3.2 枢纽与拱坝布置

3.2.1 枢纽布置特点

碾压混凝土拱坝枢纽工程一般坐落在较狭窄河谷中，两岸山体都相对比较雄厚，适应地形地质条件是碾压混凝土拱坝枢纽方案布置的基础。满足河流开发任务和枢纽各项功能（如泄洪、发电、排沙、供水、航运、排漂、过鱼、旅游、施工导流和交通等）要求是枢纽布置方案的前提条件。同时避免各建筑物在施工中的相互干扰和方便运行管理，力求与自然环境和谐。

对于碾压混凝土拱坝而言，泄洪建筑物与拱坝之间的关系最为密切，坝身泄洪是我们最常用、最经济的一种方式。然而，坝身泄洪建筑物的布置也是制约碾压混凝土拱坝施工关键性因素之一，尤其是大泄量的工程，对枢纽布置方案将起决定性的作用。总之，枢纽布置是集拦河大坝、泄洪建筑物、引水发电系统、通航及其他建筑物于一体，综合考虑施工导流、施工交通、施工方法、施工干扰等因素，选择技术可行、投资经济的工程总体布置格局。

碾压混凝土拱坝的枢纽布置应结合碾压混凝土的基本特性，尽可能将坝身泄洪建筑物布置于上部或同一高程上，以减少对碾压混凝土拱坝施工的干扰，充分发挥碾压混凝土上升速度快的特点。而这一特点又对施工辅助系统（砂石加工和混凝土生产系统）提出了较高的要求，从经济性考虑，碾压混凝土拱坝的坝体碾压混凝土总量应达到一定的规模，同时应充分对大坝、泄洪系统、引水发电系统等其他建筑物进行技术经济、工期进度比较，合理地选择各建筑物的布置格局。

3.2.2 工程枢纽布置

碾压混凝土拱坝枢纽是以碾压混凝土拱坝为中心将枢纽其他建筑物和设施联系在一起的综合体，考虑碾压混凝土大仓面、薄层浇筑、连续上升的特点，重点解决各建筑物在平面布置上的矛盾，施工期和运行期在空间上的相互影响，根据工程的自然条件、枢纽功能要求、施工条件等进行综合技术经济比较、优化布置方案和建筑物形式，必要时通过科学试验加以验证。坝址处的地形地质条件和泄洪消能建筑物的规模及布置与碾压混凝土拱坝枢纽布置密切相关，是工程枢纽布置的主要因素。同时，还需兼顾进水口的布置，形成首部枢纽建筑物布置的总体格局。部分碾压混凝土拱坝工程泄洪布置见表3.2.1。

通常，拱坝布置于狭窄河谷中，河谷地形地质条件是碾压混凝土拱坝布置的基础，具有决定性的作用。从拱坝坝址基本特点可分为：①地形地质条件基本对称河谷；②地形地质条件不对称河谷；③高陡狭窄河谷。其枢纽布置也各有侧重，同时结合泄洪流量的规模综合确定。

3.2.2.1 地形地质条件基本对称河谷的枢纽布置

所谓地形地质条件基本对称是指：坝址处河谷形状和两岸岩体的物理特性基本对称。在枢纽布置时，拱坝体型中心线与河谷中心线基本重合。拱坝左右半拱体型参数基本接近，泄洪建筑物中心线与拱坝体型中心线和河谷中心线大致统一，在泄洪建筑物布置时还要充分考虑下游河道的泄洪消能特性。

对于地形地质条件基本对称河谷，贵阳院设计的项目主要有立洲、象鼻岭和赛珠。其枢纽的主要布置特点是河谷地形地质条件基本对称，泄洪流量不大，在4000m³/s以内，泄洪建筑物均布置于拱坝坝身。两岸坝肩为明挖设计，坝顶高程以上开挖边坡在100m以内。

1.立州工程

（1）工程概况。立洲水电站系木里河干流（上通坝—阿布地河段）水电规划“一库六级”的第六个梯级，坝址区位于四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县境内博科乡下游立洲岩子至八科索桥2.40km的河段。坝址处控制流域面积8603km²，多年平均流量为131m³/s。

电站采用混合式开发，枢纽工程由碾压混凝土双曲拱坝、坝身泄洪系统、右岸地下长引水隧洞及右岸龚家沟地面厂房组成。电站正常蓄水位2088m，装机容量355MW（包含10MW生态机组），多年平均发电量为15.46亿kW·h，水库总库容1.897亿m³，具有季调节性能，以发电为主，兼顾下游生态用水。工程规模为Ⅱ等大（2）型，挡水建筑物、泄水建筑物、引水发电建筑物等主要建筑物为2级建筑物，设计洪水标准按100年一遇，校核洪水标准按1000年一遇，地震基本烈度为Ⅶ度。

碾压混凝土最大坝高132m（含垫座），坝顶弧长201.82m。泄洪建筑物布置在拱坝坝身，由2个溢流表孔和1个泄洪中孔组成，表孔尺寸为8m×8m（宽×高），中孔尺寸为5m×6m（宽×高），最大下泄流量1975m³/s。引水发电系统布置于右岸山体中，采用“一洞三机”联合供水方式，引水隧洞总长16622m。厂房布置在右岸龚家沟上游侧山脊处，为地面厂房。在坝下游侧布置一小厂房利用下放的生态流量发电。

立洲水电站于2010年12月26日通过可研审查，2012年8月正式开工建设。

（2）地形地质条件。坝址河谷呈U形，水库正常蓄水位2088m高程谷宽118m，河谷狭窄，宽高比为0.91。河谷两头宽中间窄，总体型态呈哑铃形，坝址位于“哑铃”中部。左岸2010m高程以下为倒坡，2010～2020m高程之间平均坡角63°左右，2020m高程为一平台，平台宽33m，2020m高程以上为72°。右岸2035m高程以下为85°的陡壁，2035～2085m高程之间坡度稍缓，坡角57°，2085m高程以上为80°的陡壁。

基础及坝肩涉及地层均为Pk厚层大理岩化灰岩、灰岩。坝址区主要发育F₁₀、f₂、f₄、f₅四条断层。坝址区岩溶发育程度不高。两岸灰岩内地下水位低平。

（3）枢纽布置。根据立洲水电站坝址地形地质条件，坝轴线选择在上下游宽中部狭窄的哑铃形河谷腰部布置碾压混凝土拱坝。坝址地处深切峡谷，虽洪水流量不大，但河谷过于狭窄，解决好泄洪消能以及其与下游河道的关系，是工程枢纽布置的关键。在进行枢纽布置时结合泄洪消能建筑物布置，优先考虑坝身泄洪。

枢纽由碾压混凝土拱坝+坝身一中孔、二表孔泄洪系统+右岸引水系统+右岸龚家沟地面厂房等建筑物组成。工程首部枢纽布置见图3.2.1。

拦河大坝为抛物线双曲拱坝，坝顶高程2092.00m，坝底高程1960.00m，最大坝高132.00m （含垫座）；坝顶宽7.00m，坝底厚26.00m，厚高比0.197，拱坝弧高比1.46。坝顶中心弧长201.82m，最大中心角89.9774°，坝体基本呈对称布置，坝体防渗采用二级配碾压混凝土防渗。坝体除基础垫层、溢流头部、闸墩、下游消能防冲建筑物等采用常态混凝土外，其余均采用碾压混凝土；坝体下游溢流面、泄洪中孔采用强度等级较高的二级配抗冲耐磨混凝土。

图3.2.1 立洲水电站首部枢纽平面布置图

①—碾压混凝土拱坝；②—引水系统；③—坝区变电站；④—右岸上坝交通洞；⑤—左岸上坝交通洞；⑥—导流洞；⑦—左岸交通洞

泄水建筑物由2个溢流表孔、1个中孔及下游消能防冲建筑物等组成。各孔口以河床中心线为轴径向对称布置，表孔布置在中孔两侧。表孔堰顶高程2080.00m，孔口尺寸8.00m×8.00m（宽×高）。中孔布置于两个溢流表孔中间，底板高程为2030.0m进口检修闸门孔口尺寸5.00m×7.30m（宽×高），出口设置弧形工作闸门，孔口尺寸5.00m×6.00m（宽×高）。沿坝趾向下游设置了长30.00m，宽24.00m，厚3.00m的护坦，同时沿护坦范围对两岸岸坡进行了护岸处理，护岸顶高程至2000m，坝肩岸坡全部进行喷锚支护处理。

引水发电系统布置于右岸山体中，采用一洞三机联合供水方式，单机引用流量73.6m³/s。引水管路总长17234m（2号管）。进水口闸门孔口尺寸为7.00m×8.20m（宽×高）。引水隧洞总长16622m，内径8.20m，为钢筋混凝土衬砌结构。阻抗式调压井位于引水隧洞的末端，内径21.00m，高139.10m。后接压力钢管，采用一管三机供水的布置形式，主管段内径6.80m，长度为455m。钢岔管采用非对称Y形岔管。

地面厂房布置在木里河右岸龚家沟上游山脊处，主机间安装3台水轮发电机组，机组间距15.4m，机组安装高程1874.75m，厂房平台高程1900.00m，主厂房底板高程1863.85m，主厂房顶高程1921.60m，厂房尺寸（含安装间）74.6m×23.5m×57.75m（长×宽×高）；安装间设在主机间右侧，安装间右侧平台为回车场。

2.象鼻岭工程

（1）工程概况。象鼻岭水电站位于贵州省威宁县与云南省会泽县交界处的牛栏江上，系牛栏江河流规划梯级中的第三级水电站，是一座以发电为主的水电工程。

电站正常蓄水位1405.00m，死水位1370.00m。电站装机容量240MW，保证出力47.42MW，多年平均年发电量9.38亿kW·h。总库容2.63亿m³，调节库容1.68亿m³。工程规模为Ⅱ等大（2）型，主要建筑物为2级建筑物，设计洪水标准按100年一遇，校核洪水标准按1000年一遇，地震基本烈度为Ⅶ度。枢纽工程主要由碾压混凝土拱坝、溢流表孔、泄洪中孔、右岸引水隧洞、地下发电厂房等建筑物组成。

拦河大坝为碾压混凝土拱坝，最大坝高141.50m。泄洪建筑物布置在拱坝坝身，为3表孔+2中孔的布置型式。引水发电系统位于河道右岸，进水口为岸塔式。地下厂房位于碾压混凝土拱坝后右岸雄厚山体内。

象鼻岭水电站于2010年2月通过可研审查，2011年初开始筹建期工作。

（2）工程自然条件。坝轴线河谷地形呈基本对称的V形，左岸坡角约48°，右岸约为40°，谷底宽约22m，水深6～8m，覆盖层厚7～11m，河床基岩面高程1268.30m。河床覆盖层以块石、碎石为主，夹少量砂卵砾石。枯水期河面高程1282.20m。

河床基岩为灰黑色微带灰绿色块状玄武岩、凝灰质玄武岩、凝灰质集块岩夹凝灰岩，发育两条典型的凝灰质砂砾岩夹层。河床弱风化岩体深度6～8m。

左坝肩为逆向坡，山体完整，坡积物分布少。岩性为灰黑色块状玄武岩、拉斑玄武岩、凝灰质玄武岩、集块岩（或凝灰质角砾岩）夹凝灰岩。

坝址区位于迤车讯向斜北西翼，为单斜构造，坝址上游发育F₁正断层，F₂断层从上坝址左岸下游通过，左坝肩发育J₁、J₂、J₃、J₄、J₅夹层，构造裂隙较发育。右坝肩为顺向坡，出露地层与左坝肩相同，构造裂隙较发育，1360m高程以上坝肩及下游抗力体岩体风化较深，1390m高程岩体水平弱风化深度达60m左右，风化带内裂隙充填物以泥质为主。

（3）枢纽布置。象鼻岭水电站枢纽由碾压混凝土拱坝、右岸引水系统、地下厂房组成。枢纽平面布置如图3.2.2所示。

拱坝坝顶高程1409.50m，最大坝高141.50m，坝顶长444.86m，坝顶宽8.00m，坝底厚35m，厚高比0.247，弧高比3.28。

泄水建筑物由3溢流表孔和2中孔组成，主要承担宣泄水库各种频率的洪水及冲沙的任务。泄洪表孔堰面为实用堰，表孔12m×8m（宽×高），堰顶高程1397.00m。采用鼻坎挑流消能。中孔进口为喇叭口，出口尺寸4m×6m（宽×高），底板高程为1335.00m。

引水系统由进水口、引水隧洞、压力钢管组成。进水口距坝轴线上游约60m，为岸塔式进水口。采用两洞两机的供水方式，引水隧洞内径6.8m，压力钢管直径5.5m。

图3.2.2 象鼻岭水电站枢纽平面布置图

①—碾压混凝土拱坝；②—引水系统；③—坝区变电站；④—发电厂房；⑤—左岸上坝公路；⑥—左岸导流洞

地下厂房位于坝后右岸雄厚山体内，厂区枢纽主要由主厂房、右端副厂房及中控楼、下游主变洞、母线洞、风机室、排风洞、尾水洞、出线洞、进厂交通洞兼进风洞等建筑物组成。电站装两台120MW混流式水轮发电机组，机组安装高程为1276.90m，发电机层高程1291.10m，机组间距为22.00m，主厂房尺寸（长×宽×高）83.5m×20m×54.4m。

3.赛珠工程

（1）工程概况。赛珠水电站位于云南省禄劝县，是洗马河干流规划中的第二个梯级电站，以发电为主，为一混合式开发电站。大坝位于洗马河干流上，厂房位于普渡河三江口下游5.7km处的右岸。

赛珠水电站水库正常蓄水位为1820m、死水位为1805m、总库容为167万m³、有效调节库容48万m³，为日调节水库，电站总装机容量102MW（3×34MW），多年平均年发电量4.285亿kW·h，年利用小时数为4328h。该工程主要建筑物为3级建筑物，设计洪水标准按50年一遇设计、500年一遇校核，地震基本烈度为Ⅷ度。工程枢纽主要由碾压混凝土拦河大坝、溢流表孔、泄洪兼冲沙底孔、右岸引水隧洞及发电地下厂房等建筑物组成。

碾压混凝土拦河大坝为抛物线双曲拱坝，最大坝高68m，是目前国内外为数不多、高震区在建的采用2.5级配全断面碾压的混凝土拱坝。

（2）工程自然条件。坝址位于洗马河泸溪桥上游的400m处，坝址区河流流向S36°W，左右岸地形较完整，河谷断面呈不对称的V字形，两岸基岩裸露。左岸1890m高程以下为陡壁地形，坡角达71°，1890～1930m高程坡段，坡角约26°，1930m高程以上地形坡角约52°。右岸1950m高程以下地形坡角为43°～58°，1950m高程有一平台，宽约40m，其上坡角为35°～46°。水库正常蓄水位1820m时，河谷宽103m。坝址河床及两岸主要出露地层为∈₁c²上段泥页岩夹少量粉砂岩与泥质条带灰岩，∈₁l中—厚层块状灰岩，上覆有∈₂d页岩、钙质页岩夹粉砂岩。

（3）枢纽布置。枢纽由碾压混凝土拱坝、坝身溢流表孔、坝身冲沙兼放空底孔、右岸引水系统及地下厂房等组成。赛珠水电站首部枢纽平面布置如图3.2.3所示。

图3.2.3 赛珠水电站首部枢纽平面布置图

①—碾压混凝土拱坝；②—引水系统；③—右岸上坝公路；④—左岸灌浆隧洞

拦河大坝为抛物线双曲拱坝，布置于主河床，拱坝坝顶高程1826.00m，坝底高程最低为1758.00m，最大坝高68.00m，坝顶弧长160.09m。坝身开设4个开敞式溢流表孔（每孔宽7m），堰顶高程1820.00m，并于表孔右侧设一个冲沙孔（3m×3m），底板高程1785.00m，冲沙孔进口至引水隧洞进口前布置一段水平冲沙渠，进口设置一扇平板检修闸门，出口设置弧形工作闸门。

引水建筑物由岸塔式进水口、引水隧洞、调压井及压力钢管组成。岸塔式进水口布置于右岸，引水隧洞总长3.32km，调压室位于引水隧洞末端，井筒高度为120m；压力钢管分三段布置，每段高差200～220m，主管段长1448.96m，主管经两个球岔分为两个岔管，三个支管。

电站厂房枢纽位于普渡河三江口下游5.7km处的右岸山体内，采用品字形地下厂房型式。主变洞为洞内GIS开关站。进厂交通从左岸架桥至右岸经进厂交通洞至安装间。水轮机安装高程1105.50m，尾水管底板高程1100.00m，发电机层楼面高程1116.60m，进厂交通洞与安装场高程相同为1116.60m。主厂房尺寸为59.4m×17.4m×37.60m（长×宽×高），装机3台，立轴冲击式水轮机。

4.枢纽布置特性

立洲、象鼻岭、赛珠三个碾压混凝土拱坝的枢纽布置特性见表3.2.2。

3.2.2.2 地形地质条件不对称河谷的枢纽布置

在碾压混凝土拱坝设计中，坝址处的河谷形状往往是第一要素，两岸地质条件是拱坝能否成立的根本，理想的拱坝坝址是地形地质条件基本对称，河谷宽高比较小，且岩层产状有利于坝肩稳定的河谷，但在实际工程中，理想的情况很少，总是会存在一些不尽如人意的地方，不是地形存在缺陷，就是岸坡地质条件不对称。但在枢纽布置时应尽可能适应地形地质条件。在泄洪建筑物布置时还要充分考虑下游河道的泄洪消能特性。

对于地形地质条件不对称河谷，贵阳院设计的项目主要有普定、龙首、大花水工程。其枢纽的主要布置特点是河谷地形地质条件不对称，泄洪流量最大在6000m³/s左右，缺失的地形采用重力墩或者推力墩的结构型式。

1.普定工程

（1）工程概况。普定水电站位于贵州省乌江上游南源三岔河中游灰岩峡谷河段中，是一座以发电为主，兼有供水、灌溉、养殖及旅游等综合效益的水力枢纽工程。

电站正常蓄水位1145m，死水位1126m。电站装机75MW，保证出力1.54MW，多年平均发电量3.401亿kW·h。总库容4.209亿m³，调节库容2.653亿m³，为不完全年调节水库。工程为Ⅱ等大（2）型，主要建筑物为2级建筑物，设计洪水标准按100年一遇，校核洪水标准按1000年一遇，地震基本烈度为Ⅵ度。

拦河大坝为碾压混凝土重力拱坝，为定圆心、定外半径、变中心角、变内半径的非对称单曲拱坝，拱坝最大坝高75m，厚高比0.413。泄洪建筑物布置在拱坝坝身，为4个溢流表孔，孔口尺寸12.5m×11m（长×宽），采用分流戽挑流消能，在右岸1093m高程设置孔口尺寸3m×4m（长×宽）的冲沙放空底孔。电站进水口布置于右岸，为岸塔式进水口。发电厂房布置于坝下游约160m的右岸岸边，开关站布置在厂顶后上方缓坡阶地上。

普定水电站于1989年12月15日顺利截流，主体工程正式开工。1994年5月首台机组并网发电，年底工程完建。

（2）工程自然条件。坝址以上流域面积5871km²，占三岔河流域面积的81%。流域地处亚热带季风区，气候温和湿润，雨量充沛，年平均降水量1187mm，多年平均气温14.4℃，年平均水温16.5℃，年平均相对湿度80%，多年平均流量123m³/s。

坝址区地处深山峡谷河段中，两岸山峰连绵，高出河水面250～300m，河谷呈不对称的U形，左岸坡平直，右岸地形则向下游收束，1120m高程以上左岸为40m高的陡壁。右岸为10°～50°的缓坡。1145m高程河谷宽110m，枯水期河水面宽约40m，河水位1087m，相应河水深2～3m。河床覆盖层厚3～6m。坝址坐落在下三叠统安顺组（T₁a）厚层、中厚层灰岩构成的岩体上。岩层倾向上游偏左岸。地质构造比较简单，山势雄厚，地形完整。左右岸风化深3～15m。

（3）枢纽布置。普定水电站枢纽工程主要由碾压混凝土拱坝、坝顶开敞式溢流表孔、右岸发电引水系统、河岸式地面厂房和厂后露天式升压开关站以及进厂交通洞等建筑物组成，普定水电站枢纽平面布置如图3.2.4所示，其布置具有如下特点。

1）普定水力枢纽工程地处深山峡谷河段中，河谷狭窄，两岸陡峭，虽然具有兴建拱坝的地形地质条件，但给枢纽工程布置和泄洪消能工程设计构成一定困难。为加快工程施工进度，缩短建设周期，方便碾压混凝土拱坝的施工，将挡水建筑物碾压混凝土拱坝、发电引水系统和厂区枢纽分散布置，使坝、洞、厂同时分别施工，互不干扰。

图3.2.4 普定水电站枢纽平面布置图

2）坝体结构物集中布置，简化坝体断面轮廓尺寸和内部结构。尽量加大碾压混凝土仓面，保持碾压仓面连续，减少施工干扰，便于碾压混凝土快速连续施工。溢洪道集中布置在坝顶中段，让碾压填筑基本完成后，再浇筑溢流面常态混凝土；坝内灌浆廊道分层水平布置在1090m高程和1115m高程，用竖井连接起来，这样既不影响坝基帷幕灌浆，又便于碾压混凝土连续填筑，减少施工干扰。

3）普定碾压混凝土拱坝采用高掺粉煤灰和低水泥用量碾压混凝土做筑坝材料，C₉₀20二级配和C₉₀15三级配碾压混凝土胶凝材料含量分别为188kg/m³（其中水泥85kg/m³，粉煤灰103kg/m³）和153kg/m³（其中水泥54kg/m³，粉煤灰99kg/m³）。

4）坝体挡水防渗采用碾压混凝土自身防渗。在坝体迎水侧部位使用粒径小于40mm二级配骨料、富胶凝料碾压混凝土作坝体阻水防渗体。

5）坝体不设施工缝。采用整体、薄层、通仓、全断面碾压填筑，利用低温季节快速连续上升的施工工艺。革新了惯用的施工分缝，柱状法分块跳仓浇筑，封拱灌浆，温控措施复杂的传统混凝土拱坝施工方法。

6）在坝体适当部位设置诱导缝，避免产生不规则的贯穿性裂缝。在诱导缝中预设重复灌浆系统。一旦开展裂缝，就可实施重复补强接缝灌浆。

7）基础垫层混凝土采用外掺氧化镁常态混凝土，通过外掺氧化镁，使混凝土体积产生微膨胀，补偿混凝土在凝结过程中引起的体积收缩，以增强垫层混凝土的抗裂性能。

8）拱坝溢流面上采用高、低坎分流戽泄洪消能方式。在每一表孔的溢流面中部设置分流戽，使下泄洪水经分流戽时，形成上下两股相等的水流，在空气中纵横扩散碰撞掺气消能，使大部分泄洪能量在空中得以消除，削减了入河能量，减小冲刷坑深度40%左右，缩短水舌挑距36%，减弱了下游水位波动。

9）为防止泥沙进入发电引水隧洞，保持进水口门前清，在坝体右部1093m高程设置冲沙孔，兼做水库放空底孔。为抵抗高速夹砂水流对孔壁的冲刷和磨损，采用铁钢砂混凝土衬护孔壁。

10）在闸墩顶部设置联系梁，将中墩和边墩连接成框架结构，用以增加其整体性，起到良好的抗震效果。

11）坝体碾压混凝土采用整体通仓薄层全断面碾压填筑，连续上升的施工方法，坝肩垫层混凝土与碾压混凝土同仓同时浇筑，在两坝肩采用无混凝土盖重的固结灌浆施工工艺。

12）普定碾压混凝土拱坝拱端按半径向设计。相应采用半径向开挖；紧贴坝体上游面垂直开挖，三面预裂爆破，自上而下分梯段开挖，减少了坝肩开挖量和坝体混凝土浇筑量。

2.龙首工程

（1）工程概况。龙首水电站工程位于甘肃省张掖市西南约30km黑河干流出山口的莺落峡峡口处，且在张掖地区电网中承担调峰、调相等任务。

电站正常蓄水位1748.00m，死水位1737.50m。电站装机52MW（3×15MW+1×7MW），保证出力6.884MW，多年平均年发电量1.836亿kW·h。总库容0.132亿m³，调节库容0.046亿m³。工程为三等工程，工程规模为中型，主要建筑物为3级建筑物，设计洪水标准按50年一遇，校核洪水标准按500年一遇，地震基本烈度为Ⅷ度。

拦河大坝由主河道碾压混凝土双曲拱坝、左岸古河道碾压混凝土重力坝及右岸推力墩组成。重力坝兼做拱坝坝肩，拱坝最大坝高80m，重力坝最大坝高54.5m，右岸推力墩长29.32m，大坝全长217.32m，混凝土总量19.5万m³，坝身开设三个中孔（泄洪孔），并设冲沙孔。

该工程具有典型的高寒、高温、高地震、高蒸发的地域特点，建设难度较大。

龙首水电站于1999年4月开工建设，同年11月18日实现工程截流。2001年4月22日下闸蓄水，同年5月首台机组发电，6月全坝碾压混凝土施工完毕。2001年7月已实现四台机组全部发电。

（2）工程自然条件。龙首水电站位于张掖市境内的黑河干流上，处于西北内陆腹地，大陆性气候，夏季酷热，雨量稀少，蒸发强烈，冬季严寒，冰期长达4个月之久。多年平均降水量为171.6mm，多年平均蒸发量为1378.7mm，平均气温8.5℃，绝对最高气温37.2℃，绝对最低气温-33℃，日温差较大，最大冻土深度1.5m。为典型的大陆性气候。

枢纽区位于强烈上升切割的褶皱高中山区的北部边缘，河流深切基岩，呈V形，河谷平直，流向呈N45°～50°E，河水面宽20～30m，水面高程为1687～1686m，水深0.5～2.5m，水下冲积砂卵砾石层厚为1～7.5m，即河床基岩侵蚀面起伏不平。河谷两岸边坡地形不对称。坝址处左岸有一古河道阶地，阶地地面高程1722m左右，覆盖层厚约17m，阶地左侧地面坡度较陡基岩出露。阶地右侧为主河道，主河道两岸1720m高程以下岸坡为 50°～70°陡崖，基岩出露。右岸1720m高程以上覆盖层较厚，基岩顶板平缓。

坝址在区域稳定上处于斑大口（至元山子）断层（区F₅）与上龙王庙断层（区F₆、F₇）区域性活断层切割的不稳定区的相对稳定断块上。坝址区的地震基本烈度为Ⅷ度。

基岩以奥陶系上统或变质的含条带硅质板岩和含砂砾质板岩为主，岩层走向与河流近直交，倾向下游，倾角60°～87°，岩石致密坚硬，耐风化，在坝基、坝肩构成有利的单一岩石组成。

分布于坝基坝肩的断层共有12条，一般垂直于河流，对工程影响较小。

（3）枢纽布置。龙首水电站枢纽由碾压混凝土拱坝、左岸碾压混凝土重力坝、右岸推力墩、中表孔泄洪建筑物、坝身放空兼冲沙底孔、坝身取水口建筑物及引水系统和左岸地面厂房及开关站组成，龙首水电站拦河大坝平面布置如图3.2.5所示。

图3.2.5 龙首水电站拦河大坝平面布置图

①—碾压混凝土拱坝；②—左岸碾压混凝土重力坝；③—右岸推力墩；④—左岸上坝公路

根据地形地质条件，拦河大坝平面上布置为混合坝型，主河道左岸断层节理发育，从安全考虑建碾压混凝土重力坝，兼做拱坝坝肩，顶长47.16m；主河道设碾压混凝土拱坝，拱坝轴线长140.84m；右岸1720m高程以上基岩顶板平缓，设推力墩，推力墩顶长29.32m，整个大坝坝顶全长217.32m。

拱坝体型为抛物线变厚双曲薄拱坝，拱冠梁上下游面曲线为三次抛物线，水平拱圈中心轴为二次抛物线，左右拱圈采用相同的曲率半径。

拱坝坝顶高程1751.50m，最大中心角94.58°，最小中心角54.79°，拱冠处最大曲率半径54.5m，最小曲率半径32.75m，坝顶最大弧长140.84m，最大坝高80.0m，坝顶厚度5.0m，坝底厚度13.5m，厚高比0.17，拱冠梁最大倒悬度为1∶0.08，坝身最大倒悬度为1∶0.189。坝体混凝土量为6.83万m³。

重力坝坝高54.5m，上游为铅直面，坝顶宽30.0m，坝底宽65.43m，下游坝坡为1∶0.65，坝底高程1697.00m，坝顶长47.16m （沿坝轴线方向），靠近拱端处坝体局部加厚并调整其体型以适应拱坝拱端的布置。混凝土量为10.8万m³。

推力墩布置于右岸1720.0m 高程以上，高 31.50m，坝顶宽 14.50m，坝底宽30.25m，上游面垂直，下游面为一斜坡，坡比为1∶0.5，平面上呈一弧形转向山体内。轴线方位为N36.17°W，坝顶长29.32m （沿坝轴线方向），混凝土体积为2.1万m³。

坝址处冬季气温低，早晚温差大，冰冻期长，推力敦、重力坝、拱坝坝体下游面抗冻层厚度按其冻融深度确定为1.5m，由改性的三级配碾压混凝土形成，抗冻等级F300。另外在1700m高程以下坝面设15cm厚泡沫板做永久保温层。

龙首水电站主要泄洪建筑物布置在拱坝上，按两个表孔和三中孔的方案布置。

引水系统采用一洞四机联合供水方式，进水口设于重力坝段，进水口底板高程1724m，引水主洞分设上下平段和竖井段，主洞采用混凝土衬砌，岔管段大机洞径渐变为2.6m，小机洞径渐变为1.75m，采用钢衬。主洞和四台机的联结为齿状分岔的支洞，引水主管全长96.06m，直径5.6m。

电站厂房为岸边式厂房，布置在河床左岸，厂房总尺寸为64.04m×31.5m×31.17m（长×宽×高），其中主厂房尺寸为64.04m×16.5m×31.17m（长×宽×高），左端设安装间，副厂房位于主厂房上游侧，尺寸为47.5m×11.0m×20.2m（长×宽×高）。

3.大花水工程

（1）工程概况。大花水水电站位于清水河中游，开阳县与福泉市交界处的峡谷河段内，电站距贵阳市62km，距开阳县45km，是一座以发电为主，兼顾防洪及其他效益的综合水利水电枢纽。

电站正常蓄水位868m，死水位845m。电站装机200MW，保证出力40.50MW，多年平均电量7.38亿kW·h。总库容2.765亿m³，调节库容1.355亿m³。工程为二等工程，工程规模为大（2）型，主要建筑物为2级建筑物，设计洪水标准按100年一遇，校核洪水标准按1000年一遇，地震基本烈度为Ⅵ度。

拦河大坝为碾压混凝土河床拱坝+左岸重力坝组合坝型，拱坝最大坝高134.50m，重力坝最大坝高73m。泄洪建筑物布置在拱坝坝身，为3表孔+2中孔的布置型式。电站进水口布置于左岸重力坝坝身。碾压混凝土拦河大坝、泄洪建筑物及电站进水口形成了大花水水电站布置紧凑的首部枢纽格局。

大花水水电站于2004年1月8日正式开工建设，2004年11月22日顺利截流。2007年8月16日下闸蓄水，2007年11月21日两台机组同时发电，年底工程完建。

（2）工程地形地质条件。坝址位于支流独木河河口下游2.5km的峡谷段，距谷口约150m。坝址河谷地形为不对称的U字形，上部开阔，下部陡窄，左岸为古河床，以泥页岩软弱地层为界，820m高程以上为吴家坪组地层构成的逆向坡，受岩性软硬互层的影响，坡面沿硬岩呈台阶状爬升；以下及右岸为栖霞茅口组坚硬灰岩，底为梁山组、大湾组泥页岩、粉砂岩、砂岩，构成二元结构边坡。坝址区灰岩弱风化水平深度约12～60m，河床弱风化下限8～12m。泥页岩地层弱风化水平深度15～20m；右岸水平卸荷深度9～12m。

坝址枯季河水位755m，水深4～6m，河水面宽20～40m，河床覆盖层1～3m，部分基岩裸露。坝址下游约150m后河谷突然开阔，发育一与河流呈70°交角的陡壁（临空面），陡壁下游为地形较平缓的大型塌滑体及崩塌堆积体，覆盖层较厚。

（3）枢纽布置。本工程枢纽由拦河大坝、泄洪建筑物、电站进水口、引水隧洞和发电厂房组成，结合地形地质条件和各建筑物结构特点，综合考虑施工可行和经济合理，是本工程枢纽布置格局确定的重要因素。

1）拦河大坝。针对坝址区地形、地质条件，从适应地形地质条件的角度出发，为充分发挥其优点，避开缺点，通过综合分析比较，选取小拱坝+大重力坝的拦河大坝布置方案。拦河大坝布置图见图3.2.6和图3.2.7所示。

图3.2.6 大花水水电站首部枢纽平面布置图

①—碾压混凝土拱坝；②—左岸碾压混凝土重力坝；③—右岸推力墩；④—左岸灌浆隧洞；⑤—灌浆隧洞

图3.2.7 大花水水电站首部枢纽右视

2）泄洪建筑物。根据大坝结构布置和地形地质条件，并考虑到泄流量相对较大和山区狭窄河谷的特点，泄洪建筑物布置时应充分利用拱坝坝身开辟通道和减少施工干扰等因素，经比较，选择条件较为明朗的坝身泄洪方案作为泄洪建筑物的布置方案。

3）引水发电系统。根据总枢纽布置格局，引水发电系统布置于河道左岸，厂房布置于下游约5.5km的河岸边。通过布置和综合比较，选择重力坝坝式进水口的布置方式。

引水系统由坝式进水口、引水隧洞、调压井及压力钢管等建筑物组成。引水系统为一洞两机供水方式，由坝式进水口、引水隧洞、调压井和压力钢管组成，隧洞的进水口布置于左岸重力坝内，引水系统线路总长约5430.8m。调压井后接7m长洞径为6.3m的隧洞段，然后接压力钢管，钢管由上平段、上立弯段、竖井段、下立弯段、下平段、对称Y形岔管和两条支管组成。隧洞进口中心线高程833.50m，最大引用流量164.88m³/s。

发电厂房为岸边式，电站装机为二台100MW的混流式水轮发电机组，主厂房尺寸为55.00m×23.20m×57.50m（长×宽×高），机组安装高程712.50m。厂房为整体式钢筋混凝土框架结构，主构架柱为钢-混凝土组合结构，吊车梁为预应力钢筋混凝土吊车梁，屋顶采用轻型平面网架结构，开关站为室内封闭式开关站（GIS）布置在上游副厂房内，断路器、阻波器等设备及其基础布置于屋顶。出线架为钢桁架结构，高约15.0m，布置于GIS室屋顶。

经过拦河大坝、泄洪建筑物及进水口的方案比选，最终形成了大花水水电站首部枢纽的布置格局——碾压混凝土拱坝+左岸重力坝+拱坝坝身泄洪建筑物+重力坝坝式进水口，同时也确定了总枢纽布置格局。

4.枢纽布置特性

普定、龙首、大花水三个碾压混凝土拱坝的布置特性见表3.2.3。

3.2.2.3 高陡狭窄河谷的枢纽布置

碾压混凝土拱坝时常布置于高山狭谷河段，对于两岸岸坡高陡的狭窄河谷，在布置拱坝时，由于拱坝两坝肩嵌深较大，会导致坝肩开挖工程量大，开挖边坡高。当开挖边坡大于100m，且施工道路布置困难时，坝肩开挖将成为工程枢纽布置的关键性因素，同时施工布置也将是枢纽布置统筹考虑的重要因素。

对于高陡狭窄河谷的碾压混凝土拱坝，贵阳院设计的项目主要有善泥坡工程。其枢纽的主要布置特点是坝肩拱肩槽采用窑洞开挖方式解决明挖带来的高边坡开挖困难问题，同时合理布置施工通道实现大坝碾压混凝土的入仓和施工问题。

1.善泥坡工程

（1）工程概况。善泥坡水电站位于北盘江干流中游河段的贵州省六盘水市水城县顺场乡境内，是北盘江流域综合规划中的第八个梯级电站，是一个以发电为主的水电枢纽工程。

电站正常蓄水位885m，死水位865m。电站装机185.5MW，保证出力20.78MW，多年平均电量6.788亿kW·h。总库容0.85亿m³，调节库容0.246亿m³。工程为Ⅲ等工程，工程规模为中型，主要建筑物为3级建筑物，设计洪水标准按100年一遇，校核洪水标准按1000年一遇，地震基本烈度为Ⅵ度。

碾压混凝土最大坝高110m，坝顶弧长204.29m。泄洪建筑物布置在拱坝坝身，由3个溢流表孔和2个泄洪中孔组成，表孔尺寸14m×10m（宽×高），中孔尺寸6m×7.5m（宽×高），最大下泄流量6294m³/s。引水发电系统布置于右岸，地下厂房布置于大坝下游约2.4km处法德大桥上游的山体内。在坝下游右岸山体内布置一小厂房利用下放的生态流量发电。

善泥坡水电站于2009年12月26日正式开工建设。2011年11月20日顺利截流。2014年11月29日下闸蓄水，2014年12月投产发电。

（2）工程地形地质条件。坝址位于善泥坡峡谷灰岩出口段，水库正常蓄水位高程河谷宽138m。河谷为U形谷，左岸为一高耸的陡壁，陡壁顶高程1200m左右，相对高差400m。右岸830m以下为30°～40°的陡坡，830～960m为一陡壁，960m以上为一缓坡，坡度为30°～35°。上游左岸发育Ⅰ号冲沟，切深达50～100m，下游右岸发育Ⅱ号冲沟，切深达50～100m。

坝址河床及两岸主要出露地层为灰岩，下伏石英砂岩及泥页岩。坝址区灰岩为岩溶含水强透水岩组，下伏灰色石英砂岩夹泥页岩，透水性小，可作为坝区防渗依托。

坝址区两岸均有泉水出露，属地下水补给河水的水动力类型。左岸发育有上泥坡暗河，位于坝线上游200m左岸，枯期流量为500L/s，流量较稳定。右岸发育有石米格暗河，位于坝线下游180m右岸，发育于灰岩地层中，出口高程801.59m，为一岩溶季节泉，最大流量可达1000L/s。

坝址区灰岩弱风化水平深度18～25m，河床弱风化下限8～16m。两岸水平卸荷深度20～25m。

（3）枢纽布置。善泥坡水电站枢纽由碾压混凝土双曲拱坝、坝身泄水建筑物、右岸引水系统、右岸地下厂房及开关站等建筑物组成，善泥坡水电站首部枢纽平面布置如图3.2.8所示。

图3.2.8 善泥坡水电站首部枢纽平面布置图

拦河大坝为抛物线双曲拱坝。坝顶高程888.00m，最大坝高110m。坝顶宽6.00m，底厚23.5m，厚高比0.214。坝顶中心弧长204.29m，最大中心角86.573°，最小中心角62.505°，坝体呈不对称布置，中心线方位角N65°E。

善泥坡大坝两岸为高陡的狭窄U形河谷，两坝肩采用窑洞开挖方式，避免了180m的高陡边坡的大方量开挖和支护困难问题，同时施工道路的布置难度也相应减小。

泄水建筑物由溢流表孔、泄洪中孔及下游消能防冲建筑物等组成。溢流表孔及泄洪中孔均布置在拱坝坝身，沿拱坝中心线对称布置，孔口尺寸14m×10m（宽×高）。堰顶高程875m。溢流表孔最大下泄流量3714.46m³/s。2个中孔布置在825m高程，相间布置在3个溢流表孔中间，最大下泄流量2585.44m³/s，孔口尺寸6m×7.5m（宽×高）。

进水口紧靠右坝肩布置，进口底板高程为845m。进水口位于厚层灰岩上。采用岸塔式进水口型式。引水隧洞内径8m，引水隧洞长2314.4m。调压室型式为阻抗式，内径为23m，高为70m。调压室后接压力钢管，直径6.7m。

发电厂房为地下厂房，装机两台，单机容量90MW。地下厂房洞室群布置在右岸，主厂房最大轮廓尺寸为91.25m×20.6m×51.06m（长×宽×高），主变洞的最大轮廓尺寸为51.8m×14.85m×25.35m（长×宽×高）。主变洞布置在主厂房下游侧，两洞室净距28.00m。

进厂交通洞布置于右岸山体内，洞口高程795m。总长284.43m，该洞直接与安装间相连。尾水闸门室交通洞与尾水闸门室相连。主变洞为主变、GIS设备、电缆夹层等共用的洞室，最大轮廓尺寸为51.8m×14.85m×25.35m（长×宽×高），分上中下三层。

2.枢纽布置特性

善泥坡碾压混凝土拱坝布置特性见表3.2.4。

3.2.3 小结

从工程实例可以看出，碾压混凝土拱坝枢纽布置涉及的范围较广，考虑的因素较多，是诸多工程条件下综合较优的集合体，其中地形地质条件和泄洪建筑物是最关键的两个因素。本节以地形地质条件的不同分别阐述了碾压混凝土拱坝的枢纽布置，包括泄洪建筑物、体型结构、开挖方式等，当然施工布置、建筑材料等因素同样重要，另见其他章节阐述。总之，碾压混凝土拱坝的枢纽布置中，每个工程都有其自身的条件和特点，枢纽布置的关键在于如何选用合适的建筑物型式去适应工程的自然条件，用最经济、最安全和最小的代价获取最大的效益，使工程与自然完美结合，体现工程与环境的和谐共存。