水电站沉沙池设计大纲范本Word格式.docx
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（3）SDJ20-78水工钢筋混凝土结构设计规范本①；
（4）DL5073-1997水工建筑物抗震设计规范；
（或SL203-97）
（5）ＧＢＪ204－83钢筋混凝土工程施工及验收规范；
（6）ＳＤＪ336－89混凝土大坝安全监测技术规范；
（7）ＳＬ42－92河流泥沙颗粒分析规程；
（8）ＳＤ134－84水工隧洞设计规范（试行）；
（9）DL5077-1997水工建筑物荷载设计规范。
①范本按SDJ20-78编写，如改用新规范DL/T5057-1996，则文中有关部分应作相应修改。
2.3参考规范
（1）水利水电工程沉沙池设计规范（待出版）；
（2）水利水电工程泥沙设计规范（待出版）。
提示：
根据工程有关指标，查ＧＢ50201－94和ＳＤＪ12－78确定。
3.1工程等别和建筑物级别
（1）工程等别
本工程为等工程。
（2）建筑物级别
根据工程等别，本电站沉沙池按级建筑物设计。
3.2地震烈度
（1）基本烈度
本工程地震烈度经国家地震局（或有关单位）鉴定为度。
（2）建筑物设计烈度
根据地震基本烈度，沉沙池的设计地震烈度为度。
3.3洪水标准
根据ＧＢ50201－94的规定，本工程：
（1）设计洪水重现期a，相应洪水流量ｍ3／ｓ；
（2）校核洪水重现期a，相应洪水流量ｍ3／ｓ。
3.4水位和流量
（1）各种水位与流量关系，见表1。
表1各种水位与流量关系
工况
水库水位m
大坝下泄流量m3/s
发电引用流量m3/s
大坝下游水位m
沉沙池排沙出口处水位,m
备注
校核洪水
设计洪水
水库正常蓄水
汛期限制水位
（2）坝址处天然河道水位流量关系曲线。
（3）沉沙池冲排沙道出口处天然河道的水位流量关系曲线。
（4）沉沙池发电正常水位与引用流量。
3.5气象资料
3.5.1气温
（1）多年平均气温℃；
（2）绝对最高气温℃；
（3）绝对最低气温℃；
（4）多年月平均气温，见表2。
表2多年月平均气温表单位：
℃
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
多年月平均气温
3.5.2水温
多年月平均水温，见表3。
表3多年月平均水温表单位：
多年月平均水温
3.6河流悬移质含量、粒径级配、矿物组成
（1）坝址处，多年平均含沙量ｋｇ／ｍ3，多年平均输沙量万ｔ；
汛期（6月～9月）多年平均含沙量ｋｇ／ｍ3，汛期多年平均输沙量万t。
汛期输沙量占全年输沙量的％。
（2）悬移质颗粒级配，见表4。
表4悬移质颗粒级配表
粒径，mm
0.007
0.010
0.025
0.05
0.10
0.25
0.5
1.0
小于某粒径之沙重百分数，%
（3）悬移质硬矿物含量。
悬移质矿物组成为、、……等，莫氏硬度大于和等于5的硬矿物主要为、、……等，占总量的％。
各粒径组矿物含量，见表5。
表5悬移质各粒径组硬矿物含量表
<
0.05～0.10
0.10～0.25
0.25～0.5
0.5～1.0
硬矿物含量，%
（4）过机年平均含沙量，见表6。
表6各代表年过机年平均含沙量表
代表年
丰水年
中水年
枯水年
平均
流量，m3/s
（发电引用流量）
含沙量，kg/m3
3.7河道污物及冰情资料
（1）污物资料。
冰情资料包括封冻期、流冰期及流冰大小、疏密程度，并结合气温资料分析沉沙池可能出现的冰情。
污物包括树枝、灌木、草根、枝叶、漂木、生活废弃物等。
搜集河道污物种类、大小和年内集中出现的时间。
（2）冰情资料。
3.8地形、地质资料
一般沉沙池设计需要比例不小于1／1000的地形图。
3.8.1地形图
3.8.2地质资料
（1）地质图。
地质图包括平面图和纵、横剖面图及钻孔柱状图等。
（2）围岩分类及其岩石物理力学指标，见表7。
表7围岩分类及其岩石物理力学指标
项目
单位
围岩类别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
容重，γc
t/m3
弹性模量，E
GPa
变形模量，E0
Gpa
干抗压强度，Rc
Mpa
饱和抗压强度，RW
凝聚力，C
kPa
内摩擦角，Φ
（°
）
泊松比，μ
侧压力系数，λ
岩石坚固系数，f
单位弹性抗力系数，k0
MPa/cm
（3）永久和临时开挖边坡。
（4）水文地质资料。
包括地下水位分布范围、高程、洪枯变化、水质等。
3.9与沉沙池设计有关的工程设计参数
（1）沉沙池前、后引渠（输水道）水位；
（2）水电站工作水头、设计引用流量；
（3）引渠水流挟沙能力；
（4）水轮机型号、转速、过流部件的耐磨性能、抗磨防磨措施及效率系数、大修周期；
沉沙池运行与引水枢纽工程的运行，应协调一致。
根据沉沙池的设计条件，选定运行水位、入池流量、运用时间、以及冲洗水位、冲洗流量、冲洗设备启闭顺序、冲洗频率和历时等。
（5）沉沙池的运行方式；
根据水电站的额定水头，确定沉沙池设计的最小沉降粒径标准。
大于等于设计粒径的泥沙沉降率取80～85％。
（6）沉沙池泥沙沉降设计标准；
（7）沉沙池内水位：
正常运行时水位为ｍ；
非常运行（考虑电站丢弃负荷时的涌水值）水位为ｍ。
（8）沉沙池内淤沙高程：
根据水力模型试验，选定沉沙池内的淤沙高程为ｍ，同时确定淤沙的饱和容重为ｋＮ／ｍ3，淤沙内摩擦角为度。
3.10材料特性及安全系数
3.10.1混凝土
（1）容重：
混凝土容重为ｋＮ／ｍ3；
钢筋混凝土容重为ｋＮ／ｍ3。
（2）设计强度及弹性模量，见表8
表8混凝土的设计强度及弹性模量单位：
单位：
MPa
混凝土标号
设计强度
弹性模量
Eh
轴心抗压
Ra
弯曲抗压
Rw
抗拉
Rl
抗裂
Rf
（3）泊松比μ=。
（4）糙率：
ｎ＝。
3.10.2钢筋
钢筋的设计强度和弹性模量，见表9。
表9设计强度和弹性模量单位：
MPa
钢筋种类
符号
受拉钢筋设计强度
Rg
受压钢筋设计强度
R'
g
Eg
Ⅰ级
Ⅱ级
III级
5号钢筋
3.10.3安全系数
（1）混凝土结构构件的强度安全系数，见表10。
表10混凝土结构构件的强度安全系数
建筑物级别
荷载组合
基本
特殊
按抗压强度计算的受压构件、局部承压
按抗拉强度计算的受压、受弯、受拉构件
（2）钢筋混凝土结构构件的强度安全系数，见表11。
表11钢筋混凝土结构构件的强度安全系数
轴心受压构件、偏心受压构件、局部承压、斜截面受剪、受扭
轴心受拉、受弯、偏心受拉构件
（3）钢筋混凝土结构构件抗裂安全系数，见表12。
表12钢筋混凝土结构构件抗裂安全系数
轴心受拉、小偏心受拉构件
受弯、偏心受压、大偏心受拉构件
（4）裂缝开展宽度，允许值mm。
（5）沉沙池抗滑稳定安全系数，见表13。
表13沉沙池抗滑稳定安全系数
安全系数
基本组合
特殊组合
在可行性研究报告、沉沙池水力模型试验报告的基础上，根据设计报告审查意见、调整的枢纽布置或补充设计报告、新增加的基本资料等，对可行性设计提出的沉沙池布置及体型进行复核、修改，最终确定布置图。
然后分段、分部绘制技术设计阶段沉沙池布置结构详图（体型图）。
（6）沉沙池抗浮稳定安全系数K=。
5.1沉沙池沉沙效率计算
粒径级的划分，应能控制颗粒级配曲线的线型，并应包含沉沙设计最小沉降粒径。
建议采用Φ分级法。
5.1.1悬移质泥沙沉速计算
（1）对粒径小于0.062mm部分采用沉降分析法、粒径大于0.062mm部分采用筛分析法所得悬移质颗粒级配，粒径级沉速可使用下列公式计算：
1）当粒径等于或小于0.062mm时
（1）
2）当粒径为0.062mm～2.0mm时
（2）
沉速判数
（3）
粒径判数
（4）
（5）
3）当粒径大于2.0mm时
（6）
式中：
ν——水的运动粘滞系数，cm2/s；
t——水温，℃；
d——泥沙粒径，mm；
ρs——泥沙密度，g/cm3；
ρω——清水密度，g/cm3；
ω——泥沙沉速，cm/s；
g——重力加速度，cm/s2。
当设计入池含沙量属高含沙范畴时，应考虑含沙量对沉速的影响，选用合适的公式对沉速进行修正。
（2）粒径组平均沉速应使用其上下限粒径沉速的几何平均值：
（7）
ωi——粒径组平均沉速，cm/s；
ωi——粒径组下限粒径沉速，cm/s；
ωi+1——粒径组上限粒径沉速，cm/s。
5.1.2沉降率计算
（1）沉沙池工作宽度或流量沿程变化时，应分段计算粒径组沉降率，然后按下式计算全池某粒径组沉降率：
（8）
ηi——i粒径组沉降率；
k——池段数，自上游向下游编号，k=1，2，3……n；
ηik——k池段，i粒径组沉降率，按式（9）计算。
（2）各粒径组悬移质沉降率按下式计算：
（9）
i——粒径组编号，按粒径由小到大顺序排列，i=1，2，……；
αi——恢复饱和系数，应参照水质和泥沙特性与设计工程相似的已建沉沙池实测资料确定；
ωi——粒径组平均沉速，m/s；
qk——池段单宽流量，m2/s；
Lk——池段长，m。
（3）大于i粒径级沉降率按下式计算：
（10）
l——第i粒径组下限粒径级编号，按粒径由大到小顺序排列，l=m，m-1，……2，1；
△Pi——入池悬移质第i粒径组的沙重百分数。
当取l=1时，则ηl为总沉降率η。
5.2定期冲洗式沉沙池淤积计算
（1）定期冲洗式沉沙池，设计冲洗周期内淤积体积可用下式计算：
（11）
Vs——淤积体体积，m3；
S0——设计冲洗周期内入池平均含沙量，kg/m3；
Q——沉沙池工作流量，m3/s；
η——总沉降率；
T——设计冲洗周期，s；
ρd——淤积物干密度，t/m3。
（2）当取T为一天的秒数时，式（11）中Vs为沉沙池内的日淤积体积，可按下式计算冲洗周期：
（12）
T——冲洗周期，d；
V0——设计淤积体积，m3。
5.3沉沙池排沙水力计算
5.3.1有压排沙水力学计算
（1）有压排沙道内不应出现淤堵，选定的冲沙流速Vc应大于临界冲沙流速，且不宜小于2.0m/s～2.5m/s。
矩形断面排沙道的临界冲沙流速可采用罗耶尔经验公式：
（13）
vk——临界冲沙流速，m/s；
E——常数，与廊道表面绝对糙度有关。
当Δ=0.001m时，E=66；
当Δ=0.005m时（水泥敷面和混凝土建筑物），E=50；
ρm——廊道内浑水密度，t/m3。
园形断面临界冲沙流速可用克诺罗兹经验公式计算：
（14）
d75——泥沙粒径（m），廊道夹沙水流中，小于该粒径沙重占75%；
ω75——泥沙沉速（m/s），廊道夹沙水流中，小于该粒径沙重占75%；
Qc——冲沙流量，m3/s
Se——冲沙水流中的含沙量（kg/m3），可按公式（15）确定：
（15）
S0——沉沙池设计入池含沙量，kg/m3；
Q——沉沙池工作流量，m3/s。
（2）为保证沿沉沙池宽度方向冲沙能力均匀及有利于排沙，应保证各支廊道与主廊道交汇点处的水头损失相等；
廊道总水头损失应小于上游水面与廊道出口处的水位差。
为便于计算，各条支廊道内流速宜采用同一值，用各支廊道的长度变化保证交汇点处的水头损失相等。
沿廊道长度的水头变化按下式计算：
（16）
（17）
Hl——计算断面的水头，m；
ΔZ——上游水面与廊道出口处的水位差，m；
ξ——局部水头损失系数总和；
L——廊道首端至计算断面长度，m；
n——糙率，n=0.017～0.0225，计算支廊道水头差时取0.0225，计算进水孔面积时取0.017。
（3）支廊道沿长度方向的截面积按下式计算：
（18）
（19）
A——支廊道断面面积，m2；
Ql——支廊道在计算断面处的流量，m3/s；
L——支廊道总长，m；
lc——支廊道首端至计算断面的长度，m；
Q0——支廊道首端的流量，可取等于廊道总流量的20%。
（4）支廊道进沙孔断面面积按下式计算：
（20）
A1——进沙孔断面面积，m2；
n0——进沙孔孔数；
θ——孔口轴线与水平面的倾斜角，（°
）；
Φ——流量系数，可取Φ=0.75～0.85。
对百页窗式孔口可取0.75。
5.3.2无压排沙水力学计算
（1）无压排沙冲沙临界流速可按式（21）计算：
（21）
d75——泥沙粒径（m），在淤积物中，小于该粒径的沙重占75%；
ω75——泥沙沉速（m/s），在淤积物中，小于该粒径的沙重占75%；
h——冲沙时的平均水深，m；
Se——冲沙水流含沙量，可取20kg/m3～85kg/m3。
（2）单宽流量按式（22）计算：
q=（1.1～1.25）hvc（22）
（3）等速流冲沙时，冲沙厉时可按式（23）近似计算确定：
（23）
ΔT——冲沙厉时，s；
V——沉沙池的沉沙容积，m3；
B——池厢工作宽度，m。
6.1稳定分析
选几个有代表性的断面进行稳定分析。
稳定分析包括抗滑稳定分析和抗浮稳定分析。
6.1.1抗滑稳定分析
（1）确定设计条件，包括运行工况、池内、外水位、地下水位、淤沙高程等；
（2）荷载及其组合：
设计情况：
自重＋池内水重＋淤沙重＋浮托力＋边墙外侧土压力和水压力
校核情况：
自重＋池内水重＋淤沙重＋浮托力＋边墙外侧土压力和水压力＋地震荷载
（3）抗滑稳定安全系数计算。
6.1.2抗浮稳定分析
（1）确定设计条件和各种水位、淤沙高程等；
自重＋池内水、沙重＋浮托力
（3）抗浮稳定安全系数计算。
6.2结构设计
6.2.1上、下游连接段及池身段边墙结构设计
首先确定设计条件和荷载组合。
边墙一般按下端固定、上端自由的悬臂梁进行内力计算。
底端按计算出的最大弯矩配筋。
6.2.2池底板结构设计
底板一般按弹性地基梁进行计算。
（1）设计原则：
一般按限裂设计。
梁本身除承受外荷载外，还受边墙传于两端的垂直向下的力、力矩及水平力（相当于底板的轴力），大至包括：
自重＋水、淤沙重＋浮托力＋结构垂直荷载＋边墙传来的力矩＋边墙传来的轴力＋地基反力
（3）计算方法：
按弹性地基梁进行计算。
6.2.3进口闸桥面及排架的结构设计
（1）桥面荷载：
自重、活荷载、拦污栅安装及检修对桥面产生的荷载
（2）拦污栅吊车梁荷载：
自重、活荷载、工作荷载
（3）拦污栅吊车排架荷载：
自重、吊车梁作用荷载、活荷载、温度荷载、风荷载、地震荷载
按设计情况和校核情况分别进行设计。
地下沉沙池，池身断面一般设计成无压方园形断面。
结构设计时应先对围岩进行稳定性评价，然后根据围岩的稳定性确定支护结构形式（考虑引水和排沙要求，对过水断面应进行混凝土衬砌，以减少糙率）及支护强度。
围岩稳定性分析和支护结构计算参考水工隧洞工程有关方法进行。
6.2.4地下沉沙池结构设计
观测设计应结合沉沙池结构型式、规模和运行等条件，提出观测及布置要求。
除应符合有关规范规定外，并应根据本沉沙池某些特殊情况提出观测设计补充要求。
7.1水位观测
（1）在前引渠和沉沙池内，选几个控制性断面，各设水尺一组，以观测池内水位。
（2）在沉沙池靠河侧，也应设置几组水尺，以观测河床侧水位。
7.2泥沙观测
（1）对定期冲沙的沉沙池，应选择几个代表断面，监测池底淤沙情况、沉沙效果，以掌握合理的冲沙周期和冲沙历时。
（2）连续冲洗式沉沙池，应选择几个断面，监测实际沉沙效果。
（3）连续冲洗式沉沙池，在排沙廊道出口取样计算含沙量、输沙率，并进行颗粒级配分析。
（4）沉沙池工作段悬移质监测方法，按《河流悬移质泥沙测验规范》（ＧＢ50159－92）进行测验。
（5）拟定原型监测仪器、设备清单。
8沉沙池运行说明（必要时）
（1）沉沙池运行设计，应与引水枢纽工程运行协调一致。
根据沉沙池的设计条件，拟定运行水位、入池流量、运行时间、冲洗水位、冲洗流量、冲洗设施的开启顺序、冲洗周期及历时等。
（2）定期冲洗式沉沙池运行设计，还包括冲沙时机控制标准、冲洗方式、闸门调度方式等。
（3）连续冲洗式沉沙池运行设计，其冲沙廊道出口闸门原则上应连续开启。
但当出现大于设计含沙量时，应调整运行安排，甚至暂停运行。
（4）沉沙池的检修，要安排在电力系统低负荷期或冬季。
设计时要考虑检修时的工作条件和必要的设施，如设置爬梯、拦杆、交通桥、起重挂钩等。
9.1工程量计算原则与方法：
说明工程量计算原则、方法等。
9.2工程量计算项目和成果
（1）覆盖层明挖
（2）石方明挖
（3）石方洞挖
（4）土石方填筑
（5）混凝土
（6）钢筋
（7）钢材
（8）止水材料
（9）锚杆
（10）观测仪器、设备表
10.1设计文件
（1）技术设计说明书
（2）技术设计大纲
（3）计算书
（4）运行说明书（必要时）
10.2图纸
沉沙池平、剖面布置图、结构布置图及主要施工图等。
10.3工程量汇总表
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