水利水電工程論文

1、 水利水電工程論文 水利水電工程論文水利工程土石壩樞紐設(shè)計(jì)專業(yè)：水利水電工程摘要：某水利樞紐工程位于南河中游，是一座中型水利樞紐工程，其主要任務(wù)有發(fā)電，灌溉和防洪。該工程主要由混凝土面板堆石壩、溢洪道、取水建筑物以及廠房等組成。本文扼要介紹設(shè)計(jì)中進(jìn)行的主要工作和設(shè)計(jì)成果，有水文水利計(jì)算、水利樞紐布置、混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)、溢洪道設(shè)計(jì)以及隧洞與廠房的設(shè)計(jì)等。混凝土面板堆石壩壩高54米，壩長197米，采用河岸溢洪道泄洪，孔口尺寸4米，孔數(shù)3個(gè)。水電站裝機(jī)容量1.45萬千瓦，采用3臺(tái)機(jī)組，單機(jī)容量為4833千瓦。施工采用全段圍堰方案，右岸隧洞導(dǎo)流，后期改建沖沙底孔。設(shè)計(jì)最后提交的成果有：說明書一份，

2、計(jì)算書一份，工程設(shè)計(jì)圖紙6張以及其他計(jì)算附圖附表等。關(guān)鍵字：某水利樞紐 混凝土 面板 堆石壩abstract summary the lily water control project lies in south river and middle reach, is a medium-sized water control project, its main task generates electricity, irrigate and prevent flood. this project is made up by concrete panel rock-fill dam, spill

3、way, fetching water in the building and factory building, etc. this text introduces the groundwork carried on in the design and design achievement briefly, there are hydrology water conservancy calculating, assigning, design of rock-fill dam of concrete panel, spillway design and the designs of the

4、tunnel and factory building of key water control project, etc. the concrete panel rock-fill dam is 54 meters high, the dam is 197 meters long, adopt the bank spillway to release floodwater, hole mouth measurement is 4 meters, the figure of the hole is 3. installed capacity of power station 1, 450,00

5、0 kilowatts, adopt 3 units, the capacity of the unit is 4833 kilowatts. construct and adopt the whole section of schemes of coffer, the tunnel water conservancy diversion of right bank, reconstruct and wash the sand under port on later stage. the achievement that is designed and submitted finally is

6、 as follows, one of manual, calculate one of book, project 6 of design drawing calculate figure attached list, etc.某水利樞紐特征參數(shù)表項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)基本資料樞紐任務(wù)防洪，發(fā)電，灌溉大壩死庫容1000萬立方米上游集雨面積44平方公里興利庫容1950萬立方米年降雨量1200毫米調(diào)洪庫容1210萬立方米年平均氣溫14.7電站廠房布置方式壩后引水式月平均流量174立方米每秒取水方式單管多機(jī)有壓引水年輸沙量33000 立方米安裝高程403米最大風(fēng)速及吹程14米每秒，3公里設(shè)計(jì)水頭45.2

7、米巖性石英砂巖引用流量40立方米每秒地震裂度5度電站裝機(jī)1.45萬千瓦大壩壩型混凝土面板堆石壩水輪機(jī)型號(hào)hl220-lj-140最大壩高54米發(fā)電機(jī)型號(hào)ysl330/61-16壩頂寬度8米引水管道壓力隧洞及鋼管溢流方式溢洪道及電站底孔輔助主廠房平面尺寸35.312溢流堰堰型開敞式實(shí)用堰施工導(dǎo)流導(dǎo)流方案全段圍堰隧洞導(dǎo)流汛前水位444.5米圍堰形式土石圍堰正常高水位447.5米設(shè)計(jì)洪水位448.65米校核洪水位448.71米死水位434米目 錄第1章 某水利樞紐工程基本資料61.1 地形地質(zhì)條件61.1.1、地理位置及樞紐任務(wù)61.1.2、地形條件61.1.3、地質(zhì)條件61.1.4、水文氣象71.

8、2 建筑材料及其他81.2.1、建筑材料81.2.2、對(duì)外交通81.2.3、其他81.2.4、附圖8第2章 水文水利計(jì)算92.1 水文計(jì)算92.1.1、確定樞紐等別以及建筑物級(jí)別92.1.2、水文計(jì)算92.2 水利計(jì)算112.2.1、確定泄洪方式112.2.2、防洪庫容推求122.2.3、淤沙高程及死水位132.3 水能利用計(jì)算13第3章 壩型選擇及樞紐布置153.1 壩型選擇153.1.1、壩址特點(diǎn)153.1.2、各種壩型特點(diǎn)153.1.3、確定壩型173.2 樞紐布置173.2.1、水利樞紐的建筑物173.2.2、樞紐總體布置18第4章 混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)204.1 壩體剖面設(shè)計(jì)204.

9、1.1、壩頂構(gòu)造設(shè)計(jì)204.1.2、壩坡及馬道設(shè)計(jì)214.1.3、排水體設(shè)計(jì)224.1.4、趾板設(shè)計(jì)234.2 壩體材料分區(qū)設(shè)計(jì)234.2.1、混凝土面板尺寸和分縫244.2.2、壩體墊層區(qū)及過渡層設(shè)計(jì)244.2.3、壩體主堆石區(qū)設(shè)計(jì)244.3 混凝土面板設(shè)計(jì)254.3.1、面板的形式尺寸設(shè)計(jì)254.3.2、面板的混凝土及接縫設(shè)計(jì)254.3.3、面板接縫止水設(shè)計(jì)264.4 壩基處理274.4.1、趾板地基處理274.4.2、壩基開挖與處理284.5 混凝土面板堆石壩穩(wěn)定校核與變形估算284.5.1、混凝土面板堆石壩壩坡穩(wěn)定分析284.5.2、混凝土面板堆石壩變形估算29第5章 溢洪道設(shè)計(jì)305

10、.1 引水渠設(shè)計(jì)305.2 控制段設(shè)計(jì)305.2.1、溢流堰堰型及選擇305.2.2、溢流堰閘門閘墩設(shè)計(jì)315.3 泄槽形式及水力設(shè)計(jì)325.3.1、槽的形式及水面曲線設(shè)計(jì)325.3.2、泄槽彎道設(shè)計(jì)335.3.3、彎道沖擊波設(shè)計(jì)345.4 消能防沖段設(shè)計(jì)355.4.1、溢洪道沿程水頭損失和局部水頭損失355.4.2、水舌設(shè)計(jì)355.4.3、溢洪道挑坎與沖溝的處理36第6章 隧洞及廠房平面設(shè)計(jì)376.1 隧洞布置原則與路線選擇376.1.1、水工隧洞總體布置原則376.1.2、隧洞路線選擇376.2 發(fā)電引水隧洞及廠房平面設(shè)計(jì)386.2.1、進(jìn)口段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇386.2.2、洞身段設(shè)計(jì)396.

11、2.3、機(jī)型選擇及廠房平面確定416.3 排沙孔結(jié)合導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)416.3.1、導(dǎo)流方案選擇426.3.2、龍?zhí)ь^式連接處的設(shè)計(jì)43第7章 施工組織設(shè)計(jì)447.1、導(dǎo)流洪水設(shè)計(jì)447.2、 圍堰設(shè)計(jì)457.1.1、上游圍堰設(shè)計(jì)457.1.2、下游圍堰設(shè)計(jì)457.3、 施工組織內(nèi)容與施工進(jìn)度計(jì)劃467.3.1施工組織內(nèi)容467.3.2、 施工進(jìn)度計(jì)劃46致謝47第1章 某水利樞紐工程基本資料1.1 地形地質(zhì)條件 地形地質(zhì)條件包含四個(gè)方面：地理位置及樞紐任務(wù)；地形條件；地質(zhì)條件和水文氣象。1.1.1、地理位置及樞紐任務(wù) 某水利樞紐位于南河中游，距復(fù)興場三公里，至縣城20公里。南河全長42公里，河床平

12、均比降8。河流由北向南流入洪水河。 某樞紐是一座以發(fā)電、防洪及灌溉為主的綜合利用水庫，建成后，可以保護(hù)下游中等城鎮(zhèn)，并保證上下有城鎮(zhèn)人民的生活用水及工農(nóng)業(yè)用電的需求，同時(shí)可利用電站尾水灌溉農(nóng)田。1.1.2、地形條件 樞紐壩址河谷呈梯形，河谷寬30160米，兩岸基本對(duì)稱，左岸平均坡角32，右岸平均坡角約為35。但在高程450米以上，山勢急劇變緩。壩址下游右岸約150米處，有一條沖溝切割；左岸下游110米處有一山灣地形。壩址上游50米以外，河谷地勢逐漸開闊，是水庫的主要蓄水區(qū)。上游沒有淹沒條件的限制。 壩址上游集雨面積44平方公里。流域兩岸坡面，木林叢生，植被良好，沿河兩岸分布有耕地。地貌特征屬構(gòu)

13、造剝蝕型地形。1.1.3、地質(zhì)條件 經(jīng)地表開挖勘測及深部鉆探資料分析，壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，無大的斷裂構(gòu)造，庫岸穩(wěn)定，地下水主要向庫內(nèi)補(bǔ)給。壩區(qū)巖層走向?yàn)閚80度e。與河流流向近乎垂直，傾向nw，傾角5度。 壩區(qū)地層為中生代上侏羅系（j3）砂頁巖互層。壩址河谷谷底以下，上部為厚達(dá)21米的厚層石英砂巖（j 2-63），中部為厚6米的砂質(zhì)頁巖（），下部為15米厚的石英砂巖（），本層厚度為40米以上，是大壩的主要持力層。兩岸以石英砂巖為主，上部有厚度約10米的砂質(zhì)頁巖。石英砂巖強(qiáng)度比較高，其表層節(jié)理裂隙較為發(fā)育，特別是兩岸基巖出露部位尤為明顯。經(jīng)測定，壩區(qū)裂隙主要有兩組：一組為走向n5060e,另一組為

14、n4055w,傾角近乎直立，兩組走向近乎正交。巖石的物理力學(xué)特性如表1.1。表1.1 壩址基巖物理力學(xué)特性表序號(hào)力學(xué)參數(shù)巖類容重r（t/m3）變形模量e （kg/cm2）摩擦系數(shù)f極限抗壓強(qiáng)度rc (kg/c)泊桑比1石英砂巖2.659.9*1040.607060.252砂質(zhì)頁巖2.652.0*1040.402750.323覆蓋層1.200.2*1040.30 河谷底部基巖表面為覆蓋層，厚23米，系砂礫石幾塊石混合物。兩岸坡積層較厚，主要是碎石幾砂質(zhì)土混合物。 南河流域無大的地震帶通過，該區(qū)地震活動(dòng)較弱，歷史上只出現(xiàn)過少數(shù)幾次弱震。經(jīng)地震大隊(duì)初步確定，其他地震裂度為5度。1.1.4、水文氣象

15、南河流域?qū)賮啛釒夂?，每年平均氣?4.7度，極端最高氣溫37，極端最低氣溫-5，分別發(fā)生在7月和1月份。無霜期290天。由于受太平洋低壓潮的影響，該區(qū)雨量較充沛，每年平均降雨量為1200毫米。 流域附近有四個(gè)水文、氣象站，根據(jù)30年的實(shí)測水文資料分析，洪水期為510月，尤以78月洪水為最大，枯水期為114月，其中12月2月河流流量最小。通過頻率分析，各種頻率的洪峰流量如表1.2所示。表1.2 各種頻率的洪峰流量頻率p()0.010.10.212qp（m3/s）662.2604.0585.0542.0522.8頻率p()510205075qp（m3/s）488.0465.0434.0383.0

16、345.0根據(jù)流域附近氣象站實(shí)測瞬時(shí)最大風(fēng)速為14m/s。水庫吹程3公里，風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，與吹程方向近乎一致。表1.3 各月每年平均流量表月份123456流量（m3/s）7.717.472.0162.3222.0306.2月份789101112流量（m3/s）377.4373.5279.8180.867.822.1河流多年平均輸沙量33000 m3,淤沙浮容重0.75t/ m3,內(nèi)摩擦角13度。1.2 建筑材料及其他 說明建筑材料；對(duì)外交通；其他條件和給出的附圖。1.2.1、建筑材料南河流域地處山區(qū)，壩址附近土料缺乏，雖河流兩岸有坡地和少量梯田，但土質(zhì)多為砂土或砂壤土，且儲(chǔ)量較少。主要建筑材料為石

17、料，儲(chǔ)量豐富，運(yùn)距較近，主要料場分布在壩址上下游兩岸兩公里范圍內(nèi)。料場覆蓋較薄，有利于開采。此外，在壩址下游一公里以外的兩岸山坡上，分布有強(qiáng)風(fēng)化砂巖形成的山砂，經(jīng)粉碎及篩選后，可以作混凝土或砂漿的砂料。其建筑用料的物理力學(xué)特性如表1.4。表1.4 砌石體及混凝土的物理力學(xué)特性表名稱容重（t/m3）彈性模量e（kg/cm2）摩擦系數(shù)f容許抗壓強(qiáng)度（kg/cm2）容許抗拉強(qiáng)度（kg/cm2）漿砌條石2.44.5砌體與砂巖0.65 砌體與砌體0.70251.0漿砌塊石2.34.0（80#砂漿砌筑）160.5干砌塊石1.7干砌毛條石2.0混凝土2.4518注：砌體與砂巖接觸面的抗剪斷凝聚力c=5 kg

18、/cm2 ,抗抗剪斷摩擦系數(shù)f=0.85。1.2.2、對(duì)外交通某樞紐下游三公里處的復(fù)興場，有公路通至縣城，對(duì)外交通較為方便。施工前，可自復(fù)興場修施工公路支線，即可進(jìn)入工地，保證施工期物資設(shè)備的供應(yīng)。1.2.3、其他施工期為三年，施工用電由復(fù)興場變電站架設(shè)十千伏高壓線，便可滿足工地施工及照明用電。1.2.4、附圖1壩址區(qū)地形圖 1：5002壩址河谷橫剖面圖 1：5003壩址河谷縱剖面圖 1：5004壩址下游水位流量關(guān)系曲線5書庫水位-庫容，面積關(guān)系曲線6.洪峰流量過程線第2章 水文水利計(jì)算 水文水利計(jì)算包含以下六個(gè)方面內(nèi)容：樞紐等別及建筑物級(jí)別；選擇壩型；水文計(jì)算；水利計(jì)算；淤沙高程及死水位和水

19、能利用計(jì)算 。2.1 水文計(jì)算2.1.1、確定樞紐等別以及建筑物級(jí)別樞紐等別根據(jù)四個(gè)方面確定：水庫庫容；裝機(jī)容量；防洪要求和城市供水灌溉。建筑物的級(jí)別確定根據(jù)樞紐等別決定。1. 水庫總庫容：某水庫庫容，面積關(guān)系曲線，給定的正常高水位為447.5米。水庫庫容2950萬立方米。為0.295。在0.1到1之間，工程規(guī)模屬于中等，屬于三等的樞紐等別。2. 裝機(jī)容量：某水利樞紐裝機(jī)容量為1.45萬千瓦，根據(jù)裝機(jī)容量和灌溉的面積，確定為三等樞紐。3. 防洪：建設(shè)好樞紐，可以保護(hù)下游中等城市，根據(jù)保護(hù)城鎮(zhèn)及工業(yè)區(qū)為中等，確定樞紐為三等。4. 供水灌溉：還有某供水，某水庫要保證上下游城鎮(zhèn)人民的生活用水，水利灌

20、溉，利用電站尾水灌溉農(nóng)田。根據(jù)以上所述，最后確定樞紐等別為三等。5建筑物級(jí)別確定：主要建筑物的級(jí)別確定根據(jù)樞紐等別決定，由三等的樞紐確定建筑物的級(jí)別：確定主要建筑物級(jí)別為3級(jí)別，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)別，臨時(shí)建筑物級(jí)別為5級(jí)別。 參考資料：見資料1 2.1.2、水文計(jì)算 水文計(jì)算主要確定洪水重現(xiàn)期；調(diào)洪原理以及推求洪水過程線三個(gè)方面內(nèi)容。1、洪水重現(xiàn)期確定 根據(jù)建筑物級(jí)別，在設(shè)計(jì)工況下，主要水工建筑物洪水重現(xiàn)期：堆石壩在50到100年，以安全起見，取重現(xiàn)期為100年。見參考資料2 。 根據(jù)基本資料情況，由100年一遇的頻率下設(shè)計(jì)洪峰流量為q設(shè)計(jì)=542.0立方米每秒。根據(jù)基本資料的附圖：洪水過程

21、線圖。典型洪水過程線有最大洪水來量為 =300 立方米每秒。水文計(jì)算用同倍比放大法計(jì)算。計(jì)算結(jié)果kq=1.087.校核的情況：取洪水重現(xiàn)期為1000年一遇。該頻率下的洪峰流量q校核=604.0 立方米每秒。計(jì)算結(jié)果kq校核=2.0013。2、調(diào)洪原理水庫調(diào)洪是在水量平衡和動(dòng)力平衡（即圣維南方程組的連續(xù)方程和運(yùn)動(dòng)方程）的支配下進(jìn)行的。水量平衡用水庫水量平衡方程表示，動(dòng)力平衡可由水庫蓄泄曲線來表示。調(diào)洪計(jì)算就是從起調(diào)開始，逐時(shí)段連續(xù)求解這兩個(gè)方程。.水庫水量平衡方程在某一時(shí)段內(nèi)，入庫水量減去出庫水量，應(yīng)等于該時(shí)段內(nèi)水庫增加或減少的蓄水量。水量平衡方程為 式中 q1時(shí)段始的入庫流量，m3/s； q2

22、時(shí)段末的出庫流量，m3/s； v1時(shí)段始的水庫蓄水量，m3/s； v2時(shí)段末的水庫蓄水量，m3/s； 計(jì)算時(shí)段，s.其能比較準(zhǔn)確地反映洪水過程線地形狀。.水庫蓄泄方程或水庫蓄泄曲線 水庫通過溢洪道泄洪，其泄流量地大小，在溢洪道型式、尺寸一定地情況下，取決于堰頂水頭h，即qf(h)。對(duì)于閘門全開地表面式溢洪道，下瀉流量可按堰流公式計(jì)算。當(dāng)水庫內(nèi)水面坡降較小，可視為靜水面時(shí)，其泄流水頭h只是庫中蓄水量v的函數(shù)，即hf(v)，故下瀉流量q成為蓄水量v的函數(shù)，即 qf(h)或 q=f(v)調(diào)洪演算必要的資料a設(shè)計(jì)校核洪水過程線、水位庫容曲線、下游水位流量的關(guān)系曲線b泄洪建筑物的類型、堰頂高程及尺寸,前

23、者已經(jīng)已知,后者在進(jìn)行調(diào)洪演算前先設(shè)出幾種方案,進(jìn)行比較后優(yōu)選方案c洪水標(biāo)準(zhǔn)中的洪水重現(xiàn)期(p校和p設(shè))3、 洪水過程線的推求計(jì)算結(jié)果于下表2.1表2.1 洪水過程推求結(jié)果表時(shí)段02345678典型1526582202202682903000設(shè)計(jì)2746.982104.806252.98397.54484.276524.03542.1校核3050.0338116.058280.182440.286536.3484580.377600.39時(shí)段1012141618202224典型278232172136106806250設(shè)計(jì)502.346419.224310.804245.752191.5421

24、44.56112.03490.35校核556.3614464.3016344.2236272.1768212.1378160.104124.0806100.065根據(jù)同倍比放大法推求洪水過程線，根據(jù)資料取兩個(gè)小時(shí)為一個(gè)時(shí)段，在開始幾個(gè)時(shí)段來水量變化比較大，取一個(gè)小時(shí)一個(gè)時(shí)段，可以更精確地推求洪水過程線。洪水過程線見附圖：洪水過程線。2.2 水利計(jì)算 水利計(jì)算有：泄洪方式的確定；防洪庫容的推求和淤沙高程及死水位確定。2.2.1、確定泄洪方式 1、 根據(jù)地形情況，采用溢洪道泄洪方式泄洪。采用高堰形式，用開敞式冪曲線實(shí)用堰。泄流能力計(jì)算按： b：溢流堰總凈寬 c：上游坡度影響系數(shù) q：流量 ：記入行

25、進(jìn)流速的堰上水頭，對(duì)高堰，取h，對(duì)低堰，按照公式計(jì)算. 系行進(jìn)流速近似地取1 h：堰上水頭 g: 重力加速度 m：流量系數(shù) 以上公式參數(shù)等均見參考資料 3。 2、 孔口比較確定 根據(jù)公式初步取三孔乘四米單寬的孔口和兩孔乘五米單寬的孔口。調(diào)洪計(jì)算起調(diào)水位取溢洪道溢流堰頂高程,為汛前水位444.5米. 其計(jì)算調(diào)洪結(jié)果如下表2.2。表2.2 調(diào)洪結(jié)果對(duì)照表內(nèi)容設(shè)計(jì)洪水情況校核洪水情況最大來水量q (m/s)最大下泄量q (m/s) 上游最高水位z (m)最大來水量q （m3/s） 最大下泄量q （m3/s） 上游最高水位z (m)2*5單寬542215448.71600223448.713*4單寬5

26、42250448.65600263448.71比較選定孔口,經(jīng)過比較,二孔乘五米單寬的孔口,在來水量一樣的情況下,下泄流量比三孔乘四米單寬的情況要小.設(shè)計(jì)洪水情況與校核洪水情況都是如此.設(shè)計(jì)情況下, 三孔乘四米單寬的孔口上游最高水位比兩孔乘五米的要低一點(diǎn).校核的情況是一樣的水位.在這樣的情況下,選擇下泄流量大的方案.最后確定選擇三孔乘四米單寬的孔口.2.2.2、防洪庫容推求下游防洪要求設(shè)計(jì)洪水從防洪限制水位經(jīng)過水庫調(diào)節(jié)后達(dá)到的最高水位，這個(gè)水位到防洪限制水位之間的庫容就是防洪庫容。也就是校核水位到防洪限制水位之間的庫容。溢洪道校核洪水位為448.71米，最大下泄流量q為263立方米每秒,相應(yīng)的

27、總庫容為0.34億立方米；溢洪道堰頂高程為444.5米，也就是防洪限制水位為444.5米，相應(yīng)庫容為0.227億立方米.設(shè)計(jì)洪水位為448.65米，最大下泄流量為250立方米每秒,相應(yīng)的庫容也為0.34億立方米.根據(jù)計(jì)算結(jié)果如下:上游設(shè)計(jì)洪水位:448.65米 上游校核洪水位:448.71米上游正常蓄水為447.5米設(shè)計(jì)最大下泄流量:250立方米每秒 校核最大下泄流量:263立方米每秒下游設(shè)計(jì)水位206.3米下游校核水位206.6米下游正常水位402.3米設(shè)計(jì)防洪庫容0.096億立方米 校核防洪庫容0.113億立方米2.2.3、淤沙高程及死水位對(duì)于一般淤積不太嚴(yán)重的河流，可用死庫容作為淤沙庫容

28、，其容積大小可根據(jù)水庫預(yù)期使用的年限計(jì)算確定。淤積庫容可能大于自流引水所要求的死庫容。但在本設(shè)計(jì)中為確定水電站引水段的進(jìn)口高程，死庫容由淤沙庫容求得。1、 淤沙高程：按照兩種方法確定，一種是估算法，根據(jù)多年河流輸沙量和排沙估算；另外一種是耕具水庫的攔沙率和排沙比法確定。首先，按照估算法:水庫基本資料給定河流多年平均輸沙量為33000立方米.初步設(shè)計(jì)水庫使用年限為100年,淤積沙量為330萬立方米,若水庫設(shè)計(jì)排沙孔排沙,每年按排沙百分之二十計(jì)算,這算出對(duì)應(yīng)的淤積沙量264萬立方米,相應(yīng)的淤沙高程為418.4米.其次，按水庫攔沙率和排沙比法:水庫原始庫容3110萬立方米,年平均水量為548703萬

29、立方米,多年平均輸沙量3.3萬立方米.淤積期即是使用期的平均調(diào)節(jié)系數(shù)算得百分之零點(diǎn)四二五.按平均淤損率算,淤損率為百分之零點(diǎn)零二六七年平均淤積量為8583.6立方米,水庫淤積達(dá)原庫容百分之五十的年限為1812年.年平均攔沙率為百分之二十六.水庫調(diào)節(jié)程序?qū)r沙率起主要作用外,還有其他多種因素存在.如泥沙顆粒的粗細(xì),泄流建筑物的形式,及水庫運(yùn)用的方式等.南和流域地處山區(qū),泥沙顆粒比較粗,攔沙率比較高,并且水庫汛期泄水以表面溢洪道為主,出庫含沙量應(yīng)該比較低.水庫的攔沙率比較高.設(shè)計(jì)定年平均攔沙率為百分之五十,擬定水庫使用年限為100年,河流多年的平均輸沙量為33000立方米.使用期內(nèi),淤沙總體積為1

30、65完立方米.根據(jù)水庫水位庫容曲線得淤沙高程為409.5米.參考資料 4。 以上兩種方案比較下來第二種方案更準(zhǔn)確,淤積計(jì)算更精確,淤沙高程比較低,比較符合資料地形情況.最后確定取淤沙高程為409.5米.2、 死水位的確定綜合考慮淤沙高程的因素，考慮取水口的高程等因素，死水位取水庫消落深度的最低高程。由于資料缺陷，水庫的消落深度取最大水頭的百分之三十。最大水頭由計(jì)算得46.5米，水庫的消落深度是13.95米。經(jīng)過計(jì)算得死水位高程為433.55米。最后確定死水位高程為434米。對(duì)應(yīng)的死庫容為1000萬立方米。2.3 水能利用計(jì)算 水能利用計(jì)算有：確定水頭；根據(jù)水頭確定裝機(jī)容量。1、水頭確定 初步設(shè)

31、計(jì)水電站裝機(jī)3臺(tái)機(jī)組，由電站引用流量為40立方米每秒，單機(jī)引用流量為13.33立方米每秒。根據(jù)基本資料下游水位流量關(guān)系曲線，下游最小水位為單機(jī)發(fā)電時(shí)候的水位，查出水位為401米的高程。 最大水頭： 最大h=46.5米。 最小水頭： 最小h=33 米。 平均水頭： 平均h=39.55米。而正常蓄水位滿荷載時(shí)候的水頭： 正常h經(jīng)過計(jì)算得45.2米。 取正常水位時(shí)候的水頭與平均水頭兩者之間的最大值。最后確定取設(shè)計(jì)水頭為45.2米。見參考資料14。2. 裝機(jī)容量確定 根據(jù)水電站出力計(jì)算公式：n=a*q*h n: 水電站出力（功率） a: 水電站出力系數(shù) q: 水電站引用流量 h: 水電站平均水頭 根據(jù)

32、資料情況，水電站出力系數(shù)范圍在6.0-8.0之間。取出力系數(shù)為8。計(jì)算得出水電站出力（功率）為14464千瓦。取1.45千瓦。確定裝機(jī)容量為1.45萬千瓦。水電站設(shè)計(jì)水頭45.2米，水電站功率 1.45千瓦。第3章 壩型選擇及樞紐布置壩型選擇根據(jù)壩址特點(diǎn)，各種壩型特點(diǎn)，比較各種壩型是否適合壩址特點(diǎn)確定。樞紐布置按照便于施工，利用地形的原則，合理布置。包含水利樞紐建筑物的確定，各建筑物適合不同地形確定樞紐布置。3.1 壩型選擇3.1.1、壩址特點(diǎn)某水利樞紐工程壩址河谷呈梯形，谷寬30到60米，兩岸基本對(duì)稱，左岸平均坡角32度，右岸平均坡角約為35度，但在高程450米以上，山勢急劇變緩。壩址下游右

33、岸約150米的地方有一條沖溝切割，左岸下游110米的地方有一山灣地帶，壩址上游50米以外，河谷地勢開闊，是水庫主要蓄水區(qū)。流域兩岸坡面林木叢生，植被良好。沿河流的兩岸分布有耕地。地貌特征屬于構(gòu)造剝蝕型地形。壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，無大的斷裂構(gòu)造。巖層走向?yàn)閚80e,與河流流向近乎垂直。傾向nw，角度為5度。當(dāng)?shù)亟ㄖ牧现饕鞘?，壩址附近土料缺乏，雖然河流兩岸有坡地和少量梯田，但是土質(zhì)多為砂土或壤土，且儲(chǔ)備量較少，主要建筑材料石料儲(chǔ)備量豐富，并且運(yùn)距較近，主要分布在壩址上下游兩岸兩公里范圍內(nèi)。3.1.2、各種壩型特點(diǎn) 考慮比較四種比較常用的壩型：混凝土拱壩壩型；混凝土重力壩壩型；土壩壩型；支墩壩；土

34、石壩。其中土石壩又分為土石心墻壩，土石斜墻壩，心墻堆石壩，混凝土面板堆石壩。 1. 混凝土拱壩壩型：拱壩依靠兩岸巖體承擔(dān)拱推力，抗滑穩(wěn)定由兩岸巖體決定，拱內(nèi)應(yīng)力分布均勻，有利于材料強(qiáng)度的發(fā)揮。節(jié)約材料，壩身可以開孔過流，不需要另外設(shè)置泄洪建筑物，壩身輕，抗震性能好 。但是導(dǎo)流不方便，并且要求壩址河岸巖體要好，要是v型河谷。所以對(duì)壩址要求比較高，對(duì)防滲，溫度要求比較高。根據(jù)壩址地質(zhì)情況，不適合布置拱壩。2. 混凝土重力壩壩型：混凝土重力壩依靠大壩自身與巖基之間的摩擦力來平衡水壓力從而維持穩(wěn)定。所以重力壩要求建在巖基上，所以要求有壩址有堅(jiān)硬的基巖。混凝土重力壩要求防滲要好，重力壩適應(yīng)性廣，并且安全

35、可靠，對(duì)地形地質(zhì)調(diào)教適應(yīng)性強(qiáng)，可以使用大體積混凝土機(jī)械施工，施工工藝簡單。穩(wěn)定和應(yīng)力計(jì)算簡單，在基巖上適于建混凝土重力壩。根據(jù)地形地質(zhì)情況，可以考慮建混凝土重力壩。 3. 土壩壩型：土壩利用土質(zhì)當(dāng)水，防滲比較差。土壩不能過水，需要另外設(shè)置壩外泄水建筑物。土壩對(duì)壩基要求不高，但是壩址區(qū)要有大量的土，要有建筑防滲心墻的土料。根據(jù)壩址情況，沒有土料，有大量的石料，不適合建筑土壩。 4.支墩壩 支墩壩由一系列支敦和擋水面板所組成，支墩沿壩軸線排列，前面設(shè)擋水面板。支墩壩也是依靠重力維持穩(wěn)定的擋水建筑物，自重較輕，壩體工程量小。由于支墩壩的應(yīng)力較高，對(duì)地基的要求比重力壩還高，特別是連拱壩，因其整體結(jié)構(gòu)，

36、對(duì)地基的要求就更加嚴(yán)格，因此不能選用。大頭壩和寬縫重力壩接近，也不宜采用。平板壩由于鋼筋用量大，且面板容易產(chǎn)生裂縫。也不適合修建該壩。 5. 土石壩壩型：土石壩要求土料與石料以一定的比例筑壩。也要求當(dāng)?shù)貕沃酚凶銐虻耐亮吓c石料，防滲材料。土石壩可以利用機(jī)械化快速施工，土石壩也不能在壩身過水，需要設(shè)置壩外泄水建筑物。在地形給予符合的情況下，可以考慮修建土石壩。根據(jù)壩址情況，有少量的沙土，或壤土，河谷不是很寬，可以考慮修建土石壩。土石壩可以分為土石心墻壩，土石斜墻壩，心墻堆石壩，混凝土面板堆石壩。心墻土石壩，土石斜墻壩和心墻堆石壩需要有建筑心墻的土料，利用心墻防滲，防滲性能不是很好?；炷撩姘宥咽瘔?/p>

37、，可以充分利用當(dāng)?shù)刎S富的石料，混凝土面板防滲比較好，混凝土面板堆石壩是近年來迅速崛起的一種壩型，可以使用機(jī)械化快速施工，造價(jià)低，一般壩身不能泄水，堆石壩要求當(dāng)?shù)赜胸S富的石料。壩址區(qū)有豐富的石料，是建造堆石壩的有利條件，河谷不是很寬，是適合修建堆石壩的有利地形。由上面的方案選擇可知，在該地區(qū)最好采用的壩型就是堆石壩型。主要有幾個(gè)方面的原因：1）采用當(dāng)?shù)氐牟牧现?，還可以充分利用樞紐中其他建筑物開挖的土料。2）某工程壩址石料材料豐富，土料相對(duì)較少，適合建堆石壩，堆石壩的斷面較小，即使在當(dāng)?shù)赜型亮系那闆r堆石壩也是可以考慮的壩型。3）從施工機(jī)械來看，大型堆石壩施工機(jī)械為加快施工、降低造價(jià)提供了保證條件

38、。特別是重型振動(dòng)碾的使用，可把堆石壩體碾壓的密實(shí)，沉降量很小，有利于壩的穩(wěn)定。4） 堆石壩對(duì)地基的要求比混凝土壩為低，可以建在地質(zhì)條件略差的壩址上。而某覆蓋層比較少，下面是石英砂巖，適合建堆石壩。5）某工程所在地，交通比較方便，有公路通往縣城，建造堆石壩可以減少外來材料的運(yùn)輸，并且可以充分利用當(dāng)?shù)厥?，比較有利。6） 建造堆石壩施工導(dǎo)流問題較土石壩容易解決，可部分利用未建完的堆石體壩頂在汛期溢流，從而可減小導(dǎo)流隧洞的尺寸，減少投資，但這種情況需注意對(duì)壩頂、下游壩坡和下游壩基加以保護(hù)。7）堆石壩設(shè)計(jì)理論和施工經(jīng)驗(yàn)的積累和發(fā)展，為修建即安全，又經(jīng)濟(jì)的堆石壩提供了另一保證條件。8）堆石壩施工比均質(zhì)土

39、壩可少受雨天的影響，比混凝土壩可減少受溫度變化的影響。3.1.3、確定壩型 堆石壩幾種防滲分區(qū)壩型比較：1鋼筋混凝土斜墻壩：對(duì)于施工有利，但由于厚覆蓋層，勢必引起壩體的不均勻沉陷， 從而引起混凝土的開裂，為防止其發(fā)生，對(duì)于工程質(zhì)量的要求就很高，很難達(dá)到；且需要的鋼筋混凝土又較心墻壩多，故放棄鋼筋混凝土斜墻壩。混凝土斜墻壩的理由類似。2鋼筋混凝土心墻壩：鋼筋混凝土心墻壩雖比混凝土重力壩節(jié)省砼量，又能有效利用當(dāng)?shù)氐耐潦?，但?dāng)?shù)靥幱谄h(yuǎn)山區(qū)，混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸費(fèi)用高，筑心墻壩工期受心墻澆筑的影響。不宜采用。3瀝青混凝土心墻壩：瀝青混凝土有較好的塑性和柔性，當(dāng)產(chǎn)生裂縫時(shí)，尚有自行愈合的性能；施工簡單

40、、造價(jià)低；心墻受氣候條件、日照影響少，長期老化問題也較少，施工可以與兩側(cè)填石同時(shí)進(jìn)行。但是，瀝青混凝土防滲墻與其它混凝土建筑物的連接十分重要，往往會(huì)出現(xiàn)裂縫和漏水，以至影響大壩安全。4混凝土面板防滲的面板壩：防滲面板壩依靠壩體上游面防滲以蓄水，抗滑穩(wěn)定性高；壩面坡度可比其它壩型陡些，減少壩體體積；面板兼有上游面護(hù)坡的作用；堆石體施工不受防滲結(jié)構(gòu)施工的影響；防滲面板設(shè)在壩體表面，維護(hù)、檢修比土防滲墻容易。當(dāng)然，由于壩體不均勻沉降會(huì)直接影響到防滲面板，使其發(fā)生裂縫，降低防滲功能，有損大壩安全；但是可以對(duì)防滲面板進(jìn)行分縫，就可以降低面板的集中應(yīng)力。即使沉降使得面板產(chǎn)生裂縫，可以在壩體內(nèi)設(shè)置排水，下游

41、可以設(shè)置排水棱體。 綜合上面幾種壩型比較和某地區(qū)資料表明，可以修建重力壩，堆石壩，因?yàn)橥亮先狈?，不能修建土壩。若要修建土壩，土料運(yùn)距很遠(yuǎn)，造價(jià)太高不經(jīng)濟(jì)，河谷為梯形，也不是修建拱壩的有利地形。當(dāng)?shù)赜胸S富的石料，巖基良好，在設(shè)計(jì)水位以上，坡度急劇變緩，有利于布置泄水溢洪道。是修建混凝土面板堆石壩的有利地形。所以大壩壩型優(yōu)先選擇混凝土面板堆石壩。3.2 樞紐布置3.2.1、水利樞紐的建筑物 水利樞紐的建筑物包括主要建筑物和臨時(shí)建筑物，主要建筑物有擋水建筑物；泄水建筑物；輸水建筑物和水電站建筑物。臨時(shí)建筑物有導(dǎo)流圍堰，導(dǎo)流洞和臨時(shí)工作橋等。擋水建筑物是混凝土面板對(duì)石壩。泄水建筑物有溢洪道，排沙洞，導(dǎo)

42、流洞。輸水建筑物有引水渠，隧洞，尾水渠。水電站建筑物有電站廠房，進(jìn)廠房壓力鋼管，開關(guān)站等。3.2.2、樞紐總體布置樞紐布置的一般性原則：合理安排樞紐中各個(gè)水工建筑物的相互位置稱為樞紐布置，其應(yīng)該遵循的一般原則是： （1）、 壩址，壩及其他主要建筑物的型式選擇和樞紐布置要做到：施工方便，工期短，造價(jià)低。 （2）、 樞紐布置應(yīng)該滿足各個(gè)建筑物在布置上的要求，保證其在任何工作條件下都能正常工作。 （3）、 在滿足建筑物強(qiáng)度和穩(wěn)定的條件下，降低樞紐總造價(jià)和年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。 （4）、 樞紐中各建筑物布置要緊湊，盡量將同一工種的建筑物布置在一起，以減少聯(lián)結(jié)建筑。 （5）、 盡可能使樞紐中的部分建筑物早期投產(chǎn)，

43、提前發(fā)揮效益（如提前蓄水，早期發(fā)電或灌溉）。水工隧洞路線選擇的原則：（1）、隧洞的路線應(yīng)該盡量避開不利的地質(zhì)構(gòu)造，圍巖可能不穩(wěn)定及地下水位高，滲水量豐富的地段，以見效作用于襯砌上的圍巖壓力和外水壓力。（2）、洞線在平面上應(yīng)該力求短，直，這樣既可以減少工程費(fèi)用，施工方便，并且有良好的水流條件。（3）、隧洞應(yīng)該有一定的埋深。（4）、隧洞的縱坡，應(yīng)該根據(jù)運(yùn)用要求，上下游銜接，施工和檢修等因素綜合分析比較確定。（5）、對(duì)于長隧洞，選擇洞線時(shí)還應(yīng)該注意利用地形，地質(zhì)條件，布置一些施工支洞，斜井，豎井，以便增加工作面，有利于改善施工條件，加快施工進(jìn)度。樞紐的外觀應(yīng)該與周圍環(huán)境相互協(xié)調(diào)，在可能條件下注意美觀

44、。（1） 壩址：樞紐建筑物的布置要根據(jù)地形，以方便施工的原則，充分利用地形來布置樞紐建筑物。壩址已經(jīng)選定，位于山灣地上游110米的地方。 （2） 擋水建筑物布置：混凝土面板堆石壩適合已經(jīng)選定的壩址，布置在距離山灣地上游110米的地方，壩軸線已定。 （3） 泄水建筑物布置：河流右岸坡度是35度。左岸下游110米的地方有一個(gè)山灣地帶，適合布置溢洪道，所以泄水建筑物選擇正槽溢洪道，考慮廠房可以布置在山灣地帶，所以在右岸布置溢洪道。在450米高程以上，坡度急劇變緩，具有布置溢洪道的條件。由于左岸布置廠房，有布置電站引水隧洞。所以排沙隧洞結(jié)合放空隧洞布置于右岸，以利于施工方便。排沙孔排水作為防洪一個(gè)儲(chǔ)備

45、。根據(jù)壩址地形條件，右岸下游150米的地方有沖溝，溢洪道布置要避開沖溝，溢洪道挑坎布置于沖溝與河流相交的地方，以利于挑流消能，同時(shí)與河流有一個(gè)小的夾角，出水流態(tài)有利于河床水流消能，避免河床造成大的沖刷。 （4） 水電站建筑物布置：水電站適合布置于交通方便，施工方便，開挖比較少的地形。所以電站廠房布置于左岸下游110米的山灣的地方。有利于減少開挖，電站尾水歸河的流態(tài)好。廠房開挖小，比較經(jīng)濟(jì)。位于電站450米的高程的坡度很小，可以布置開關(guān)站。第4章 混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)4.1 壩體剖面設(shè)計(jì)壩體剖面設(shè)計(jì)有：壩頂；上下游壩坡；馬道；排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和上游趾板設(shè)計(jì)。4.1.1、壩頂構(gòu)造設(shè)計(jì)1、 防浪墻國內(nèi)外

46、的面板壩普遍都在其頂部上游側(cè)設(shè)置不透水的擋墻，它即起當(dāng)水作用，又起擋土作用，也是防浪墻。防浪墻延伸到兩岸與壩頭基巖或結(jié)構(gòu)物相連接，形成完整的防滲系統(tǒng)。因此他是壩體防滲結(jié)構(gòu)的一個(gè)組成部分。在各種形式的防浪墻中，直墻防浪較為有效，各壩多采用l形鋼筋混凝土墻。之所以能夠采用高防浪墻，是因?yàn)榻?jīng)碾壓填筑的壩體具有較好的穩(wěn)定性且沉降量較小，且在施工期基本完成，不會(huì)危機(jī)高防浪墻的防滲性；高防浪墻所節(jié)省的堆石費(fèi)用將大于建造防浪墻的費(fèi)用，壩越高節(jié)省的堆石量越多。有時(shí)為了進(jìn)一步節(jié)省堆石方量，可在壩頂下游一側(cè)另設(shè)擋墻，如成屏一級(jí)壩的防浪墻高5.25m，在壩頂下游側(cè)另設(shè)4m高的擋墻，形成“垂直戴帽”結(jié)構(gòu)，致使壩體填筑

47、方量節(jié)約達(dá)17。加高防浪墻也是加高壩體的措施之一，薩爾瓦興娜壩在施工過程中決定將壩頂加高6m，就是采用高8m的防浪墻并咱壩頂下游側(cè)加設(shè)2.6m高的擋墻來實(shí)現(xiàn)的。采用較高的防浪墻可以減少堆石填筑方量，降低造價(jià)，綜合考慮壩址區(qū)風(fēng)浪水文條件，初步確定防浪墻高度為4米。根據(jù)資料8，防浪墻高度范圍4到6米，最后確定防浪墻高度4米。混凝土面板堆石壩穩(wěn)定邊坡為1：1.3到1：1.4。防浪墻頂高出壩頂1米到1.2米。取高出壩頂1米。去上游邊坡為1：1.3，下游邊坡1：1.4。防浪墻采用直防浪墻，用“l(fā)”型鋼筋混凝土墻。2、壩頂高程按照設(shè)計(jì)和校核情況計(jì)算取最大者。相應(yīng)靜水位加安全超高。按照資料7，安全超高公式

48、d= + +a :為防浪墻在壩坡上的爬高； :風(fēng)浪引起的壩前水位壅高； a:為安全超高，取0.7；其中按照公式計(jì)算=0.45; ; ; :設(shè)計(jì)波高；m：壩坡坡率；n：護(hù)坡面糙率，混凝土取0.015；k：綜合摩擦系數(shù)，一般取（1.5-5）,計(jì)算時(shí)取3.6;v：設(shè)計(jì)風(fēng)速； d:吹程；h：水庫水域的平均水深；: 風(fēng)向與壩軸線法向的夾角。 防浪墻建基高程應(yīng)高于正常高水位，防浪墻與面板間的接縫應(yīng)安周邊縫來處理，止水結(jié)構(gòu)必須可靠。堆石體在自重作用下和水荷載作用下產(chǎn)生蠕變，竣工后還會(huì)繼續(xù)發(fā)生沉降及水平位移，壩體填筑是要預(yù)留填筑超高。有效降低了壩頂高程，大大的節(jié)省了工程量。大壩壩頂寬度取8米，壩頂下游設(shè)計(jì)護(hù)攔

49、，取護(hù)攔的高度為0.5米。防浪墻與面板連接處設(shè)計(jì)垂直于面板的接縫，防浪墻底寬實(shí)際與墊層水平寬度相同。取3.5米，防浪墻采用混凝土澆筑。過度層與壩內(nèi)排水體水平寬度取3.5米，為了方便機(jī)械化施工，排水體設(shè)置在過渡層后，排水體下依次分別設(shè)計(jì)主堆石體和次堆石體。下游護(hù)坡采用大塊石堆砌，厚度取0.5米。 防浪墻與面板之間設(shè)計(jì)接縫，底部設(shè)計(jì)銅片止水，期于均設(shè)計(jì)為填預(yù)塑柔性填料，取用瀝青木版。經(jīng)過計(jì)算得設(shè)計(jì)波高為0.625米，風(fēng)浪在壩上爬高為2.6米，風(fēng)浪引起的水位壅高為0.005米，正常情況下的安全超高為3.35米，非正常情況下的安全超高為3.05米。所以壩頂高程在設(shè)計(jì)情況下為452米，校核情況下為451

50、.76米，這兩個(gè)之間取大的。最后確定壩頂高程為452米。防浪墻高出壩頂1米，防浪墻頂高程為453米。根據(jù)資料8，壩頂寬度一般取為5米到8米，壩頂設(shè)計(jì)公路通行，以方便人行。取壩頂寬度為8米。河流河谷底基巖表面為覆蓋層，厚度為2米到3米，壩基面初選在強(qiáng)風(fēng)化線上，壩基開挖覆蓋層，強(qiáng)風(fēng)化層初步設(shè)計(jì)開挖2米。則最低壩基面高程取為438米。計(jì)算得壩高54米。為了方便施工，壩剖面在下游坡設(shè)計(jì)兩個(gè)馬道，每隔20米高程一個(gè)，分別在432米高程設(shè)計(jì)一個(gè)寬度為2米的馬道，在412米高程設(shè)計(jì)一個(gè)馬道。設(shè)置馬道有利于壩坡的穩(wěn)定。4.1.2、壩坡及馬道設(shè)計(jì)壩坡取決于壩型、壩高、壩的等級(jí)，壩體及壩基材料的性質(zhì)所承受的荷載、

51、施工和運(yùn)行條件等因素。土質(zhì)防滲體的心墻壩，當(dāng)壩殼采用堆石料時(shí)，下游常用坡度為1：1.51：2.5，上游常用坡度為1：1.71：2.7。斜墻壩的下游壩坡坡度可適當(dāng)偏陡，上游壩坡則可適當(dāng)放緩，石質(zhì)壩坡可放緩0.2。參考所查斜心墻堆石壩資料列舉相近的工程實(shí)例，如美國的圓峰大壩，壩高134m，壩頂寬13.4m，最大壩底寬度大于500m，基巖為玄武巖，覆蓋層厚30m，壩體上游坡1：1.8，下游坡1：1.7。巴西的芬納斯大壩，壩高127m，基巖為石英巖，覆蓋層厚幾米，壩體上游坡1：2.0，下游坡1：1.8。美國的瑪蒙特湖大壩，壩高142.8m，基巖為風(fēng)化片麻巖，覆蓋層厚42.4m，壩體上游坡1：3，下游坡1：2。我國小浪底為壤土斜心墻堆石壩，壩頂寬15m，最大壩高154m，最大壩底寬度864m。覆蓋層深度80多米，大壩上游坡12.6，下游坡11.75參考以上工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程，基巖主要為石英砂巖，設(shè)計(jì)地震烈度為6級(jí)。由于上游為混凝土面板，不設(shè)馬道，上游壩坡坡率設(shè)計(jì)為穩(wěn)定壩坡 ，1：1.3，下游壩坡坡率取1：1.4?？紤]到攔截雨水，防止沖刷壩面，同時(shí)便于觀測和檢修、設(shè)置排水設(shè)備，也可作交通之用，下游壩坡每隔20米高設(shè)一個(gè)馬道，共2條馬道，馬道寬取2米。根據(jù)據(jù)資料7：土石壩的上下游面通常都應(yīng)設(shè)置護(hù)坡。上游面護(hù)坡是為了保護(hù)上游坡細(xì)粒土