混凝土重力坝枢纽设计与廊道专题设计珊溪Word文档下载推荐.docx

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3.1洪水调节计算7

3.1.1防洪库容的确泄7

3.1.2设计洪水位8

3.1.3校核洪水位9

3.2淤沙高程10

第4章挡水建筑物设计11

4.1基本剖而的拟左11

4丄1强度条件确泄的最小宽度T11

4.1.2稳N条件确定的最小宽度T12

4.2实用剖面的拟泄12

4.2.1坝顶高程12

4.2.2坝顶宽度13

423坝体的上、下游坝坡13

4.3确建荷载组合14

4.4荷载计算15

4.5坝体抗滑稳定分析20

4.6坝体应力分析20

4.6.1边缘应力计算21

462判断剖面的合理性23

第5章泄水建筑物设计24

5.1孔口设讣24

5.1.1洪水标准24

5.1.2孔口型式24

5.1.3孔口尺寸24

5.2消能防冲设计25

5.2.1百年一遇洪水位25

5.2.2鼻坎高程与挑角确左26

5.2.3反弧半径确泄26

524挑距与冲坑的估算27

5.3溢流而剖面设计29

5.3.1溢流坝段堰顶设讣29

5.3.2溢流坝段坝顶设计29

5.3.3溢流坝段导墙髙度设汁29

5.4荷载il•算30

5.5稳立计算34

5.6应力分析34

5.6.1边缘应力计算35

5.6.2判断剖而的合理性35

第6章细部结构设计36

6.1坝基处理设计36

6.1.1坝基的开挖与淸理36

6.1.2坝基的固结灌浆36

6.1.3坝基的帷幕灌浆36

6.2坝体构造设计37

621坝基和坝体排水37

6.2.2横缝37

623纵缝37

6.3坝体混凝土分区38

6.4大坝工程量计算39

641大坝开挖量计算39

6.4.2大坝混凝土浇筑量计算40

6.5坝顶构造设汁40

第7章水电站厂房设计41

7.1特征水头的确左41

7.2水轮机型号的选择41

7.3水轮机组选型与各髙程确泄43

7.3.1水轮机组形式选择与机组布置方式43

7.3.2吸岀高度Hs44

7.3.3水轮机安装髙程44

7.3.4水轮机蜗壳尺寸估算44

7.3.5尾水管型式及主要尺寸确左45

7.3.6厂房基础开挖高程45

7.3.7水轮机层地而高程45

7.3.8发电机层地而髙程46

7.4主厂房设计46

7.4.1进水阀的选取46

7.4.2蝶阀廊道地而高程46

7.4.3主厂房的高程46

7.4.4主厂房长度与宽度47

7.4.5装配场布置48

7.5厂房枢纽布置48

第8章水电站引水建筑物设计50

隧洞洞线选择50

8.2洞径的计算50

&

3进水「1的布置与设汁50

8.3.1进水口髙程50

3.2进口段设计50

8.3.3渐变段设计51

8.3.4闸门段设计51

8.3.5拦污栅设计51

8.4引水隧洞水力讣算51

8.4.1局部水头损失51

8.4.2沿程水头损失52

8.5调压井设计52

8.5.1设置调压井条件52

8.5.2调压井位置及形式确定53

8.5.3调压井水力计算及尺寸确定53

8.6压力管道设计55

第9章泄空洞设计56

9.1设汁标准56

9.2泄空洞形式及位置56

9.3冲砂放空洞洞径确龙56

9.4泄空洞体型设计57

9.4.1进口段58

9.4.2事故检修门槽段和压坡段59

9.4.3明流段59

第10章导流建筑物设计60

10」导流方案60

10.2导流建筑物的设计60

10.2.1导流设il•流量60

1022导流建筑物平面布置60

10.2.3导流建筑物具体设计61

第11章廊道专题设计64

11」廊道的整体布置64

11.1.1灌浆廊道设计64

1L1.2英他用途廊道设计64

11.2各层廊逍应力分析64

1121各层廊道荷载计算64

1122各层廊道边缘应力讣算67

1123各•层廊道内部应力计算68

11.3各层廊道应力计算70

11.4各层廊道配筋讣算71

1141第一层廊道配筋计算72

1142英他层廊道配筋计算73

结论74

谢辞75

参考文献76

第1章工程概况

1.1综合说明

珊溪水电站坝址位于飞江干流上游段文成县珊溪公社鱼秀村附近，控制流域面积1529平方公里，占全流域面积的43.4%。

本工程为以发电灌溉为主，兼顾防洪等综合利用效益的枢纽。

其供电范围主要为温州地区，并担负台州、宇波地区部分尖峰负荷。

发电以后水,可提高下游温州瑞（安）、瑞（安）平（阳）两大平原现有96万亩农田灌溉用水的保证性，并为圉星海涂30万亩的洪水创造了条件。

遇二十年一遇洪水时控制下泄流量，使下游淄口流量不超过3300加7s,以减免沿江两岸10万亩农田和居民的洪涝灾害。

1.2气象与水文

121气象

本流域在游口以上属山区，气候受地形影响显著。

由于地处纬度，距海仅83公里，故气候温和，雨量充沛，属暖温带多雨气候。

初春季节有春雨，春末夏初为梅雨，7~9月间台风活动频繁，多热雷雨和台风暴雨，秋季降雨日数减少，冬季以晴冷为主，小量雨雪。

坝区（在淄口上游16公里）气温以淄口站位代表。

平均气温为19.6°

C,月平均气温以7月份29.5°

C为最高，1月份9.5°

C为最低，极端最高气温为43.4°

C（1956年7月10日），极端最低气温为一1.0°

C（1951年22日）。

坝区水温根据徂口站实测，多年平均水温为20.0°

C,月平均水温以7月份29.3°

C为最高，1月份10.2°

C为最低。

极端最高水位38.5°

C（1953年7月29日）。

极端最低水温为2.0°

C（1954年3月9日）。

坝址以上流域多年平均降水量为1881.7毫米。

实测最大24小时雨量为352.6毫米。

流域实测最大一日降雨量为237.3亳米，最大三日降雨量为351.0毫米，最大五日降雨量为392.9亳米。

雨量年内分配不均匀，4〜9月占全年降雨量的75.5%,其中5月和6月占全年降水量的28.8%,7〜9月降水量占全年37.2%。

本流域历年平均风速为1.8秒米，实测最大风速为26.5秒米（相当风力10级），风向为西风（1954年7月31日）。

台风期按上海中心气象台编制的华东区风压分布图，查得离地面20米，时距10分钟，六十年一遇风速为38秒米，作为坝区设计风速。

1.2.2水文

珊溪坝址站由于测流断面处弯道，右岸深，左岸浅，水尺位置差。

与百丈口、淄口两站水量平衡，分析对照，发现流量极不合理，资料质量差，不能满足要求。

坝址水位流量关系曲线改用淄口站相关而得。

故水文计算以淄口为主。

珊溪坝址年平均流量，根据曲口站实测的27年资料（1950〜1976年）以面积比一次方推得多年平均流量为59.7秒立方米。

由淄口站资料转换到坝址径流系列具有较好的代表性，推求得到坝址年径流系列有27年连续资料。

1.3泥沙

珊溪坝址处末进行泥沙测验，其资料直接采用曲口站输沙模数推算而得（汛口站有15年测验资料）。

经计算得坝址多年平均含沙量为0.209公斤/立米，多年平均输沙率为12.5秒公斤，多年平均输沙量为39.3万吨。

推移质泥沙根据新安江、乌溪江及其他水电站实测推移质输沙率占悬移质输沙率10%〜20%的资料，珊溪工程按20%估算，即推移质输沙率为2.5秒公斤，多年平均推移质输沙量为7.87万吨。

珊溪坝址多年平均总输沙率为15.0秒公斤，多年平均输沙总量为47.2万吨。

本流域水土流失现象尚不严重，因此泥沙对水库使用不致构成严重问题。

1.4工程地质

1.4.1水库区工程地质

珊溪水库区广布着新华夏系或华夏式构造体系的断裂和断陷盆地所控制的火山杂岩和湖相沉积盖层，以及相伴生的中一一酸性侵入岩体。

岩浆活动多属燕山运动早晚两期，且与晚期侵入为主，本区各处均有分布。

水库及枢纽区位处东南沿海地震区的政和一一海丰地震亚带与泉州一一汕头地震带之间，历史上破坏性地震少，小震也不多，强度和频度均较低，经国家地震局南京地震大队1978年2月23日鉴定：

确定珊溪水库坝址区未来100年内地震基本烈度为6级。

水库区工程地质条件和评价：

水库为高越数白米的群山环抱，除坝址左岸有一高程187.23米的t亚口地形外，库区两岸分岭山体雄厚。

水库无永久渗漏之虞。

松散地层与基岩裂隙所造成的暂时渗漏，初估尚不及总库容的白分之一，对蓄水无影响。

水库位于山间河谷之中，库边正常蓄水位附近无大中型工矿企业及较大居民点，仅有零星分布的梯田，U前尚未发现有开釆价值的矿点。

因此水库蓄水后除淹没部分村落、农田外，不存在浸没和防护等问题水库周边多位坚质、块状的火山岩和沉积组成的沿岸，LI前未发现大规模边坡失稳现象。

可以预测水库蓄水后亦不致产主大规模的库岸再造。

1.4.2坝址区工程地质

坝址上游河段岩性软硬相同，河谷开阔，常水位时，高约200m,水流偏左岸冲刷，岸坡较缓，且覆盖层广布。

拟建坝的河谷地段，岩性坚硬，河谷狭窄，地形较对称。

左岸有沙滩分布，水流偏右岸冲刷，平水位谷宽160m,最窄处140mo

坝址工程地质评价：

地基承载力：

坝基岩性杂。

岩相变化大，岩体软硬相间，层次多。

抗滑稳定:

坝区地质构造较简单，无大的构造新断裂通过，仅左岸坡岩脉、破碎带、裂隙发育。

河床笫四系冲洪积层深厚。

右坝肩绕坝渗漏：

右坝肩发育一条辉长岩脉，该岩脉抗风化能力弱，形成冲沟，致使右坝肩山脊单薄（按高程160米计，宽约230米）。

按宾德曼公式估算差渗漏量为3.5立米/昼夜，渗漏量不大，不直接危及水库蓄水。

但该地段岩石风化深长期渗漏对坝肩稳定不利，需作防渗处理。

坝址区内支沟发育，必须设置排出沟水设施。

两岸山坡140米高程以上的残。

坡积层广布，表部多有植被覆盖，较松散，必须清除。

140米高程以下岸坡陡峭，大部分基岩裸露。

左岸不同高程普遍发育缓倾角裂隙，尤以顺坡向夹泥裂隙为主。

水库蓄水后，可能危及坝基稳定。

两岸帷幕灌浆深度根据地质勘测确定。

1.5料场概况

砂砾料场位于坝址区上游五公里至下游9公里的河段内，大部分料场分布在河流两侧凸岸漫滩上。

一般无地表植被覆盖。

各料场水下3〜5m以下均为壤土砂砾层分布。

水下3〜5m以上砾石均为较坚硬的火山岩和火山碎屑岩，少见有花岗岩等，砂的成分以石英，长石为主，次为岩屑。

交通条件，一般客可载重2〜5吨木船，枯水期只能通航1〜1.5吨。

公路交通亦属方便。

根据历次勘探成果，十四个料场沙粒混合储量总计1548.7万立方米，其中坝址上游储量7498万立方米，水下储量25.74万立方米，合计100.72万立方米，坝址下游水上储量561.13万立方米，水下储量886.86万立方米，合计1447.799万立方米。

土料在坝址上下游5〜10公里范围内土源勘察。

所见较优土料场甚少，有效储量约为95.43万立方米。

土质为粘土，砂粘土。

交通方便。

各料场可筑简易公路直达。

但农田村舍密布，可开采量不多。

石料位于坝址下游左岸或者右岸牛坑沟内，有裸露的流纹斑岩分布可选作开采石料的场地。

引水洞、导流洞、溢洪道施工开挖中所奔置的石渣。

也多为微风化或未风化流纹斑岩。

1.6动能经济

1.6.1地区国民经济

温州系统是三县一市（瑞安、平阳、文成及温州市）的独立系统，于1962年形成110千伏电网。

以白丈泳梯级水电站（总装机3.94万千瓦）、梅屿火电厂（3万千瓦）和东屿火电厂1万千瓦为主。

1977年系统最高负荷5/77万千瓦，年电量2.14亿度，1978年底网内装机容量为8万千瓦，但用户的装机容量已经达到30万千瓦。

故经常处于缺电限电状态。

根据国民经济发展计划，预计1985年地区最高负荷将达到35万千瓦，电量17亿度。

因此迫切要求早日解决能源问题。

因浙江煤炭能源缺乏，水力资源未充分开发。

因此应尽先开发水力资源。

□前，农田的平均抗旱能力为40余天，其中37万亩已达到旱涝保收。

珊溪水库控制泄洪，遇二十年洪水，在淄口站流量不超过3300〃//$,以减免下游沿江两岸约10万亩农田洪涝灾害。

1.6.2设计枯水年日负荷电力平衡

按规范要求，并分析珊溪水电站在系统中的作用。

确定以1985年的负荷水平作为珊溪的设计水平，远景日负荷采用0.85,最小负荷率0.70,日负荷曲线按接近年的典型日负荷曲线修正放大。

电力平衡原则：

水电站尽量担负尖峰负荷。

屮电站已建成，应充分利用它的容量，其他水电站应按其保证出力分担工作容量，系统各水电站采用保证出力值如表l-lo基荷及腰荷山火电承担。

系统负荷备用采用最高负荷的3%左右，1985年负荷水平山珊溪水电站单独承担。

1990年负荷水平，考虑由珊溪和丁水电站各承担一半。

系统事故备用最高负荷的10%,且不低于最大一台机组容量。

1985年系统最大单机容量是12.5万千瓦。

各电站的事故备用按工作容量之比分担。

表1-1系统各水电站采用保证出力值（单位：

万千瓦）

占名称

保证出力^

甲

乙

珊溪

丙

T

1985年水平保证出力

1.20

0.8

约4.17

/

1990年水平保证岀力

约4・17

1.30

4.50

第2章坝型选择与工程级别确定

2.1坝型选择

坝型选择，根据坝址处的地形、地质、建筑材料，宣泄洪水的能力以及抗震性能等特点，通过定性分析，初步选择2~3种坝型。

山于坝址河谷较宽，首先排除拱坝。

参加比选的坝型有混凝土重力坝、土石坝、面板堆石坝。

通过比较所选方案的理由和优缺点如下：

2.1.1混凝土重力坝

优点：

安全可靠，设计及施工简单，对地形和地质条件的适应性较好，对地基要求不太高，适于各种气候条件下的修建，受冻害影响较小；

经验丰富，维护修理费用低；

施工导流和永久性泄洪问题容易解决。

缺点：

体积大，消耗水泥、石料较多；

材料强度不能充分发挥；

坝底扬压力较大；

混凝土水化热较大，温控措施较高。

2.1.2土石坝

就地取材，节约材料；

能很好的适应较差的地质条件，抗震性较好，结构简单，工作可靠，使用寿命长。

坝坡较小，工程量较大；

坝顶不能过水，需要另加泄水建筑物；

施工导流不方便；

对坝的防渗要求较高；

沉降问题存在。

2.1.3面板堆石坝

对自然条件有广泛的适应性，对地基要求比混凝土坝低，可适应不均匀沉降,抗震性能好，施工不受气候限制；

就地取材，可节约水泥、木材和钢材等重要建筑材料；

机械化施工，可加速建坝，减小投资；

可策划能够手承受水头不太大的坝顶溢流；

结构简单。

堆石坝属于散粒坝体，需修建溢洪道或隧洞进行泄洪，而这些泄洪设施会加大枢纽的投资和工程量；

施工中的导流问题难以解决。

结合该处的地址条件简单而良好，河谷较为宽广，经济和技术较成熟，优选混凝土重力坝。

从上述可看出混凝土重力坝构造简单，施工和设计的难度较小，且有大量的工程事例可供参考，经验丰富。

而其他的坝型都有共同的缺点：

施工复杂，设计难度大。

综上所述，最后确定坝型为混凝土实体重力坝。

2.2坝轴线的选择

坝轴线的位置，根据坝址附近的地质、地形条件通过定性分析确定；

通过勘探结果，坝轴线选择在第II、ill勘探线任意范围内。

2.3工程等别及建筑物级别

根据SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准，综合考虑水库总库容、防洪效益、电站装机容量、灌溉面积等指标，对综合利用的水利水电工程，当按各综合利用项U的分等指标确定的等别不同时，其工程等别按其中最高等别确定，本工程规模山库容（正常蓄水位时23.28亿立方米）控制，属于大

（1）型，工程级别为I。

故拦河大坝、溢洪道、发电引水建筑物等主要建筑物为1级建筑物，电站厂房为引水式岸边厂房，属次要建筑物,确定为3级，围堰、导流隧洞等临时建筑物为3级建筑物。

本工程属于山、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物，根据选定的混凝土重力坝，故其洪水标准可以取较小重现期，分别取设计洪水重现期为500年一遇，校核重现期为2000年一遇。

2.4枢纽布置

2.4.1枢纽组成建筑物

[1]挡水建筑物：

拦河大坝

[2]泄水建筑物：

溢流坝段、泄空洞

[3]水电站建筑物：

电站厂房、引水系统

[4]导流建筑物：

导流隧洞、上下游土石圉堰

2.4.2枢纽总体布置

根据地形、地质条件，结合综合效益考虑，由开挖情况，坝轴线总长512m,每个坝段16m,拦河大坝从左岸开始编号，共分为32个坝段，其中将溢流坝段布置在15-18#坝段，泄空洞布置在14、19两个坝段。

将电站厂房布置在牛坑溪附近，引水隧洞布置在右

岸，导流隧洞布置在左岸。

第3章调洪计算

3.1洪水调节计算

本设计水库调洪采用列表式算法。

水库调洪计算公式如下：

~v'

=~~（3_1）22ArAr

式中：

Q},q2——分别为计算时段初、末的入库流量，”7$；

Q——计算时段中的平均入库流量，加7$；

如，q2——分别为计算时段初、末的下泄流量，们s；

q——计算时段中的平均入库流量，加7$;

V.,v2——分别为计算时段初、末水库的蓄水量，亿m‘；

AV——为匕和岭之差，亿m、；

△/——计算时段，一般取1~6小时，需化为秒（s）o

（3-2）

m——综合系数，取m二0.4；

g—重力加速度，加7s；

B——孔口宽度，m；

H——泄流水头，mo

3.1.1防洪库容的确定

珊溪工程以发电灌溉为主，兼有防洪等综合利用效益的枢纽。

为减免沿江两岸10万

亩农田和居民的洪涝灾害，要求珊溪水库建成后，控制二十年以下的洪水，在下游泌口处

最大流量不超过3300mVs。

为满足淄口处二十年洪水流量不超过3300m「7s，考虑了坝址与区间的洪水组合。

今以游口处同样发生二十年一遇洪水为准，分别取坝址也发生二十年一遇洪水、区间发生相应洪水与区间也发生二十年一遇洪水（2520n?

/s）、坝址发生相应洪水两种组合情况进行分析，分析计算坝址控制的下泄流量取区间洪峰流量与控制泄量3300m3/s之差，计算结果以区间发生二十年一遇洪水（2520n?

/s）、坝址发生相应洪水的组合，要求珊溪水库蓄洪库容最大。

故以此作为对应的下游控制泄量（3300-2520=780）m3/s<

>

当洪水流量Q来水<

780m7s时，按来多少放多少控制，水库水位保持不变；

当Q来水>

780m3/s时，就需要控制下泄流量，使Q下泄=780m7s,将超过下游安全泄量的的那部分来水暂时拦蓄在水库中，这部分库容为防洪库容V防。

资料给定正常高水位为160m,查图3-1可得到正常库容V正常，即V正常=23.3亿立方米。

V防根据所给资料，使用频率为概的坝址设计洪水过程线，通过上述方法可以确定V防，V防二1.6亿立方米。

V总防=V正常+V防二23.3+1.6=24.9亿立方米，查图3-1可得到防洪高水位高程Z防=162.7m。

3.1.2设计洪水位

本工程属于山、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物，初步选定为混凝土重力坝，故其洪水标准可以取较小重现期，取设计洪水重现期为500年一遇，即频率为0.2%的坝址设计洪水过程线。

现采用坝顶溢流4孑L,每孔12米，堰顶高程130.0米，初步估算时m取0.40。

由于珊溪水库对下游有防洪要求，故洪水来临初期，按“20年一遇”洪水标准处理，即Q来水＜780m3/s时，按来多少放多少控制，水位仍处于正常高水位；

当Q来水〉780m7s时，为满足防洪要求，就需要控制下泄流量，只能宣泄780m3/s,其余来水暂时拦蓄在水库中，水位逐渐升高，当水库水位达到防洪高水位时，将其作为起调库水位为162.7m，此时闸门全开相应的下泄流量由780m7s突变到3847.lm'

/s。

在此之后洪水越来越大，下泄流量也应水位的上升逐渐增大，直到洪峰过后，洪水消落，下泄流量继续增大，当两者达到平衡，此时下泄流量最大qmax=Q,库水位也到达最大，相应库容也最大,此时对应的水位即为设讣洪水位。

通过列表试算，在12时30分左右水位达到最大值，即为所求得设计洪水位为163.55m,此时下泄流量等于入库流量为4239.7m7s,调洪过程线如图3-2o

流量（单位：

m鬼）

时间（单位：

h）图3-2设计洪水位调洪过程线

1-P二0.2%入库洪水过程线：

2-下泄洪水过程线

3.1.3校核洪水位

本工程属于山、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物，初步选定为混凝土重力坝，故其洪水标准可以取较小重现期，取校核洪水重现期为2000年一遇，即频率为0.05%的坝址校核洪水过程线。

现采用坝顶溢流4孔，每孔12米，堰顶高程130.0米，初步估算时m取0.40。

由于珊溪水库对下游有防洪要求，故洪水来临初期，按“20年一遇”洪水标准处理，即Q来水＜780m7s时，按来多少放多少控制，水位仍处于正常高水位；

当Q来水〉780m7s时，为满足防洪要求，就需要控制下泄流量，只能宣泄780m'

/s，其余来水暂时拦蓄在水库中，水位逐渐升高，当水库水位达到防洪高水位时，将其作为起调库水位为162.7m，此时闸门全开相应的下泄流量由780m7s突变到3847.lm'

在此之后洪水越来越大，下泄流量也应水位的上升逐