桃林口重力坝水利枢纽设计

目录第1章基本资料 (1)1.1枢纽概况及工程目的 (1)1.2设计基本资料 (1)1.2.1 水文分析 (1)1.2.2 气象条件 (5)1.2.3 工程地质 (5)1.2.4 当地建筑材料 (7)1.2.5 交通条件 (8)1.2.6 施工条件 (8)1.2.7 效益（以1984年价格水平及费用标准计算） (8)第2章枢纽布置 (11)2.1坝轴线选择 (11)2.1.1 坝段比较 (11)2.1.2 坝线选择 (12)2.2坝型选择 (13)2.3枢纽布置 (13)第3章坝体剖面设计 (14)3.1坝顶高程的确定（参考《水工建筑物》教材 P34） (14)3.2挡水坝剖面设计 (16)3.2.1 坝顶宽度的确定 (16)3.2.2 折坡点位置及坝底宽度的确定 (17)3.2.3 基础灌浆廊道尺寸拟定 (17)3.2.4 排水廊道尺寸拟定 (17)3.3溢流坝剖面设计 (18)3.3.1 溢流面曲线设计——参考《水工建筑物》教材P38 (19)3.3.2 剖面设计 (23)3.4水力计算 (24)3.4.1 堰顶过流量计算 (24)3.4.2 底孔泄流计算 (24)3.4.3 挑流消能计算 (25)3.4.4 水面线的确定（参考《水工设计手册》卷6相关部分） (26)3.4.5 溢流重力坝的上部结构设计 (28)第4章挡水坝稳定分析及应力计算 (30)4.1计算情况及控制标准 (30)4.1.1 应力分析计算原理 (30)4.1.2 稳定应力控制 (30)4.2荷载组合及计算 (31)4.2.1 荷载组合 (31)4.2.2 荷载计算(正常蓄水位情况下) (31)4.3兴利水位、校核水位下的计算 (36)4.3.1 兴利水位下的计算 (36)4.3.2 校核水位下的计算 (39)4.4兴利水位加地震荷载作用下的计算 (42)4.4.1 兴利水位加地震荷载下的抗滑稳定计算 (42)4.4.2 兴利水位加地震荷载下的坝基础截面的应力计算（75.0米高程） (42)第5章溢流坝稳定及应力计算 (44)5.1荷载计算及其组合 (44)5.1.1 自重：包括闸墩、坝体、工作桥、交通桥、启闭机。

(44)5.1.2 动水压力的计算（兴利水位下） (46)5.2兴利水位、校核水位下的稳定及应力计算 (46)5.2.1 兴利水位下的计算 (46)5.2.2 校核水位下的计算 (50)第6章细部结构设计 (55)6.1混凝土分区及标号选择 (55)6.2坝体分缝 (56)6.2.1 横缝 (57)6.2.2 纵逢 (57)6.2.3 水平施工缝 (57)6.3坝体廊道系统 (57)6.3.1 基础灌浆廊道 (57)6.3.2 检查和坝体排水廊道 (58)6.4止水和排水 (59)6.4.1 横缝止水 (59)6.4.2 坝体排水 (61)6.5坝顶布置 (61)6.6地基处理 (62)6.6.1 地基开挖与清理 (62)6.6.2 坝基帷幕灌浆 (62)6.6.3 坝基固结灌浆 (63)6.6.4 坝基排水 (63)6.6.5 断层破碎带和软弱夹层的处理 (63)参考文献 (65)谢辞 (66)第1章基本资料1.1枢纽概况及工程目的桃林口水库位于河北省青龙县与卢龙县交界处。

控制流域面积5060平方公里，占全流域的80%。

青龙河是滦河较大支流之一，水量充沛，但年内及年际的水量分配极不均匀，必须兴建大型的控制工程进行调节，丰富的水资源方可充分的利用。

水库主要任务是调节水量，供秦皇岛市和港口码头、钢铁基地及滦河下游地区农业用水。

结合引水发电、水面养殖、洪水错峰等，可得到综合利用的效果。

供水原则是：在满足城市生活、工业用水的同时，对农业也给以一定的重视。

特别是移民迁建灌区用水应优先保证，其次是现有灌区用水及潘家口、大黑丁两库的配套灌区，新增灌区要安排在缺乏地下水的滨海地区。

枢纽工程在三个坝段选择了二条坝线，二种坝型。

Ⅰ－83坝线采用混凝土重力坝，红层坝线采用当地材料坝。

枢纽建筑物包括主坝、泄水设备及电站等。

枢纽工程的推荐方案为Ⅰ－83坝线混凝土坝方案。

根据本工程的规模及其在国民经济中的作用，按水电部制定的SDJ12－78设计标准，水利枢纽工程属大一型。

主要建筑物按一级设计，辅助建筑物按三级，临时建筑物按四级设计。

洪水设计标准，混凝土拦河坝(一级建筑物)按千年一遇设计，五千年一遇校核。

1.2设计基本资料1.2.1水文分析⑴、年径流：青龙河流域水量充沛，是滦河流域水资源蕴藏量较大的一条支流。

年径流由年降雨产生。

年径流在地区与时间上的分布与年降水基本一致。

年径流在年际间变化悬殊，桃林口实测资料1956～1982年27年资料中，丰水年1977年达21.34亿立方米，枯水年1981年仅1.667亿立方米，相差19.37亿立方米，约合12.倍。

且丰、枯水年连续发生。

多年平均年径流量为9.8亿立方米。

⑵、泥沙：青龙河流域植被较好，泥沙来源在地区上分布和洪水在地区上的分布是一致的。

主要是土门子到桃林口区间，其间来沙量约占桃林口以上总输沙量的60～70%，本地区泥沙在年内分配比径流更集中，汛期输沙量占年输量的95%以上，而汛期沙量又都集中在几次大洪水。

年际之间沙量变化悬殊。

由统计分析得知，桃林口站多年平均输沙量为386万吨，多年平均侵蚀模数为762吨/平方公里，多年平均含沙量为4.0公斤/立方米。

从泥沙的组成情况来看，泥沙颗粒较粗，中值粒径为0.0375毫米，淤沙浮容重0.9吨/立米，内摩擦角为12度。

⑶、洪水：青龙河洪水由暴雨形成。

本地区暴雨历时短、强度大、地区坡度陡，洪峰陡涨陡落。

一次洪水历时一般为3～6天。

流域南部位于燕山山脉东侧的暴雨中心地带，因此洪水具有风高浪大的特点。

本流域洪水多发生在七、八两月，出现在七月的占34%，出现在八月的占66%，桃林口多年平均6～9月洪量占年径流量的70%左右，三天洪量占六天洪量的70%以上，大水年尤为集中。

如1962年最大六天洪量占年径流量达70%。

流域内洪水地区分布主要在土门子以下。

以土门子与桃林口1971～1977年同期系列统计，土门子～桃林口区间占桃林口以上洪量的60%以上，而其面积占桃林口以上总面积的42%。

由频率分析法求得：1.2.2气象条件全流域属于季风大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年平均降水量约700毫米，且多集中在夏季七、八两月。

流域多年平均气温为摄氏10°C左右，日温度变化较大。

离坝址较近的迁安站实测最高气温39°C，最低气温－30°C（青龙站）。

全年无霜期约130天，结冰期约120天，河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，冰厚为0.4～0.6米，岸边可达1米。

多年平均最大风速为15.8米/秒，水库吹程为3公里。

温升率°C/h=2.5。

1.2.3工程地质1、区域地质桃林口水库库区属于中高山区，构造剥蚀地形。

青龙河在本区内河曲发育，侧蚀能力较强，沿河形成不对称河谷，由于构造运动影响，河流不断下切，于堆积岸形成阶地，侵蚀岸形成陡崖，组成本区地层计有：太古界、下元古界、震旦系、朱罗系及火成岩侵入体和第四纪等。

其中分布最广的为震旦系地层。

其中以太古界、下元古界、震旦系、朱罗系三者与工程关系密切，为库区的主要岩层。

2、地质构造与地震桃林口水库处于燕山沉降带的中部。

地质构造复杂。

全区地震频繁，特别是坝址区南部尤为突出。

库区及其周边控制性的断层有秦皇岛——建昌营和滦南——卢龙断裂。

秦皇岛——建昌营大断裂系深层大断裂，在坝址下游小暖泉村穿过青龙河，沿线有泉群出现。

从控制泉群，控制地貌及岩相作用分析，列为活动性断裂较合适。

滦南——卢龙断裂（又称桃园断裂），该断裂向北东方向延伸，在距桃林口库区6～7公里处尖灭。

属第四纪以来活动性较强的断裂。

唐山地震以后，沿该断层时有余震发生。

上述二条活动性断裂在在三坝段以西5公里处汇而不交。

按断层交汇部分易发震的原则，这种汇而不交是值得注意的。

近期坝地区未发生大于4级以上的地震，邻区地震活动有一定影响。

1983年8月河北省地震局在《桃林口水库工程地震基本烈度鉴定书》中确定，一、二坝段位于北Ⅰ区，属相对稳定区，基本烈度为6度（考虑枢纽重要性和水库激发地震，大坝设计烈度提高1度，按7度设计）。

三坝段位于Ⅰ区，基本烈度为7度。

邻区强震的影响烈度最高可达6～7度。

3、库区工程地质条件库区左岸非可溶性岩层广泛分布，其中主要由娟云母千枚岩、石英砂岩、砂质页岩等组成。

透水性较小，也没有发现勾通库内外的大断层。

因此，在非可溶性岩层分布区，没有向库外渗漏的可能性。

库区可溶性岩层分布于青龙河右岸，从隔水层的分布、岩溶的发育情况以及地貌水文地质条件的分析，水库蓄水以后，向邻谷沙河渗漏的可能性也是不大的。

青龙河与邻谷沙河之间分布有大面积的石英斑岩、斑状花岗岩及火成岩的侵入体，组成了相对隔水层。

不利于地下水的活动。

经过对库内断层，灰岩地区的勘探分析，水库向外流域及下游漏水的可能性很小。

库区内岩层抗压强度较高，抗风化能力较强，未发现可能发生坍塌的岩体，库区基本上是稳定的。

库区内未发现有开采价值的矿藏，不存在对库周边产生的浸没问题。

4、坝址坝线工程地质条件坝段内出露的断裂构造如F103、F105、F108、F112、F114、F117、F122等大小断层共十余条，断层走向以北西为主，北东者少，多为高角度正断或平移正断层，少数为逆断层。

对大坝稳定、渗漏有一定影响的断层有：（1）F103断层，产状走向近NW，倾向N，倾角40～50度，逆断层。

大红峪组第三段砾岩被切割，下盘有牵引摺曲，破碎带宽约10～20米。

出露于Ⅰ83坝线右岸上游约150～200米，宽约10～20米。

（2）F105断层，产状走向近NW310度，倾角80～90度，平移断层，水平断距400米，两侧岩石破碎严重，无胶结现象。

出漏于Ⅰ83坝线右岸坝头附近。

（3）F122断层，产状走向NW345度、倾向NE、倾角56度，逆断层。

由大红峪组第一段薄层板岩、石英砂岩逆于大红峪组第二段中厚层石英砂岩之上。

破碎带宽约6.0米，未见胶结现象，其中夹有30厘米厚的断层泥，断层两盘岩石影响带宽10.4米，在上盘薄层板岩夹石英砂岩中有牵引摺曲，岩层有直立或倒转现象，具有强烈挤压特征。

（4）根据坝址两岸构造，地层岩性出漏分析，推测河床中可能有顺河断层通过。

原因一是两岸出漏的断裂构造均未过河，如F103断层走向近东西，规模较大，左岸无迹象，二是地层出漏两岸高程有明显差异。

Ⅰ83坝线主要工程地质条件如下：1.2.4当地建筑材料天然建筑材料分布于坝址区上、下游河滩及两岸阶地。

其中土料场主要有庄窝、土台子等七处，地下水位以上储量为1183.44万立方米，沙砾卵石料场主要有南杖子、桃林口等八处，地下水位以上储量为1088.95万立方米，全部储量有待进一步勘察。