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1、 衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计1.概述1.1工程兴建缘由1.1.1工程建设是衢江航运发展的需要目前，衢江航道由于滩多、水浅，航道条件差，水运业日益萧条。目前通航船只为3t12t。据交通部门预测，衢江年运量到2010年可达到200万吨，主要物资有石灰石、莹石、化肥、木材、水泥、煤炭和钢材等。鉴于目前的航道状况，无法满足远期货运量的要求。目前，塔底、小溪滩都已开工建设，安仁铺、红船豆、游埠梯级也已完成前期设计工作，加快兰溪梯级水利枢纽建设，尽早使衢江航道全面通航显得尤为迫切。1.1.2是合理开发衢江水力资源的需要衢江水量充沛，水力资源丰富。建设兰溪水利枢纽工程，可以充分利用衢江
2、水力资源，年发电量达6533万KW.h，电站装机16.4MW，能对电网起到一定的调峰作用。本工程的建设可以有效缓解金华市目前用电紧张的局面。水力资源是可再生的清洁能源，本工程的建设符合国家的能源产业政策。兰溪枢纽工程实施后，可为恢复和提高衢江的航运能力奠定基础，并可加快上游砂石资源和矿产资源开发，促进兰溪市及衢江两岸广大地区经济更快地发展。1.2设计依据 （1）衢江（金华段）兰溪枢纽可研报告； （2）长沙理工大学毕业设计任务书；（3）渠化工程枢纽总体布置设计规范 (JTJ 220-98)，人民交通出版社（4）船闸总体设计规范 (JTJ 305-2001)，人民交通出版社（5）船闸输水系统设计规
3、范 (JTJ 306-2001)，人民交通出版社（6）船闸水工建筑物设计规范 (JTJ 307-2001)，人民交通出版社（7）船闸闸阀门设计规范 (JTJ 308-2003)，人民交通出版社（8）船闸启闭机设计规范 (JTJ309-2005)，人民交通出版社2.资料分析2.1地理位置及地形分析工程位于衢江干流上，隶属金华兰溪市，距兰溪城区约8km，上游距离游埠梯级约9km。坝址以上集水面积11427km2，多年平均流量389.92 m3/s，年径流总量123.35亿m3（扣除乌引水量），是衢江干流开发中的第六级也是最下游一级枢纽。工程是以航运和水力发电为主，结合改善水环境及灌溉条件等综合利用
4、工程。该工程由泄洪闸、船闸、发电厂房等建筑物组成，电站装机44.1MW，多年平均发电量约6533万KW.h。船闸设计标准为500t级。2.2水文和气象资料分析2.2.1 流域概况衢江是浙江省最大河流钱塘江南源兰江的主流，集水面积11477.2km2，河流全长257.9km。兰溪水利枢纽工程坝址以上集水面积11427km2，占衢江总流域面积的99.6%。乌溪江上游建有湖南镇水库，集水面积2151km2，电站装机容量270MW；其下游已建黄坛口水电站，装机容量为82MW，区间集水面积237km2。江山港上现已建成峡口、碗窑水库，集水面积分别为399.3km2和212.5km2，白水坑水库集水面积3
5、16km2。上述大型水库的调节对衢江的水资源合理开发利用提供了有利条件，有利于衢江梯级发电。 2.2.2 气 象设计流域属中亚热带季风气候区，冬夏季风交替明显，温和湿润，四季分明，日照充足，雨量丰沛。多年平均降水量为1631.7mm；年平均风速3.0m/s，最大风速15m/s，相应风向为WSW。流域内降水量时空分布不均匀，年内变化较大，本流域大洪水的主要成因为梅雨。2.2.3 径 流设计流域内已建成并对本工程年径流分析具有调节功能的水库有湖南镇水库，塔底水利枢纽和小溪滩水利枢纽等，故年径流分析将设计流域分为四部分，即：湖南镇水库，集水面积分别为2151km2；湖南镇水库塔底水库坝址区间，601
6、1km2；塔底小溪滩水库坝址区间，2300km2；小溪滩水库兰溪水库区间，965km2。径流分析采用水文比拟法，移用参证站降水径流关系，求得设计区块历年径流及相应年份逐日径流。表2-1 各区块年径流成果表位 置集水面积(km2)年平均流 量(m3/s)年 径流 深(mm)年径流总 量(亿m3)湖南镇水库215176.21117.224.0湖南镇塔底区间6011215.71132.568.7塔底小溪滩区间230077.41061.324.4小溪滩姚家区间96527.8908.58.82.2.4 洪 水流域洪水采用实测洪水资料推求。本工程设计洪水分湖南镇水库及湖南镇水库姚家坝址区间二部分。流域设计
7、洪水由区间设计洪水与湖南镇水库相应洪水（经水库调蓄后）进行地区组成得。各频率设计洪水成果见表2-2。表2-2 姚家坝址年最大设计洪水成果表频率P（%）1251020Qm(m3/s)165301408011950102508520 注：本表为湖南镇水库调洪后与姚家湖南镇区间洪水迭加的成果。2.2.5 台汛期和非汛期洪水台汛和非汛期各频率洪水有关成果见表2-3。表2-3 台汛期、非汛期设计洪水 单位：m3/s P（%）分期3.35102033.3台 汛57905010374025901870非 汛615056404780390032302.2.6 固体径流据衢州站泥沙实测资料统计分析，该站1958
8、年2005年年总输沙量为136万t。将衢州站历年输沙量资料移用于设计流域。经19582005年48年系列统计分析，姚家湖南镇区间年来水量101.9亿m3，悬移质沙量186.8万t，加上推移质，年总输沙量为224万t。2.2.7 水位流量关系曲线工程位置无实测水位流量资料，考虑到低水位流量关系是计算发电量多少的关键。设计中依据实测断面资料，借助河道上下游有关的河道水位、流速、糙率及河道断面等实测资料推求。坝址下游水位流量关系曲线成果见表2-4。表2-4 姚家坝址断面HQ曲线H(m)Q(m3/s)备 注23.0150基面：1985国家高程基准23.530024.051024.580025.0115
9、025.5153726.0195526.5242527.0293427.5348228.0406828.5461729.0510029.5558130.0636030.5717831.0801431.5861732.0954232.510525续表2-4 H(m)Q(m3/s)备 注33.011550基面：1985国家高程基准33.51260434.01369034.51482035.0159802.3地质资料分析2.3.1 区域地质本工程位于衢江下游段，河流呈东西流向，南岸为下店村，北岸为姚家村。工程横跨衢江，本段水流湍急，江面宽约500m，两岸为堤坝，兰溪段堤脚有宽约40m的滩地，地面高程
10、约2929.50m。工程区地层分布白垩系上统基岩和第四系冲积堆积层。地下水为松散岩土类孔隙潜水，主要分布在第四系地层中。由大气降水补给，并排泄于河道。工程区域构造相对稳定，地震动峰值加速度为0.05g(相应地震基本烈度为度，中硬场地地震动反应谱特征周期为0.35s。2.3.2 水库区工程地质条件2.3.2.1库岸稳定库区两岸均设有防洪堤，库岸基本稳定，但近年来民间采砂船活动剧烈，并向堤脚靠拢，对堤身稳定不利。2.3.2.2水库渗漏右岸堤身及堤基上覆盖层为粉质粘土层，厚度2.7m8.8m，分布高程约27m以上。下部为砂砾卵石层，厚度2m6.6m，分布高程一般22m30m，透水性中等。堤内侧无低洼
11、地，不存在向库外的渗漏条件。左岸堤身为透水性较强的砂砾卵石填筑而成，厚度一般3m6m，高程为30m36.70m。堤基覆盖层为砂砾石或粉细砂层，厚度5m10m，分布高程20m30m，为中等透水层。堤内无低洼地，不存在向库外渗漏的条件。库区不存在永久渗漏问题。2.3.2.3水库浸没水库区内左岸堤内少量耕地、支流新赤溪金家插村插口村一带，地面高程一般在2929.2m，其耕地存在中度浸没影响。房屋建基面较高，且多为砂砾石及岩石地基，无浸没影响。右岸堤基主要为粉质粘土组成，地面高程一般高于31m，不存在浸没影响。本地区为无盐碱化低矿化度地区，耕地作物一般以水稻为主，堤内沟渠排水性较好，能有效地减轻或排除
12、浸没造成的影响。2.3.3 枢纽区工程地质条件上坝址左岸接于马鞍山，右岸位于下店村上游约230m；下坝址左岸位于姚家村南，右岸位于下店村下游约200m。上、下坝河床段均为第四系全新统冲洪积层，厚16m；基岩为泥质粉砂岩，河床段基岩面高程两坝址基本相同，高程约20.0m22.0m。推荐下坝址工程地质条件如下：2.3.3.1泄洪闸工程地质闸基上部为采砂弃料，河道内砂砾石厚度约1.02.0m，属强透水层。建议基础挖除覆盖层及全强风化岩石，将闸基置于弱风化基岩上。左岸存在渗漏问题，建议设置垂直防渗措施，并延伸至马鞍山脚，防渗体深入弱风化岩体。建议施工围堰防渗体置于岩石上，并做好基坑截渗排水工作。砾卵石
13、抗冲刷能力差，坝址下游应做好消能防冲措施。建议开挖边坡：砂砾卵石层 1:11:1.5；粉质粘土1：1；全强风化岩石1:0.75，弱风化岩石1:0.3。2.3.3.2船闸上闸首工程地质船闸位于闸址左侧，上覆盖层为第四系全新统冲洪积砂砾卵石层，厚度7.0m10m。基岩为白垩系泥质粉砂岩，抗风化能力较弱，全强风化带厚1m2.0m，弱风化带厚2.0m5.0m，建议挖除覆盖层及全强风化岩，将闸室基础建在弱风化基岩上，基岩开挖深度3m4m。岩石的允许流速为3.5m/s。砼/弱风化岩石f=0.4，f=0.5，c=0.4 Mpa。变形模量E03GPa。弱风化岩石承载力标准值fk=1000kPa。砼/微风化岩石
14、f=0.5，f=0.6，c=0.40.5 Mpa。变形模量E034GPa。微风化岩石承载力标准值fk=10001500kPa。建议开挖边坡：砂砾卵石层1:1.251:1.5；全强风化岩1:0.75，弱风化岩1:0.3。2.3.3.3电站工程地质电站厂房位于闸址右侧河床，覆盖层为人工堆积砾卵石层，厚度2.0m，层底高程在20m18m。基岩为白垩系泥质粉砂岩，为软质岩石，抗风化能力较弱，全强风化带厚0.5m4m，弱风化带厚3m5m，建议挖除覆盖层及全强风化岩，厂房基础建在弱风化或微风化基岩上。基岩开挖深度：1.5m3m，必要时进行固结灌浆处理，深度5m。机组段开挖较深，下部高程10m左右，泥质较高，岩石较破碎，必要时进行加固处理。河床砂砾卵石允许流速；1.5m/s。岩石的允许流速为3.5m/s。砼/弱风化岩石f=0.4，f=0.5，c=0.4 Mpa。变形模量E03GPa。弱风化岩石承载力标准值fk=1000kPa。砼/微风化岩石f=0.5，f=0.6，c=0.40.5Mpa。变形模量E034GPa。微风化岩石承载力标准值fk=10001500kPa。建议开挖边坡：砂砾卵石层 1:11:1.5；粉质粘土1:1；全风化岩石1:0.75，强风化岩石1:0.5，弱风化岩石1:0.31:0.1。2.
