畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-三河口碾壓混凝土拱壩設(shè)計(jì)及壩體工程量計(jì)算.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 三河口碾壓混凝土拱壩設(shè)計(jì) 及壩體工程量計(jì)算 專 業(yè) 水利水電工程 班 級(jí) 工102 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2014年三河口碾壓混凝土拱壩設(shè)計(jì)及壩體工程量計(jì)算摘 要三河口水利樞紐位于子午河中游，是引漢濟(jì)渭工程重要水源之一。兼供水和防洪功能的水利樞紐工程。本設(shè)計(jì)通過對(duì)三河口水利樞紐各壩址的比較，確定壩軸線及樞紐布置方案，進(jìn)而進(jìn)行樞紐的設(shè)計(jì)，包括調(diào)洪演算、大壩設(shè)計(jì)、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)以及地基處理、壩體工程量計(jì)算等，其中調(diào)洪演算中運(yùn)用雙輔助線方法計(jì)。三河口水利樞紐工程等別為二等，500年一遇洪水作為設(shè)計(jì)洪水，2000年一遇洪水作為校核洪水。樞紐永久性建筑物等級(jí)為一級(jí)，在本次設(shè)計(jì)中為碾壓混凝土拱壩，最大壩高138m。在大壩設(shè)計(jì)中重點(diǎn)完成三種拱圈的布置，包括單圓心拱圈布置、三圓心拱圈布置、拋物線拱圈布置。選取單圓心拱圈拱壩進(jìn)行細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)以及地基處理、壩體工程量計(jì)算中。泄水方式選擇壩身泄水，泄水建筑物布置方案選擇表孔+底孔方案。本次設(shè)計(jì)在李守義老師的指導(dǎo)下，我達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。我完成了樞紐建筑物的布置，拱壩各種拱圈的布置以及泄水建筑物設(shè)計(jì)，拓展了我的專業(yè)知識(shí)。本次設(shè)計(jì)對(duì)以后的工作有很大幫助。關(guān)鍵字：碾壓混凝土拱壩；樞紐布置；三河口水利樞紐；單圓心拱圈；三圓心拱圈；拋物線拱圈。The Design of Sanhekou RCC Arch Dam and Dam engineering calculationABSTRACTSanhekou Hydro Project located in the middle reaches of Ziwu River is one of the important water sources of the project to divert water from Han River to Wei River . The main use of this project is providing water , controlling flood and so on . Comparing different dam sites of Sanhekou Hydro Project , this paper confirms the position of dam axis and the blue print of the layout of hydro project , then designs the hinge , such as flood routing , dam body , detail structure , treatment of dam foundation and Dam engineering calculation. Sanhekou Hydro Project is in the 2nd regulation , whose flood control standard is 500-year flood for design and 2000-year flood for check . The permanent building of this project , at the 1st grade , is an RCC arch dam , which is of the height of 138m .I selected the single-center arch dam for detail structure design, foundation treatment and the engineering calculation.I selected dam body discharge mode as discharge mode, selected table hole + bottom scheme as the layout scheme of discharge structure. In the design process of the dam, I completed the layout of three kinds of arch dam, including the layout of single-center arch dam, the layout of three-centers arch dam, the layout of parabolic arch dam.Under the guidance of my professor , Li Shouyi , I have accomplished the goal of the design . Broading my professional field , I have completed the layout of buildings , the layout of various kinds of arch dams and the design of buildings for water leakage . This experience must do good to my career .KEY WORDS：Roller compacted concrete arch dam; layout of hydroproject; Sanhekou Hydro Project; single-center arch;there-centers arch; parabolic arch 目錄第1章 工程基本資料11.1 工程概況11.2 水文氣象11.2.1 流域概況11.2.2 水文資料21.2.2.1 徑流21.2.2.2 洪水31.2.3 壩址水位與流量關(guān)系曲線51.2.4 泥沙61.2.5 氣象61.3 工程地質(zhì)71.3.1 區(qū)域地質(zhì)概況71.3.2 水庫區(qū)工程地質(zhì)條件71.3.3 壩址工程地質(zhì)條件81.3.3.1 上壩址工程地質(zhì)條件81.3.3.2 下壩址工程地質(zhì)條件91.3.3.3 天然建筑材料111.3.4 地質(zhì)結(jié)論111.4 工程規(guī)模121.4.1 水庫庫容曲線121.4.2 水庫死水位確定121.4.2.1 泥沙淤積對(duì)死水位的影響121.4.2.2 滿足調(diào)水任務(wù)要求的死水位131.4.3 正常蓄水位確定15第2章 調(diào)洪計(jì)算182.1 底孔規(guī)模及死庫容確定182.2 興利庫容確定182.3 泄洪方案的選擇192.3.1 可能調(diào)洪方案192.3.2 方案選擇192.4 調(diào)洪計(jì)算202.4.1 調(diào)洪原理202.4.2 調(diào)洪演算21第3章 樞紐布置283.1 壩址選擇283.2 壩軸線選擇293.3 壩型選擇303.3.1 混凝土面板堆石壩方案303.3.2 碾壓混凝土重力壩方案323.3.3 碾壓混凝土拱壩方案333.4 樞紐布置34第4章 拱壩設(shè)計(jì)364.1 拱壩體型布置364.1.1 等厚單圓心拱圈布置364.1.2 等厚拋物線拱圈布置444.1.3 等厚三圓心拱圈布置48第5章 泄水建筑物設(shè)計(jì)525.1 表孔設(shè)計(jì)525.2 底孔設(shè)計(jì)545.3 消能防沖計(jì)算565.3.1 表孔挑流消能水面線的計(jì)算565.3.2 挑流消能水力要素的計(jì)算57第6章 構(gòu)造設(shè)計(jì)606.1 壩頂構(gòu)造606.2 廊道設(shè)計(jì)606.3 排水系統(tǒng)606.4 誘導(dǎo)縫構(gòu)造616.5 護(hù)坦設(shè)計(jì)61第7章 地基處理627.1 地基開挖與清理627.2 帷幕灌漿與固結(jié)灌漿627.2.1 帷幕灌漿627.2.2 固結(jié)灌漿63第8章 壩體工程量計(jì)算64第9章 設(shè)計(jì)成果總結(jié)66致謝67參考文獻(xiàn)68第1章 工程基本資料1.1 工程概況三河口水利樞紐地處佛坪縣與寧陜縣交界的子午河中游狹谷段，壩址位于佛坪縣大河壩鄉(xiāng)三河口村下游約2km處，北距佛坪縣城35km，東距寧陜縣城45km，南距石泉縣城49km，西距洋縣縣城50km。工程區(qū)對(duì)外交通方便，西岔河寧陜縣兩河口公路由壩址右岸通過，其北接108國道，南連210國道，是對(duì)外交通干線，椒溪河和蒲河均有公路可達(dá)庫尾。西安至漢中高速公路在壩址下游約4km的大河壩鄉(xiāng)通過，并設(shè)有出入口。水庫壩址以上多年平均徑流量8.65108 m3。整個(gè)河段地處秦嶺山區(qū)，人口、耕地不多，區(qū)內(nèi)無工業(yè)用水要求，只有少量的農(nóng)村生活和灌溉用水需要。截至目前，流域內(nèi)無大中型水利水電設(shè)施，人類活動(dòng)影響較小。規(guī)劃的三河口水利樞紐壩址以下河段有十余條常流水的支流匯入，多年平均自產(chǎn)水量超過3108 m3，能滿足其用水需求。本次設(shè)計(jì)的樞紐布置方案：三河口水利樞紐主要由擋水建筑物、泄水建筑物、放空建筑物及放水建筑物組成。擋水建筑物選用碾壓式混凝土雙曲拱壩，等厚單圓心水平拱圈，布置在上壩址；泄水建筑物選用表孔泄水，表孔對(duì)稱于拱冠梁，放空建筑物選用底孔，位于左右岸非溢流壩段 12。1.2 水文氣象1.2.1 流域概況子午河系漢江北岸的一級(jí)支流，上游由汶水河、蒲河、椒溪河匯合而成。主源汶水河發(fā)源于寧陜、周至、戶縣交界的秦嶺南麓，由東北向西南流經(jīng)寧陜縣境內(nèi)，在寧陜與佛坪交界處匯入蒲河、椒溪河后稱子午河，匯合口以下河流由北流向南，于石泉縣三華石鄉(xiāng)白沙渡附近入漢江。子午河全長161 km，流域面積3010 km2，河道平均比降5.44，流域呈扇形。上游汶水河長106 km，流域面積1094 km2，河道比降9.3；椒溪河長70 km，流域面積596 km2，河道比降18.7；蒲河長58 km，流域面積496 km2，河道比降26.6。子午河流域地形北高南低，中上游為高中山區(qū)，人煙稀少，森林茂密；下游為低山河谷區(qū)，人口相對(duì)集中，除農(nóng)耕田外，多為灌木雜草覆蓋。八十年代后，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，佛坪縣城附近局部林木遭到破壞，水土流失有所增加。流域內(nèi)無大中型水利水保設(shè)施，人類活動(dòng)影響較小，河流含沙量小，水質(zhì)良好。三河口水庫壩址位于子午河三河口以下約2km處，壩址以上河長106km，控制流域面積2186km2，占全流域的72.6%，壩址處河床高程525m（黃海）。1.2.2 水文資料子午河系漢江北岸的一級(jí)支流， 干流上設(shè)有兩河口水文站，控制流域面積2816km2，與子午河相鄰的酉水河流域設(shè)有酉水街水文站，控制流域面積911 km2， 同為漢江北岸一級(jí)支流的湑水河設(shè)有升仙村水文站，控制流域面積2143 km2。子午河流域還設(shè)有四畝地、鋼鐵、筒車灣、龍草坪、火地塘、十畝地、新廠街、菜子坪、黃草坪、興坪等雨量站。上述水文站、雨量站有50年以上的水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)等整編資料，滿足本工程水文分析計(jì)算要求。1.2.2.1 徑流三河口水庫壩址以上控制流域面積2186km2，占子午河全流域的72.6%，多年平均降雨量886mm。壩址的年徑流是將兩河口水文站年徑流按面積比擬法采用降雨修正計(jì)算得到?？紤]與引漢濟(jì)渭工程另一水源漢江干流黃金峽壩址徑流系列同步，利用鄰近流域徑流資料將兩河口站徑流資料插補(bǔ)延長，插補(bǔ)延長后徑流資料系列年限為19542005年，共51年。計(jì)算得到三河口水庫壩址處多年平均徑流量為8.65億m3。1.2.2.2 洪水子午河的洪水是由暴雨形成的，暴雨的特性決定著洪水特性。該河的洪水最早出現(xiàn)在4月，11月由于受霖雨的影響，亦有洪水發(fā)生。年最大洪水一般出現(xiàn)在610月，洪水具有峰高、量大的特點(diǎn)，峰型多呈單峰，雙峰和復(fù)峰相對(duì)較少，一次洪水過程約46天，主峰歷時(shí)24天。據(jù)兩河口站實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，年最大洪水出現(xiàn)在6月的機(jī)率占7.69%， 79月占77.0%，10月占12.8%，11月占2.56%；峰型為單峰的占66.7%，雙峰和復(fù)峰占33.3%；實(shí)測(cè)洪水最大洪峰流量6270m3/s，最大24小時(shí)、72小時(shí)洪量分別為2.418億m3和3.344億m3。根據(jù)洪水調(diào)查訪問情況及有關(guān)資料分析，考慮安全起見，本次將2002年洪水的重現(xiàn)期定為100年。（1）三河口水庫壩址洪水根據(jù)兩河口站成果采用面積比擬法計(jì)算，面積比指數(shù)洪峰流量取2/3，洪量取1。計(jì)算結(jié)果見表1-1。表1-1 三河口水庫壩址不同頻率洪峰流量、時(shí)段洪量計(jì)算成果表洪水特征量P（%）0.020.050.10.20.51251020Qm（ m3/s）9960886079907130601051704350328024801730W24（億m3）4.8524.3323.9363.5403.0922.6322.2431.7391.3580.986W72（億m3）6.2965.6985.2484.7984.2003.7423.2762.6632.1971.716（2）設(shè)計(jì)洪水過程線采用典型洪水過程按同頻率放大的方法計(jì)算。典型洪水過程選擇1983年7月21日洪水過程，洪水過程線見表1-2。表1-2 三河口水庫壩址典型洪水過程線 單位：m3/s月日時(shí)分流量月日時(shí)分流量7210047272118011741036181901083203906200105130379621010214042312209885042712309596043187220093370426510902803902208789034063085210029614082911025275080912022906079013018767077314017238075415015509074216014341007251701276110705 （3）施工洪水根據(jù)子午河的洪水特性和施工組織設(shè)計(jì)的要求，將全年劃分兩個(gè)期：汛期610月和非汛期115月，汛期610月洪水采用年最大洪水計(jì)算成果，在此只計(jì)算11 5月洪水。設(shè)計(jì)依據(jù)站：兩河口水文站系列年限：19632005年37年（其中缺19771980年）洪峰流量選樣采用年最大值法按跨期510日的原則。計(jì)算方法同年最大洪水計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1-3。表1-3 三河口水庫壩址分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表 單位：m3/s分期P(%)0.020.050.20.523.351020115月17201560131011508908107205804401.2.3 壩址水位與流量關(guān)系曲線三河口水庫上壩址下游220m處，水位流量關(guān)系采用滿寧公式Q=R2/3J1/2A/n計(jì)算。 式中： Q流量（m3/s） n河道糙率 R水力半徑（m） J水力坡度 A過水?dāng)嗝婷娣e（m2） 公式中參數(shù)確定如下： 計(jì)算斷面：采用我院測(cè)量隊(duì)2007年3月實(shí)測(cè)縱、橫斷面； 水面比降：根據(jù)河道比降、水邊比降，2002年6月9日大洪水比降綜合分析，采用2002年6月9日大洪水比降，其值為2.83。河道糙率：根據(jù)上壩址下游河道及兩岸情況，壩址處的糙率采用0.038。 將上述參數(shù)代入滿寧公式，計(jì)算得到三河口水庫上壩址下游220m處河道斷面的水位流量關(guān)系見表1-4。表1-4 三河口水庫壩址下游水位流量關(guān)系曲線表水位（m）525527529531533流量（m3/s）0623127619622765水位（m）535537539540流量（m3/s）36434782652276531.2.4 泥沙據(jù)兩河口水文站19642005年38年實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙量資料統(tǒng)計(jì)，多年平均懸移質(zhì)輸沙量54.8萬t，三河口水庫壩址懸移質(zhì)輸沙量按面積比擬法計(jì)算為42.5萬t。子午河及鄰近流域無推移質(zhì)觀測(cè)資料，故水庫壩址處的推移質(zhì)可按一般山區(qū)河流推移質(zhì)與懸移質(zhì)的比例上限0.3估算，則水庫壩址處推移質(zhì)的多年平均輸沙量為12.8萬t，其多年平均天然輸沙量為55.3萬t。1.2.5 氣象子午河流域?qū)俦眮啛釒駶?、半濕潤氣候區(qū)，四季分明，夏無酷熱，冬無嚴(yán)寒，春季氣溫上升較快、間有“倒春寒”，秋涼濕潤多連陰雨。三河口水庫壩址附近無氣象觀測(cè)資料，氣象特性用寧陜縣氣象站實(shí)測(cè)資料來說明。據(jù)寧陜縣氣象資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫12.3，一月最低，平均-2.1，七月最高，平均25.9，極端最高氣溫37.4，最低氣溫-16.4；多年平均降水量901mm，降水主要集中在汛期，510月降水量占全年降水量的84.4%。多年平均蒸發(fā)量1213mm，多年平均風(fēng)速1.2m/s，最多風(fēng)向SSW，多年平均最大風(fēng)速8.7 m/s，最大風(fēng)速12.3m/s，風(fēng)向NE。土層凍結(jié)期為11月到次年3月，最大凍土深度13cm。庫底水溫6，水表面年平均水溫14.2，表面水溫年變幅：14.0。1.3 工程地質(zhì)1.3.1 區(qū)域地質(zhì)概況工程區(qū)位于秦嶺中段、漢江以北的中低山區(qū)，區(qū)內(nèi)地層巖性分布有片巖、片麻巖、結(jié)晶灰?guī)r、大理巖、硅質(zhì)板巖、花崗巖，還有下第三系砂巖、砂礫巖和第四系松散巖層。工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造屬相對(duì)穩(wěn)定地區(qū)，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.062g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.53s，相應(yīng)的地震基本烈度為度。100年超越概率2%進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，地震動(dòng)峰值加速度為0.146g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.57s，相應(yīng)地震烈度為度。1.3.2 水庫區(qū)工程地質(zhì)條件水庫區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，可溶巖主要為大理巖及結(jié)晶灰?guī)r，巖溶形態(tài)多以溶隙、溶孔為主，溶洞甚少，連通性差，對(duì)水庫蓄水無明顯的影響。庫區(qū)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為滑坡和崩塌體，崩塌體一般低于正常庫水位，岸坡局部零星存在危巖體，分布高程一般低于700m，規(guī)模較小。庫區(qū)周邊山體雄厚，巖體完整，透水性較弱，沒有與外界連通的溝谷凹地。兩岸地下水出露高程高于正常蓄水位643m。庫區(qū)不存在永久性滲漏問題。庫區(qū)基巖岸坡整體基本穩(wěn)定，水庫蓄水后局部陡坡地段和不穩(wěn)定巖體有可能出現(xiàn)小規(guī)模崩塌，土質(zhì)邊坡存在局部小量塌岸問題，但對(duì)水庫工程無大的影響。庫區(qū)無可開采的礦產(chǎn)資源及文物分布，水庫蓄水后，將淹沒兩岸的部分耕地和公路，淹沒區(qū)不存在浸沒問題。庫區(qū)岸坡以基巖邊坡為主，植被覆蓋率較高，水土流失程度較低，水庫淤積量很少，對(duì)水庫的使用壽命影響甚微。水庫區(qū)不具備水庫誘發(fā)地震的基本條件。1.3.3 壩址工程地質(zhì)條件1.3.3.1 上壩址工程地質(zhì)條件上壩址位于佛坪縣大河壩鄉(xiāng)以北約3.5km的子午河峽谷段，該河段河谷呈“V”型發(fā)育，兩岸地形較為對(duì)稱，山體雄厚，壩軸線位置河谷底寬約90m，河床高程525m，壩頂處河谷寬約327m。壩址區(qū)階地不發(fā)育，兩岸殘留二級(jí)基座階地，階地地層上部為12m厚壤土，下部為卵礫石層。上壩址出露的地層巖性：（1）第四系松散堆積物：坡積、崩積堆積層，分布于兩岸斜坡表層低凹處及坡腳，厚度一般15m。河床砂卵石層厚度6.57.2m，河谷中心最大厚度11m。滲透系數(shù)約K=92m/d，屬強(qiáng)透水層。（2）志留系下統(tǒng)梅子亞組變質(zhì)砂巖段（Smss）：巖性以變質(zhì)砂巖、結(jié)晶灰?guī)r、大理巖及印支期侵入花崗偉晶巖脈。大理巖及結(jié)晶灰?guī)r為可溶巖，與非可溶巖變質(zhì)砂巖呈互層狀分布。出露寬度大理巖一般2030m，結(jié)晶灰?guī)r一般3560m，未發(fā)現(xiàn)可溶巖地層中有明顯的溶洞及落水洞，巖溶類型特征以溶蝕裂隙為主。根據(jù)現(xiàn)有的勘探資料，初步分析認(rèn)為：上壩址區(qū)可溶巖地層中巖溶發(fā)育程度輕微，連通性差，對(duì)工程無較大影響。在壩軸線下游右岸80m，左岸70m發(fā)育一小型傾伏背斜構(gòu)造，軸向約315，與河流方向近垂直，背斜軸部發(fā)育縱向剪性裂隙及橫向張性裂隙。上壩址巖層走向310330，傾向SW，傾角5070，巖性傾向下游；壩軸線下游80m以外巖層受褶曲影響，產(chǎn)狀為310330，傾向NE，傾角4565，巖層傾向上游。壩址處河床基礎(chǔ)及兩岸邊坡主要由變質(zhì)砂巖、結(jié)晶灰?guī)r、大理巖組成，夾少量偉晶巖脈。強(qiáng)風(fēng)化帶厚度一般817.5m（水平），弱風(fēng)化帶厚度一般1220m（水平）。壩址區(qū)發(fā)育的斷層主要為f13、f14、f15、f16、f43、f44、f45，力學(xué)性質(zhì)以壓性及壓扭性為主，斷層破碎帶寬度一般30150cm，對(duì)工程有一定的影響。其中距離壩軸線較近的有f44、f45。壩區(qū)發(fā)育4組裂隙，除第一組裂隙走向與河流走向基本平行外，其余各組裂隙走向與河流呈大角度相交。裂隙傾角大于65，裂隙寬13mm，多閉合，延伸較長一般大于510m。無結(jié)構(gòu)面組合及滑移條件。壩址區(qū)地下水類型主要為第四系松散堆積層孔隙潛水和基巖裂隙水。孔隙潛水主要分布于河床及漫灘的砂卵石層中，基巖裂隙水主要分布于河谷兩岸基巖裂隙中。都是受降雨補(bǔ)給，孔隙潛水向河流排泄，基巖裂隙水以下降泉的形式補(bǔ)給河水。河水和地下水對(duì)砼無腐蝕性45。1.3.3.2 下壩址工程地質(zhì)條件下壩址位于大河壩鄉(xiāng)上游約1km處的子午河峽谷段，河谷呈“V”字型發(fā)育，兩岸基巖邊坡陡峻，自然邊坡4065。壩軸線位置河谷底寬約100m，河床高程514518m，壩頂處河谷寬約340m。壩址區(qū)階地不發(fā)育，兩岸殘留三、四級(jí)基座階地，階地地層上部為12m厚壤土，下部為卵礫石層。壩址區(qū)出露的地層巖性主要為奧陶系上統(tǒng)斑鳩關(guān)組（O-S）硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖及二云石英片巖，及覆于其上第四系松散堆積層。河床及漫灘部分布的中粗砂層、卵石層厚度一般為3.58.8m，最大厚度15.5m。下壩址附近的4#滑坡規(guī)模較大，估算體積約37萬m3，距下壩址軸線上游左岸約450m，約1/3方量位于正常蓄水位643m以上，自然狀況條件下邊坡穩(wěn)定，蓄水后存在局部失穩(wěn)的可能，對(duì)下壩址建筑物有一定影響。下壩址位于近東西向傾伏背斜構(gòu)造的核部，地層南傾，傾角5580。河谷與巖層走向夾角為4070，屬斜向谷。在區(qū)域南北向擠壓應(yīng)力作用和山體隆起作用下，地層發(fā)育較多的逆沖斷層和小型褶皺變形現(xiàn)象。壩址處硅質(zhì)巖、硅質(zhì)板巖巖層產(chǎn)狀陡傾，巖體堅(jiān)硬，卸荷裂隙兩岸發(fā)育，水平厚度一般為316m，受高傾角構(gòu)造裂隙切割，易產(chǎn)生崩塌。右壩肩高程560m以下，受一組產(chǎn)狀為33040的夾泥斷層控制，與其垂直的裂隙組合構(gòu)成側(cè)向切割面，形成不穩(wěn)定巖體，厚度為510m，呈倒三角形分布，初步估算方量為4200m3，易塌落掉塊，蓄水后穩(wěn)定性極差。壩址區(qū)斷裂以小斷裂為主，主要沿層面發(fā)育。壩址區(qū)發(fā)育較大的斷裂有F1、F2、F3、F5、F6等5 條。由于F1F5距壩軸線較遠(yuǎn)，對(duì)工程影響小。壩區(qū)發(fā)育小斷層22條，主要沿巖層面發(fā)育。小斷層對(duì)工程影響主要是與裂隙的不利組合，對(duì)壩肩局部產(chǎn)生不穩(wěn)定塊體。壩址區(qū)地下水類型主要為第四系松散堆積孔隙潛水和基巖裂隙潛水。潛水主要接受降水補(bǔ)給，河谷兩岸地下水補(bǔ)給地表水。壩址區(qū)強(qiáng)風(fēng)化帶厚度左岸313.5m，右岸17m；弱風(fēng)化帶厚度左岸426m，右岸2126m。河床無強(qiáng)風(fēng)化層，弱風(fēng)化厚度57m。組成壩基的主要巖石為弱風(fēng)化硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖。弱風(fēng)化硅質(zhì)板巖，飽和抗壓強(qiáng)度Rb=63.23MPa，縱波速度Vp=3600m/s；微風(fēng)化硅質(zhì)板巖，飽和抗壓強(qiáng)度Rb=116.8MPa，縱波速度Vp=4200m/s。1.3.3.3 天然建筑材料本階段初步選擇了五個(gè)砂礫料場、兩個(gè)土料場和兩個(gè)石料場。根據(jù)勘探試驗(yàn)結(jié)果，其質(zhì)量和儲(chǔ)量均可滿足要求，各料場均有公路相通，開采運(yùn)輸方便。1.3.4 地質(zhì)結(jié)論從地形、地質(zhì)條件上綜合比較認(rèn)為：壩址區(qū)不存在對(duì)工程影響較大的區(qū)域性斷裂分布，兩岸邊坡穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，出露的巖石屬硬質(zhì)巖類，壩基巖體質(zhì)量分級(jí)為類為主，具有建高壩的地形、地質(zhì)條件。水庫回水區(qū)庫盆周邊山體雄厚，地形封閉，巖溶不發(fā)育，河谷兩岸地下水高于水庫正常蓄水位643.0m高程，因此，水庫蓄水后不存在永久性滲漏問題。水庫基巖岸坡約占70%以上，整體基本穩(wěn)定，工程區(qū)內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)大型滑坡和不穩(wěn)定巖體。土質(zhì)岸坡水庫蓄水后存在塌岸問題，但塌岸寬度、規(guī)模較小，對(duì)水庫影響不大。上壩址河谷順直，兩岸地形完整，岸坡基本對(duì)稱。下壩址兩岸溝谷較發(fā)育，地形起伏較破碎，地層陡傾，存在崩塌、卸荷現(xiàn)象，風(fēng)化較深，壩基中小型溶蝕帶發(fā)育，近壩區(qū)存在蓄水后可能失穩(wěn)的滑坡體。本階段根據(jù)工程區(qū)的地形、地質(zhì)條件和天然建筑材料分布情況，以及對(duì)壩基巖體工程地質(zhì)條件分析，從地質(zhì)角度看上壩址地質(zhì)條件優(yōu)越。1.4 工程規(guī)模 根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)（GB50201-94）和水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252-2000）的規(guī)定，確定水庫樞紐工程等別為等，工程規(guī)模為大（2）型，其永久泄水建筑物按2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，攔河壩等主要建筑物正常運(yùn)用的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，非常運(yùn)用的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇。1.4.1 水庫庫容曲線根據(jù)2004年測(cè)繪的三河口水庫1：5000地形圖對(duì)初選的三河口水庫壩址進(jìn)行水位高程與水庫庫容、水位與面積計(jì)算。天然情況的水位與庫容、水位與面積關(guān)系見圖4-1。1.4.2 水庫死水位確定本階段在滿足三河口向金盆水庫重力自流輸水的原則下，綜合考慮泥沙淤積與滿足調(diào)水任務(wù)要求，初步選定水庫的死水位。1.4.2.1 泥沙淤積對(duì)死水位的影響根據(jù)三河口水庫壩址泥沙淤積量的計(jì)算，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為42.5萬t，容重按1.3t/m3，合32.6萬m3；推移質(zhì)的多年平均輸沙量為12.75萬t，容重按1.5t/m3，合8.5萬m3。則水庫壩址多年平均天然輸沙量為55.3萬t，合41.2萬m3。根據(jù)地質(zhì)資料，三河口水庫坍岸量為38.5萬m3，滑坡量為109.3萬m3，本階段按坍岸量與滑坡量全落到庫區(qū)內(nèi)計(jì)算，其值為147.8萬m3。引黃金峽水入三河口工程，在引水的同時(shí)，也引入部分沙量。本階段按黃金峽斷面多年平均含沙量0.812kg/ m3計(jì)算，多年平均引黃金峽斷面水量為10.25億m3，則多年平均引入三河口的沙量為83.2萬t，容重按1.3t/ m3估算，合64萬m3。根據(jù)三河口水庫工程淤積形態(tài)分析計(jì)算結(jié)果，水庫庫區(qū)的淤積形態(tài)為典型的三角洲淤積形態(tài)。水庫若按100年運(yùn)用、泥沙與坍岸量、滑坡量全落到庫區(qū)內(nèi)，則壩前淤積灘面高程為587.7m。淤沙浮容重為8kN/m3，內(nèi)摩擦角為14。1.4.2.2 滿足調(diào)水任務(wù)要求的死水位按照設(shè)計(jì)水平年2030年三河口水庫的運(yùn)行方式和調(diào)節(jié)原則，在三河口水庫正常蓄水位643.0m、汛限水位641.0m情況下，按照擬定的560m、575m、588m、600m四個(gè)死水位方案進(jìn)行復(fù)核，分別為方案、方案、方案，進(jìn)行滿足2030水平年供水任務(wù)要求的調(diào)節(jié)計(jì)算，不同死水位的三河口水庫規(guī)模方案調(diào)節(jié)結(jié)果對(duì)比結(jié)果見表1-5。表1-5 不同死水位的三河口水庫規(guī)模方案對(duì)比結(jié)果表項(xiàng)目單位方案方案方案方案黃金峽抽水流量m3/s75757575黃金峽水庫正常蓄水位m450黃金峽水庫死水位m440黃金峽水庫調(diào)節(jié)庫容億m30.9192黃金峽供水量（黃金峽斷面）億m39.709.79.709.70黃金峽供水量（三河口斷面）m3/s9.559.559.569.55三河口水庫供水量億m35.495.495.495.48供水量合計(jì)億m315.0715.0715.0515.05供水時(shí)段保證率%95.5995.5495.0594.5受限最大調(diào)水量億m315.6115.6115.6115.61三河口水庫正常蓄水位m643643643643三河口汛期限制水位m641641641641三河口水庫死水位m560575588600三河口水庫調(diào)節(jié)庫容億m36.456.065.534.84三河口水庫多年平均蒸發(fā)、滲漏量億m30.300.310.310.33三河口水庫棄水量億m30.140.140.140.14三河口水庫多年平均下泄水量億m32.192.192.192.19三河口水庫庫容系數(shù)%35.032.930.026.3三河口水庫蓄滿率%31.431.431.433.3受水區(qū)地下水多年平均開采量億m34.1434.1434.1434.143最小年開采量億m30.2080.2080.2920.292最大年開采量億m38.7288.8849.2059.539從表4-2可以看出，在黃金峽抽水流量75m3/s情況下，方案、方案和方案的供水量均能達(dá)到15.0億m3；方案、方案、方案供水保證率分別為均能達(dá)到95%的要求；方案的供水保證率為94.5%，不能達(dá)到95%的要求。 方案、方案、方案三河口的調(diào)蓄庫容隨著死水位的升高逐步遞減，而受水區(qū)地下水最大年開采量呈遞增態(tài)勢(shì)，這說明適當(dāng)增加三河口的調(diào)蓄庫容可以有效降低受水對(duì)象最枯年份地下水的開采過程線。死水位在不增加工程投資情況下，死水位相對(duì)最優(yōu)方案為560m方案，較優(yōu)方案為575m方案。考慮受水區(qū)與調(diào)水區(qū)水資源調(diào)度運(yùn)行的邊界條件，本階段死水位推薦三河口水庫工程規(guī)模正常蓄水位643m、汛限水位641m；死水位588m為代表水位方案。1.4.3 正常蓄水位確定根據(jù)三河口水庫的地形、地質(zhì)條件，庫區(qū)巖體比較完整，無大的斷裂構(gòu)造，具有建造高壩大庫的條件。西安漢中高速公路從庫區(qū)通過，高速公路路基點(diǎn)最低高程為643.0m。按照三河口水庫的運(yùn)行方式和調(diào)節(jié)原則，在死水位為588.0m時(shí)，初選639.0m、641.0m、643.0m（汛限水位641.0m）、643.0m四個(gè)蓄水位方案，分別為方案、方案、方案、方案進(jìn)行比較，其調(diào)節(jié)結(jié)果見表4-3。從計(jì)算結(jié)果表4-3可以看出：（1）從滿足工程開發(fā)任務(wù)來看，方案、方案水庫均按多年調(diào)節(jié)運(yùn)行，均能滿足下游河道生態(tài)基流的要求，給受水區(qū)工業(yè)及城鄉(xiāng)生活多年平均供水量均少于15.0億m3、供水保證率分別為94.07%、94.67%，不滿足受水區(qū)工業(yè)及城鄉(xiāng)生活多年平均供水量15.0億m3、供水保證率不低于95%的要求，三河口水庫規(guī)模偏小，不滿足工程任務(wù)；方案與方案多年平均供水量分別為15.05億m3、15.06億m3、供水保證率分別為95.05%、95.05%，均滿足工程任務(wù)的要求，但是方案淹沒影響較大。因此，方案方案規(guī)模適中。（2）從供水量來增量來看，在汛限水位641m方案情況下，從正常蓄水位641m增加到正常蓄水位643m，供水量增量為0.02億m3；在正常蓄水位643m方案情況下，從汛限水位641m增加到汛限水位643m，供水量增量僅為0.01億m3。在滿足設(shè)計(jì)水平年2030年在滿足調(diào)水任務(wù)情況下，以汛期水位641m、正常蓄水位643m的供水量梯度較大。綜上分析，在滿足下游河道生態(tài)基流的情況下，從滿足工程開發(fā)任務(wù)、水庫供水量、供水保證率來看，以汛期水位641m、正常蓄水位643.0m較優(yōu)。表1-6引黃金峽水量三河口水庫不同正常蓄水位方案調(diào)節(jié)結(jié)果表 方案項(xiàng)目單位三河口水庫工程壩址多年平均徑流億m38.658.658.658.65初擬正常蓄水位m639641643643汛限水位m639641641643死水位m588588588588調(diào)節(jié)庫容億m34.9015.2065.5345.534調(diào)節(jié)庫容增量億m30.3050.3280引黃金峽入三河口水庫引水流量（黃金峽斷面）m3/s75黃金峽水庫正常蓄水位m450黃金峽水庫死水位m440黃金峽水庫調(diào)節(jié)庫容億m30.9192受水區(qū)地下水多年平均開采量億m34.1434.1434.1434.143最小年開采量億m30.3690.2980.2920.292最大年開采量億m38.5618.9429.2059.205工程供水要求水庫下游河道生態(tài)基流億m30.850.850.850.85受水對(duì)象需水要求多年平均供水量不少于億m315151515供水保證率不低于%95959595工程滿足情況水庫下游河道基流億m30.850.850.850.85給受水對(duì)象供水多年平均供水量億m314.9915.0315.0515.06保證率95%供水量億m314.6414.7314.7914.79三河口多年平均供水量億m35.425.445.445.45黃金峽多年平均供水量（三河口斷面）億m39.579.599.619.61供水保證率%94.0794.6795.0595.05工業(yè)及城鄉(xiāng)生活供水量增量億m30.040.020.01三河口多年平均水庫棄水量億m30.160.140.140.14三河口多年平均水庫下泄水量億m32.192.192.192.19三河口多年平均蒸發(fā)、滲漏量億m30.290.300.310.31三河口庫容系數(shù)%26.728.330.030.1三河口水庫蓄滿率%41.233.331.431.476第2章 調(diào)洪計(jì)算2.1 底孔規(guī)模及死庫容確定考慮水庫排沙和意外情況下泄洪的需要，設(shè)計(jì)中要考慮底孔的設(shè)計(jì)。通過計(jì)算水庫的淤積以及考慮排沙要求，為了保證設(shè)計(jì)洪水時(shí)宣泄通暢，選取底孔進(jìn)口中心線高程為577 m,孔口尺寸按要求確定為6 m9 m。根據(jù)三河口水庫工程淤積形態(tài)分析計(jì)算結(jié)果，水庫庫區(qū)的淤積形態(tài)為典型的三角洲淤積形態(tài)。水庫若按100年運(yùn)用、泥沙與坍岸量、滑坡量全落到庫區(qū)內(nèi)，則壩前淤積灘面高程為587.7 m，因此，選取死水位為588 m，相應(yīng)死庫容為11500104m3 。2.2 興利庫容確定根據(jù)三河口水庫的地形、地質(zhì)條件，庫區(qū)巖體比較完整，無大的斷裂構(gòu)造，具有建造高壩大庫的條件。西安漢中高速公路從庫區(qū)通過，高速公路路基點(diǎn)最低高程為643.0 m。考慮水庫所承擔(dān)的供水任務(wù)，且三河口水庫是引漢濟(jì)渭跨流域調(diào)水工程、調(diào)水區(qū)與受水對(duì)象合理置配水資源的不可替代的控制性調(diào)蓄水資源的關(guān)鍵工程，為了合理利用調(diào)水區(qū)水資源，在不影響下游河道生態(tài)用水前提下，本階段在綜合考慮水庫的重要性與高速公路路基點(diǎn)最低高程情況下，以643.0 m作為三河口水庫正常蓄水位的控制水位。在滿足下游河道生態(tài)基流的情況下，從滿足工程開發(fā)任務(wù)、水庫供水量、供水保證率來看，選取汛期水位641 m、正常蓄水位643.0 m,興利庫容為56860104m3 。2.3 泄洪方案的選擇2.3.1 可能調(diào)洪方案表孔溢流方案：突出優(yōu)點(diǎn)是泄洪能力大，可減小孔口尺寸，閘門上的水壓力小，操作檢修方便。缺點(diǎn)是壩身單薄，需設(shè)置泄槽或滑雪道結(jié)構(gòu)，實(shí)體的泄槽結(jié)構(gòu)工程量較大，不經(jīng)濟(jì)，輕型的滑雪道結(jié)構(gòu)易引起振動(dòng)，穩(wěn)定性不好；使壩體堰頂以上失去空間結(jié)構(gòu)作用，拱的空間結(jié)構(gòu)作用從堰頂高程以下才能得以發(fā)揮。壩身開孔方案（淺孔方案和中孔方案）：優(yōu)點(diǎn)是對(duì)壩體應(yīng)力影響不大，可節(jié)省另建溢洪道的投資。缺點(diǎn)是當(dāng)水流過壩后需設(shè)置滑雪道泄槽，并進(jìn)行合理選型和布置：若同一高程開孔數(shù)量多，該層拱圈削弱較多。壩外溢洪道泄洪方案：適用于有天然埡口，便于布置正槽式溢洪道的地形條件。利用導(dǎo)流隧洞泄洪方案：拱壩的施工導(dǎo)流須采用一次斷流方案，故施工時(shí)需在某一岸開挖導(dǎo)流隧洞，以便壩體施工，為節(jié)省工程投資，可將進(jìn)口段改建成“龍?zhí)ь^”，將導(dǎo)流洞改建成泄洪洞，但本工程導(dǎo)流洞長度較短，改建成泄洪洞后，除“龍?zhí)ь^”部分外可利用的長度不長，加上改建部分的開挖和老洞的封堵，實(shí)際并不能有效節(jié)省工程投資。2.3.2 方案選擇全面綜合比較以上所述四種方案，壩外溢洪道泄洪方案和利用導(dǎo)流隧洞方案不及采用表孔溢流和壩身泄水孔方案，采用滑雪道結(jié)構(gòu)工程投資遠(yuǎn)小于修建壩外泄水建筑物的工程投資，故初步選擇3表孔+2底孔泄洪方案進(jìn)行調(diào)洪演算。2.4 調(diào)洪計(jì)算2.4.1 調(diào)洪原理無論在水庫的規(guī)劃階段還是在已建水庫的管理運(yùn)用階段,水庫的調(diào)洪計(jì)算總是必須的。不過,由于不同階或同一階段所遇到的具體情況不同,其計(jì)算目的是不同的.水庫在規(guī)劃階段,往往是根據(jù)水庫的設(shè)計(jì)洪水,擬訂若個(gè)泄洪措施方案,通過調(diào)洪計(jì)算,分別求出下泄洪水過程、防洪特征庫容、特征水位、壩頂高程以及投資、效益等,然后在通過綜比較,選擇技術(shù)上可行且經(jīng)濟(jì)合理的水庫、泄洪建筑物及下游防洪工程的規(guī)模和有關(guān)參數(shù)；而在水庫的運(yùn)用管理階段,庫容和泄洪建筑物的尺寸是定值,這時(shí)的調(diào)洪計(jì)算是根據(jù)某種頻率的入庫洪水或預(yù)報(bào)的入庫洪水,在不同防洪限制水位時(shí),求出水庫的洪水位與最大下泄流量Qmax,為編制防洪調(diào)度規(guī)程、制訂防洪措施提供科學(xué)依據(jù),既要盡可能滿足下游防洪要求,又要保證水工建筑物的安全。根據(jù)水庫的水量平衡原理和水庫的蓄泄關(guān)系組成方程組 （2.1） （2.2）用已知（設(shè)計(jì)或預(yù)報(bào)）的入庫洪水過程線Qt,由起調(diào)水位開始，逐時(shí)段連續(xù)求解方程組，從而求得水庫出流過程qt,這就是調(diào)洪演算的基本原理。 這里采用雙輔助曲線半圖解法， （2.3）將改寫成式(4-3)改寫成 （2.4） 式中（）和均可與水庫水位Z建立函數(shù)關(guān)系，因此，可根據(jù)選定的計(jì)算時(shí)段 值、已知的水庫水位容積關(guān)系曲線，以及根據(jù)水力學(xué)公式算出的水位下泄流量關(guān)系曲線，事先計(jì)算并繪出曲線組：、，其中即是水位下泄流量關(guān)系曲線，其余兩條是半圖解法所必需的兩根輔助線，三河口水位z庫容V曲線見圖2-1。 圖2-1 三河口水位z庫容V和水位z面積F曲線2.4.2 調(diào)洪演算初定大壩采用表孔，底孔聯(lián)合泄洪。表孔溢流堰頂高程635 m,分成3孔，每孔凈寬12m；底孔中心線高程557.0 m,分成2孔，孔口尺寸6m9m。開敞式溢流堰泄流能力采用公式： （2.5）計(jì)算式中：Q：流量，m3/s； B：溢流堰凈寬，m； Hw：堰頂以上作用水頭，m； g：重力加速度，m/s2； m：流量系數(shù)，取0.5查表得； C：上游面坡度影響系數(shù)，上游面鉛直時(shí)取1.0； ：側(cè)收縮系數(shù)，經(jīng)計(jì)算取0.90； s淹沒系數(shù)，s =1.0?？卓谛沽鞴剑?(2.6)計(jì)算式中： A出口處的面積（m2） Hz自由泄流時(shí)，為孔口中心線處的作用水頭（m）； 淹沒泄流時(shí)，為上下游水位差（m）. 孔口或管道的流量系數(shù)；經(jīng)計(jì)算取0.90所選調(diào)洪方案泄流流量見表2-1表2-1泄流流量表 庫水位(m)堰頂水頭(m)作用水頭（m）Q溢(m3/s)Q泄(m3/s)Q總（m3/s）641.00 6.00 64.00 1070.00 3515.75 4585.75 642.00