指导书坝型坝址选择及枢纽布置.docx
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指导书坝型坝址选择及枢纽布置
职业教育水利水电建筑工程专业
《水工建筑物项目化实训包》实训指导书
土石坝坝型坝址选择及枢纽布置
《水工建筑物项目化实训包》项目组
2022年3月
,砂卵石层35~45m,若建重力坝清基开挖量大,且不能利用当地筑坝材料,故建重力坝方案不经济。
3)土石坝方案土石坝对地形、地质条件要求低,几乎在所有条件下都可以修建,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,造价相对较低,所以采用土石坝方案。
坝址选择
坝址选择应从以下几个方面考虑:
1)地质条件
地质条件是坝址、坝型选择的重要条件。
拱坝和重力坝(低的溢流重力坝除外),需要建要岩基上;土石坝对地质条件要求较低,岩基、土基均可;而水闸多是建在土基上。
但天然地基总是存在这样或那样的缺陷。
如:
断层破碎带、软弱夹层、淤泥、细沙层等。
在工程设计中应通过勘测研究,了解地质情况,采取不同的地基处理方法,使其满足筑坝的要求。
(2)地形条件
不同的坝型对地形的要求不一样。
在高山峡谷地区布置水利枢纽,尽量减少高边坡开挖。
坝址选在峡谷地段,坝轴线短,坝体工程量小,但对布置泄水、发电等建筑物以及施工导流均有困难。
选用土石坝坝型时,应注意库区内有无天然的垭口或天然冲沟可布置岸边溢洪道,上、下游是否便于布置施工场地。
因此,经济与否由枢纽的总造价、总工期来衡量。
对于多泥沙及有漂木要求的河道,还应注意河流的流态,在坝址选择时,要注意坝址的位置是否对取水防沙及漂木有利。
对有通航要求的枢纽还应注意上下游河道与船闸、筏道等过坝建筑物的联接。
此外还希望坝轴线上游山谷开阔,在淹没损失尽可能小的情况下,能获得较大的库容。
(3)建筑材料
坝址附近应有足够数量符合要求的建筑材料。
采用混凝土坝时,要求有可作骨料用的砂卵石或碎石料场。
采用土石坝时,应在距坝址不远处有足够数量的土石料场。
对于料场分布、储量、埋深、开采运输及施工期淹没等问题均应认真考虑。
(4)施工条件
要便于施工导流,坝址附近应有开阔地形,便于布置施工场地;距交通干线较近,便于交通运输。
在同一坝区范围内,施工条件往往是决定坝址的重要因素,但施工的困难是暂时的,工程运行管理方便则是长久的。
应从长远利益出发,正确对待施工条件的问题。
(5)综合效益
对不同的坝址要综合考虑防洪、灌溉、发电、航运、旅游等各部门的经济效益对环境的影响等。
以上几个条件很难同时满足,应抓住主要矛盾,权衡轻重,做好调查研究,进行方案比较,最后选出合适的坝轴线。
坝址选线实例:
某土石坝枢纽,拦河大坝的轴线在SE158°某处以西300m附近,轴线两岸山头较高且河岸狭窄,坝体工程量较小,轴线上端有大量面积的滩地,高程340~350m之间。
筑坝材料丰富,轴线上端也较开阔,所以建库后可获得较大库容。
而轴线的下游相比较平坦,高程基本上在335~350m之间,是良好的施工场地。
从枢纽的布置考虑,轴线上端左岸有天然哑口,可以布置溢洪道,右岸山体陡竣,可以布置泄洪隧洞。
坝址距公路只有3km,交通方便。
通过以上分析,认为该处坝址是比较合理的。
2枢纽的组成及布置
水利枢纽设计阶段
水利枢纽设计分为可行性研究、初步设计、施工详图设计三个阶段。
可行性研究阶段的主要任务包括:
河流概况及水文气象等基本资料的分析;工程地质与建筑材料的评价;工程规模、综合利用及环境影响的论证;初步选择坝址、坝型与枢纽建筑物的布置方案;初拟主体工程的施工方法,进行施工总体布置、估算工程总投资,工程效益的分析和经济评价等。
初步设计阶段的主要设计内容包括:
对水文、气象、工程地质以及天然建筑材料等基本资料作进一步分析与评价;论证本工程及主要建筑物的等级;进行水文水利计算,确定水库的各种特征水位及流量,选择电站的装机容量和主要机电设备;论证并选定坝址、坝轴线、坝型、枢纽总体布置及其他主要建筑物的结构型式和轮廓尺寸;选择施工导流方案,进行施工方法、施工进度和总体布置的设计,提出主要建筑材料、施工机械设备、劳动力、供水、供电的数量和供应计划;进行环境影响评价,提出水库移民安置规划,提出工程总概算;进行经济技术分析,阐明工程效益。
施工详图设计的主要任务是:
进行建筑物的结构和细部构造设计;进一步研究和确定地基处理方案;确定施工总体布置和施工方法,编制施工进度计划和施工预算等;提出整个工程分项分部的施工、制造、安装详图;提出工艺技术要求等。
施工详图是工程施工的依据。
土石枢纽的组成
枢纽建筑物以土石坝为主体,并包括泄洪建筑物、灌溉引水建筑物、发电引水建筑物、水电厂房、开关站、排沙建筑物、工业用水引水建筑物、放空水库的泄水建筑物、施工导流建筑物、过船建筑物、过木建筑物、鱼道等。
这些建筑物有的可以结合使用,如发电引水和灌溉引水建筑物可合并或部分合并,排砂和放空水库泄水建筑物可以结合,有的则可以分开,如泄洪建筑物可分开成溢洪道和泄洪洞。
这些都要按具体情况加以研究。
通过我们所说的土石坝蓄水枢纽“三大件”即土石坝、溢洪道和水工隧洞。
土石坝用以拦蓄洪水,形成水库,溢洪道则用以渲泄洪水,确保大坝安全。
水工隧洞则用以灌溉、发电、导流、泄洪、排沙等。
土石坝枢纽布置的一般原则
枢纽布置就是合理安排枢纽中各建筑物的相互位置。
在布置时应从设计、施工、运用管理、技术经济等方面进行综合比较,选定最优方案。
枢纽布置应服从于以下原则:
1)枢纽布置应保证各建筑物在任何条件下都能正常工作。
2)在满足建筑物的强度和稳定的条件下,使枢纽总造价和年运行费较低。
尽量采用当地材料,节约钢材、木材、水泥等基建用料,采用新技术、新设备等是降低工程造价的主要措施。
3)枢纽布置应考虑施工导流、施工方法和施工进度等,应使施工方便、工期短、造价低。
4)枢纽中各建筑物布置紧凑,尽量将同一工种的建筑物布置在一起;尽量使一个建筑物发挥多种用途,充分发挥枢纽的综合效益。
5)尽可能使枢纽中的部分建筑物早日投产,提前受益(如提前蓄水,早发电或灌溉)。
6)考虑枢纽的远景规划,应对远期扩大装机容量、大坝加高、扩建等留有余地。
7)枢纽的外观与周围环境要协调,在可能的条件下尽量注意美观。
土石坝枢纽布置方案
在遵循枢纽布置一般原则的前提条件下,从若干具有代表性的枢纽布置方案中选择一个技术上可行、经济上合理、运用安全、施工期短、管理维修方便的最优方案是一个反复优化的过程。
需要对各个方案进行具体分析、全面论证、综合比较而定。
进行方案选择时,通常对以下项目进行比较:
1)主要工程量如钢筋混凝土和混凝土、土石方、金属结构、机电安装、帷幕灌
浆、砌石等各项工程量。
2)主要建筑材料用量如钢筋、钢材、水泥、木材、砂石、沥青、炸药等材料的用量。
3)施工条件主要包括施工期、发电日期、机械化程度、劳动力状况、物资供应、料场位置、交通运输等条件。
4)运用管理条件发电、通航、泄洪、灌溉等是否相互干扰,建筑物和设备的检查、维修和操作运用、对外交通是否方便,人防条件是否具备等。
5)建筑物位置与自然界的适应情况如地基是否可靠,河床抗冲能力与下游的消能方式是否适应,地形是否便于泄水建筑物的进、出口的布置和取水建筑物进口的布置等。
6)经济指标主要比较分析总投资、总造价、年运行费、淹没损失、电站单位千瓦投资、电能成本、灌溉单位面积投资以及航运能力等综合利用效益。
7)其他根据枢纽特定条件有待专门进行比较的项目。
上述比较的项目中,有些项目是可以定量计算的,但有不少项目是难以定量计算的,这样就增加了方案选择的复杂性。
因此,应充分掌握资料、实事求是,进行方案选择。
泄水和引水建筑物
枢纽中的泄水建筑物是枢纽的重要组成部分,其造价常占工程总造价的很大一部分。
所以合理选择其布置、形式,确定其尺寸十分重要。
泄水建筑物布置和形式,应根据地形、地质条件和泄水规模、水头大小和防沙要求等综合比较以后选定,可采用开敞溢洪道和隧洞。
在地形有利的坝址,宜布置开敞溢洪道。
溢洪道布置还应从地质、枢纽布置、施工条件等方面综合考虑。
从开挖量大小考虑,当坝址附近有高度接近正常蓄水位的马鞍形山口或岸坡平缓,又能很快使下泄洪水回归原河道时,应采用正槽溢洪道。
若河岸很陡,宜采用泄洪洞或井式溢洪道。
若溢洪道与大坝紧邻,应修建导水墙将二者隔开,临近的坝体要加强防冲保护和做好防渗连接。
溢洪道控制段应靠近水库,以减少水头损失。
溢洪道布置还应仔细考虑出渣、堆渣及石渣的利用,做到与其他建筑物相互协调,避免干扰。
多泥沙河流应设排沙建筑物,并在进水口设防於和防护措施。
泄水和引水建筑物进、出口附近的坝坡和岸坡,应有可靠的防护措施。
泄水建筑物出口应采用合理的消能措施,并使消能以后的水流离开坝脚一定距离。
泄水建筑物应布置在岸边岩基上。
对高、中坝不应采用坝下涵管,低坝采用软基上埋管时,必须进行技术论证。
土石坝枢纽布置实例
土石坝枢纽布置是在满足地质条件的前提下,充分利用有利的地形条件,即利用河道的弯曲段,把土石坝布置在弯道上,在河道的凸岸布置引水洞、泄洪洞、溢洪道等建筑物,不但缩短泄水建筑物长度降低工程量,便于施工,而且水流条件良好。
实例1,图1所示的土石坝枢纽布置,其特点是:
坝址附近及其上游均无合适布置溢洪道的地方,坝址地形狭窄,左岸山势陡峻,但右岸在坝顶高程附近的山坡较平缓;灌区在右岸,要求的坝后渠首高程与原河床有较大的高差。
针对这种情况,采用了图1-1的布置方案,这在技术上是可行的,经济上也是合理的。
这一方案利用了右岸山坡比较平缓这个条件布置了坝肩溢洪道。
溢洪道在平面上顺直,出口离坝脚有较大的距离,且方向与原河道大致平行;在溢洪道与右坝头之间留出了一段距离,其下布置灌溉、发电相结合的取水隧洞,隧洞后部用压力管道接水电站,尾水渠后接灌溉干渠;在溢洪道出口段下面的山岩内布置输水隧洞,以解决泄洪与灌溉引水交叉问题。
从右岸的工程布置来看,尽可能地利用了地形条件,保证了土石坝、溢洪道、灌溉及发电等建筑物安全而正常地运行。
由于右岸灌溉、发电取水隧洞的进、出口高程较高,不能兼作施工导流之用,故在左岸布置了施工导流隧洞,并使其与泄洪相结合,且进、出口的位置和方向也是较合适的,施工导流与泄洪时的运用条件均较好;同时,也为土石坝及右岸工程的施工安排(工期和施工程序)提供了很好的条件,既能解决施工干扰,又能缩短枢纽的施工工期。
图1某土石坝枢纽平面布置图
实例2,某水库位于低山丘陵区。
坝址左岸有一垭口,其下有冲沟,利用这一天然的地形优势布置溢洪道,泄洪洞布置在右岸山体中。
枢纽布置见图2。
图2某水库土石坝枢纽布置图
实例3,图3所示的土石坝枢纽。
该枢纽由土石坝、泄洪洞、引水发电洞及电站厂房等组成。
坝址地形为V形河谷,坝址附近两岸山势陡峻,校核情况下,限制其最大泄洪量,采用泄洪洞泄洪。
图3土石坝枢纽布置图
实例4,小浪底水利枢纽位于黄河中游最后一个峡谷的出口段,上游距三门峡水库大坝130km,是控制黄河下游洪水和泥沙的关键工程。
小浪底工程开发目标为:
以防洪(包括防凌)、减淤为主,兼顾供水、灌溉和发电,蓄清排浑,除害兴利,综合利用。
小浪底水利枢纽工程自1975年选定高坝方案开始研究枢纽总布置至1992年最终选定枢纽总布置方案为止经历了漫长的18年,最终选定的枢纽总布置方案由以下建筑物组成:
拦河大坝、左岸垭口副坝、10座进水塔、3条孔板泄洪洞(由3条导流洞改建而成)、3条明流泄洪洞、3条排沙排污洞、1条灌溉洞、1条溢洪道、1条非常溢洪道(缓建)、6条发电洞、地下主厂房、开关站及地下副厂房。
枢纽总布置见图4。
拦河大坝的布置:
坝轴线与两岸连接段稍带弯曲,右岸略向上游弯曲,左岸略向下游弯曲。
上游坝坡基本上不影响泄洪、发电等建筑物的进水口布置。
发电系统布置:
根据小浪底坝址地质情况,对四种厂房位置的布置方案进行比较和充分论证,最终选定地下厂房方案。
主厂房位于左岸“T”形山梁交会处的腹部,山体较厚,地质条件属坝址区最好的。
厂房顶部岩层厚度在70m以上,地层比较稳定。
主厂房轴线方向在适应进水口的前提下,综合考虑尽量避免与围岩主要构造面走向平行、流道不要过分弯曲以及避免设置调压塔等因素,选定接近南北走向,与主厂区主要节理走向成25°夹角。
主变室曾比较过地面布置和地下布置两种方案,最终选定地下布置方案,与主厂房及尾水管闸门室平行。
发电尾水出闸室后,1、3、5号机组尾水直接流入3条长尾水洞,2、4、6号机组的尾水用短洞分别接上3条尾水洞,然后接尾水明渠,明渠末端设防淤闸,防淤闸后设尾水导墙防止桥沟河砂卵石及砾石淤堵尾水。
防淤闸紧靠泄洪建筑物的消力塘尾部,避免闸后淤积影响发电尾水位。
图4小浪底水利枢纽总布置
副厂房布置采取集中与分散相结合、地下与地面相结合的原则,将必须靠近主机的电气附属设备布置在地下紧靠安装间的左端地下副厂房内,其余布置在开关站西侧的地面副厂房内。
开关站设在对应地下主变室东偏北方向、距主变室左端水平投影距离约100m的地面石渣压实平台上,高程230m。
泄水建筑物布置:
泄水建筑物布置最终选用组合泄洪洞方案。
组合泄洪洞方案共包括16条隧洞,根据高水位用高洞,低水位用低洞,以减轻泥沙对低位泄洪排沙洞的磨损的运用原则,势必有部分泄洪排沙洞在汛期不一定过水或不一定全汛期过水,发电洞、灌溉洞在洪水期也不一定都过水。
又因黄河泥沙的特点,这些隧洞的进水口若无有效的冲沙措施,则很快被淤堵。
因此,必须将所有进水口集中布置,互相保护,防止泥沙淤堵。
右岸地形地质条件不适宜布置隧洞,16条隧洞只能集中布置在左岸,进水塔布置在风雨沟内。
实例5,豫01土石坝位于峡谷区,坝高77m,由于河流流量小,泄水与引水建筑物规模小,故均布置在顺直河段岸坡,在右岸山体开挖溢洪道及发电引水洞,发电引水洞引水至厂房,尾水通过溢洪道消力池底部的隧洞至灌渠。
其布置如图1-5。
图5豫01水库枢纽布置图
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