1、水电站挡水建筑物设计浅析摘要：拟建的水电站为引水式电站，由挡水坝、溢流坝、河床式电站及升压站等组成。根据工程建设规模，确定工程等级、防洪设计标准、抗震设计标准，分析计算挡水建筑物的坝顶高程，确定挡水坝结构尺寸，进行坝体抗滑稳定计算及坝基应力计算，确定水电站挡水物规模。 关键词：水电站；挡水；建筑物；设计 中图分类号：TV732 文献标识码：A 1 工程等级及标准 1.1 工程等级 拟建工程由重力式挡水坝、溢流坝、等组成，水电站总库容3846.58104m3，装机容量 24MW，根据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL2522000)和防洪标准(GB5020194)的规定，该工程规模为中型工程，
2、工程等别为等，挡水坝、溢流坝、河床式电站厂房为3 级建筑物。 1.2 设计标准 1.2.1 防洪设计标准 根据防洪标准(GB5020194)及水利水电工程等级划分及洪水标准(SL2522000)的规定。对于本工程选定方案挡水重力坝最大坝高为 30.8m，上下游水头差为 11.5m。按关于山区、丘陵区的水利枢纽工程的重力坝、溢流坝、河床式电站厂房洪水标准为：校核洪水标准采用 500年一遇（P=0.2%） ，设计洪水标准采用 50 年一遇（P=2%） ；泄水建筑物消能防冲的设计洪水标准为 30 年一遇（P=3.3%） ；变电站、进厂交通等非挡水部分的校核洪水标准为 100 年一遇（P=1%） ；设
3、计洪水标准为 50 年一遇（P=2%） 。 对于比选方案面板堆石坝方案，按关于山区、丘陵区的水利枢纽工程的堆石坝、溢洪道洪水标准为：校核洪水标准采用 1000 年一遇（P=0.1%） ，设计洪水标准采用 50 年一遇（P=2%） ；引水式电站厂房校核洪水标准为 100 年一遇（P=1%） ；设计洪水标准为 50 年一遇（P=2%） ；溢洪道消能防冲建筑物的防洪标准与重力坝方案相同。 1.2.2 抗震设计标准 根据中国地震动峰值加速度区划图 （GB183062001）和中国地震动反应谱特征周期区划图 （GB183062001） ，本区地震动峰值加速度值0.05g，地震动反应谱特征周期为 0.35
4、s，相应的地震基本烈度小于度。 2 挡水建筑物坝顶高程确定 按水工建筑物抗冰冻设计规范 （GB/T50662-2011）中有关规定，坝顶超高按常规设计。 2.1 风速 风速采用项目区所在地区气象台测站 1957 年1990 年 4 月11 月实测风速进行统计，根据坝轴线走向，分别选取 5 个风向(WSW、W、WNW、NW、NNW)进行统计。 计算风速：正常运用情况下采用重现期为 50 年的年最大库面风速，非正常运用情况采用多年平均年最大风速。坝前风速计算值采用如下： 正常情况：=15.94m/s（正常蓄水位和设计洪水位时） ； 非常情况：=9.35m/s （校核洪水位时） 。 2.2 风区长度
5、及水域平均深度 库区水域虽狭长细窄，但库区水面宽度仍大于 12 倍波长，因此风区长度采用计算点至对岸的直线距离。 风区内水域平均水深 Hm 沿风向作出地形剖面图求得，计算水位与相应设计情况下静水位一致。 2.3 计算公式 根据混凝土重力坝设计规范 （SL319-2005）中的规定以及本次调洪成果对坝顶高程进行计算，坝顶高程为水库静水位与超高之和，即校核洪水位、设计洪水位和正常蓄水位情况下分别加相应的坝顶超高确定坝顶高程。坝顶与水位的高差由下式确定： h=h1%+hz+hc 式中：h 防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m） ； h1% 波高（m） ； hz 波浪中心线至正常或校核洪水位的高
6、差（m） ； hc 坝体安全超高（m） ； 其中波浪高 h 的计算采用官厅水库公式： 式中：0 计算工况下的相应风速 (m/s)； D 吹程 (m)； Lm 平均波长 (m)。 波浪中心线至水库静水位的高度按下式计算： 式中：H 挡水建筑物迎水面前的水深 (m)。 坝顶高程计算成果见表 1。 坝顶高程计算成果表 表 1 单位：m 由计算结果知，坝顶高程由校核洪水位控制，计算坝顶高程为450.46 m。但考虑到溢流坝顶的工作桥净跨为 10.0m，为保证桥体钢轨下的大梁（估算 1.3m 高）不影响泄洪，工作桥梁底须高于校核洪水位，由此确定坝顶高程为 450.8m。 3 挡水坝设计 挡水建筑物坝型为
7、混凝土重力坝，左岸挡水坝段桩号坝 0+000 坝0+058.95m，右岸挡水坝段桩号为坝 0+194.45 m 坝 0+ 212.7m，两岸挡水坝段总长为 77.15m。 挡水坝坝顶高程为 450.8m，坝顶不设防浪墙，坝顶宽度为 6.0m，最大坝高为 29.85m。坝顶路面以 1%坡度向上游倾斜，以便排除坝顶集水，考虑到安全因素，坝顶上、下游侧设有栏杆。坝体上游面折坡点高程为440.8m，折坡点以上铅直，折坡点以下坝坡为 1：0.2，下游折坡点高程为 440.8m，折坡点以上铅直，折坡点以下坝坡为 1：0.6。下游坝脚竖直高度 2.0m。 坝底上游坝踵设 1.5m 深、1.75m 底宽的梯形
8、齿槽。坝体内设置帷幕灌浆和排水廊道，廊道为城门洞形，宽 3m，高 4m。廊道上游壁距上游坝面 3m，底板混凝土最小厚度 3m，底板高程随坝基面上升，升至高程442.57m 从下游坝面拐出。 为及时排出坝体内的渗透水，在坝体内防渗面板下游每隔 3.0m 设置一根直径 15cm 的竖向排水管，渗透水通至廊道再排出坝体。坝体每隔20m 左右设横缝，缝内设一道橡胶止水。 重力坝混凝土分 3 区：坝上游表面防渗抗裂区混凝土厚 2.0m，强度等级 C25，抗冻等级 F300；坝内低热区混凝土及坝基础低热抗裂区混凝土（厚 2.0m） ，强度等级 C20。 4 坝肩处理 由于右坝肩基岩岩面坡度较陡，为了满足该
9、坝段沿坝轴线方向的稳定要求，坝肩基岩面开挖成台阶状以增强坝肩的纵向稳定性。 两坝肩坝顶高程以上进行开挖削坡处理，根据地质勘察成果，土质边坡削坡的坡度为 1：1.751：1.5，岩石为 1：11：0.75。 5 坝体抗滑稳定计算 坝体抗滑稳定计算主要核算坝基面滑动稳定，荷载组合分为基本组合和特殊组合两类，分别采用抗剪公式和抗剪断公式计算。荷载组合见表 2。 挡水坝荷载组合 表 2 抗滑稳定采用抗剪强度计算公式： 式中： K 抗剪强度计算公式的抗滑稳定安全系数； W 作用于坝体上的全部荷载对滑动平面的法向分值； P 作用于坝体上的全部荷载对滑动平面的切向分值； f 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦
10、系数。 抗滑稳定采用抗剪断强度计算公式： 式中：K 抗剪断强度计算公式的抗滑稳定安全系数； f 、C 滑动面抗剪断摩擦系数及抗剪断凝聚力； A 基础面受压部分的计算面积； W 作用于坝体上的全部荷载对滑动平面的法向分值； P 作用于坝体上的全部荷载对滑动平面的切向分值。 计算断面选取最大坝高断面进行计算，抗滑稳定计算成果见表 3。 挡水坝抗滑稳定计算成果表 表 3 从表中计算结果数值可以看出，挡水坝抗滑稳定满足规范要求。 6 坝基应力计算 挡水坝坝基地基应力计算采用材料力学公式计算； 式中：W 作用于单位宽度坝段上所有垂直力的代数和； M 所有荷载（外力）对于坝基截面形心的力矩代数和； B 坝底宽度。 计算结果见表 4。 挡水坝坝基应力计算成果表 表 4 弱风化安山岩地基允许承载力为 3.8MPa，由表 8.1.4 计算结果得出，坝基地基承载力小于允许值，并且大于零，均满足规范要求。 参考文献 1GB/T50662-2011 水工建筑物抗冰冻设计规范S.）中国计划出版社，2011. 2 SL319-2005 混凝土重力坝设计规范 S.中国水利水电出版社，2005. 3 戴尚纯;八盘峡水电站软弱夹层地基的运行性状J;水力发电;1994 年 10 期.
