三峡大学水工建筑物课程设计平山水利枢纽设计计算说明书1 基本资料及设计数据1.1基本资料1.1.1概况平山水库位于Ｇ县城西南３公里处的平山河中游，该河系睦水的主要支流，全长28公里，流域面积为556平方公里，坝址以上控制流域面积431平方公里；沿河道有地势比较平坦的小平原，地势比较平坦的小平原，地势自南向东由高变低．最低高程为62.5m左右；河床比降3 ‰,河流发源于苏塘乡大源锭子，整个流域物产丰富，土地肥沃，下游盛产稻麦，上游蕴藏着丰富的木材，竹子等土特产．由于平山河为山区性河流，雨后山洪常给农作物和村镇造成灾害，另外，当雨量分布不均时，又易造成干旱现象，因此有关部门对本地区作了多次勘测规划以开发这里的水利资源。
1.1.2枢纽任务枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪，航运，养鱼及供水等任务进行开发。
根据初步规划，本工程灌溉面积为20万亩（高程在102m以上），装机9000千瓦．防洪方面，由于水库调洪作用，使平山河下游不致洪水成灾，同时配合下游睦水水利枢纽，对睦水下游也能起到一定的防洪作用，在流域规划中规定本枢纽在通过设计洪水流量时，控制最大泄流流量不超过900 m3 /s.在航运方面，上游库区能增加航运里程20公里，下游可利用发电尾水等航运条件，使平山河下游四季都能筏运，并拟建竹木最大过坝能力为25吨的筏道。
1.1.3地形，地质概况地形情况：平山河流域多为丘陵山区，在平山枢纽上游均为大山区，河谷山势陡峭，河谷边坡一般为600 ~700 ,地势高差都在80~120m，河谷冲沟切割很深，山脉走向大约为东西方向，岩基出露很好，河床一般为100m左右，河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成Ｓ形，沿河沙滩及坡积层发育，尤以坝址下游段的平山嘴下游一带及坝下陈家上游一带更为发育，其他地方则很少，在坝轴下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，其覆盖物较厚，岩基产状凌乱。
地质情况：靠上游有泥盆五通砂岩靠下游为二叠纪灰岩，几条坝轴线皆落在五通砂岩上面。
地质构造特征有：在平山嘴以南，即石灰岩与砂岩分界处，发现一大断层，其走向近东西，倾断层，产状凌乱，坝区右岸破碎达60米的钻孔岩芯获得率仅为20%，可见岩石裂隙十分发育。
岩石的渗水率都很小，右岸一般为0.001~0.01，个别达到0.07~0.08，而左岸多为0.001~0.01。
坝区下游石灰岩中，发现两处溶洞，平山嘴大溶洞和大泉眼大溶洞，前者对大坝及库区均无影响，但后者朝南东方向延伸的话，则可能通向库壁，待将来蓄水后，库水有可能顺着溶洞漏到库外，为此，目前正在加紧地质勘探工作，以便得出明确的结论和提出处理意见。
坝址覆盖层沿坝轴线厚度达1.5~5.0m，Ｋ＝１10-4 cm/s，浮容重γ′=10.7kN/m3，内摩擦角Φ=35˚。
1.1.4水文，气象1）水文：由于流域径流资料缺乏，设计年月径流量及洪水流量不能直接由实测径流分析得到，必须通过降雨径流间接推求．根据省水文站由Ｃ城站插补延长得三天雨量计算频率：1000年一遇雨量498.1mm，200年一遇雨量348.2mm，50年一遇雨量299.9mm，暴雨洪峰流量Ｑ０.＝1860m3/s，Q0..5%=1550m3/s，Q1%=1480m3/s，多年平均来水量为4.55亿m3。
１％2）气象：多年平均风速10m/s，水库吹程Ｄ＝９Ｋm，多年平均降雨量430mm/年，库区气候温和，年平均气温16.9˚ C，年最高气温40.5˚C，年最低气温－14.9˚ C。
1.1.5其他1)坝顶无交通要求2)对外交通情况水路：由Ｂ城至溪口为南江段上水，自溪口至Ｃ城系睦水主流，为内河航运，全长256公里，可通行3～6吨木船，枯水季只能通行3吨以下船只，水运较为困难。
公路：附近公路线为AF干道，B城至C城段全长365KM，晴雨畅通无阻，但Ｃ城至坝址尚无公路通行。
铁路：D城为乐万铁路车站，由B城至D城180KM,至工地有53公里。
3)地震：本地区为5～6度，设计时可不考虑。
1.2设计数据1.2.1工程等级根据规范自定。
1.2.2水库规划资料1）正常水位（设计洪水位）：113.1m；2）最高洪水位（校核洪水位）：113.5m；3）死水位：105.0 m（发电极限工作深度8m）；4）灌溉最低库水位：104.0m；5）总库容：2.00亿m3；6）水库有效库容：1.15亿m3；7）库容系数：0.575；8）发电调节流量Q p=7.35m3/s，相应下游水位68.2m；9）发电最大引用流量Q max=28 m3/s，相应下游水位68.65m；10）通过设计洪水位流量（Q1%）时，溢洪道最大泄水量Q max=1340 m3/s，相应下游最高洪水位74.3m。
1.2.3枢纽组成建筑物1）大坝：布置在1#坝轴线上；2）溢洪道：堰顶高程为107.50m；3）水电站：装机容量9000KW，3台机组，厂房尺寸为30×9m2；4）灌溉：主要灌区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相应渠道最大水深1.75m，渠底宽3.5m，渠道边坡1:1；5）水库放空隧洞：为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程为70.0m，洞直径为3.5m。
6）筏道：为干筏道，上游坡不陡于1:4，下游坡不陡于1:3，转运平台高程115.0m，平台尺寸为30×20m2。
1.2.4筑坝材料1）土料：主要有粘土和壤土，可采用坝下1.5-3.0km丘陵区与平原地带，储量多，质量尚佳，可作为筑坝材料，其性能见表1.1。
2）砂土：可从坝上下游0.5-3.5km河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，其性能见表1.2。
3）石料：可在坝址下游附近开采，石质为石灰岩及砂岩，质地坚硬，储量丰富，其性能见表1.3。
2 枢纽布置2.1 枢纽的组成建筑物及等级2.1.1 水库枢纽建筑物组成根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物包括：拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞（拟利用导流洞作放空洞）、筏道。
2.1.2工程规模根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》以及该工程的一些指标确定工程规模如下：1）各效益指标等别：根据枢纽灌溉面积为20万亩,在50～5万亩之间，属Ⅲ等工程；根据电站装机容量7000千瓦,即7MW，小于10MW，属Ⅴ等工程；根据总库容444万m3，即0.04亿m3，在1～0.01亿m3，属Ⅳ等工程。
2）水库枢纽等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽为Ⅲ等工程。
3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，Ⅲ等工程的主要建筑物为3级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞为3级水工建筑物；次要建筑物筏道为4级水工建筑物。
2.2各组成建筑物的选择2.2.1 挡水建筑物型式的选择在岩基上有三种类型：重力坝、拱坝、土石坝。
1）重力坝方案从枢纽布置处地形地质平面图及1#坝轴线地质剖面图上可以看出，坝址基岩为上部为五通砂岩，下面为石英砂岩和砂质页岩，覆盖层沿坝轴线厚1.5～5.0m，五通砂岩厚达30～80m，若建重力坝清基开挖量大，目前C城至坝址尚无铁路、公路通行，修建重力坝所需水泥、钢筋等材料运输不方便，且不能利用当地筑坝材料，故修建重力坝不经济。
2）拱坝方案修建拱坝理想的地形条件是左右岸地形对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的河谷段；而且坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。
该河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成S形，1#坝址处没有雄厚的山脊作为坝肩，左岸陡峭，右岸相对平缓，峡谷不对称，成不对称的“U”型，下游河床开阔，无建拱坝的可能。
3）土石坝方案土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去，因此造价相对较低，所以采用土石坝方案。
2.2.2 泄水建筑物型式的选择土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，在坝轴线下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，右岸有马鞍形垭口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽与堰上水流方向一致，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量。
2.2.3 其它建筑型式的选择1）灌溉引水建筑物采用有压式引水隧洞与灌溉渠首连接。
进口设有拦污栅、进水喇叭口、闸门室及渐变段；洞身采用钢筋混凝土衬砌；出口段设有一弯曲段连接渠首，并采用设置扩散段的底流消能方式。
主要灌区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相应渠道最大水深1.75m，渠底宽3.5m，渠道边坡1:1。
2）水电站建筑物因为土石坝不宜采用坝式水电站，而宜采用引水式发电，所以这里用单元供水式引水发电。
3）过坝建筑物主要是筏道，采用干筏道。
起运平台高程115.00m平台尺寸为30×20m2，上游坡不陡于1:4，下游坡不陡于1:3。
4）施工导流洞及水库放空洞施工导流洞及水库放空洞，均采用有压式。
为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程为70.00m，洞直径为3.50m。
2.3 枢纽总体布置方案的确定挡水建筑物：土石坝（包括副坝在内）按直线布置在河弯地段的1#坝址线上。
泄水建筑物：溢洪道布置在大坝右岸的天然垭口处。
灌溉引水建筑物：引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布置。
水电站建筑物：引水隧洞、电站厂房、开关站等布置在右岸（凸岸），在副坝和主坝之间，厂房布置在开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边。
施工导流洞及水库放空洞：布置在左岸的山体内。
综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置直接绘制地形地质平面图，见附图一。
3 土石坝设计3.1坝型选择影响土石坝坝型选择的因素有：坝高；筑坝材料；坝址区的地形地质条件；施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛等施工条件；枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；枢纽的开发目标和运行条件；土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价。
枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线下游1.5-3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。
砂料可在坝轴线下游1～3公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采。
石料可以用采石场开采，采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩11，质量良好，质地坚硬，岩石出露，覆盖浅，易开采。
各种材料的特性见表1.1－1.3。
从建筑材料上说，该枢纽坝型选择均质坝、多种土质分区坝、心墙坝、斜墙坝均可。
1）均质坝。
坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降比较小，有利于渗流稳定和减少通过坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡、及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。