那岸水利枢纽毕业设计说明书.docx

1、那岸水利枢纽毕业设计说明书第一章、概述1.1基本资料那岸水电站工程位于左江主要支流黑水河中游，广西大新县太平乡那岸王孟屯附近。黑水河位于东经10618至10708,北纬2237至2307，发源于广西靖西县的新圩,经岳圩流入越南境,从德天到硕龙以下全部流入我国境,经大新那岸、太平、到崇左的新和,汇入左江。黑水河全长89Km,流域面积6600Km2.河道坡陡水急,沿河有较长集中的多级跌水,水利资源较为丰厚.整个河段拟分为七个梯级开发利用,那岸是第三个梯级电站,位于黑水河中游.坝址控制流域面积3150 Km2,水库处于石灰岩峡谷地带,淹没较小。流域雨量充沛,气候湿润,多年平均降雨量1532.2mm,

2、最大、最小平均降雨量分别为2180.7mm、1143.3mm,雨量集中于59月份,约占全年降雨量的75%,多年平均流量75.5mm,多年平均径流量23.8亿m3,多年平均蒸发量1347.7mm,多年平均气温21.5。大新县兴建和即将兴建的大新铅锌矿.桂南锰矿以及518矿区等,迫切需要用电,县现在装机容量1154KW,已经远远不能满足目前的需要,急需开发新的电源。而那岸工程是以发电为主兼顾灌溉的综合利用工程，供电对象为上述有色金属矿区,以及大新县工农业用电等,并利用电站尾水灌溉农田3万余亩。因此那岸工程的建设将对促进大新县工农业发展,加强边境建设起着十分重要的意义。本电站是以发电为主兼顾灌溉的综

3、合利用工程,水库总库容2627.4万m3,其中有效库容为544万m3,电站装机容量为40.32=1.28万KW 。1.2水文水利资料1.2.1径流坝址以上控制集雨面积3130 Km2,多年平均流量75.5mm, 平均径流量23.8亿m3。根据调查访问，近年来以1925年和1968年二次洪峰最大，实测1968年实测洪峰流量最大为2430 m/s。1.2.2气象资料本水电站位于亚热带地区，具有亚热带气候的特点：气温高，湿度大，多年平均气温21.5，最低气温-2.1，最高气温39.8；坝址年平均降雨量1532.2mm，最小年降雨量1143.8mm(1963年末)，最大降雨量2130.7mm，降雨多集

4、中于5-9月，占年总降雨量的75%,最大月降雨量592.2mm（1966年6月），最大日降雨量131.1mm(1966年6月11日)；历年平均湿度79.27%；历年最大风力8级，相对风速20m/s，多年平均最大风速18m/s,吹程4Km。1.2.3水库泥沙淤积坝址多年平均输沙量29.11万吨，主要为洪水期携带入库。淤沙浮容重0.95T/m,水下淤沙摩擦角=18，按50年淤沙年限考虑水库淤沙高程为194.5m。1.2.4水库特征水位 综合分析电站最低尾水位180.00m，水库正常高水位217.00m，水库死水位为210.00m。1.2.5水文水能特性水库特征：分类名称上游 (m)下游m)泄流量(

5、m3/s) 水库特征水位校核洪水位 225.30190.653340设计洪水位224.00188.552600正常高水位 217.00180.00正常尾水位180.00最低尾水位178.90死水位 210.00水库库容总库容（万m3）2627.4兴利库容（万m3）544死库容（万m3）1070注：溢流堰堰顶高程为213.00m；相应水库面积102.5。水电站特征：装机容量(万KW）保证出力（KW）多年平均 发电量（百万度）年利用小时（h）水电站最大水头（m）水电站最小水头(m)设计水头(m)单机引用流量(m/s)1.28262065.55600432430.512.601.3工程地质条件1.3

6、.1库区工程地质条件库区属喀斯特峰林地貌，山顶标高400600m,由于地壳急剧上升，侵蚀基准面迅速下降，河道呈V型深切，比降大，沿河急滩、跌水、深潭普通，台地不发育。库区为碳酸盐类岩层，斯特化不强烈，渗透性稍弱，区域水系及谷河槽均高于该库正常水位，故条件良好，可以建库。1.3.2坝址工程地质条件坝址地段属石灰岩峰林区，处于峡谷与开阔河槽之界限，左岸为石灰岩陡坡峭壁，右岸是由石灰岩组成的二级高台地，谷坡陡峻，构成“U”型河谷，坝轴线下游120m处，由石灰岩组成一道天然河槛致使坝址段枯水季节水深竟达46m。(1).地层岩性坝区出露地层，由泥盘系榴江组碳酸盐类岩系及第四系结晶石灰岩组成。土层覆盖厚度

7、16.5m，均为疏松亚粘土，石灰岩厚2528m，一般在207m高程以上多含泥质，洞穴很发育，且具有蜂窝状小孔，地质软弱，以下为质地较坚硬的结晶石灰华，但与基岩连接处，均发育有大洞穴，一般洞高1.21.6m，最大洞高达5.09m，红棕色粘土充填。厚层灰岩，分布于河谷右岸F大断裂层上盆，为浅灰色不纯灰岩，中细晶粒结构，节理、裂隙发育，但多为次生矿物所充填。薄层灰岩，分布于河谷两岸，灰色、浅灰色硅质岩，质坚稍脆，层理清晰，层面溶隙发育，多呈薄层片状，单层厚度110cm，间夹肉红色白云质灰岩，完整性较差。(2).地质构造本区受区域性断裂之影响，次一级断裂甚为发育，坝址附近可见断层九条，断裂带多属已经胶

8、结。主要断裂方向N286331W，倾向SW，倾角6268度，乃属与区域性断裂伴生之同期产物。次为走向N3070E，倾向SE，倾角7577度的一组，而者倾向SW，倾角49度，但构造层附近有达1723度。区构造干裂隙发育，一般宽210mm，最大可达20mm，长度26m，但坝左肩陡壁处竟有四条平行开裂隙，宽410cm，长达10余米，产状走向EW，倾向N，倾角7485度。主要裂隙有两组：a.走向近EW，倾向N，倾角7485度b.走向N345355W，倾向SW，倾角6684度本区风化作用不甚剧烈，基岩风化深度一般在25m左右，强风化层13m。(3). 喀斯特发育情况本区喀斯特化不清洌，主要见于层面溶蚀，

9、一般规模很小，在基岩面以下0.43.19m围较发育，一般洞高26cm，最大埋高20cm。坝左肩224.4230m高程，分布两排层面溶蚀洞，洞高0.50.5m，宽达24m,发育穿过坝肩与巴河相联系，暴洪期间，呈股流溢出。(4).水文地质条件本区地下水分布受岩层产状及地质构造制约，左岸地下水位较高，右岸较平缓，均属裂隙水类型，埋藏于基岩裂隙中，由大气降水补给向河谷排泄，右岸在坝轴线上下游埋藏较深，根据钻孔实测，埋深在37.839.5m，高程为181178m，左岸在坝轴线上下游90100m处均有泉水群出露，下降泉性质，分布高程182186m，常年不枯。坝址地段岩石渗透性，在155m高程以下渗透性很小

10、。一般155m高程以上，渗透系数K=0.2.0m/昼夜，155m以上K0.001m 昼夜。155m高程以上，单位吸水量=0.0130公升/分，155m高程以下，0.01升/分。地下水及地表水经化学分析为重碳酸钙型水，对混凝土无侵蚀性。(5).岩石物理力学特性指标根据实验成果及综合野外实际情况，计算指标如下：岩石名称风化分带容重计算强度fFC石灰岩强2.16340.40.753.5石灰岩半2.41790.50.85.0厚层灰岩半2.7216190.60.97.0薄层灰岩半2.7014160.550.956.0(6).地震根据中国科学院研究所地震大队所提供的资料，并经实地调查，本区地震基本烈度为5

11、度。工程地质结论 库区为碳酸盐类岩层，喀斯特化不强烈，渗透性稍弱，区域水系及邻谷河槽均高于该水库正常高水位，故条件良好，可以建库。 坝址为薄层硅质灰岩，坚硬，喀斯特化微弱，溶洞不发育，河谷狭窄，岩层狭窄，岩层微倾上有，断裂构造呈较发育，但均为胶结良好。唯有河床沿顺河构造成产生深切，及河槽地段渗透较强，但经处理，可以建坝。1.4灌溉效益本工程灌溉面积约3万亩，进水闸底高程为185.00m,灌区在沿河两岸为两条狭长带形，干渠长达50余公里，渠道渗漏损失较大。县、区要求灌溉流量按4 m/s考虑，为充分利用汛期下泄洪水，宜设置断面为2m的灌溉流量备用管，以便汛期及机组检修时引水灌溉。灌溉水面高程185

12、.5m。1.5水电站及供电效益本电站装机容量43200KW，水轮机型号HL123-LJ-140，发电机型号TS-325/36-20。水轮机安装高程187.16m，安装间高程189.00m，厂安装一台30/5吨电动桥式起重机，跨度10.1m。两台SJ-7500/28.5/6.3主变压器，近区变SJ-560/10/6.3一台。1.6水库淹没该电站库区有29人需要搬迁，淹没和征地149亩，其它除部分杂木山林被淹外，没有淹没损失。具体如下：名称单位数量备注淹没和征地土地亩66搬迁房屋间177栋房迁移人口人29借用土地亩83施工场地用淹没搬迁损失元218651.7当地建筑材料 在坝上游1公里两岸均有石料

13、场，条件良好，可以满足要求，砂料场初步调查情况，在坝址以下40公里砂场总储量4000余m3质量尚好，但数量不能满足要求，需要到崇左要砂。1.8交通条件该电站附近有火车站，标准公路，交通比较方便。早期工程施工时所需的外来器材和物资均可先以铁路运输，再由公路转运到工地。场交通以右岸对外交通的永久公路直通坝址，坝顶无交通要求。1.9施工条件枢纽地址位于峡谷出口处，两岸山坡较陡，在坝下游200m峡谷出口以外的两岸，均有开阔平地可供施工场地布置。施工力量由本地区专业施工队和民工共同组成，配备有一定的施工机械，可达到半机械化施工水平。工程采用分段围堰施工，二期导流流量62 m/s。 第二章 主要建筑物型式

14、选择与枢纽布置2.1枢纽组成建筑物与分等分级2.1.1水利枢纽建筑物的组成 枢纽工程的主要水工建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物和水电站厂房组成。2.1.2水利枢纽的分类及水工建筑物等级划分依据水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000，共分为五等。 水利水电枢纽工程分等指标工程等别工程规模分等指标水库总库容（亿m3）防洪治涝灌溉供水发电保护城镇及工矿企业的重要性保护农田面积（万亩）治涝面积（万亩）灌溉面积（万亩）供水对象的重要性装机容量（万kW）大（1型10特别重要500200150特别重要120大（2型101.0重要501002006015050重要12030中型1.00.1中等100

15、306015505中等305小（1型0.10.01一般30515350.5一般51小（2型0.010.00151注：1水库总库容是指水库最高水位以下的净库容。2治涝、灌溉面积等均指设计值。根据第一章节的概述提供的相关资料，其有效库容为544万m3，装机容量1.28万kW，灌溉面积约3万亩，分析相关数据确定枢纽工程等别为等，工程规模为中型，水工建筑物级别为3级。2.2.坝型及其它主要水工建筑物型式选择2.2.1坝型选择坝是水利枢纽工程的主体，坝型的合理性对枢纽工程的设计、施工、投资、运用和技术经济指标将产生决定性的影响。坝型选择和坝址选择是相互联系的，坝型选择也是根据地质条件、建筑材料和施工条件

16、来确定。 从建筑材料和施工条件来考虑，本工程可建重力坝（包括宽缝、空腹重力坝）、大头坝、支墩坝、拱坝；从地质、地形条件考虑，建拱坝不够理想，因为河谷较宽，地形、地质对稳定很不利；从枢纽布置来考虑，建土石坝不甚是和，因为泄洪建筑物和电站厂房布置较困难。综合来考虑，建坝的材料可采用浆砌石或混凝土，坝型采用重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、梯形坝和大头坝较为适宜，从设计角度来考虑，可着重考虑重力坝和宽缝重力坝两种坝型。那岸电站工程概算单价表：建筑工程坝型项目单位实体重力坝宽缝重力坝重力拱坝150#砼溢流坝M73.6582.7282.02非溢流坝66.0974.2373.59200#砼溢流坝81.219

17、1.2290.42非溢流坝71.9880.7580.04250#砼溢流坝86.9697.6796.82非溢流坝76.8786.3485.59100#砼60.9068.4067.81经过对坝型进行详细的分析比较，本枢纽选择混凝土实体重力坝。2.2.2泄水建筑物型式选择泄水建筑物应与坝型结合考虑，重力坝一般多采用坝顶泄洪或坝身孔口泄洪方式，经各方面分析比较，本枢纽工程泄水建筑物采用溢流坝坝顶泄洪，设闸门。溢流坝段设在河床中间，前缘正向上游来水主流方向，下游出口方向与原河道的主河槽水流方向一致，设有放空孔。消能方式采用挑流消能。2.2.3挡水建筑物型式选择挡水建筑物是用以拦截江河，形成水库和壅高水位

18、，如各种坝和闸，以及为抗御洪水或挡潮，沿江河海岸修建的提防、海塘等。经上述分析得，本枢纽工程挡水建筑物采用浆砌石实体重力坝非溢流坝、闸以及导流围堰。非溢流坝设在溢流坝的两端与两岸连接。2.2.4水电站厂房型式选择水电站厂房型式采用坝后地面封闭式的电站厂房2.3枢纽布置2.3.1枢纽布置原则（1）枢纽布置要保证各建筑物在任何工作条件下都能正常工作。（2）在满足建筑物的强度和稳定安全条件下，使枢纽的总造价和年运行费用较低。（3）充分发挥枢纽的综合效益，尽量使一个建筑物发挥多种功能。（4）枢纽布置应与施工导流、施工方法和施工进度结合考虑，应使施工方便，并尽可能缩短工期。（5）尽可能使枢纽中的部分建筑

19、物早日投产，提前生效。（6）考虑到远景规划，应对远期扩大装机容量留有余地。亦应考虑到分期开发，在枢纽布置时，应满足高坝规划、低坝施工的要求。（7）枢纽的外观与周围环境相协调，在安全经济的条件下尽量注意美观。第三章 水工建筑物的设计3.1坝型选择及断面尺寸确定3.1.1挡水坝设计一、坝型选择坝是水利枢纽工程的主体，坝型的合理性对枢纽工程的设计、施工、投资、运用和技术经济指标将产生决定性的影响。坝型选择和坝址选择是相互联系的，坝型选择也是根据地质条件、建筑材料和施工条件来确定。 从建筑材料和施工条件来考虑，本工程可建重力坝（包括宽缝、空腹重力坝）、大头坝、支墩坝、拱坝；从地质、地形条件考虑，建拱坝

20、不够理想，因为河谷较宽，地形、地质对稳定很不利；从枢纽布置来考虑，建土石坝不甚是和，因为泄洪建筑物和电站厂房布置较困难。综合来考虑，建坝的材料可采用浆砌石或混凝土，坝型采用重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、梯形坝和大头坝较为适宜，从设计角度来考虑，可着重考虑重力坝和宽缝重力坝两种坝型。那岸电站工程概算单价表：建筑工程坝型项目单位实体重力坝宽缝重力坝重力拱坝150#砼溢流坝M73.6582.7282.02非溢流坝66.0974.2373.59200#砼溢流坝81.2191.2290.42非溢流坝71.9880.7580.04250#砼溢流坝86.9697.6796.82非溢流坝76.8786.34

21、85.59100#砼60.9068.4067.81经过对坝型进行详细的分析比较，本枢纽选择浆砌石实体重力坝。二、初步拟定坝型的轮廓尺寸(1)坝顶高程的确定校核洪水位情况下：波浪高度 2hl=0.0166V5/4D1/3=0.98m波浪长度 2Ll=10.4(2hl)0.8=10.23m波浪中心线到静水面的高度 h0=(2hl)2/ 2Ll=0.30m安全超高按级建筑物取值 hc=0.3m坝顶高出水库静水位的高度 h校=2hl+ h0+ hc=1.58m设计洪水位情况下：波浪高度 2hl=0.0166(1.5V)5/4D1/3=1.62m波浪长度 2Ll=10.4(2hl)0.8=15.3m波浪

22、中心线到静水面的高度 h0=(2hl)2/ 2Ll=0.54m安全超高按级建筑物取值 hc=0.4m坝顶高出水库静水位的高度 h设=2hl+ h0+ hc=2.56m两种情况下的坝顶高程分别如下：校核洪水位时： 225.3+1.58=226.9m设计洪水位时： 224.0+2.56=226.56m坝顶高程选两种情况最大值226.9 m，可按227.00m设计，则坝高227.00-174.5=52.5(2)坝顶宽度的确定本工程按人行行道要求并设置有发电进水口，布置闸门设备，应适当加宽以满足闸门设备的布置，运行和工作交通要求，故取8米。(3)坝坡的确定考虑到利用部分水重增加稳定，根据工程经验，上游

23、坡采用1：0.2，下游坡按坝底宽度约为坝高的0.70.9倍，挡水坝段和厂房坝段均采用1：0.7。(4)上下游折坡点高程的确定理论分析和工程实验证明，混凝土重力坝上游面可做成折坡，折坡点一般位于1/32/3坝高处，以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定。根据坝高确定为52.5m，则1/3H=1/352.5=17.5m，折坡点高程=174.5+17.5=192m；2/3H=2/352.5=35m，折坡点高程=174.5+35=209.5m，所以折坡点高程适合位于192m209.5m之间，则取折坡点高程为203.00m。挡水坝段和厂房坝段的下游折坡点在统一高程216.5m处。 (5)坝底宽度的确定由几何

24、关系可得坝底宽度为T=43.1m(6)廊道的确定坝设有基础灌浆排水廊道，距上游坝面6.1m，廊道底距基岩面4m，尺寸2.53.0m（宽高）。(7)非溢流坝段纵剖面示意图三、基本组合荷载计算及稳定分析由上述非溢流剖面设计计算得知校核洪水位情况下的波浪三要数：波浪中心线到静水面的高度h0=0.3m 波浪高度2hl=0.98m 波浪长2Ll=10.23m 。因为gD/v2=9.814000/182=121.11m ,在20250m之间所以波高应安转换为累计频率1%时的波高：2hl（1%）=0.981.24=1.22m 。又因为半个波长Ll=10.23/2=5.12H（坝前水深H=50.8m），所以浪

25、压力Pl按深水波计算。作用在坝体的荷载有：自重、静水压力、扬压力、浪压力、淤沙压力，取1m坝长进行计算。其中灌浆处及排水处扬压力折减系数取=0.25，水重度=9.81KN/m3,混泥土等级强度C10，混泥土重度24KN/m3,坝前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m3,水下淤沙摩擦角=18。（1）正常洪水位情况 正常洪水位情况下荷载计算示意图正常洪水位情况下的荷载计算过程见计算书附表1抗滑稳定分析岩石物理力学特性指标如下：岩石名称风化分带容重计算强度fFC石灰岩强2.16340.40.750.35石灰岩半2.41790.50.80.50厚层灰岩半2.7216190.60.90.70 薄

26、层灰岩半2.7014160.550.950.60由于坝址为薄层硅质灰岩，坚硬，喀斯特化微弱，溶洞不发育，河谷狭窄，岩层狭窄，岩层微倾上有，断裂构造呈较发育，但均为胶结良好，再根据岩石物理力学特性指标，可确定坝址开挖岩石为薄层灰岩，接触面摩擦系数f=0.6,抗剪断摩擦系数f=0.90,抗剪断凝聚力C=0.7MPa=700KPa4.743.0 ，满足抗滑稳定要求。（2）校核洪水位情况校核洪水位情况下荷载计算示意图1 校核洪水位情况下的荷载计算过程见计算书附表22 抗滑稳定分析岩石物理力学特性指标如下：岩石名称风化分带容重计算强度fFC石灰岩强2.16340.40.750.35石灰岩半2.41790

27、.50.80.50厚层灰岩半2.7216190.60.90.70薄层灰岩半2.7014160.550.950.60由于坝址为薄层硅质灰岩，坚硬，喀斯特化微弱，溶洞不发育，河谷狭窄，岩层狭窄，岩层微倾上有，断裂构造呈较发育，但均为胶结良好，再根据岩石物理力学特性指标，选取厚层灰岩接触面摩擦系数f=0.6,抗剪断摩擦系数f=0.90,抗剪断凝聚力C=0.7MPa=700KPa3.192.5，满足抗滑稳定要求。四、应力分析（运行期）（一）正常洪水位情况下1、水平截面上的正应力 2、剪应力上游面水压力强度：下游面水压力强度 ： 剪应力3、水平应力4、主应力 （二）校核洪水位情况下1、水平截面上的正应力

28、2、剪应力上游面水压力强度：下游面水压力强度 ： 剪应力3、水平应力4、主应力 五、部应力计算（一）正常洪水位情况下坐标原点设在下游坝面，由偏心受压公式可以得出系数a和b，如下具体坝应力计算过程见计算书附表3（二）校核洪水位情况下坐标原点设在下游坝面，由偏心受压公式可以得出系数a和b，如下具体坝应力计算过程见计算书附表43.1.2溢流坝设计溢流坝设计原则：1、满足稳定和强度的要求；2、满足具有足够的泄洪能力；3、使水流平顺通过坝面，避免产生震动和空蚀；4、使下泄水流对河床不产生危及坝体安全的局部冲刷；5、不影响其他建筑物的正常运行等。一、 孔口型式及尺寸拟定根据水文水能特性，选用实用堰，孔口溢流式，校核洪水位时泄流量为3340 m/s，设计洪水位时泄流量2600 m/s；由于本工程坝属厚层灰岩，适用于q=60-150 m，则初步设定单宽流量为q=80 m/sm；根据目前大中型坝的闸门宽度，常用8-10m，为保证泄流时闸门的对称开启，设孔口数为5孔，每孔净宽为8m。前缘净宽 校核洪水位时： L=