中部设一层双向钢筋，每向含钢率为0.3～0.4%。在周边缝和A、B缝处，由于要承受局部拉应力和防止受挤压剪切，避免边角混凝土剥落，在面板的边、角处设置抗挤压钢筋。5.3.6止水布置及设计108 （1）周边缝周边缝为沿周边设置的趾板与面板连接的永久缝。周边缝的构造要具有适应水平、垂直位移及转动的特点，避免产生张拉、渗透和剪切破坏。周边缝设置三道止水设备：第一道止水为底部“F”型紫铜片，一端埋入趾板，另一端粘贴在沥青砂垫层梯形槽表面的GB止水片上，铜止水片头80mm折成90°埋入面板混凝土内。为防止外水压力破坏铜片的凸肋，在肋内缘粘贴φ25mmPVC棒和聚氯乙稀泡沫塑料。第二道止水为橡胶止水带，将原来设置在中部的橡胶止水带提到表面，并做成波浪形橡胶止水带，使其单独承受并适应高水头、大变位的工作状态。波浪形橡胶止水带可作为一道独立的止水，弥补由于取消中部橡胶止水带对整体止水结构的削弱，并可以对表层GB柔性填料进行封闭，使其在设计接缝位移范围内，滞留在表层发挥止水作用。为防止施工期面板对趾板的挤压，沿缝（趾板混凝土面）粘贴12mm厚沥青杉板，也可保护止水片在运用期的安全。第三道止水，为保证周边缝的止水能在坝体沉降、缝张拉变形后安全运行，在缝口处增设φ80mmPVC棒和铺设弧状GB嵌缝材料。当缝被拉开后，在水压力作用下，PVC棒和GB材料被压入缝内，起填充止水的作用。为保护和防止止水填料老化，在GB材料表面铺GB三复合橡胶板和电镀钢片，用膨胀螺栓固定。（2）“A”缝——张拉缝“A”缝从坝顶与坝轴垂直沿坝坡面延伸，在接近周边缝0.6m处折转，垂直于周边缝。为尽量减少面板因坝体沉降产生相对位移，不设缝宽，只在缝面涂刷沥青乳胶。A缝在面板底面设一道“W”型铜止水片，底面粘贴在垫层表面用水泥砂浆构成附有GB止水片的基底面上。为保护“W”型铜止水片的凸肋，在肋内缘粘贴φ25mmPVC棒和聚氯乙稀泡沫塑料。基于变形和保护需要，在缝口也增设了φ50mmPVC棒和GB嵌缝材料以及GB三复合橡胶板遮盖保护。（3）B缝——挤压缝108 B缝沿坝坡面下延在接近周边缝0.6m处折转，垂直于周边缝。坝体沉降后，B缝呈挤压状态，相对位移较小，在底部设一道“W”型止水铜片，基于变形和保护需要，在缝口也增设了φ30mmPVC棒和GB嵌缝材料以及GB三复合橡胶板遮盖保护。（4）止水加强部分由于水头较高，水压力较大，在A、B缝靠近趾板周边缝10m范围内，以波浪形橡胶止水带加强，与周边缝止水带“T”接。为了形成封闭系统，上端折转90°与“F”止水铜片边连接，因材质不同，接头细部结构处理采用塑铜连接，以达到牢固不漏水的目的。（5）趾板分块缝止水趾板每16m设一缝，与面板缝呈错缝布置，设“D”型止水铜片和橡胶止水带分别与“F”止水铜片和橡胶止水带“T”接，止水铜片和橡胶止水带与基础的连接按要求埋设。缝上设梯形槽用GB材料堵塞，适应变形起充填止水作用。其它如防浪墙底缝和防浪墙体缝的止水详见止水设计图。5.3.7基础处理为了使面板堆石坝工作安全可靠，不仅需做好沿坝上游周边的面板、趾板以及缝间的止水设计，而且需做好固结灌浆和帷幕灌浆等防渗处理工作。（1）基础开挖根据趾板布置，结合地形地质条件，为满足趾板座落在弱风化岩基上的要求，河床段趾板座落在基岩高程163.40m，左岸挖深5~10m，右岸挖深5～15m。地质勘探成果表明，坝址基岩大部分为嘉陵组上段第五层泥质钙质胶结白云质灰岩、角砾岩或溶崩角砾岩,岩芯均呈柱状，层厚稳定，岩石较完整，河床无强风化层分布，左、右岸强风化下限深度为5～10m。经河床开挖和两岸削坡后，基岩的稳定、变形、渗透、强度等不存在问题，可作为趾板和坝体的基础。河床段趾板下游20m范围内基础开挖挖至弱风化基岩，20m以后以1：3的边坡开挖至河床砂卵石178.00m108 高程。河床砂卵石较为密实，强度较高，变形较小，对趾板下游20m以后的砂卵石可不予清除（坝体回填前应对砂卵石进行碾压）。由于坝基为河床砂卵石层，与坝体材料的层间关系不满足反滤要求，故在坝基表面与大坝水平排水区之间设置0.8m厚的水平反滤过渡料。（2）固结灌浆和趾板防渗帷幕灌浆趾板基础处理是大坝防渗的关键，固结灌浆和帷幕灌浆在趾板上进行，灌浆技术要求与一般土石坝相同，由于趾板较薄、较窄，在进行帷幕灌浆前应先进行固结灌浆，以保证帷幕灌浆的质量并避免趾板上抬。坝址区岩石为白云质灰岩、灰岩、含白云质灰岩溶崩角砾岩等岩性所组成，岩体完整性较好，局部溶崩角砾岩泥质成份较高，在构造及风化作用下，已呈硬塑状土状。1）左岸左岸趾板经过地层岩体较完整，岸坡稳定，岩体透水性较小，大部分属于微透水性等级，仅局部为中等透水性，能满足中等高度坝体对岩体透水性的要求。但左岸岸坡陡立，趾板离河岸较近，河岸处岩体有一定卸荷效应，局部岩溶裂隙发育，如ZK17号孔上部地下水位较高，接近河岸时，在孔深32.5～38.0m之间发育两层微岩溶裂隙带或小溶洞，造成岩体透水性增大，地下水位骤降，地下水位仅高出河水位3m左右。左岸由于f2断层切割，造成断层带及其影响带岩体地下水位骤降、透水性也成倍增加。因此，左岸防渗帷幕的重点是对近河岸局部不均匀岩溶裂隙及f2断层带进行处理。趾板防渗帷幕深度，左岸自河边至溢洪道右边墙帷幕深度以接河床及河岸表层嘉陵江组上段第七层溶崩角砾岩为准，深度以进入该岩层内5m为宜；ZK17号孔至左岸河边线范围，帷幕深度最好以接河床表层嘉陵江组上段第五层溶崩角砾岩为准，深度以进如该岩层5m为准，以封闭嘉陵江组上段第六层白云质灰岩浅层、可能性顺层顺河向岩溶槽带或裂隙；f2断层附近帷幕深度应以深入断层下盘5～10m为准。2）右岸108 右岸地下水位稳定，上部弱风化岩体具有中等透水性，下部弱风化岩体及微风化岩体透水性微弱，基本上属于微透水性等级，帷幕深度要进入地下水位以下微透水性岩体一定深度，以满足大坝基础防渗要求。防渗帷幕以接下部嘉陵江组上段第五、四、二层溶崩角砾岩、并进入5～10m为准。具体帷幕深度详述如下：①f2断层与ZK03钻孔之间，建议帷幕深度以进入嘉陵江组上段第二层溶崩角砾岩3～5m为准。②f2、f3断层带及中间岩体，帷幕深度以进入断层下盘5～10m为准，帷幕孔间距应适当加密，或考虑双排帷幕。③f3断层与ZK06钻孔之间，建议帷幕深度以进入f3断层下盘及地下水位15～20m以下为准。④右岸帷幕线暂考虑经过ZK06钻孔向南延伸100m，以接右岸地下水位（240m以上）。3）河床段河床坝基岩石嘉陵江组上段第五、四层溶崩角砾岩厚度仅15m，下部为第三层白云质灰岩，为防不均匀岩溶裂隙发育，建议河床段帷幕深度以深入下部第二层溶崩角砾岩内3～5m为宜。因此，大坝240.00m高程以下采用双排固结灌浆，灌浆孔距3m,排距1.6m，孔深8m。大坝240.00m高程以下帷幕灌浆采用两排，位于上游侧的为主帷幕，下游侧的为副帷幕，主帷幕孔深深入q〈5～10lu相对不透水层以下5m。大坝左、右岸240.00m高程以上为单排帷幕灌浆，左岸向山体延伸180m(含溢洪道闸室段)，右岸向山体延伸180m，孔深均为15m。5.4泄水建筑物5.4.1方案比较108 根据本工程地形地貌特征和工程地质、水文地质条件所确定的工程总体布置方案，泄洪建筑物只能布置在左岸。水电枢纽工程布置的特点，坝轴线一经确定，泄洪建筑物的布置型式与规模将关系到枢纽的工程投资及工程效益，土石坝坝型枢纽布置尤为明显。本枢纽工程泄洪建筑物布置作了两个方案，从两个主要方面进行比较，现简述如下。（1）泄流能力1）溢洪道两孔11×13.5m，堰顶高程226.50m。2）溢洪道3孔10×11m，堰顶高程229.0m。由于工程地形条件限制，两个方案轴线主体方位一致，均布置于左岸岸边，仅规模形式上进行比较。根据地形地质、水流条件、施工难易及对周边环境影响等要求和造价高低及泄洪能力，方案一作为推荐方案。两方案在各级洪水频率情况下泄量见表5—4—1。各调洪方案成果表表5—4—1频率方案最大洪峰流量（m3/s）最高库水位（m）最大泄量（m3/s）相应库容（万m3）相应下游水位（m）备注0.1%一3011242.512970.504237.20187.05方案一2-11*13.5堰顶高程：226.50m二3011242.242998.004641.44187.052%一1703240.001703.004237.00184.89二1703240.001703.004237.00184.89方案二3-10×11堰顶高程：229.00m3%一1471240.001471.004237.00184.46二1471240.001471.004237.00184.46从上表可以看出，两个溢洪道方案的泄洪能力均能满足设计值，且洪水位差别不大。（2）轴线布置及工程量108 泄水建筑物的布置，在可研性报告成果的基础上，建筑物规模及轴线进行了调整，选定的轴线，其进口轴线尽量靠近河床，以不影响或少影响左岸民居，并必须满足坝体防渗趾板结构稳定布置。要求水力学条件较好，同时可避免施工干扰。建筑物在岩基和围岩条件较好的地层，提高了运用的可靠性。水库泄洪时，溢洪道出口水流尽量能顺河向，降低消能防冲所产生的相应影响。并能满足消能后的水流距厂房有一定距离。1）方案一溢洪道轴线方向北偏东85°，溢洪道主体建筑物轴线长190.329m。平面弯曲引水渠中轴线长160.00m。溢洪道轴线控制座标0+000.000桩号点距左坝轴线控制点平面距离24.07m。根据溢洪道地质剖面揭露溢洪道整个建筑物岩石裸露，少有覆盖层。引渠及闸室段基岩裸露，岩性主要为白云质灰岩及新鲜溶崩角砾岩，岩层产状北东45°～90°，无大的断裂破碎带影响，岩层稳定性一般较好。泄槽段基岩主要为白云质灰岩、粉砂质泥岩、及少量溶崩角砾岩。采用薄层混凝土加锚筋衬砌形式。陡槽以上永久边坡采用1：0.5。挑流鼻坎段座落在白云质灰岩基础上，地表分布有残坡积风化覆盖层，厚1～3.0m，建筑物建基面远低于地面，因此，此段基础岩体稳定性良好。2）方案二溢洪道轴线方向北偏东85°，溢洪道主体建筑物轴线长184.284m。平面弯曲引水渠中轴线长164.00m。溢洪道轴线控制座标0+000.000桩号点距左坝轴线控制点距离29.02m。其建筑物相应分段基础岩石特征同方案一。两个方案的差别是其平面宽度不同，同一条右边线，方案二左边线向左岸平移10m，由此将影响左岸民居拆迁增加和开挖工程量增加。两方案工程量比较见表5—4—2。泄洪建筑物工程量比较表表5—4—2方案项目方案一方案二差值挖土石方（m3）325608.87351471.32-25862.45回填方（m3）1428.571428.570混凝土（m3）18638.9923671.28-5032.29钢筋（t）908.771151.97-243.2帷幕（m）553.65553.650固结（m）3198.573846.19-647.62移民（m）08-8从表5—4—2108 工程量比较结果看，方案一略有优势，因此，本阶段泄洪建筑物布置采用推荐方案一。5.4.2工程布置溢洪道最大泄量2970.50m3/s，为岸边开敞式，轴线闸首处桩号0+000.000点的座标X=3427243.35m，Y=37448941.70m；出口鼻坎桩号0+190.329点的座标X=3427259.94m，Y=37449131.30m。溢洪道由进口段、闸室段、泄槽段、鼻坎段组成，主体建筑物轴线长190.329m，引渠段轴线长160m。（1）引渠根据地形特征，进口引渠段为弯曲平面布置，轴线转弯半径200m，进口引渠段总长160.00m。由于引渠段较长，根据规范要求，引渠设计断面为渐变断面，引渠进口断面与闸室控制段前断面面积之比约两倍，引渠底板高程221.5Om矩形断面。闸室前采用钢筋混凝土导墙长30m，墙顶高程244.20m，最大墙高22.70m。引渠其余部分边墙采取C15混凝土喷锚支护。（2）闸室闸室段长32m，堰顶高程226.50m，WES曲面堰型，堰高5.Om。闸室共2孔，孔口尺寸b×h=11×13.5m。闸室段由堰体、闸墩、启闭台、交通桥等部分组成。WES曲面堰后接1：1.5斜坡段，再接R＝25.2748m反弧段，最后为1：4.5陡槽。中墩首、尾部采用半圆墩头形式，中墩厚考虑结构需要并参考其他工程定为3.0m；边墩为直墙形式，厚2.5m。启闭台高程244.20m，采用液压启闭机，单孔单机。交通桥设于闸室上游，宽8.0m，桥面高程244.20m。（3）泄槽泄槽段长139.143m，以1：4.5纵坡和鼻坎反弧相切连接。岸墙根据地质条件初拟为厚50cmC25混凝土薄壁加锚杆砌护，泄槽底板衬砌厚50cm，混凝土强度等级为C25，采用锚筋与基岩联接，锚筋间距1.5m，深3.0m。（4）挑流鼻坎鼻坎段长19.186m，反弧半径30m，鼻坎高程188.00m，挑射角25°，鼻坎齿墙底部高程174.00m。鼻坎段混凝土强度等级C25，底板厚2.5m108 ，边墙采取衡重式断面。（5）防渗、排水系统及灌浆设置防渗、排水系统是控制渗透水流，以确保溢洪道安全运行。根据地质提供溢洪道地质渗透剖面看，溢洪道闸室地基渗透性较小，其透水率约10Lu以下。本次设计对闸室段采取了上堵、下排及加固地基的综合措施。1）上堵上游引渠、导墙设置止水。闸室地基进行固结灌浆，平均深8m，间排距1.5m。以增加渗径，减少绕渗途径。结合大坝帷幕灌浆，溢洪道基础和左右侧均进行帷幕灌浆。根据地质渗透剖面确定在闸室段堰前设置帷幕一排，并沿公路向岸边延伸了140m。2）下排在堰体后基岩面设3条主纵向排水沟和多条横向排水沟，包括边墙2/3高度范围内的横向排水沟，形成较完整的排水网系，将渗透水和地表渗透水顺利引入下游河道。3）加固地基对闸室地基进行固结灌浆处理，以加强地基的完整性，提高基岩强度，还可降低其透水性，减少渗透途径。（6）高速水流防蚀措施关于高速水流防蚀、减蚀措施，我国已积累了一些可贵的资料与经验，途径一般为两大类，一是改进材质，二是采取结构措施。本溢洪道根据我们已有的建成运行经验，采取结构措施—掺气减蚀方法。溢洪道纵剖面按常规设计，最大流速和产生气蚀部位位于挑流鼻坎反弧段，最大流速达29.668m/s。因此，本次设计在反弧切点上游设置减蚀设施，采用挑坎与通气槽组合的掺气减蚀结构。这种型式减蚀效果较好，原理明确，也不易堵塞、破坏，通气槽通至边墙外与大气相通，较安全可靠。5.4.3设计计算108 （1）水力计算依据《溢洪道设计规范》（SL253—2000）推荐的公式进行计算。1）泄流能力计算闸室为2孔，每孔宽11m，采用WES曲面堰型，堰高5.0m（属低堰范畴），堰顶高程226.50m，堰前引渠底板高程221.50m。计算公式：式中：——淹没系数；m——自由堰流的流量系数；B——溢流堰总净宽，m；G——重力加速度，m/s；Ho——总水头；——侧收缩系数，取=0.94m；C——上游堰坡影响系数，（上游面为铅直时c=1.0）；计算成果见表5—4—3。溢洪道水位流量关系曲线数值表表5—4—3库水位（m）水头H0（m）综合流量系数系数流量（m2/s）备注226.5000.3840227.510.38437.466228.520.393108.268229.530.404204.583230.540.417325.173231.5050.421458.960232.5060.431617.565233.5070.442797.750234.5080.448987.623235.5090.4511187.430236.50100.4551401.085237.50110.4581629.897108 溢洪道水位流量关系曲线数值表续表5—4—3库水位（m）水头H0（m）综合流量系数系数流量（m2/s）备注238.50120.4641880.347239.50130.4642120.221240.50140.4732413.387241.50150.4742684.639242.50160.4762966.464243.50170.4763248.871244.50180.4763539.7122）水面线计算为确定陡槽边墙高度及各断面流速，以水库校核洪水位242.51m情况下泄流量Q=2966.46m3/s按明渠恒定非均匀渐变流进行水面线计算，根据规范推荐公式进行掺气水深计算（hb=h（1+）），成果见表5—4—4。溢洪道水面线数值表表5—4—4桩号净水深（m）流速（m/s）掺气水深（m）备注0+000.0014.359.39615.71b=25m0+006.38413.3010.1414.78Q=2966.40m3/s0+025.497.8517.3719.4860+045.496.88419.8088.5210+065.496.25821.797.8940+085.495.80423.4977.4410+0105.495.45425.0017.0900+125.495.17226.3686.8090+140.494.99427.3046.6300+155.494.83928.1806.4750+170.494.70029.0116.3360+176.9974.68429.6686.3520+190.3294.87627.9696.513108 3）挑流消能溢洪道为3级建筑物，根据《溢洪道设计规范》（SL253—2000）第2.5.2条规定，其消能防冲建筑物采用P=3%洪水设计。P=3%时水库最高水位为240.00m，溢洪道泄流量为1471.00m3/s，相应下游水位为182.70m。①挑距计算公式溢洪道水舌总挑距L1=Xp+Lc，鼻坎至下游水面的挑距Xp式中：L——分别为鼻坎出口断面的水深和流速；h1——为鼻坎末端法向水深，m；θ——水舌射出角，θs=25°；h1——鼻坎顶点与下游河床高差，m；V1——为鼻坎坎顶流速，m/s。②冲坑深度计算公式式中：T——自下游水面至坑底最大水垫深度，m；q——鼻坎断面单宽流量，m/s；Z——上下游水位差，m；K——综合冲刷系数。③挑距及冲坑深度计算成果见表5—4—5。（2）闸室稳定、应力计算1）基本数据建筑物等级为3级正常蓄水位240.00m堰顶高程226.50m堰前引渠高程221.50m108 挑距及冲坑深度成果表表5—4—5洪水频率P（%）项目0.123挑距L1（m）186.851159.657153.769冲坑深度t（m）34.50025.23623.846水垫总水深T（m）42.07531.68629.546闸墩顶高程244.10m闸室底板总宽30m，闸室段长32m。混凝土容重24kN/m3岩石力学参数见表5—4—6。岩石力学参数表表5—4—6项目材料fC（MPa）f′C′（MPa）岩石/岩石0.680.31.21.0岩石/混凝土0.520.00.650.3安全系数：基本组合K=3特殊组合K=2.3地震烈度6°库区多年平均最大风速V=18m/s库区多年平均最大吹程D=600m2）计算荷载及组合①荷载108 根据《溢洪道设计规范》（SL253—2000）进行计算。其中静水压力按滑动面以上全水头计算，闸室段扬压力在帷幕中心线处为α1H，H为全水头，α1为渗透压力系数，根据规范推荐α2可在0.50以下，因此在基本组合中α1=0.5，α2=0.3，主要荷载如下。A：建筑物自重；B：水压力；C：渗透压力；D：风浪压力；②荷载组合根据实际运行情况分析，在设计洪水、校核洪水且闸门全开时，水平推力很小，而堰体水重增加，稳定可满足要求。其控制性工况有以下二组。工况Ⅰ（正常挡水，基本组合情况）：（A）+（B）+（C）+（D）；工况Ⅱ（正常挡水+排水部分失效，特殊组合情况）：（A）+（B）+（C）+（D）。3）计算方法与结果根据《溢洪道设计规范》（SL253—2000）的规定，堰（闸）底面的抗滑稳定安全系数按抗剪断强度公式计算，应力则可采用材料力学方法计算，公式如下：式中：K——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f′——闸体混凝土与基岩按触面的抗剪断摩擦系数；c′——闸体混凝土与基岩接触面的抗剪断凝聚力；∑W——作用于堰（闸）体以上的全部垂直力；∑P——作用于堰（闸）体以上的全部水平力；A——堰（闸）体与基岩接触面的截面积；σ——闸室基底应力；B——闸室底平面宽度。∑M——所有荷载对底板面中心的力矩之和。108 计算成果见表5—4—7。闸室应力及安全系数表表5—4—7荷载组合抗滑安全系数Kc基底应力σ（kN/m2）最大值最小值基本组合（工况Ⅰ）4.032.82.12特殊组合（工况Ⅱ）3.562.651.74（3）溢洪道鼻坎稳定计算溢洪道挑流鼻坎设计标准同溢洪道闸主段，抗滑稳定安全系数及稳定计算均同闸室段。其主要作用荷载包括：1）自重；2）水重；3）水流脉动压力；4）反弧段水流离心力；5）水流拖拽力；6）水压力；7）扬压力。校核洪水情况泄洪时下游水位454.09m，低于坎基，扬压力、浮托力对鼻坎稳定影响甚微。经计算分析鼻坎稳定满足规范安全标准。为安全计，本次设计对鼻坎基础进行了锚杆及固结灌浆处理。5.4.4放空底孔（1）放空方案由于某种原因，需要泄空水库，首先通过溢洪道将库水很快泄至226.50m，再利用发电引水隧洞将库水泄至发电引水隧洞进口底板205.00m，然后利用控爆螺栓炸开放空管（孔径2.0m）进行放空。（2）工程布置1）导流洞封堵结合地质条件，选择在导流洞的中部封堵，堵头长20m，采用加镁混凝土浇筑。2）放空底孔进口108 在导流洞进口顶部设放空底孔进口，将库水引至导流洞内。放空底孔进口底坎高程为198.00m，洞径为2.0m。3）放空底孔出口导流完毕后，浇筑堵头，埋设直径2m放空管，管口设控爆螺栓。控爆应急螺栓是我国近几年为解决昂贵的泄控问题而引进的新技术，结构型式安全可靠，既加快了封堵时间，也节省了投资。出口设消力池。（3）放空计算放空底孔按孔口出流公式计算：μ——综合流量系数（μ=0.816）；D——孔口尺寸（D=2）；Ho——孔口中心线的水头。5.5引水建筑物5.5.1引水建筑物的方案比选引水建筑物为压力隧洞引水式，根据地形、地质、工程布置、施工及运行条件、工程量、经济效益等有关因素确定的枢纽布置格局，选定发电引水系统格局及轴线位置，在可研阶段推荐的洞线和厂址的基础上，对洞轴线作了局部调整。由于洞轴线长达615m，因此，本次设计对压力隧洞作了设调压室和不设调压室两个方案进行比较。根据《水电站调压室设计规范》（DL/T-1996），设置上游调压室的条件：Tw＞［Tw］Tw=∑Livi/(gHp)式中：Tw——压力水道中水流惯性时间常数，s；Li——压力水道及蜗壳和尾水管各分段的长度，m；vi——各分段内相应的流速，m/s；108 g——重力加速度，m/s2，取9.81；Hp——设计水头，m；［Tw］——Tw的允许值，一般取2～4s。［Tw］的取值随电站在电力系统中的作用而异，观音堂水电站机组容量在秭归县电力系统中的比重为21％，因此对应的［Tw］约为3～3.5s，在计算中取［Tw］为3s，则计算偏安全。不设置调压室方案，主洞洞径为D=4.6m,流速v=2.32m/s，进口底部高程208.00m，隧洞衬砌厚度0.4～0.8m，投资为1160.9617万元。设置调压室方案，主洞洞径为D=3.8m,相应流速v=3.4m/s，进口底部高程205.00m，隧洞衬砌0.4～0.8m，投资为1129.7135万元。设置调压室方案的投资比不设调压室方案省31.2482万元，且设调压室可以提高机组运行的稳定性，因此，推荐设置调压室方案。5.5.2工程布置推荐方案的引水建筑物，主要由进水口、压力隧洞、调压井及岔洞四大部分组成。进水口桩号0+000，坐标X=3427028.97m，Y=37448893.51m；调压井桩号0+343.00，坐标X=3427128.42m，Y=37449200.62m;岔洞桩号0+563.34，坐标X=3427247.83m,Y=37449384.32m；支管末端桩号0+603.35。进水口为深式进水口，长52.0m，闸室后通过10m长的渐变段与隧洞连接。引水隧洞（上平洞）直径3.8m，从桩号0+062.00至0+335.00，总长273m，轴线高程206.90～205.08。压力隧洞（斜洞和下平洞）直径3.8m，从桩号0+351.00至0+557.09，总长218m，轴线高程205.08m，通过上下圆弧段及斜洞段降至171.50m。引水隧洞与压力隧洞之间为长16m的调压室段，轴线高程205.08m。岔洞，根据地形结合厂房布置，采用卜型岔，分岔桩号0+563.34。支管直径2.25m，至桩号0+601.34厂房上游边缘处与机组钢管相接。108 5.5.3进水口进水口布置在大坝右侧，距右坝肩约150m，为深式进水口，由引水渠、进水口、拦污栅、闸室段组成。引水渠长约50m，底宽9m，边坡1∶0.3。进水口为喇叭口形，顶口高程为213.63m，上唇为半径5m的圆弧，在死水位223.00m情况下满足淹没深度要求。拦污栅倾角78°，平面尺寸7×8.63m，过栅流速控制在1m/s以下，结合地形，拦污栅的检修平台高程为228.00m。进口底板高程205.00m，建基面高程203.50m，孔口尺寸3.8×3.8m，进口段长52m。闸室为竖井式结构，由检修闸门、检修平台及启闭平台组成。闸室段长7m，底板厚1.5m，两侧墙厚1.5m，前后隔墙厚0.7m，内设检修闸门一道，闸门尺寸3.8*3.8m，闸门后设有通气孔（兼爬梯间），检修平台高程为244.20m，与上坝公路相接，启闭平台高程为252.20m。闸室段后接10m长的渐变段与压力隧洞相连。5.5.4压力隧洞压力隧洞从上至下穿过岩层为嘉陵江组上段第十二、十一、十、八层灰岩、白云质灰岩、溶崩角砾岩，岩石胶结较紧密，岩石饱和单轴抗压强度在35.1～19.9MPa之间，属中硬～较软岩。岩层倾向北东，倾角20～30度之间，岩体节理裂隙发育中等，局部有北东向节理密集带通过。岩体均位于弱风化岩体中，岩石较新鲜。岩层走向与洞轴走向夹角60度左右，岩层产状较有利于洞室稳定，岩体成洞条件较好，地下水位高于隧洞轴线，岩体透水性较弱，折减系数β=0.2～0.8，岩石单位弹性抗力系数3.5～4.5GPa/m。压力隧洞埋深较大，最大的埋深约75m，一般埋深为40m左右。发电引水隧洞呈龙抬头型布置，隧洞轴线长615m，洞内径3.8m。以调压室为界，隧洞前后分为上、下两段平洞，中间以倾角45°的斜洞相连接，斜洞与上、下平洞之间立面转弯为两段半径20.0m、转角45°的圆弧段。上平洞桩号0+076.46至0+153.00为隧洞的平面转弯段，转弯半径100m，转角45°。桩号0+153.00起至桩号0+335.00，长281m，纵坡1/100，轴线高程206.90～205.08108 。下平洞在桩号0+563.34m处接岔洞段，下平洞轴线高程171.50m，隧洞的衬砌厚0.4m～0.8m。压力隧洞沿程均进行回填灌浆和固结灌浆。回填灌浆孔范围为顶拱120度，灌浆孔孔轴夹角40°，排距3m。固结灌浆孔每断面均布6个，孔轴夹角60°，排距3m，孔深3m。回填灌浆孔和固结灌浆孔均为梅花型布置。5.5.5调压室本次设计初拟调压室型式为阻抗式调压室。阻抗式调压室与简单圆筒式调压室相比，波动时振幅小，衰减快，正常运行时水头损失较小。调压室中心轴线布置于上平洞桩号0+343.00。为了较充分地反射水击波，同时避免过大的“水击穿室”，阻抗孔口的阻抗系数取值范围一般为15%—50%，本工程取22%，内径取1.8m。通过对相应工况小波动稳定分析，按托马公式计算，确定调压井内径为7m，井底高程为214.50m，井顶高程为248.00m，井壁厚为1.2～0.5m，下部为内径1.8m竖洞与主洞垂直相接。5.5.6岔洞与支洞根据引水隧洞轴线和厂房机组中心线的相对关系，岔洞布置成卜型岔，分岔桩号0+563.34，分岔角450，岔洞中心线高程171.50m。岔洞围岩为巴东组中厚层状粉砂质粘土岩，岩性较软，岩体处于强～弱风化状态，岩体完整性较差，上覆岩体厚度较薄。因此，岔洞和支洞均采用钢内衬与钢筋混凝土衬砌联合作用。岔洞钢衬厚16mm，内径由3.8m渐变为2.25m；支管钢衬厚12mm，支管内径2.25m。混凝土衬砌厚1.0m。5.5.7设计计算（1）进水口底板高程确定进水口底板高程=发电死水位-s-dd：孔口高（m），d=3.8m；108 s：进水口最小淹没深度（m）。依据《水利水电工程进水口设计规范》（SL285—2003）附录B所示公式计算。S=CVd1/2V：闸孔断面流速（m/s），V=2.67m/s；C：孔口形状系数，C=0.73。经计算，S=3.8m。则进水口高程为212.4m，按此布置，进水口喇叭口顶缘高程为221.03m，高于发电死水位220.00m。经计算的S为最小淹没深度，设计中可适当留余地，且喇叭口顶缘高程不宜高于发电死水位，综合考虑上述因素，选定进口底板高程为205.00m，比水库淤沙高程200.00m高5m。（2）调压井水力计算1）调压井的稳定断面面积计算A≥KAth≥KLA1/[2g×(α+1/（2g）)×（H0－hw0－3hwm）]式中：Ath——托马临界稳定断面面积，（m2）;L——压力引水道长度，（L＝343m）；A1——压力引水道断面面积，（A1＝11.34m2）;H0——发电最小静水头，（H0＝45m）V——压力引水道流速，（v＝3.4m/s）；α——自水库至调压室水头损失系数，包括局部水头损失和沿程摩擦水头损失，（α=0.166s2/m）；hw0——压力引水道水头损失，（hw0＝1.84m）；hwm——压力管道水头损失；（hwm＝1.87m）;K——系数，一般可采用1.0～1.1，（K＝1.1）。经计算：A≥26.78（m2）考虑到调压井内径6m时的涌浪过高，调压井高出地面太多，不利结构稳定，因此取调压井内径7m，相应面积A＝38.47m2，阻抗孔口直径1.8m，相应面积A108 ＝2.54m2，则阻抗孔口面积与压力隧洞面积之比为0.224。2）调压室的涌浪计算①正常运用工况a、水库正常蓄水位时，全部机组满载运行，瞬时丢弃全部负荷，确定最高涌浪水位。b、水库死水位时，机组由1台增至2台，确定最低涌浪水位。②校核工况a、水库校核洪水为时，全部机组满载运行，瞬时丢弃全部负荷，校核最高涌浪水位。b、水库死水位时，全部机组瞬时丢弃全部负荷，计算第二振幅，校核最低涌浪水位。③计算方法调压室的涌浪计算采用《水利水电工程PC——1500程序集》之工程水力学计算软件包“D—9”《调压室水利计算程序》计算。在计算调压室的涌波时，丢负荷时引水道和尾水道的糙率取小值，n＝0.014；增负荷时引水道和尾水道的糙率取大值，n＝0.016。通过计算，调压井最高涌浪高程为246.79m，最低涌浪高程为216.34m。根据《水电站调压室设计规范》要求，确定调压井顶部高程为248.00m，底部高程为214.50m，井高33.5m，壁厚0.5～1.2m。（3）压力隧洞水力压坡线计算压力隧洞水头损失包括拦污栅、进口段、隧洞及钢管的局部水头损失和沿程水头损失。其中，局部水头损失按武汉水利电力学院编制的《水力计算手册》中所列公式和参数进行计算，沿程水头损失采用曼宁公式计算，钢筋混凝土糙率系数取0.014，钢板糙率系数取0.012。计算工况：1）校核洪水位242.51m+水锤压力水击压力升高值按40108 ％计算，各桩号（断面）压力升高值按直线分布计算。压坡线见表5—5—1。2）发电死水位223.00m运行主要控制隧洞运行时最小运行水头必须大于2m。发电隧洞水力要素表表5—5—1桩号（m）hj+hf(m)av2/2g（m）ho(m)H(m)备注0+00000035.61核洪水位242.51mhj局部水头损失hf沿程水头损失ho水击压力升高值H：内水压力调压室桩号0+343.00+047.50.1750.363035.0720+060.00.2660.589034.9650+074.460.4070.589035.1240+153.00.5010.589036.960+343.01.840.589040.1910+351.01.8590.5890.9741.1420+365.02.0070.5892.6948.5640+387.102.0820.5895.2572.0090+401.242.230.5896.9779.4410+555.883.1970.58925.7997.2940+601.343.7311.230.11100.4690+351.01.8590.58909.712发电死水位223.0m0+601.343.7311.2037.91经计算，在校核洪水位加水锤压力特殊运行情况下输水道最大内水压力为100m，在发电死水位时运行情况下洞内最小内水压力为9.712m，满足《水工隧洞设计规范》（SL279—2002）中关于有压隧洞全线最小压力在最不利的运行条件下不宜小于2m的要求。108 （4）隧洞结构计算隧洞结构设计依据《水工隧洞设计规范》（SL279—2002）及《水工设计手册》进行，分别计算进口段、上平洞、下平洞及调压井的内力及衬砌厚度。计算荷载主要有：自重、内水压力、外水压力、水击压力、山岩压力、岩石弹性抗力以及灌浆压力。荷载计算依据荷载规范以及以上有关规范及手册，其中山岩压力采用山岩压力系数法。垂直山岩压力为：q=0.7SyrB式中：Sy——垂直山岩压力系数，Sy＝0.05r——岩体容重,r=2.58（t/m2）B——洞室开挖宽度(m)1）计算工况①校核水位242.51m时关机荷载组合：自重+内水压力+外水压力+水击压力+山岩压力②施工完期工况荷载组合：自重+外水压力+灌浆压力+山岩压力2）计算方法隧洞结构计算采用《水利水电工程PC——1500程序集》之工程水力学计算软件包“G—12”《隧洞衬砌内力及配筋计算程序》计算。经计算，隧洞的衬砌厚度为0.4～0.8m之间，其裂缝宽度均小于0.25mm，满足相应规范要求。5.6发电厂房及变电站5.6.1方案比较发电厂房布置于坝址下游右岸宋家山包东侧坡脚。本次初设选两台机和三台机两个方案进行比较，两个方案的主厂房、副厂房、安装间、变电站的布置格局大体相同。两台机方案的投资为2489.708　万元，三台机方案的投资为2603.801108 　万元，两台机方案比三台机方案节省投资114.094　万元。因此，推荐两台机方案。5.6.2发电厂房厂址座落在山坡脚下，周围地形平坦，多农田，顺水流向地形相对开阔，为了尽最大可能地保护农田并使布置紧凑，从上游侧起依次为变电站、副厂房、主厂房，其中变电站和副厂房间距2.0m，以利于排风道的布置和人员走动，还方便作建筑造型设计。依据现有的交通条件，在厂址下游165m处布置一座跨度13.8m的跨尾水渠交通桥连接进厂公路，桥面高程182.28m，宽7.0m。进厂公路尽量少穿农田，沿滩地边缘布置，总长281.0m，宽8.0m，用河床砂砾石填筑。进厂公路一直向上游延伸，穿过变电站上游侧（山脚侧）至厂址右侧生活区。安装间布置在主厂房左侧，便于设备进厂。山坡地表水经厂房四周布置的排水明沟排出厂外。（1）主厂房观音堂水电站装机2×9MW，安装高程为171.50m，机组中心间距为9.0m，右侧机组距厂房右端墙外侧7.5m，左侧机组距厂房左端墙外侧6.0m，机组纵轴线距上游墙外侧8.0m、距下游墙外侧6.5m，故主机间长22.5m、宽14.5m。尾水闸墩根据轨距和结构要求，确定5.0m长（中间闸墩在182.2m高程以下收缩为4.5m长），故主厂房基础总宽度为19.5m。主厂房垂直布置分尾水管层、蝶阀层、水轮机层和发电机层等。尾水管底板高程167.6m，建基面高程166.6m，扩散段宽4.11m，出口段采用1∶3的斜坡与尾水渠上游端（底板高程169.79m）衔接。尾水闸孔口尺寸为4.11×1.965m。蝶阀层地面高程168.4m，蜗壳为全埋式金属蜗壳，上游侧装有两个蝴蝶阀，蝶阀中心距机组中心5.00m。为巡视操作方便，该层设有楼梯与水轮机层和发电机层连通。为检修方便，在两台机的尾水管的锥管上游侧布置有进人孔，经踏步入尾水管内。为降低厂内温度，设有0.8×1.0m108 风道经副厂房上游将余热排至厂外。水轮机层高程174.0m，圆筒式机墩，上游侧布置有4.0×1.4m的蝶阀吊物孔。机组左、右侧布置有双跑楼梯通往蝶阀层，上游侧布置有台阶通往副厂房，副厂房布置双跑楼梯通往电机层，左侧有门洞与安装间的174.0m层相通。该层下游侧布置有宽1.2m、高1.9m的进人孔从水轮机层进入机墩内。发电机层高程179.5m，楼板厚30cm，机组间距9.0m。左侧和上游侧有门洞与安装间和副厂房的179.5m层相通。排架柱截面b×h=50×100cm。由于该层荷载较大且跨度较大，主次梁交叉布置。（2）副厂房副厂房分为两部分。一部分为主变及高低压配电室，与主厂房刚性联接并与主厂房同长，长度为22.5m，净宽7.5m，分为三层。底层高程174.5m，主要放置检修排水泵、励磁变、厂坝区变等，该层设双跑楼梯通往上层，设门洞通过台阶与水轮机层相通。二层为高低压配电室层，高程同发电机层，为179.5m。三层为试验室、会议室层，高程184.5m，该层有门洞与主机间及厂外相通。另一部分为中控室，位于主厂房左侧，平面尺寸8.5×11.5m（长×宽），共有三层。底层为电缆层，底板高程174.50m，建基面高程173.00m；二层为中控室，高程179.5m；三层会议、通信等室，高程比地面高0.2m，为184.5m，后两层设门洞与安装间和第一部分副厂房相通。该部分副厂房设有专门的楼梯间上下相通。副厂房下面两层均设有1.0×0.8m的方洞通往副厂房上游侧风道。（3）安装间安装间长14.5m、宽11.5m，自下而上分为三层。底层空压机室底板高程174.0m，建基面高程172.5m；第二层为透平油室，高程为179.5m；顶层为安装间，高程184.5m，比地面高0.2m，本层为机组主部件安装检修场地，楼板厚40cm。安装间有门洞与主、副厂房相通。吊物孔尺寸2.4×3.0m。每层主次梁交叉布置。108 主厂房、安装间一字平面布置能满足运行要求，吊车主、副钩控制线均能控制主要设备的起吊和安装。吊车轨顶高程依据布置需要和起吊主要设备的要求，定为193.80m，起吊设备采用一台电动桥式起重机，起吊重量50/10t，行车跨度12.5m。（4）尾水闸尾水闸底接尾水管出口高程167.6m，闸底板厚1.0m，尾水闸门孔口尺寸4.11×1.965m（宽×高）。尾水平台高程184.50m，比厂区地面高0.2m，顺流向长5.0m，垂直流向长17.11m，设有一台TQ—2×100kN的台车式启闭机，两孔共用。左、右边墩厚2.0m，中墩厚4.89m，闸墩顺流向长5.0m（中墩4.5m）。检修平台高程为179.50m。（5）尾水渠尾水渠上游端底板高程169.79m，与尾水闸底板（高程167.6m）以1：3斜坡连接。尾水渠出口高程169.65m，全长219.4m，纵坡1：1500。尾水渠拟建钢筋砼矩形槽，宽度13.10m，深度11.35m。5.6.3变电站变电站布设于厂房后面山坡上，用开挖的弃渣回填压实至高程184.30m，高于200年一遇校核洪水位183.77m。变电站面积14×34m2。本电站输电电压等级为110KV出线。变电站周围设有围墙、排水沟、消防设施等。5.6.4厂房稳定及基底应力计算（1）计算方法及荷载组合按照《水电站厂房设计规范》（SL266—2001）的规定，厂房整体稳定及地基应力采用材料力学法。主要计算主厂房和安装间的整体稳定及地基应力。针对本工程的特点，主厂房荷载组合考虑两种控制工况工况一（基本组合）：下游设计洪水位；工况二（特殊组合）：机组未安装，蜗壳二期混凝土未浇时+下游设计洪水位；108 计算工况及荷载组合见表5—6—1。主厂房稳定应力计算工况及荷载组合表5－6—1荷载组合计算工况荷载备注自重静水压力土压力扬压力基本组合下游设计洪水位√√√√下游水位182.93m特殊组合机组未安装√√√√下游水位：182.93m（2）计算公式抗滑稳定计算采用《水电站厂房设计规范》（SL266-2001）（3.3.1—1）公式：式中：K1——抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；——滑动面的抗剪断摩擦系数，=0.60;——滑动面的抗剪断凝聚力，=0.2MPa；——全部荷载对滑动面的法向分力；——全部荷载对滑动面的切向分力；A——基础面受压部分的计算截面积。主厂房抗浮稳定性只计算特殊工况中机组未安装时的情况，安装间抗浮稳定性只计算特殊工况中下游校核洪水位时的情况。计算公式如下：Kf=ΣW——机组段的全部重量；U——作用于机组段的扬压力总和。厂房地基面上的法向应力，计算公式：108 式中：——作用于机组段上的全部荷载计算截面上的法向分力总和；W——闸室基底面形心轴的面积矩。（3）稳定分析稳定分析成果见表5－6—2。厂房稳定及基底应力计算成果表表5—6—2部位荷载组合计算工况Kc‘Kfmax(kPa)min(kPa)备注主厂房基本组合下游设计洪水位17.421.6241.423.6抗滑安全系数：基本组合［Kc’］=3.0，特殊组合［Kc’］=2.5；抗浮安全系数［Kf］=1.1；地基承载力［R］=1.0MPa下游设计洪水位（突然停机）6.031.6250.514.5特殊组合机组未安装12.491.2181.97.8施工完建12.41319.9105.1安装间特殊组合下游校核洪水位14.981.3150.5-4.5施工完建35.71207.65.1计算结果分析：主厂房的整体稳定和地基应力均满足规范要求；安装间在特殊工况下的稳定满足规范要求，地基应力出现很小的拉应力，但符合《水电站厂房设计规范》（SL266-2001）要求。抗浮计算结果满足规范要求，但富余度不大，建议在厂房、安装间基底打锚筋。5.7大坝观测设计5.7.1观测项目根据《土石坝安全监测技术规范》（SL60—94）的要求，结合本工程具体情况，选择以下项目进行观测设计。108 （1）变形监测（2）应力应变监测（3）渗流监测（4）水位监测5.7.2变形监测变形监测主要有大坝表面变形、内部变形、裂缝及接缝、混凝土面板变形等观测。这还包括各开挖边坡的变形、位移观侧。（1）表面变形表面变形包括竖直位移与水平位移。水平位移包括垂直于坝轴线的横向水平位移和平行坝轴线的纵向水平位移。1）竖向位移表面竖向位移采用水准法测量。参照国家三等水准测量（GBl2898--91）方法进行，起测基点的引测、技测参照国家二等水准测量（GBl289--91）方法进行。水准测量，利用坝顶和坡面埋设的沉降位移标点，用水准仪观测。水准基点在坝下游lkm处布设2个，对起测基点进行校测。2）水平位移横向水平位移采用视准线法测量，采用经纬仪配合活动标观测。视准线布置于坝顶和背水坡，共设4套，采用观测墩作为位移标点，工作基点布置于两坝头的基岩上，其标测采用小经纬仪测量。表面纵向水平移采用因钢尺测量或用普通钢尺加改正系数测量。（2）内部变形内部变形包括分层竖向位移、分层水子位移等。1）分层竖向位移采用水管式沉降仪观测，其测点布置于主河床最大坝高的横断面上，分二排共布6个测点。2）分层水平位移采用测斜仪及引张线式位移计进行观测。测斜仪用1台活动式测量方式，测斜仪管道选材与沉降管相同。108 引张线式水平移计的埋没与水管式沉降仪相同，并且与水管犬沉降仪组合埋设。（3）裂缝及接缝混凝土面板堆石坎接缝观测采用差动电组式测缝计进行观测。接缝位移包括垂直于面板的挠曲、垂直于接缝的开合及平行于接缝的滑移三向位移。最大断面的周边缝观测其挠曲和开合度。两岸坡周边缝选用三向测缝计，面板接缝，选用二向和三向测缝计观测。本工程共设二向测缝计组9组、三向测缝计组8组。（4）混凝土面板表面变形混凝土面板变形观测包括面板的表面位移、挠度、应变及沉降仪进行观测，接缝位移结合前述测缝计进行观测。5.7.3应力应变监测应力应变观测主要是对混凝土面板进行观测，采用差动电阻式应变计组进行观测，分二向和三向应变计纽，配以无应力计监测混凝土面板的应力情况。应变计组的布置设三个观测横断面：主河床坝段、左、右两坝段观测横断面。共布设二向应变计组9组，三向应变计组1组，无应力计组10组。所有差动电阻式观测仪器均通过五芯电缆引至观测房内的集线箱中进行遥测。遥采用的二次仪表为数字式水工比例电桥，采集的数据通过电脑进行整理分析。5.7.4渗流监测（1）坝体、坝基渗流压力采用差动电阻式渗透压力计（渗压计）观测坝体渗流压力。选择二个观测横断面：坝中、左两坝段观测横断面进行坝体渗压观测。由于本工程大坝为混凝上面板堆石坝，除混凝上面板外坝体透水性较强，因此只需在坝体下部原河床天然砂卵石以下设置一排渗压计即可。具体布置为，混凝土面板下测侧布设三支渗压计，坝轴线处布置1支、下游坝脚反滤体前布置1支，每个断面布置与支渗压计，二个观测断面共布置13支渗压计。（2）渗流量108 渗流量观测包括渗漏水的流量及其水质观测。水质观测包括渗漏的水温度、透明度观测和化学成分分析。渗流量采用量水堰法观测。量水堰设置在下游坝脚排水沟内，将坝体渗流汇流至排水沟出口通过量水堰排出。量水堰设置1个。5.7.5水位监测（1）上游水位观测在大坝上游侧靠近岸坡设置永久性水位测点，观测设备为普通水尺。（2）下游水位观测下游河道水位观测布置于下游水流平顺受泄流影响较小、便于安装水尺便于观测处。（3）输、泄水建筑物永久观测溢洪道、输水道等进口水位采用闸墩处水位标尺观测，出口水位在边墩或边墙上设水位标尺进行水位观测。5.7.6主要工程量观音堂观测仪器设备见表5—7—1。108 观音堂观测仪器设备表表5—7—1序号名称型号单位数量备注一变形监测1经纬仪T1800台套1包括配套设备2水准仪DAN03台套1包括配套设备3位移标点个164工作基点个85水准基点个26水管沉降仪WLS-1套127横梁式倾斜仪ETL-10A套138二向测缝计组CF组99三向测缝计组组810钢丝水平位移计套2钢丝200m，测点6个二应力应变监测1二向应变计纽VWS-10组112三向应变计组VWS-10组13无应力计VWS-10组12三渗流监测1渗压计K1-20~28只202量水堰个1四水位监测1水尺m200五其他设备1集线箱VW-201个52数字式电桥台13五心电缆m120004计算机台套2包括软件和输出设备5观测房m2305工程布置及建筑物108 5.1设计依据及标准5.1.1工程等别及建筑物级别本工程总库容亿m3，正常蓄水位240m，电站装机18MW，根据中华人民共和国国家标准《防洪标准》(GB50201—94)和《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180—2003)的规定，本工程规模属中型，工程等别为Ⅲ等，大坝、溢洪道、发电引水隧洞和厂房等主要建筑物均为3级建筑物。本工程永久性水工建筑物洪水标准分别为：（1）设计情况本枢纽工程挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物及电站厂房均按50年一遇洪水标准设计，消能防冲建筑物按30年一遇洪水标准设计。（2）校核情况本枢纽工程挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，采用1000年一遇洪水校核；电站厂房采用200年一遇洪水校核。5.1.2设计基本资料5.1.2.1工程任务观音堂水利水电枢纽工程以发电为主，兼有防洪、养殖及旅游等综合效益。5.1.2.2设计基本数据有关水文气象、水库特征水位、下游水位和流量等数据见《工程特性表》。（1）坝址区基岩物理力学指标坝址区岩石物理力学指标见表5—1—1～3。108 108 108 108 （2）坝基主要岩体与混凝土间抗剪强度坝基主要岩体与混凝土间抗剪强度包括抗剪强度及抗剪断两种指标，本次勘探这方面未做详细研究，根据已有工程经验，类比提出以下建议值供设计参考。嘉陵江组上段第十二、十、八、六层，岩性主要为灰岩、白云质灰岩、少量白云岩等，与混凝土之间主要抗剪指标如下：抗剪强度f=0.63C=0.2MPa抗剪断强度f＇=1.0C＇=1.0MPa嘉陵江组上段第十一、九、七层，岩性主要为白云质灰岩溶崩角砾岩，与混凝土之间主要抗剪指标如下：抗剪强度f=0.55C=0.1MPa抗剪断强度f＇=0.8C＇=0.8MPa嘉陵江组上段第五、四层，岩性主要为泥钙质、砂屑溶崩角砾岩，与混凝土之间主要抗剪指标如下：抗剪强度f=0.52C=0.05MPa抗剪断强度f＇=0.75C＇=0.75MPa（3）地震烈度地震基本烈度为6度。（4）基本材料容重混凝土容重：23.536kN/m3水容重：9.80kN/m3淤砂饱和容重：14.71kN/m3143 （5）主要建筑物的安全系数及超高见表5—1—4建筑物安全系数及超高表表5—1—4建筑物名称抗滑安全系数最小安全超高（m）备注设计校核设计校核大坝1.31.20.70.4溢洪道3.02.50.40.3按抗剪断公式计算电站1.101.050.40.35.2坝型、坝轴线选择及工程总体布置5.2.1坝型可行性研究阶段经审查批准选用混凝土面板堆石坝为本工程的基本坝型。本阶段对混凝土面板堆石坝选两种体型从施工条件、经济性等方面进行比较，择优选用。（1）体型一（沙砾石、堆石组合面板坝）大坝上游主堆石区采用河床沙砾石回填，下游堆石区采用溢洪道和洞室开挖的石碴上坝，沙砾石区和堆石区从坝顶下游侧以1∶0.5倾向下游的坡线为分界线。优点：1)能充分利用溢洪道、洞室开挖的弃碴，减少弃碴运送及堆放的投资，有利于环境保护。2)下游堆石坡为1:1.3,比全沙砾石面板坝少回填约5万m3。缺点：1)材料单价比沙砾石单价高。（2）体型二（全沙砾石面板坝）大坝全部采用河床沙砾石进行回填。优点：1)能就地取材，充分利用单价较低的河床沙砾石料，降低工程造价，有利于环境保护。缺点：1)由于河谷较狭窄，每1000m河床沙砾石储量仅10万m3，大坝后期回填沙砾石料的运距较远，投资较大。143 2)溢洪道及洞室开挖后的弃碴需专门设置弃碴场并转运弃碴，投资也不经济。经对上述两种体型面板坝的综合比较，本阶段拟推荐体型一（沙砾石、堆石组合面板坝）。5.2.2坝轴线观音堂坝址为可研阶段中坝址，是可研阶段推荐坝址，坝址位于东西向峡谷状河段内。左岸河岸陡立，河岸顺畅，地形变化不大，右岸为斜坡状岸坡，自峡谷河段进口到出口近270m河段内，有自上游向下游岸坡变缓、河床变宽趋势。现代河床宽40～50m，河床覆盖厚层第四系全新统冲积砂卵石层，自上游向下游埋深由15.32～14.7m，变化幅度不大。坝址区位于黎家湾背斜核部偏北翼，出露地层均为嘉陵江组上段地层，涉及岩性有白云质灰岩、灰岩、溶崩角砾岩、蜂窝状溶崩角砾岩等。岩层大部分倾向北东，倾角较平缓，岩层呈单斜状，岩体完整性较好，岩体透水性总体较微弱。左岸为逆向坡，右岸为顺向坡，岸坡总体稳定，右岸稳定性略差于左岸。区内褶皱构造极不发育，区内地质构造以断裂为主，断层切割强烈。坝区自上而下共发育三条规模比较大断裂，断裂将坝区自上而下分成上、中、下三大微地质构造单元。区内断层具一定纵向导水性，为区内较恶劣性地质条件。坝区深部岩溶较不发育，仅在左右两岸地下水变动带及上部发育少量、局部岩溶裂隙及小溶洞，造成局部岩体透水性增大。另外坝址区中下部右岸发育两大岩溶槽带，坝线选择时尽量回避。区内F1断层、F2断层有一定导水性，两断层之间岩体完整，岸坡稳定，岩体透水性微弱，地表岩溶现象微弱，地下岩溶现象较少；左岸陡立，右岸中等坡度，两岸地形相对较对称。区内F2断层、F3断层相向发育，断层之间岩体切割、影响较大，岩体完整性低于上坝段，右岸顺断层带或影响带有常年性泉水出露，有一定岩溶现象发生，右岸地形坡度缓于上坝段。区内F3断层以下地形相对开阔，尤其是右岸呈一岔口状，右岸有嘉陵江组上段第九层蜂窝状角砾岩、第八层白云质灰岩，地表岩溶现象较发育，而且此坝段接近下游处右岸两地表岩溶槽带。因此坝轴线选择考虑放在F1断层、F2断层之间进行。坝线不应该置于F2与F3143 断层之间及区内F3断层下游。为此本阶段在F2断层上游侧、结合不同坝型，一共布置了三条勘探线进行勘探工作。选择面板坝趾板线时，基本上也是准循上述准则，而且还考虑了右岸发育—节理密集带，趾板线选择时以最大程度避开为原则，最终将趾板线选在F1断层影响带以外、下游10m处。结合本阶段地勘资料及观音堂坝址河段地形条件,坝轴线布置在观音堂坝址。整个坝体范围内左岸河岸陡立，河岸顺畅，地形变化不大，右岸为斜坡状岸坡，河床变宽趋势左右岸山体基本对称，河道顺直。坝轴线左右岸坝肩正对山脊，轴线长度比其它地段短，并将趾板线选在F1断层影响带以外，减少了大坝的开挖、回填工程量及大坝基础处理工程量。5.2.3枢纽总体布置1、枢纽总体布置的特点鄂坪水库坝址地处高山峡谷，两岸地形陡峻、尤其是左岸山体雄厚，悬崖峭壁，右岸略为开阔，坝轴线以前河谷宽250m左右，轴线以后约为200m，河流呈“S”型。库容相对较少，调节性能差，山区洪水陡涨陡落，变幅极大，洪枯比达数千倍之巨，这对枢纽泄洪及施工导流的布置带来了相当难度，而堆石坝泄洪导流建筑物布置妥当与否，对枢纽工程运行动能与造价有极大影响。根据可研审查意见：挡水建筑物比较了混凝土面板堆石坝与心墙堆石坝方案：泄水建筑物作了三种泄洪方案的比较：引水建筑物比较了引水隧洞处于溢洪道左侧（短洞）及右侧（长洞），相应电站厂房与变电站位置随之而变。根据审查意见，枢纽布置遵循以下原则进行；（1）正常蓄水位采用550.Om；（2）坝高必须满足2000年一遇校核洪水的要求；（3）当地材料坝、就地取材，物尽其用；（4）右岸溢洪道便于宣泄洪水有利于根据来水灵活调度。（5）发电引水隧洞布置时应考虑一洞多用原则以节省资金。143 （6）厂房发电站应力求远离泄洪水流，宜在下游侧，以避免峡谷顺气流暴雨雾化区和堆丘的影响。2、枢纽布置的方案比较根据选定的面板堆石、砂砾石及坝轴线，在预可行性研究枢纽布置总格局的前提下，发电引水系统和厂房轴线下移布置，并对泄洪水建筑物的轴线进行了调整和优化。本阶段根据预可研审查建议对泄洪建筑物作了进一步核定的调整，确定校核洪峰流量6200m3/s，调整后为6320m3/s；校核泄量5566m3/s，调整为5530m3/s，校核洪水位由553.05m，调整为553.72m；由于采用面板坝设计坝顶高程由556.Om调整为554.3m。枢纽布置方案基本维持预可行性第二方案枢纽布置总格局，沿锅厂坝山脊从左至右依次布置大坝、溢洪道、发电引水系统，选定的枢纽布置方案，运用条件较好，灵活可靠而且工程量较省、工期较短。枢纽总体布置图见鄂可—水工—01。综前所述，限于地形限制，鄂坪水电站枢纽布置相对集中，当大坝、溢洪道位置一经决定之后，泄水与引水建筑物之间的关系实则是枢纽方案之间的比较，要保证溢洪道出入水顺畅，建筑物基础稳定同时又要发电引水系统洞线较短，电厂在各种工况下正常运行。预可性研究阶段工作较详尽，曾进行过以下三种枢纽布置的比较，本阶段又更深入作了工作，结论与预可研阶段基本一致：依据泄水，引水、大坝三者之间关系，构成了四个不同方案：1）发电引水隧洞进口在溢洪道进口左侧大坝右坝肩；出水亦在两个建筑物之间，变电站位于电站厂房高山坡上，溢洪道轴线与岩层走向近乎正交。2）发电引水隧洞进口在溢洪道进口右侧，泄洪洞进口左侧；出水管线位于大坝与溢洪道之间；变电站位于大坝右坝脚，溢洪道轴线与岩层走向斜交，交角40°。3）溢洪道进出口位于发电引水隧洞与大坝之间，变电站位于电站厂房原高山坡上。方案1143 ：溢洪道出水对变电站运行不利，雾化引起的暴雨区正位于厂区。顺水流向暴风骤雨可能影响厂房发电正常运行。由于河道在S转弯后缩窄，加上溢洪道水流巨大的惯性力向前跌落河道对岸边缘冲刷严重，危急汇弯小学，而河床与溢洪道轴线交角340°，这是用任何消能工也很难扭转的，水流不能顺畅进入河床，只能引起大规模淘刷，将下游河道堵塞及加速汇弯电站淤积，溢洪道轴线越向下摆动此问题越严重。方案1由于明显缺陷而遭淘汰。方案2溢洪道靠近坝肩出水口对电站尾水影响较大，堆丘较多，溢洪道出水虽挑入河道中间，但回流影响较大。方案3由于地形的限制比较几个方案后将方案1、方案2的优点综合后提出方案3。方案3溢洪道轴线在方案1和方案2溢洪道轴线之间将发电站厂房下移溢洪道出水跌落仍在河道中间，由于和对岸山坡有约150m距离虽然有一定冲刷影响但可采取护岸措施，可解冲刷问题，对电站的影响经水工模型试验后回流对坝脚及电站影响较小，堆丘基本在电站对面。故综合比选之后择优选定方案3。3、坝高与泄洪建筑物关系，厂房对总体布置影响根据上述原则，调洪演算作了各方案的比较，归纳起来有下列几种：1）坝顶高程与泄洪建筑物关系：（1）坝顶高程556.80m，两孔溢洪道（12×12m堰顶高程538.Om）和一孔表孔泄洪洞（10×10m、堰顶高程540.Om）；（2）坝顶高程554.30m，三孔溢洪道（12×12m，堰顶高程538.Om），一孔表孔泄洪洞（10×10m堰顶高程540.Om）；（3）坝顶高程555.20m，两孔溢洪道（13×14m，堰顶高程536.Om）和一孔表孔泄洪洞（10×l0m，堰顶高程540.Om）；（4）坝顶高程554.30m，三孔溢洪道13×14堰顶高程536.0m）（5）坝顶高程556.Om，三孔溢洪道（12×12m，堰顶高程538.Om）和一孔中孔泄洪洞（6.5×1Om，堰顶高程496.Om）；经综合比较结果表明：方案（4143 ）较适宜，作为可行性研究推荐方案，具体理由是：水库宣泄洪水特别在高山峡谷的山区河流采用岸边式溢洪道运用较适当，因表孔超泄能力强，更为安全可靠。1）厂房位置对枢纽布置影响（1）厂房位置设在溢洪道右侧，此时发电站离泄水建筑物较远，根据河式的特点，经水力模型试验认证堆丘对电站出水口影响较小。（2）厂房位于溢洪道右侧，枢纽布置方案3（发电引水隧洞进口位于溢洪道右导墙）此方案使发电站发电尾水直接进入河床减少尾水渠的工程量及投资。5.3挡水建筑物5.3.1坝顶高程确定坝顶高程为水库特征水位加坝顶超高。坝顶超高包含有风浪爬高与安全超高。1、设计基本依据（1）土石坝级别：Ⅲ级（2）水位P=0.1%校核洪水位242.51m；P=2%设计洪水位240.00；水库正常蓄水位240.00m（3）风速、吹程库区多年平均最大风速V=18m/s吹程D=600m（4）坝坡混凝土面板堆石坝上游坝坡1∶1.5；（5）地震库区地震设防烈度：6°。2、计算公式143 根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）规定。坝顶超高由下面公式计算：Y=R+e+A式中：Y——坝顶超高（m）；R——最大波浪坝坡上的爬高（m）；采用官厅公式；e——风壅水面高（m）；A——安全加高（m）根据规范规定。安全加高，A值表运用情况安全加高，m坝的级别ⅠⅡⅢⅣ、Ⅴ正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.33、运用组合防浪墙顶高程等于水库静水位加墙顶超高，按下列四种情况计算，取其最大值。(1)设计洪水位+正常运用情况的墙顶超高；(2)校核洪水位+非常运用情况的墙顶超高；(3)正常蓄水位+正常运用情况的墙顶超高；计算进行了二种运用情况组合，正常运用情况采用多年平均最大风速的1.5倍，非常运用情况采用多年平均最大风速。计算成果见《坝顶高程计算成果表》：坝顶高程计算成果表项目计算组合水位(m)安全加高A(m)R(m)坝顶高程(m)防浪墙顶高(m)说明(Ⅰ)240.000.71.85242.55242.55(Ⅱ)242.510.41.14242.85244.05143 (Ⅲ)240.000.41.85242.55242.554、结论大坝在三种计算组合情况下，第二种组合情况为最大，考虑取整，并使坝顶防浪墙底高程高于正常蓄水位，因此取其为设计标准。面板坝坝顶高程为242.90m；防浪墙高为1.2m。防浪墙顶高程244.10m。5.3.2坝体设计（1）结构布置和材料混凝土面板堆石坝坝轴线坐标XA=km，YA=km，XB=km，YB=km，坝轴线以上坝体通过趾板与岸坡连接，河床及两岸趾板均可座落在微风化和弱风化岩基上，坝轴线以下坝体与两岸的连接按规范要求削坡。根据调洪演算成果，1000年一遇校核洪水位242.51m时，经计算后选定坝顶高程242.90m，防浪墙顶高程244.10m，设高3.6m的U型钢筋混凝土防浪墙，墙底高程240.50m，高于正常蓄水位240.00m。河床趾板建基面高程163.40m，最大坝高79.50m，最大坝底宽222m。坝顶宽8m，坝顶长度180m，上游坝坡1∶1.5，下游设有3级马道，第一道马道高程222.50m，马道宽2.0m，坝坡为1：1.3。第二道马道宽度均为2.0m，坝坡1∶1.3，马道高程205.00m。下游坝脚设有堆石棱体回填，平台高程188.00m，高于下游校核尾水位，平台宽度10.0m，边坡为1：1.5。大坝上游设有粉质粘土铺盖和石碴盖重，粉质粘土铺盖顶高程为185.00m,顶宽5m，边坡为1：2.0，石碴盖重顶高程186.00m，顶宽8m，边坡为1：2.5。坝体总填筑量约70万m3，筑坝材料主要为河床沙砾石和白云质灰岩，从大坝上游2km及下游4km河床采挖后直接上坝，施工铺层厚80cm。作为大坝下游堆石，主要利用溢洪道引水渠道和闸室段开挖的新鲜白云质灰岩。（2）坝体填料分区143 根据坝体标准剖面，从上游至下游依次分为：上游粉质粘土铺盖、混凝土面板、垫层区、上游堆石区、排水体区、下游堆石区、下游护坡及超径石回填等八个区。上游粉质粘土铺盖：粉质粘土铺盖顶高程为185.00m,顶宽5m，控制边坡为1：2.0。混凝土面板：顶部厚30cm，底部厚55cm，其间按t=0.3+0.00314H（H以m计，变截面板）。垫层料区：面板下为半透水性垫层，控制边坡1∶1.5，水平宽度3m，采用经加工后合乎级配要求的碎石和人工砂，适当掺配满足级配要求的河床砂卵石。上游堆石区：采用满足级配要求并有连续级配的上、下游河床沙砾石作为大坝上游主堆石区料，上游堆石区与下游堆石区从坝顶下游侧以1∶0.5倾向下游的坡线为分界线。水平、垂直排水区：在上游堆石区与坝轴线之间，设置粒径d=5—150mm的垂直排水区，在坝体基础河床与坝体回填料间设置水平排水区，上游与垂直排水区相接，下游与坝脚堆石棱体相接，将坝内渗水排至坝外，保证下游区坝体的干燥。水平、垂直排水料上、下游设0.8m厚的反滤过渡料。下游堆石区：主要为溢洪道开挖的部分满足级配要求和强度的石碴料，允许部分弱风化岩石分散填筑。坝脚为堆石棱体区，顶部高程188.00m，顶宽10m，边坡为1：1.5，超径石回填与大坝河床砂卵石层间设有0.8m厚的反滤过渡料。为保护下游坝面，设有0.5m厚的干砌块石护坡。为观测、维护方便，在大坝下游2级马道上设置观测房。考虑到混凝土面板浇筑前利用坝体临时断面挡水渡汛，原来对面板堆石坝上游坡面的垫层料施工，一般在上游面超填50cm左右，先进行分层水平碾压，待垫层料铺填至一定高度后，再用机械和人工进行削坡、整理并进行斜坡碾压，削坡、整理需反复多次才能满足设计要求。然后，根据面板分期情况，分次对坡面采用碾压沙浆或喷混凝土防护。这样的施工方法难以保证垫层区坡面的密实度和平整度、坡面作业工序复杂、坡面长期无防护、面板混凝土施工期的选择受制约等不利因素，对工程进度、工程质量和经济性方面都有负面影响。143 因此，本工程设计中拟采用挤压式混凝土边墙，即在每填筑一层垫层料之前，用边墙机挤压制作出一个近似于三角形的半透水混凝土小墙然后在其内侧按设计要求铺设垫层料，用振动碾平面碾压，合格后重复以上工序。一个循环可以在很短的时间内完成。这样，可以减少作业人员，保证施工的安全，垫层区不需要超填，节省了工程量。也给使导流、渡汛提供了一个可抵御冲刷的上游坡面，使导流、渡汛安全性提高，相应可使导流、渡汛建筑物的规模降低。由于边墙的防护，面板混凝土的施工可安排在合适的时间进行，延长面板浇筑前的堆石沉降期。使面板坝建成后的沉降变形减小。渡汛时趾板顶部是产生集中渗流的薄弱环节，故在趾板下游坝体内设有特殊垫层料回填区，坝体回填质量控制指标见《坝体回填质量控制表》。坝体回填质量控制表项目压实干容重(kN/m3)孔隙率（%）堆石厚度（cm）最大粒径(mm)加水量(%)渗透系数（cm/s）小于5mm含量（%）碾压遍数备注垫层区22.5154080适当1×10-330~40817t振动碾排水区22.0204020025~501×10-120~25817t振动碾上游堆石区（河床沙砾石）22.020.08060025~5010~15817t振动碾下游堆石区21.523.08060025~5010~15817t振动碾22.520200适当6每m3143 特殊垫层区掺水泥50kg超径石回填21.025--281208001×10-15--1517t振动碾5.3.3混凝土趾板大坝修建在240m高程处河谷约180m宽的东西向峡谷状河段内。左岸河岸陡立，河岸顺畅，地形变化不大，右岸为斜坡状岸坡，河床基岩面高程为165.0m，河床砂砾石厚15--18m左右，左岸高程227m以上有些坡积物，深度约1~2m，左岸高程227m以下岩石裸露，为弱风化岩石。右岸坡状岸坡上有些坡积物，深度约1~3m。基于上述地形、工程地质和水文地质条件，坝轴线选定以后，趾板“X”线的布置基本能满足平顺，右岸趾板在227--182m高程处遇陡岩地形，挖方工程量稍有增加，趾板基础均能座落在弱风化岩基上。趾板分为河床段、左岸段和右岸段共3段。河床段趾板“X”线长60m，共分为1块，趾板宽6m，左岸“X”线长156.1m，共分为3块，右岸“X”线长161m，共分为3块，左、右岸趾板宽为5-6m。靠缝浇筑，缝面刷涂沥青，缝顶沿趾板方向，在后浇块上设一上底宽5cm，下底宽2cm，高6cm的梯形槽，作回填止水嵌缝材料GB用。由于坝体堆石存在沉降变形，面板不能与河床及两岸基岩直接连接，只能通过混凝土趾板与河床及两岸基岩相连接，面板与趾板之间设周边缝。趾板结构形式，根据地形地质条件，便于设计施工，采用贴坡板式混凝土结构。趾板几何尺寸的拟定，从防渗、灌浆、温度变化，止水片的埋设和消除周边缝处面板的应力等各方面进行考虑选取趾板宽度为5--6m。考虑到利用坝体挡水渡汛，趾板之间的周边缝，在未浇面板前，是容易产生集中渗流的薄弱环境143 ，故在趾板下游坝体内设有特殊垫层料。为了进行基岩灌浆时趾板起盖板作用，趾板厚度为0.6m。为了防止灌浆时趾板下部抬动，设有纵横间距各为1.2m的锚筋与基岩锚固，锚筋直径φ25长4m。趾板运用期受上游的水压力与水重，自重，堆石体的侧压力，下游水压力、浮托力与渗透压力等。虽然趾板较薄，但有钢筋将其与岩石联为整体受力，并有灌浆措施，故不需进行稳定，应力计算。主要从防渗、灌浆要求，与周边缝的联接等方面来考虑。趾板采用C25号混凝土，抗渗标号为W10，抗冻F100，为了适应温度变化，减少由于混凝土收缩而产生的裂缝，在趾板顶部配双向单层钢筋，配筋率取0.4%，保护层厚度为10cm。在趾板下游端面，为避免混凝土挤压破坏和便于钢筋架立，设有加强钢筋和附加钢筋。5.3.4混凝土面板1．面板分缝布置大坝坝顶长180m，大坝面板总面积16305m2，最大板块长139m。根据“X”线的布置，面板布置分为河床受压区及左、右岸受拉区，共分15块。左、右岸按1/8坝顶长布置为拉应力区，块宽8m，共9块；河床受压区，每块宽16m，计6块；左右岸各有一块异型板块。随着滑模机具的改进，沿周边缝未设三角形填补板。除周边缝外，根据受力情况，受压区设有5条B缝（挤压缝），受拉区设有9条A缝（张拉缝）。为防止因水平拉应变产生裂缝和便于止水设备的安装埋设，A、B缝与周边缝垂直连接。垂直连接段长度为60cm。②面板设计由于面板紧贴在挤压式边墙上，在水荷载作用下面板将其承受的水压力均匀地传至垫层及堆石体上，并起防渗和护坡作用，板厚主要是由防渗性和耐久性、柔性确定的，板厚随高程变化，计算公式：t=0.3+0.00324（H是由坝顶防浪墙前趾控制点至计算点的高差），底部最大厚度55cm，顶部最小厚度30cm。面板采用C25混凝土，抗渗标号W10、抗冻F100。骨料由轧碎色白云质灰岩组成，采用525#普通硅酸盐水泥，选用二级配混凝土，塌落度6~8cm，小石粒径143 5~20mm，砂为人工砂，细度模数2.8~3.0，混凝土掺加WHDF高密度减水剂。面板配筋，主要是承受蓄水前温度变化和干缩产生的应力，防止裂缝展开或均布发状裂缝的作用，增加面板混凝土的整体性和耐久性。在面板中部设一层双向钢筋，每向含钢率为0.3--0.4%。在周边缝，A、B缝处，由于要承受局部拉应力和防止受挤压剪切，避免边角混凝土剥落，在面板的边、角处设置抗挤压的钢筋。5.3.5止水布置及设计1、周边缝周边缝为沿两周边设置的趾板与面板连接的永久缝。周边缝的构造要具有适应水平、垂直位移及转动的特点，避免产生张拉、渗透和剪切破坏。周边缝设置三道止水设备：第一道为底部“F”型紫铜片止水，一端埋入趾板，另一端粘贴在沥青砂垫层梯形槽表面的GB止水片上，铜止水片头80mm折成90°埋入面板混凝土土内。为防止外水压力破坏铜片的凸肋，在肋内缘粘贴φ25mmPVC棒和聚氯乙稀泡沫塑料。第二道止水将原来设置在中部的橡胶止水带提到表面，并做成波浪形橡胶止水带，使其单独承受并适应高水头、大变位的工作状态。波浪形橡胶止水带可作为一道独立的止水，弥补由于取消中部橡胶止水带对整体止水结构的削弱，并可以对表层GB柔性填料进行封闭，使其在设计接缝位移范围内，滞留在表层发挥止水作用。为防止施工期面板对趾板的挤压，沿缝（趾板混凝土面）粘贴12mm厚沥青杉板，也可保护止水片在运用期的安全。第三道为保证周边缝的止水能在坝体沉降、缝张拉变形后安全运行，在缝口处增设φ80mmPVC棒和铺设弧状GB嵌缝材料。当缝被拉开后，在水压力作用下，PVC棒和GB材料被压入缝内，起填充止水的作用。为保护和防止止水填料老化，在GB材料表面铺GB三复合橡胶板和电镀钢片，用膨胀螺栓固定。2、“A”缝——张拉缝“A”缝从坝顶与坝轴垂直沿坝坡面延伸，在接近周边缝0.6m处折转，垂直于周边缝。为尽量减少面板因坝体沉降产生相对位移，不设缝宽，只在缝面涂刷沥青乳胶。A缝在面板底面设一道“W”型铜止水片，底面粘贴在垫层表面用水泥砂浆构成附有GB止水片的基底面上。为保护“W”型铜止水片的凸肋，在肋内缘粘贴143 φ25mmPVC棒和聚氯乙稀泡沫塑料。基于变形和保护需要，在缝口也增设了φ50mmPVC棒和GB嵌缝材料以及GB三复合橡胶板遮盖保护。3、B缝——挤压缝B缝沿坝坡面下延在接近周边缝0.6m处折转，垂直于周边缝，坝体沉降后，B缝呈挤压状态，相对位移较小，在底部设一道“W”型止水铜片，基于变形和保护需要，在缝口也增设了φ30mmPVC棒和GB嵌缝材料以及GB三复合橡胶板遮盖保护。4、止水加强部分由于水头较高，水压力较大，在A、B缝靠近趾板周边缝10m范围内，以波浪形橡胶止水带加强，与周边缝止水带“T”接。为了形成封闭系统，上端折转90°与“F”止水铜片边连接。因材质不同，接头细部结构处理采用塑铜连接，以达到牢固不漏水的目的。其它如防浪墙底缝和防浪墙体缝的止水详见止水设计图。5、趾板分块缝的止水趾板每16m设一缝，与面板缝呈错缝布置，设“D”型止水铜片和橡胶止水带分别与“F”止水铜片和橡胶止水带“T”接，止水铜片和橡胶止水带与基础的连接按要求埋设。缝上设梯形槽用GB材料堵塞，适应变形起充填止水作用。5.3.6基础处理面板堆石坝的工作是否安全可靠，很重要的一环，是需做好沿坝上游周边的面板、趾板以及缝间的止水设计，并做好固结灌浆与帷幕灌浆等防渗处理工作。1、基础开挖根据趾板布置，结合地形地质条件，为满足趾板座落在弱风化岩基上的要求，河床段趾板座落在基岩高程163.40m，左岸挖深5~10m，右岸挖深5~15m。通过勘探成果表明，坝址基岩大部分为嘉陵组上段第五层泥质钙质胶结白云质灰岩角砾岩或溶崩角砾岩,岩芯均呈柱状，层厚稳定，岩石较完整，河床无强风化层分布，左、岸强风化下限深度为10—25m143 。经河床开挖和两岸削坡后，稳定、变形、渗透、强度等不存在问题，可作为趾板和坝体的基础。河床段趾板下游20m范围内基础开挖挖至弱风化基岩，20m以后以1：3的边坡开挖至河床砂卵石178.00m高程。河床砂卵石较为密实，强度较高，变形较小，对趾板下游20m以后的沙卵石可不予清除（坝体回填前要求对砂卵石进行碾压）。由于坝基为河床砂卵石层，与坝体材料的层间关系不满足反滤要求，故在坝基表面与大坝水平排水区设置0.8m厚的水平反滤过渡料。2、固结灌浆和趾板防渗帷幕灌浆趾板基础处理是大坝防渗的关键部位，固结灌浆和帷幕灌浆在趾板上进行，灌浆技术要求与一般土石坝相同，由于趾板较薄较窄，在进行帷幕灌浆前应先进行固结灌浆，以保证帷幕灌浆的质量并避免趾板上抬。坝址区岩石为白云质灰岩角砾岩、灰岩、白云质灰岩等岩性所组成，岩体完整性较好，局部溶崩角砾岩泥质成份较高，在构造及风化作用下，已呈硬塑状土状。河床两孔证实，河床以下无岩溶现象发生，岩体透水性微弱。因此在大坝240.00m高程以下采用双排固结灌浆，灌浆孔距3m,排距3.2m，孔深8m。帷幕灌浆孔与上游固结灌浆同孔。大坝240.00m高程下分主、副帷幕，位于上游侧的为主帷幕，下游侧的为副帷幕，孔深深入Q〈0.05-0.1L/min.m.m相对不透水层以下5m。大坝左、右岸240.00m高程以上为单排帷幕灌浆，左岸向山体延伸10m，与溢洪道边墙连接，孔深15m。右岸向山体延伸50m，孔深15m。5.4泄水建筑物5.4.1方案比较根据工程总体布置的地形地貌特征，泄洪建筑物只能布置在左岸。水电枢纽工程布置的特点是当坝轴线一经确定，泄洪建筑物的布置型式与规模将关系到枢纽的工程投资及工程的效益。土石坝坝型枢纽表现尤为明显。本枢纽工程泄洪建筑物布置作了二个方案，现从两个主要方面进行比较现简述如下。一．泄流能力1、溢洪道两孔11×13.5m，堰顶高程226.5Om。2、溢洪道3孔10×11m，堰顶高程229.Om。143 由于工程地形条件限制，两个方案轴线主体方位一致，均布置于右岸岸边，仅规模形式上的的比较。根据地形地质、水流条件、施工难易及对周边环境等影响要求和造价高低及泄洪能力，推荐方案Ⅰ为选定方案。两方案在各级洪水频率情况下泄量见表5—4—1。各调洪方案成果表表5—4—1频率方案最大洪峰流量（m3/s）最高库水位（m）最大泄量（m3/s）最大库客（亿m3）调洪库客（亿m3）相应下游水位（m）0.01%Ⅰ6320556.2351403.1440.428453.52Ⅱ6320553.7256102.630.247454.092%Ⅰ4620553.3139202.9340.218452.05Ⅱ4620551.3543602.8030.087452.583%Ⅰ4110552，4335702.8750.159451.55Ⅱ4110550.5639602.7520.036452.10从上表可以看出，两个方案溢洪道，泄洪能力均能满足设计值，且洪水位仅微小差异，但方案Ⅰ有效降低工程量投资，对周边影响较小的优势。二．轴线布置及工程量泄水建筑物的布置，在预可行性报告成果的基础上，建筑物规模及轴线进行了调整，选定的轴线，其进口轴线尽量靠近河床，以不影响或少影响左岸民居，并必须满足坝体防渗趾板结构稳定布置。要求水力学条件较好，同时可避免施工干扰。建筑物在岩基和围岩条件较好的地层，提高了运用的可靠性。水库泄洪时，溢洪道出口水流尽量能顺河向，降低消能防冲所产生的相应影响。并能满足消能后的水流距厂房有一定距离。方案一溢洪道轴线方向北东42143 °，溢洪道主体建筑物轴线长197.87m。平面弯曲引水渠中轴线长160.00m。溢洪道轴线控制座标0+000.000桩号点距左坝轴线控制点平面距离24.41m。根据溢洪道地质剖面揭露溢洪道整个建筑物岩石裸露，少有覆盖层。引渠及闸室段基岩裸露，岩性主要为白云质灰岩及新鲜溶崩角砾岩，岩层产状北东45°～90°，无大的断裂破碎带影响，岩层稳定性一般较好。泄槽段基岩主要为白云质灰岩、粉沙质泥岩、及少量溶崩角砾岩。采用薄层混凝土加锚筋衬砌形式。陡槽以上永久边坡采用1：0.5.挑流鼻坎段座落在白云质灰岩基础上，地表分布有残坡积风化覆盖层，厚1～3.0m，建筑物建基面远低于地面，因此，此段基础岩体稳定性良好。方案二溢洪道轴线方向北东42°，溢洪道主体建筑物轴线长184.284m。平面弯曲引水渠中轴线长164.00m。溢洪道轴线控制座标0+000.000桩号点距左坝轴线控制点距离29.40m。其建筑物相应分段基础岩石特征同方案一。两个方案的差别是其平面宽度不同，同一条右边线，方案二左边线向左岸平移10m，由此将影响左岸民居移民增加等。两个方案水力学条件基本一致。两方案工程量比较见表5—4—2。泄洪系统工程量比较表表5—4—2方案项目方案一方案二差值挖土石方（m3）70806662588082186回填方（m3）1200019240-7240混凝土（m3）76160725393621钢筋（t）23352224111帷幕（m）1100871229固结（m）11093236-2127移民（m）从表5—4—2工程量比较结果看，方案二略有优势，因此，本阶段采用方案二布置设计。143 5.4.3溢洪道1、工程布置溢洪道为岸边开敞式，最大泄量2966.46m3/s，轴线闸首处桩号：0+000.000m；座标：X=3427243.3473m，Y=37448941.6977m。出口鼻坎桩号：0+190.329m；座标：X=3427259.9406m，Y=37449131.3006m。溢洪道由进口段、闸室段、泄槽段、鼻坎段组成，主体建筑物轴线长190.329m，引渠段轴线长160m。根据地形特征，进口引渠段为弯曲平面布置，轴线转弯半径200m，轴线长149m，为梯形断面，另设15m长扭面段与闸室相接。进口引渠段总长164.00m。由于引渠段较长，根据规范要求，引渠设计断面为渐变断面，引渠进口断面与闸室控制段前断面面积之比约两倍，引渠底板高程221.5Om。闸室前采用钢筋混凝土导墙长30m。墙顶高程244.10m，最大墙高22.60m。另根据地质情况，采取部分锚喷支护。该地段覆盖层不厚，无不利的结构面组合，山体自然边坡基本稳定，透水性差。闸室段长32m，堰顶高程226.50m，WES曲面堰型，堰高5.Om闸室共2孔，孔口尺寸b×h=11×13.5m。闸室段由堰体、闸墩、启闭台、交通桥等部分组成。WES曲面堰后接1：1.5陡坡连接段，下游陡槽纵坡为1；4.5，闸室陡坡与泄槽1：4.5陡陡槽段以R＝25.2748m反弧相切连接，堰体最大厚5m。中墩首部采用半园形式。中墩厚考虑结构需要定为3.0m；C25混凝土边墩为直墙形式，厚2.5m。启闭台高程244.10m，采用液压启闭机，单孔单机。交通桥设于闸室上游，宽8.0m，桥面高程244.10m。泄槽段长139.143m，以1：4.5纵坡和鼻坎反弧相切连接。岸墙根据地质条件初拟为厚50cmC25混凝土薄壁加锚杆砌护，C25级强度混凝土。泄槽底板衬砌厚50cm，C25级强度混凝土。采用锚筋与基岩联接，锚筋间距1.5m，深3.0m。泄槽止水采用紫铜片止水水带，泄槽与底板分缝长度为≤12m。鼻坎段长19.186m，反弧半径30m，鼻坎高程188.00m，挑射角25°，鼻坎处30年一遇洪水单宽流量为58.84m3/s。鼻坎齿墙底部高程174.00m。143 2、设计计算（1）水力计算依据【溢洪道设计规范】SL253-2000推荐公式，进行计算①泄流能力计算闸室为2孔，每孔宽11m，采用WES曲面堰型（属低堰范畴）堰顶高程226.50m，堰前引渠底板高程221.50m。计算公式：式中：——侧收缩系数，取=0.94m；m——自由堰流的流量系数；n——闸孔数目，n=2；b——每孔净宽，b=11m；Ho——总水头；计算成果见表5—4—3。溢洪道水位流量关系曲线数表表5—4—3库水位（m）水头H0（m）综合流量系数流量（m2/s）备注226.5000.3840227.510.38437.466228.520.393108.268229.530.404204.583230.540.417325.173231.5050.421458.960232.5060.431617.565233.5070.442797.750143 234.5080.448987.623235.5090.4511187.430236.50100.4551401.085237.50110.4581629.897238.50120.4641880.347239.50130.4642120.221240.50140.4732413.387241.50150.4742684.639242.50160.4762966.464243.50170.4763248.871244.50180.4763539.712②水面线计算为确定陡槽边墙高度及各断面流速，以水库校核洪水位242.51m情况泄量Q=2966.46m3/s。按明渠恒定非均匀渐变流进行水面线计算，根据规范推荐公式进行掺气水深计算h0=（1+）公式计算，成果见表5—4—4。溢洪道水面线表5—4—4桩号净水深（m）流速（m/s）掺气水深（m）备注0+000.0016.837.0818.14072b=25m0+009.1315.059.5416.62935Q=2966.40m3/s0+025.497.8517.3719.4860+045.496.88419.8088.5208870+065.496.25821.797.894143 0+085.495.80423.4977.4410+0105.495.45425.0017.0900+125.495.17226.3686.8090+140.494.99427.3046.6300+155.494.83928.1806.4750+170.494.70029.0116.3360+176.9974.68429.6686.3520+189.6764.87627.9696.513③挑流消能根据《溢洪道设计规范》（SL253—2000）第2.5.2条规定溢洪道属Ⅲ级建筑物，其消能防冲采用P=3%洪水标准。P=3%时水库水位为240.00m，溢洪道泄流量为1471.00m3/s，相应下游水位为182.70m。a、挑距计算洪洪道水舌总挑距L1=Xp+Lc，鼻坎至下游水面的挑距Xp式中：h、V——分别为鼻坎出口断面的水深和流速；θs——水舌射出角，θs=25°△s——鼻坎顶点与下游水面的高差。t——冲坑深度＜式中：q——单宽流量；Z——上下游水位差；hs——下游水深143 K——抗冲系数，K=1.5。挑距及冲坑深度成果见表5—4—5。挑距及冲坑深度成果表表5—4—5建筑物洪水频率P（%）项目0.123溢洪道挑距L1（m）186.851159.657153.769冲坑深度t（m）34.50025.23623.846水垫总水深T（m）42.07531.68629.546溢洪道鼻坎关门墙底高程为174.00m，根据计算，以上各级流量都不会产生冲刷破坏。（2）闸室稳定、应力计算①基本数据建筑物等级为Ⅲ级正常蓄水位240.00m堰顶高程226.50m堰前引渠高程221.50m闸墩顶高程244.10m闸室底板总宽30m，闸室段长32m。混凝土容重24kn/m3岩石力学参数见表5—4—6。岩石力学参数表表5—4—6项目材料fC（MPa）f′C′（MPa）143 岩石/岩石岩石/混凝土安全系数：基本组合K=3特殊组合K=2.3地震烈度6°库区多年平均最大风速V=18m/s库区多年平均最大吹程D=600m②计算荷载及组合a、荷载根据《溢洪道设计规范》（SL253—2000）进行计算。其中静水压力按滑动面以上全水头计算，闸室段扬压力在帷幕中心线处为α1H，H为全水头，α1为渗透压力系数，根据“规范"α2推荐可在0.50以下，因此在基本组合中α1=0.5，α2=0.3，主要荷载如下。A：建筑物自重；B：水压力；C：渗透压力；D：风浪压力；b、荷载组合根据实际运行情况分析认为在设计洪水、校核洪水工况，闸门全开，水平推力很小，而堰体水重增加稳定可满足要求。其控制性工况有以下三组。工况Ⅰ（正常挡水基本）：（A）+（B）+（C）+（D）；工况Ⅱ（正常挡水+排水部分失效特殊组合情况）（A）+（B）+（C）+（D）；③计算方法与结果根据{溢洪道设计规范）（SL253—2000）规定、堰（闸）底面的抗滑稳定安全系数按抗剪断强度公式计算，应力则可采用材料力学方法计算，公式如下：式中：143 K——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f′——闸体混凝土与基岩按触面的抗剪断摩擦系数；c′——闸体混凝土与基岩接触面的抗剪断凝聚力；∑W——作用于堰（闸）体以上的全部垂直力；∑P——作用于堰（闸）体以上的全部水平力；A——堰（闸）体与基岩接触面的截面积；σ——闸室基底应力；B——闸室底平面宽度。∑M——所有荷载对底板面中心的力矩之合。计算成果见表5—4—7。闸室应力及安全系数表表5—4—7荷截组合抗滑安全系数基底应力σ（kg/m2）Kc最大值最小值基本组合（工况Ⅰ）3.462.82.66特殊组合（工况Ⅱ）3.322.211.98（3）溢洪道鼻坎稳定计算溢洪道挑流消能鼻坎设计标准同溢洪道闸主段，抗滑稳定安全系数及稳定计算均同闸室段。其主要作用荷裁包括有（1）自重，（2）水重，（3）水流脉动压力，（4）反弧段水流离心力，（5）水流拖拽力，（6）水压力，（7）扬压力。校核洪水情况泄洪时下游水位454.09m，低于坎基，扬压力、浮托力，对鼻坎稳定影响甚微。经计算分析鼻坎稳定满足规范安全标准。并对基础进行了锚杆及固结灌浆处理。143 3、防渗排水系统及灌浆防渗、排水系统设置的目的是控制渗透水流。对渗透水流的控制能力，是岸边开敞式溢洪道安全运行的重要因素之一。根据地质提供溢洪道地质渗透剖面看，溢洪道闸室地基渗透性教差，其渗透系数为。但为了建筑物运行的安全可靠性，设计对闸室段采取了上堵、下排、加固地基的的综合措施。上堵：是上游引渠、导墙都设了部分止水，并对闸室地基进行了固结灌浆，以增加渗径，减少绕渗途径。二是结合大坝延长帷幕灌浆线，右岸与坝体帷幕形成封闭形。根据地质渗透剖面确定在闸室段堰前设置帷幕一排，平均深10m，间距1.5m。并沿公路向岸边延伸30m，平均深18m，孔距1.5m。起到封闭、减少渗透途径的有力防护圈。下排：则是在堰体后设有3条主纵向排水沟和多条横向排水沟，包括边墙2/3高度范围内的横向排水沟，形成较完整的排水网系，将渗透水和地表渗透水顺利引入下游河道。对闸室地基进行固结灌浆处理，一是提高地基的完整及强度，二是通过地基处理降低其透水性，减少渗透途径。将产生渗透的可能降至最低。4、高速水流防蚀措施关于高速水流防蚀、减蚀措施，我国已积累了一些可贵的资料与经验。途径一般为二大类，一是从材质上进行研究解决；二是从建筑结构措施研究解决。近年来，大多工程都是从第二途径进行解决。本溢洪道也是根据我们以有的建成运行经验，选取第二种掺气减蚀方法。溢洪道纵剖面按常规设计，出闸室后一坡到挑流消能建筑物鼻坎前缘。最大流速和产生气蚀部位均在此段，溢洪道最大流速达29.668m/s。因此设计在反弧切点上游设减蚀设施，将采用挑坎与通气槽组合的掺气减蚀结构。这种型式减蚀效果较好，原理明确，也不易被堵塞、破坏，通气槽从边墙外直通大气，较安全可靠。143 5.5引水建筑物5.5.1引水建筑物的方案比选引水建筑物为压力隧洞引水式，方案选定与地形、地质、工程布置、施工及运行条件、工程量、经济效益等有关因素推荐的枢纽布置格局，选定发电引水系统格局及轴线位置，在可研阶段推荐的洞线和厂址的基础上，对洞轴线作了局部的调整，同时，由于洞轴线较长，长度615m，因此对压力隧洞作了两个方案的比较。根据《水电站调压室设计规范》“DL/T-1996”，设置上游调压室的条件：Tw＞［Tw］Tw=∑Livi/(gHp)式中：Tw——压力水道中水流惯性时间常数，S；∑Li——压力水道及蜗壳和尾水管各分段的长度，m；vi——各分段内相应的流速，m/s；g——重力加速度，（取9.81m/s2，下同）；Hp——设计水头，（额定水头55m）；［Tw］——Tw的允许值，一般取2～4s；［Tw］的取值随电站在电力系统中的作用而异，观音堂水电站在秭归县电力系统中的比重为21％，因此对应于［Tw］约为3～3.5s，在计算中取［Tw］为3s，则计算偏安全。经计算：不设置调压井时，主洞洞径为D=4.6m,流速v=2.32m/S，进口底部高程208.00m，隧洞衬砌0.4~0.8m，投资为。设置调压井时，主洞洞径为D=3.8m,相应流速v=3.4m/S，进口底部高程205.00m，隧洞衬砌0.4~0.8m，投资为。通过比较，将设置调压井的压力隧洞方案作为推荐方案。5.5.2工程布置推荐方案的引水建筑物，主要由进水口、压力隧洞，调压井及岔管143 四大部分组成。进水口桩号0+000，座标X=3427028.9716m，Y=37448893.5142m；调压井桩号0+343.00，座标X=3427128.4217m，Y=37449200.6201m；岔管桩号0+536.35m，支管未端桩号0+603.35m。进水口为深式进水口，长52.0m。出闸后经10m长的渐变段与隧洞连接。引水隧洞直径3.8m，总长281m。从桩号0+062m处，轴线高程206.90m，至桩号0+335.00m，轴线高程204.17m，采用1：100的纵坡相连。压力隧洞直径3.8m，总长218m。从桩号0+351.00m处，轴线高程204.17m，至桩号0+557.10m，轴线高程171.50m，采用上下圆弧段及斜线段相切。引水隧洞与压力隧洞之间为长16m的调压井段，轴线高程204.17m。岔（支）管，根据地形，结合厂房布置，采用月牙肋岔。分岔桩号0+536.35m，分岔后的支管直径2.25m，与机组进水管同径，至桩号0+603.35m厂房外边缘线处与机组钢管吻接。5.5.3进水口进水口布置在大坝右侧，距右坝肩约150m，为深式进水口，由引水渠、进水口、拦污栅、闸室段组成。引水渠长约50m，底宽9m，边坡0.3；进水口为喇叭口形，顶口高程为213.63m，上唇为半径5m的圆弧，在死水位220.00m以下，满足淹没深度要求；拦污栅倾角78°，平面尺寸7*8.63m，过栅流速控制在1m/s以下，结合地形，拦污栅的检修平台高程为228.00m，检修机架为移动式；经计算进口底板高程205.00m，建基面高程203.50m，孔口尺寸3.8*3.8m，进口段长52m。闸室段为竖井式结构，由检修闸门、检修平台及启闭平台组成。闸室段长7m，底板厚1.5m，两侧墙厚1.5m，前后隔墙厚0.7m，内设检修闸门一道，闸门尺寸3.8*3.8m，门后设有通气孔（兼爬梯间）至检修平台244.10m与上坝公路相接，闭平台高程252.10m。闸室段后接10m长的渐变段与压力隧洞相连。5.5.4压力隧洞143 压力隧洞从上至下穿过岩层为嘉陵江组上段第十二、十一、十、八层灰岩、白云质灰岩、溶崩角砾岩，岩石胶结较紧密，岩石饱和单轴抗压强度在35.1～19.9MPa之间，属中硬～较软岩。岩层倾向北东，倾角20～30度之间，岩体节理裂隙发育中等，局部有北东向节理密集带通过。岩体均位于弱风化岩体中，岩石较新解。岩层走向与洞室走向夹角60度左右，岩层产状较有利于洞室稳定，岩体成洞条件较好，地下水位高于隧洞轴线，岩体透水性较弱，折减系数β=0.3~0.5，岩石单位弹性抗力系数500～800Kg/cm3。压力隧洞埋深较大，最大的埋深约75m，一般埋深为40m左右。发电引水隧洞呈龙抬头型布置，隧洞轴线长615m，洞内径3.8m，以调压井为界，隧洞前后分为上、下两段平洞，中间以倾角45°的斜洞相连接，斜洞与上下平洞之间竖向转弯为两段半径为20.0m，转角45°的反弧段，下平洞经岔洞和支洞（洞）至发电厂房。上平洞自桩号0+62.00m起至桩号0+343.00m，长281m，纵坡1/100，轴线高程206.90m~204.17m；其中桩号0+076.46m至0+155.00m为隧洞的平面转弯段，转弯半径100，转角45°，隧洞由此绕过右坝头，顺河依山，直达厂房，下平洞桩号0+563.35m便进入岔洞段，下平洞轴线高程171.50m，隧洞的衬砌厚0.4m~0.8m。5.5.5调压井调压井初步拟定为简单圆筒式调压井和阻抗式调压井。由于阻抗式调压室与简单筒式调压井相比泼动时振幅小，衰减快，正常运行时水头损失较小，因此设计确定为阻抗式调压井。调压井中心轴线布置于上平洞桩号0+343.00m，阻抗式调压井，为了较充分地反射水击泼，避免过大的“水击穿室”，阻抗孔口的阻抗系数取值较小，内径为1.8m，通过对相应工况小泼动稳定分析，按托马公式计算确定调压井内径为7m，井底高程为212.00m，井顶高程为248.00m，井壁厚为1.2～0.5m，下部为内径1.8m竖洞与主洞垂直相接。5.5.6岔洞与支管岔洞围岩为巴东组中厚层状粉砂质粘土岩，岩性较软，岩体处于强～弱风化状态，岩体完整性较差，上覆岩体厚度较薄。因此岔洞与支管均设计为明管，143 采用钢内衬与钢筋混凝土联合作用。岔洞段钢衬厚16mm，内径由3.8m变为2.25m；支管钢衬厚12mm，支管内径2.25m，外包混凝土厚1.0m，管中心高程171.50m，分岔角45°，分岔桩号0+563.35，采用月牙肋岔布置。压力隧洞沿程均进行回填灌浆和固结灌浆，回填灌浆孔范围为顶拱120度，灌浆孔孔间距40°，排距3m；固结灌浆孔每断面均布6个，孔间距60°，排距3m，孔深3m，回填灌浆孔和固结灌浆孔均为梅花型布置。5.5.7设计计算5.5.7.1进水口高程确定进水口底板高程=发电死水位-S-d其中：d为孔口高（m），d=3.8m；S为进水口最小淹没深度（m）。依据水电站进水口设计规范（SD303—88）附录四戈登公式计算。S=CVd1/2V：闸孔断面流速（m/s）；V=2.67m/sC：孔口形状系数，C=0.73经计算：S=3.8m。则进水口高程为212.4m，按此布置，进水口喇叭口顶缘高程为221.03m，高于发电死水位220.00m。经计算的S为最小淹没深度，设计中可适当留余地，且喇叭口顶缘高程宜不高于发电死水位，综合考虑上述因素，选定进口高程为205.00m。5.5.7.2调压井水力计算1.调压井的稳定断面面积计算A≥KAth143 ≥KLA1/[2g*(α+1/（2g）)*（H0－hw0－3hwm）]式中：Ath——托马临界稳定断面面积，（m2）;L——压力引水道长度，（L＝343m）；A1——压力引水道断面面积，（A1＝11.34m2）;H0——发电最小静水头，（H0＝45m）V——压力引水道流速，（v＝3.4m/s）；α——自水库至调压室水头损失系数，（包括局部水头损失和沿程摩擦水头损失）（α=0.166s2/m）；hw0——压力引水道水头损失，（hw0＝1.84m）；hwm——压力管道水头损失；（hwm＝1.87m）;K——系数，一般可采用1.0～1.1，（K＝1.1）。经计算：A≥26.78（m2）考虑到调压井内径6m时的涌浪过高，调压井高出地面太多，不利结构稳定，因此取调压井内径7m，相应面积A＝38.47m2，阻抗孔口直径1.8m，相应面积A＝2.54m2，则阻抗孔口面积与压力隧洞面积之比为0.224。2.调压室的涌浪计算正常运用工况：a．水库正常蓄水位时，全部机组满载运行，瞬时丢弃全部负荷，确定最高涌浪水位。b．水库死水位时，机组由1台增至2台，确定最低涌浪水位。②校核工况：a．水库校核洪水为时，全部机组满载运行，瞬时丢弃全部负荷，校核最高涌浪水位。b．水库死水位时，全部机组瞬时丢弃全部负荷，计算第二振幅，校核最低涌浪水位。计算方法：调压室的涌浪计算采用《143 水利水电工程PC——1500程序集》之工程水力学计算软件包“D—9”《调压室水利计算程序》计算。阻抗式调压室。在计算调压室的涌波时，丢负荷时引水道和尾水道的糙率取小值，n＝0.014；增负荷时引水道和尾水道的糙率取大值，n＝0.016。计算成果见下表5—5—1调压室涌浪计算成果表表5—5—1调压室内径（m）最高涌浪水位(m)最低涌浪水位(m)正常运行工况工况a7244.09工况b214.34校核工况工况a246.79工况b/计算结果，调压井最高涌浪高程为246.79m，最低涌浪为212.36m。根据《水电站调压室设计规范》要求，确定调压井顶部高程为248.00m，底部高程为212.00m，井高42m，壁厚0.5～1.2m。5.5.7.3压力隧洞水力坡降线计算压力隧洞水头损失包括拦污栅、进口段、隧洞及钢管的局部水头损失和沿程水头损失。其中局部水头损失按武汉水利电力学院编制的《水力计算手册》中所列公式和参数进行计算；沿程水头损失采用曼宁公式计算，计算中钢筋混凝土糙率系数n=0.014，钢板糙率系数n=0.012。计算工况：A．校核洪水位242.51m+水锤压力根据水机专业提供水击压力升高值按40％计算，各桩号（断面）压力升高值按直线分布计算。能坡线见表5—5—2。B．发电死水位220.00m运行目的：主要控制隧洞运行时最小运行水头必须大于2m以上。143 发电隧洞水力要素表表5—5—2桩号（m）hj+hf(m)av2/2g（m）ho(m)H(m)备注0+00000035.61核洪水位242.51mhj局部水头损失hf沿程水头损失ho水击压力升高值H：内水压力调压室桩号0+343.00+047.50.1750.363035.0720+060.00.2660.589034.9650+074.460.4070.589035.1240+153.00.5010.589036.960+343.01.840.589040.1910+351.01.8590.5890.9741.1420+365.02.0070.5892.6948.5640+387.102.0820.5895.2572.0090+401.242.230.5896.9779.4410+555.883.1970.58925.7997.2940+600.03.7311.230.11100.4690+351.01.8590.58907.712发电死水位220.0m0+600.03.7311.2035.91经计算：在校核洪水位加水锤压力特殊运行情况下，输水道最大内水压力为100m，在发电死水位时运行情况下，洞内最小内水压力为7.712m，满足《水工隧洞设计规范》（SD134—84）中关于有压隧洞全线最小压力在最不利的运行条件下不宜小于2m的要求。5.5.7.4隧洞结构计算隧洞结构计算设计依据《水工隧洞设计规范》（SD134—84）及《水工设计手册》143 有关隧洞及地下埋管设计，分别计算进口段、上平洞、下平洞及调压井的内力及衬砌厚度。计算荷载主要有：自重、内水压力、外水压力、水击压力、山岩压力、岩石弹性抗力系数以及灌浆压力。荷载计算依据荷载规范以及以上有关规范及手册，其中山岩压力采用山岩压力系数法。垂直山岩压力为：q=0.7SyrB式中：Sy——垂直山岩压力系数，Sy＝0.05r——岩体容重,r=2.58（t/m2）B——洞室开挖宽度(m)1．计算工况：a.校核水位242.51m关机；荷载组合为：自重+内水压力+外水压力+水击压力+山岩压力b．施工完建期工况；荷载组合为：自重+外水压力+灌浆压力+山岩压力2．计算方法：隧洞结构计算采用《水利水电工程PC——1500程序集》之工程水力学计算软件包“G—12”《隧洞衬砌内力及配筋计算程序》计算。经计算隧洞的衬砌厚度为0.4～0.8m之间，其裂缝宽度均小于0.25mm，满足相应规范要求，计算成果见表5—5—3。典型断面计算成果表表5—5—3部位内径（m）K0(kg/cm2)内水压力(m)混凝土标号衬砌厚（m）内力N（t）Q(t)M(t/m)进口段3.8*3.8800灌浆压力202500.8-24.8359.825上平洞3.8600452000.444.84143 斜洞段3.8600752000.585.56下平洞3.8600902000.6114调压室7600352001.068.1135.6厂房及开关站5.6.1厂房1、主厂房厂内所装水轮发电机为竖轴金属蜗壳弯肘形尾水管，机组间距12m，主厂房长52.5m，宽31m，（上游与副厂房整体刚性联连），面积1627.5m2，为现浇混凝土刚架结构。其布置分为尾水管层，蝶阀层、水轮机层、发电机层。尾水管层高程434.466m，其基岩面高程433.066m，尾水管扩散段出口宽742m，高285cm。尾水管为大体积混凝土式结构，检修经排水管排至设在上游侧的集水井，由水泵排至下游，集水井顶部高程426.95m。蝶阀层高程437.25m，蜗壳为全埋式金蜗壳，上游侧装有二台φ3400mm蝴蝶阀，阀坑高程437.30m，为巡视操作方便，设有楼梯可通往水轮机层及阀坑。为检修方便，在二台机上游侧设有进人孔，经踏步入尾水管及机墩内。水轮机层高程441.50m，层高7.Om，圆筒式机墩，上游侧布置有长4.OOm，宽1.60m的蝶阀吊物孔，有2个门洞可通往副厂房443.50m高程的通风机室，为减少内部温度和排除余热，在通风机室设有1×1.2m风道经副厂房下游将余热排至厂外，在机组左右侧均设有楼梯能通往主副厂房各楼层。发电机层楼板高程448.50m，楼板厚30m，机组间距12m，机组轴线上下游侧墙距离（排架外边线）分别为9.Om和6.Om，1#、2#机组距左右山墙距离分别为6.60m和7.50m，右侧经门洞与同高程的安装间下第一层相通，上游侧2个门洞可通往副厂房高低压配电房，经楼梯亦可到电缆层、控制室。往左侧楼梯可到中控室及会议室等。143 主副厂房上游墙自蝴蝶阀、水轮机房发电机层墙厚依次为150、80、60m。主副厂房之间刚性联结墙厚50cm。主厂房下游墙厚下至上分别为150、80、50cm，排架柱截面b×h=60×120cm。2、副厂房副厂房分为二大部分，一部分为母线室与主厂房整体刚性联接，与主厂房同长为24.5m，宽8.4m，面积205.80m2，为二层刚架结构，底层高程443.50m，层高4.60m为母线层,上层配电室楼板高程450.50m.位于主厂房上游侧；另一部分为中控室。位于主厂房左手侧，平面尺寸25.80×10.10m，面积260.58m2，共分四层，底层面板高程450.20m，比发电机层高1.70m，为电缆层，设有楼梯通主厂房发电机层。第二层楼面高程457.Om，为中控室。位于中控室之上的第三、四层，为会议室、经理室、值班室，楼面高程分别为461.875m和466.750m。卫生间设在每层楼梯间中部端头。3、安装间安装间自下而上分为三层，长15.9m，宽17.4m，面积276.66m2，第一层地坪高程441.5m，基岩面高程440.50m，底板厚lm，第一层布置有透平油处理室。第二层高程448.50m，楼板厚30m，设有空压机室等。第三层为安装间，高程454.70m，本层为机组主部件安装检修场地，楼板厚40cm，下游侧有楼梯通往副厂房及安装间各楼层。安装间地面以下墙厚分别为60至80cm。主厂房、安装间一字平面布置能满足运行要求，吊车主、副钩控制线均能控制主要设备的起吊，安装就位。吊车轨顶高程的选定，依布置需要和起吊主要设备的要求，定为466.70m，起吊设备的起重量100/20t，电动桥式起重机一台，吊车跨度15m。主厂房，安装间顶棚高程可满足小车运行要求，定为472.00m。4、尾水闸尾水闸底接尾水管出口底高程433.127m，闸底板厚1.40m，尾水闸门孔口尺寸宽7.42m，高2.85m，门顶高程435.977m，处于一台机尾水位442.16m以下6.183m满负荷发电二台机尾水位443.00m。143 尾水闸顶454.50m高程为检修平台，平面宽5.15m，长22.42m。利用检修平台外伸部分作为平台之间人行交通通道。高程454.50m尾水平台，与厂区地面齐平，设有Qp—2×400kN的台车式启闭机一台，两孔共用。对外交通方便。5、尾水渠尾水渠出口底板440m高程以1：7.77之纵坡与尾水闸底板高程433.127m相接，平面转45°角以外半径40m导向。将尾水就近导入河道，可节省投资。5.6.2开关站开关站布设于厂房后面山坡上，用开挖的弃渣回填至高程460.00m，回填后实干容重20kN/m3。高于200年一遇校核洪水位452.58m。变电站面积60×35m2。主变场主变压器纵轴线平行变电站长边方向，二台主变间距15m。主变场面积15×46m。本电站输电电压等级为110KV出线。主变场与开关站设有4.5m宽大门，场周围设有围墙，围墙厂（场）站互为一体。排水护坡、消防设施等均在厂区的总体布置中得到妥善解决，使其运行得到安全保障。5.6.3厂房稳定计算主厂房稳定计算按三级建筑物设计，计算中砂卵石天然容重21.0kN/m3，水上回填砂卵石内摩擦角41°，水下39°，混凝土与板岩摩擦系数0.5，计算工况与计算成果如下。1）建成填土情况垂直合力106034.5kN，水平合力1544.4kN，抗滑安全系数K=16.38＞1.05，地基应力σmax=438.3kPa，σmin=304.1kPa。2）两台机运行（尾水位443.00）情况垂直合力432918.6kN，水平合力20132.9kN，抗滑稳定安全系数K=10.75＞1.05，地基应力σmax=358.6kPa，σmin=276.6kPa。143 3）抗浮稳定计算情况，垂直向下力506034.5kN，向上举力73116.0kN，抗浮安全系数K=6.92＞1.15.6.4建筑艺术处理及永久性房屋布置鄂坪电站处于竹溪县南北交通干线之上，水电站厂房又是功能性极强的窗口建筑，而对整个厂房又有视觉美感要求，故建筑设计在满足使用功能的前提下，对地面454.50m高程以上厂房进行造型与装饰设计。本厂房由主副厂房两大部分组成，按照功能要求主副厂房均为矩型，副厂房退居主厂房之后的上游侧，位于公路之下岩壁下，在主厂房左侧设置T型突出中控室，会议室便于造型亦有利采光通风，面对锅厂坝狭谷之后宽广的河川台地，亦有神采飞扬之感。主厂房发电机层建筑面积454.14m2，长26.1m，宽17.4m，高23.5m。建筑物外部选型主要反映其内部空间形态，由于主厂房其有大空间，大尺度特点，又由于机组运行对采光，通风要求的特性，所以正立面采用上窗下窗，结构型式上下窗均为水平，连续贯通布置通窗，采用排架竖线条垂直加以分隔，这一方面使厂房有更好的采光通风效果，另一方面又使上厂房有一种雄伟挺拔的气势，上下窗间为墙体，使整个立面有一种虚实对照节奏感，副厂房采用玻璃幕墙与主厂房映衬，使得整个厂房主面显得端庄、简捷、明快，而主厂房进口雨蓬的变化，又使得整个主面显得丰富而不单调。厂房内部的设计不作过多繁锁装修，以整齐明快、大方格调体现电站安全运行的准确性，现代化工厂的严肃性，厂房内部均设吊顶以使内部空间和谐统一。在中央控制室要求作木地板内墙贴发泡PVC墙纸，其它房间墙面、地面作必要装修。厂房外墙装修的白色面砖与铝合金蓝色坡璃对比为主调，以红色面砖装饰的雨蓬为点缀从而在色彩上突出厂房明快、端庄。厂区绿化作为环境的基太要素.可以提高环境质量.降低燥音.减少灰尘，直接影响运行人员的工作效率的提高，因此，厂区四周绿化将统一规划布置，种植四季常青树木。143'