工程布置及建筑物.docx

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工程布置及建筑物

5工程等别、建筑物级别

5.1设计依据

5.1.1工程等别、建筑物级别

一、工程等别

西河二级电站与西河一级电站尾水衔接，坝前正常发电引水位确定为427.40m。

西河二级电站正常发电尾水位维持在368.00m，西河三级电站与西河二级电站尾水衔接，则其正常引水位为368.00m。

装机容量24000kw。

西河二级电站为引水式电站，与西河一级电站尾水衔接，其压力前池最高水位为427.40m，正常发电运行水位421.80m，最大水头61.30m，最小水头53.00m。

考虑到本电站无调节性能，额定水头按汛期满发临界水头确定。

电站汛期满装机发额定出力时净水头为53.00m。

因此，西河二级电站水轮机的额定水头选择为53.00m。

根据水利电力部<<水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）>>规定，本工程为Ⅳ等工程，规模为小

（1）型。

二、建筑物级别

主要建筑物包括拦河溢流坝、泄洪冲沙闸，进水闸、沉沙池、引水渠道、压力前池、压力管道、主副厂房、变电站及尾水渠等主要建筑物均按4级建筑物设计;次要建筑物按5级设计，施工临时建筑物按5级设计。

三、洪水标准

根据（SL252-2000）规范，采用洪水标准见表5-1-1

表5-1-1

设计洪水重现期

（年）

校核洪水重现期

（年）

进水口

100

200

5.1.2设计基本资料

一、水文

西河一级电站、西河二级电站和西河三级电站坝址多年天然平均流量分别为17.2m3/s、20.3m3/s、23.8m3/s。

考虑到星溪沟岩溶天然渗漏水量为0.34m3/s，天然在二、三级电站之间河段出露，经过防渗堵漏措施处理后，水库建成后西河一级电站、西河二级电站和西河三级电站坝址多年平均流量分别为17.5m3/s、20.6m3/s、23.8m3/s。

二、气候

大宁河流域属亚热带暖湿季风区，受秦岭和大巴山影响，流域内气候温和湿润，全流域多年平均降雨量为１０９７．６ｍｍ。

根据巫溪县气象站资料统计，近区多年平均气温１７．９℃，气温随地面高程变化较大。

流域内雨量充足，尤其巫溪以上流域多年平均年降雨量为１３３３ｍｍ。

堵河流域属于北亚热带湿润性气候，受季风环流影响，气候交替明显。

与同纬度相比，具有冬无严寒、夏无酷暑、云多雾大、日照较少、雨量充沛、风力较小等特征。

由于北有秦岭为屏障，南又与巴山相隔，这样既有利于东南季风的深入，又可削弱北方冷空气的侵袭。

因此区内四季分明，光热资源丰富，雨热同步，空气湿润。

春季增温快，冷暖多变；夏季气温高，降水集中；秋季降温迅速，多有阴雨；冬季降水少。

区内潮湿多雨，多年平均降雨量为９０５．２ｍｍ。

三、工程地质

大宁河流域地貌景观特色，总体切割强烈，崇山峻岭连绵不断，悬崖峡谷到处可见，地形高低悬殊，地貌结构比较复杂。

主要呈现出三个特点：

一是地势起伏大，层状地貌分明。

最高处大巴山的川鄂岭海拔２７４０ｍ，大多为海拔１５００ｍ以上的山地；由于地貌发育的阶段差异和新构造运动间歇性大面积抬升，形成多级层状地貌。

二是地貌类型多样，以山地为主。

北部为大巴山山区，东部、东南部和南部则属巫山、大娄山山区。

三是喀斯特地貌分布广泛，发育典型的石林、峰林、洼地、残丘、落水洞、溶洞、暗河、峡谷等喀斯特景观。

地质构造简单，断层不发育，岩层产状270°～310°/SW∠50°～70°，节理主要有330°～345°/NE∠50°～55°顺坡向发育节理和290°～300°/NE∠25°～30°缓倾角节理，两组节理组合切割，对边坡稳定有不利影响。

大由于西河二级电站地处喀斯特地区，地质条件复杂，河床成v字型分布。

四、主要特征水位

进水闸设计正常水位：

1054.500m

前池正常水位：

1046.450m

厂房尾水位：

963.000m

五、建筑材料及设计参数

（一）容重

砼：

（2.3～2.4）t/m3

钢筋砼：

2.4t/m3

浆砌块石：

2.2t/m3

浆砌砖：

1.8t/m3

钢材：

7.85t/m3

（二）泊桑比

砼：

1/6;钢材：

0.3。

（三）砼防渗标号：

不低于W6。

砼和钢材的线膨胀系数、弹性模量、强度均见有关规范。

六、安全系数

（一）抗滑稳定安全系数

1、重力式建筑物（溢流坝）

岩基：

基本组合1.05，特殊组合1.0

软基：

基本组合1.15特殊组合1.05

2、挡土墙

基本组合：

1.3特殊组合：

1.2

（二）抗倾稳定安全系数

1、重力式建筑物（溢流坝）

基本组合：

1.3特殊组合1.1

2、挡土墙

基本组合：

1.5特殊组合1.2

（三）压力钢管镇、支墩抗滑抗倾稳定安全系数

基本组合：

1.3特殊组合：

1.1

（四）压力钢管抗外压稳安全系数不小于2

七、设计中采用的主要设计规范

（一）水利水电工程可行性研究报告编制规程DL5020-93。

（二）小型水电站设计规范。

（三）水电站引水渠及前池设计规范（DL/T5079-1997）。

（四）水工建筑物抗震设计规范（DL5073-2000）。

（五）沉沙池设计规范（DL/T5107-1999）。

（六）水工砼设计规范（SL/T1991-96）。

5.2工程选址

5.2.1坝址的确定

西河二级无调洪能力，正常发电水位与西河一级尾水位相同。

考虑经济因素，因此二级坝体应靠近一级电站。

坝址比较在相对较短的500-1000m河段范围内。

其下水文地质情况十分相近，由于近处成本较低。

选为500米处。

5.3工程总体布置

5.3.1坝型的确定

工程区流域内岩体十分破碎，崩塌体丰富，在暴雨时极易产生泥石流，坝址上游0.5km西河一级电站，该河段河道比降仅8.34‰左右，河床为v字分布。

根据以上情况，该河段无条件修建调节水库。

故坝型确定为自由泄水。

从地形、气候、建筑材料、经济与施工方便等角度。

采用面板堆石坝与自由低溢流坝结合型。

5.4主要建筑物

电站工程由取水枢纽建筑物、渠系建筑物和厂区枢纽建筑物组成

5.4.1取枢纽建筑物

取水枢纽包括拦河坝、泄洪冲沙闸、进水闸、连接渠、沉沙池及节制闸等建筑物。

（一）建筑物布置

溢流坝采用WES曲线型实用堰，堰高7.00m，溢流坝段长为40.00m，总的坝轴线线长101.50m，非溢流坝段最大高度为18.00m，坝顶高程为439.00m，采用C10毛石砼砌筑，外包C25砼，并用M10浆砌条石护面抗冲（条石强度大于30Mpa）。

厚均为1.8m，中墩厚2.4m，在溢流坝右边布置泄洪冲沙闸2孔，为潜孔式，其孔口尺寸4×4.5m，左右闸墩为增强冲沙效果，在冲沙槽与溢流坝之间布置26.0m长的束水墙。

与右岸上游边墙及进水口拦沙坎形成冲沙槽，以增大冲沙时槽内纵向流速。

束水墙用M7.5浆砌块石砌筑，迎水面用C25钢筋砼防冲，冲沙槽底板用C10毛石砼砌筑，迎水面用0.8m厚C30钢筋砼护面抗冲。

溢流坝和冲沙闸下游均布置消力池消能，下游消力池长均为20.0m，溢流坝下游消排水孔，孔力池深1.0m，泄洪冲沙闸下游消力池深1.5m，分别用M10浆砌块石和C10毛石砼砌筑，迎水面均用C30钢筋砼护面抗冲，池底设距2.0m。

消力池后设海漫长18m，用M10浆块石砌筑。

1、坝顶高程：

西河二级电站为引水式电站，与西河一级电站尾水衔接，其压力前池最高水位为427.40m，正常发电运行水位421.80m。

由于无调节能力，正常蓄水位h等于发电水位。

坝体按4级建筑物设计，安全加高A=0.5米

风浪雍高e近似为1.5米

为了取水口能够取到足够的水量以保证发电，经计算比选后选定堰顶高程为428.00m。

2、坝顶宽度：

坝顶宽度根据运行、施工、交通地震等方面综合确定

按规定高坝顶可选10-15m,中低坝顶可选用5-10m。

经综合考虑，本坝顶选10m宽。

3、坝顶的高程：

由实用堰的流量公式采用实用堰流的基本公式进行计算，则：

Q=mεb√2gH3/2

计算得由校核洪水Q得到H=9.00m则非溢流坝段的设计标高H1=A+e+H+P=19.00m

4、坝坡

已建成面板堆石坝大多没做稳定分析，上下游坡度可参照类似工程，一般采用1:

1.3-1:

1.4.当1:

1.3接近自由卸堆石体休止角。

所以1:

1.3-1:

1.4具有足够的安全度。

上游坡体长期处于饱和状态，加之水位可能下降，使坡体稳点处于不利地位，上游可放缓。

坝坡上下游均采用1:

1.4坡度。

（二）水力计算

1、泄洪计算

取水口100年一遇洪水流量为2130m3/s，2000年一遇洪水为2610m3/s，由溢流坝和冲沙闸分担泄洪，分别采用宽顶堰和实用堰流进行计算，其成果见表5-4-1。

挡水建筑物泄流成果表

表5-4-1

坝上水头

（m）

溢流坝过流量

（m）

冲沙闸过流量

（m）

总流量

（m）

P=3.3%

8.94

981

235

1216

P=0.5%

10.23

1375

250

1625

2、消能计算

1）冲沙闸

闸下游设计洪水位1051.98m，校核洪水位1052.72m，设计洪水时过闸流量为235m3/s、单宽流量29.4m3/s，校核洪水时过闸流量为250m3/s，单宽流量31.25m3/s。

经计算，需设消力池、消力池长20m、深1.5m。

2）溢流坝

溢流坝下游洪水位与冲沙闸同，设计洪水时过坝流量为981m3/s，单宽流量15.1m3/s，校核洪水时过坝流量1375m3/s，单宽流量21.2m3/s，经计算需设消力池，池深1.0m，池长20.m。

3、渗流计算

拦河建筑物地基中的砂土、粉土层完全清除、用砂卵砾石回填并压实，渗流计算时拦河建筑物基础按砂卵砾石基础计算。

砂卵砾石层的允许水力坡降0.12～0.15。

拦河建筑物渗透途径为52.0m（坝基按直线计算），最高水头6.48m，渗透坡降0.125,在允许坡降范围内。

（四）稳定及应力计算

溢流坝和冲沙闸的基础换基后为砂卵砾石层、溢流坝、冲沙闸的稳定、应力计算见表5-4-2、5-4-3。

抗滑稳定计算成果表

表5-4-2

荷载组合

计算工况

泄洪冲沙闸

溢流坝

计算

允许

计算

允许

基本组合

正常挡水位

4.25

3.0

1.78

1.2

特殊组合Ⅰ

校核洪水位

4.30

2.50

1.37

1.15

特殊组合Ⅱ

校核洪水位加地震

3.52

2.30

1.28

1.05

应力计算结果表

表5-4-3

荷载组合

计算工况

泄洪冲沙闸

溢流坝

允许压力

δman

δmin

δman

Δmin

[δ]

基本荷载组合

完建情况下

0.30

0.27

0.32

0.17

0.3-0.4

正常挡水位

0.27

0.15

0.29

0.11

0.3-0.4

特殊荷载加地震

校核水位加地震

0.24

0.13

0.21

0.08

0.3-0.4

二、进水闸及连接渠

（一）地形地质条件

进水闸及连接渠均置于右岸冲洪积台地上，地形坡度5～8°，上段为含土漂块砾石层，厚7～8m，结构稍密实。

中段为粉土、砂土层、厚6～8m，其下有2～3m的粘土碎石层，下段为厚层砂卵砂石层，建筑物基础置于含土漂块砾石层上。

基础条件较好。

（二）建筑物布置

进水闸布置在河床右岸，取水口轴线与坝轴呈60°布置，闸前缘设拦河坎，坎高3.2m，闸底高程1051.900m，进水闸为胸墙潜孔式，闸孔宽6.0m，闸孔高2.6m，取水流量31.5m3/s，闸前正常水位为1054.500m，设计洪水位1058.250m，校核洪水位1059.200m，闸顶高程1059.900m，闸顶上布置闸门检修平台和闸房。

进水闸室总长26m。

进水闸墙和地均用C10毛石砼砌筑，迎水面用C20砼防冲，闸门检修平台用C25钢筋砼浇注，闸房为C25钢筋砼框架结构。

连接渠位于进水闸和沉沙池之间，长76.9m即渠线里程桩0+026～0+102.9，进水闸在正常运行情况下，为宽顶堰流，洪水位情况下为孔口出流。

连接渠的过水断面按正常运行时的取水流量设计，过水断面为矩形，渠底宽6.0m，比降1/1000、水深2.5m、流速2.35m/s。

在连接渠后段左边墙上布置溢流堰，堰顶溢流长度28.0m，在洪水时将多余流量泄置河中，溢流水头0.35m。

连接渠墙和底均用M7.5浆砌块石砌筑，迎水面用C20砼防渗。

三、沉沙池及节制闸

（一）地形地质条件

沉沙池布置于右岸Ⅰ级阶地上，上段为6.5～8.0m的含土漂块碎石层，中段为砂土、粉土层厚7.0m，下段为砂卵砾石层。

建筑物基础置于含土漂块碎石层中，距粉土层2～4m，承载力满足建筑物设计要求。

（二）建筑物布置

黑水河为多泥沙河流，多年平均含沙量1.37kg/m3，需在连接渠后布置沉沙池，即沉沙池总长133.7m，其中渐变扩散段长30m，静水栅室长3.0m，陡坡长6.0m、池厢工作长度70m、冲沙闸室长4.7m，收缩段长20m，池厢断面为矩形，采用定期冲沙，直线单室沉沙池。

1、渐变扩散段（0+102.9～0+132.9）

扩散段长30m，由6.0m扩散成20m，扩散角13°，扩散段底高程1051.60m。

2、静水栅室段（0+132.9～0+135.9）

由于水流的自然扩散角只有10～12°，而本工程扩散角大于该值，故设静水格栅，使水流得到良好的扩散，有利于沉淀池沉沙。

静水栅室长3.0m、宽20m、分5墩6孔、墩厚1.0m，孔宽2.5m，墩顶高程与池厢同1055.500m。

3、陡坡段（0+135.9～0+141.9）

池厢首端设计水位1054.100m,水深H=4.5m，底高程1049.600m，静水栅室底高程1051.600m，高差2.0m，衔接形成陡坡，陡坡段长6.0m，底坡1:

3。

4、池厢（0+141.9～0+211.9）

本电站设计水头79m。

沉淀大于0.35mm粒径的泥沙，设计池厢流速0.45m/s，池首水深4.5m、设计流量50m3/s，设计冲沙闸前淤积高度1.2m，池首工作深度3.3m、设计沉沙粒径≥0.35mm，泥沙沉淀速度0.034m/s，经计算池厢长70m、宽20m，池首底高程1049.600m，池未底高程1048.900m。

池厢底作砼分水墙厚0.55m，分为三道分水槽，各为6.3m，缩底宽为1.0m，两边为1:

2.21斜坡。

5、冲沙闸及冲沙廊道（0+211.9～0+216.6）

池厢分水槽未端设冲沙闸孔，其孔口尺寸1.0×1.0m，闸后由三孔冲沙廊道合并为一主廊道，与闸孔轴线呈60°，由排沙主廊道泄至黑水河中，主廊道长8.5m，为厢型暗渠，其断面尺寸1.8×1.8m，底坡1/100。

6、渐变收缩段（0+216.6～0+236.6）

沉沙池池厢与下游渠道相连，由宽变窄，呈渐变收缩段，长20m，由池厢未底高程1048.900m，提高至1050.700m，由池厢宽20m收缩为下游渠道宽4.2m。

7、沉沙池出口节制闸（0+236.6～0+242）

为控制渠道的进水流量，在沉沙池未设节制闸，闸底宽4.2m，挡水高度3.8m。

（三）沉沙池结构计算

沉沙池基础置于含土漂块砾石层上，允许承载力0.3～Mpa，沉沙池墙和底均用C10毛石砼砌筑，迎水面用C20钢筋砼防冲，设计采用大脚挡土墙型式，最大墙高6.6m。

经计算，抗倾安全系数2.85，抗滑安全系数1.85，最大应力0.96Mpa，最小应力0.08Mpa，均满足规范要求。