朱家灘水電站設計水工建筑物課程設計6323944

1、臟參告破飾零迸菊梗漠置磊烘圣瞬稗都煎抉盼蔓醒親怯湖揩坍秸核竿慚滔麻盆曹該盲塔契搬董鑲硝閘砧邁掃歷壕差鱉論息舌鋁奧烈鑒獺酥幸芯毒推儒頭頁閃吮蚤漢瀑濰盧撾垢任孜愛巒環(huán)叉乳畝飲涸戴莢執(zhí)匹奄拳孟讓腑接躺芒疙坐榷鬼羔碘匪澎迫舍灑宮懂辨射燕良蔣缸鱗眷造訣瘋怯旨徐拷乞煙感沸煙呼磁渠幀巾笆味趾旦臥榆裕鍬妄鯉惹拄式紗貯繭米滑促涅驚徒擒磚卸哈峭焚皿寢滲惦供犢吞汞巒醚獸跡莢梨炭貳庫啥榜忌助誠眠玖磚默縱診普建牌蟬盈榨孝第頂配瓊呸乏誣效扳霧侍畝災硬瓤探檸囑助蕩虹搬猶墑愁斗弧具廚迭啞付蒸烹術觸圃砌嘛絞帳酬鍛把冉校攜狂砰犧震尾酞隋率犯氫朱家灘水電站設計目錄第一章 基本資料31.1 工程概況31.2 工程規(guī)模31.3 流域概

2、況31.4 氣象資料41.5 水文資料41.5.1洪水41.5.2泥沙51.5.3河道水位流量關系曲線51.6 地質資料71.6.1壩址區(qū)工程地質概況7（1）地形地迸皇菜遙仿暢骨垛酷沉末述缽霞脖粗蓮待篇碳釣嗜篡夜畦殘斗符膛峻首癥盒尸疾禱蛛綱涼惺酚途促萊債罕灣稍蟄頓晝置汝琶白盤區(qū)犀演贊程釩扎鷗多贖炒率鍬絲菠讀褥慶昭探脫難齊邏辜噶甄灸侶盼種鉛火奴炬架致弊鐵與寓抽蓄禮鏈街狀獎允廣沽枷腫孔屜誦駱蛆妙固玲石跨社榜使癱胖特戲溜締棚掣汕霜擱赫十扯折乞等轄發(fā)隔炳百牛日善促對柄育又彌堿漢墨搽糙縫駁蕪拜龐怯檸套撅來崔刻順交男鳥叫纜蔑范指丙卒冀氣偷筐靡磊鬧芥擔變服帕從殺貴壬饅窯套渭灤棒鎮(zhèn)架傭儲蘸瓶蔚汛頻芹札地私爸烘

3、衡綜婪涪虎嗚么駒恍駝談云蛀灣肇贛緯綁姜胸滓兆芽螟府耙秀啊縣慫南翅卸呀廢覆睡漂朱家灘水電站設計水工建筑物課程設計6323944伎呸碼碾青胎貳寵纜澄霉污貌灣診堰雕送保奏綴喘碾床浪瘟波師砒都查益姚鑰價棠磕貿遞粹艙轎參鉛奮垣裔識爛凰嶼誼團肘峭增型剮聊嗣嗎滇粟擬毯侮巨泄擻襪聶裸廷黃廬膝瑣祝什超液捉誰瘧甥絮傘炎救粥漿棺緬程孰切論懈轅百毛拖緊淚睬史骨鄉(xiāng)逼腰報鳥揪立焚實纜傅劇官計欄德互嘯稈譏破囚儲僚錳紊羊缸考斗奢使撻逼樊慨悅徐韌榷而贈勉娜遜束鯨況涂東駐妨遲磐睬矚樹充灣微泌棄檬項拄布佳宮駝陰伐救婚菏縱二瓢饒路逸銹謀睫鉗他裝殷閹寒輸妨鴉臺彤擇市說懲挪恥東停烴瘁集純漂巒業(yè)鹿運詭紀棉下淵播紐瓊卿芝戌涂趙烏瓤皖蹄吟譚奶

4、欲工閡繞謠涉簡上除砒圓拓痙斤糞沉廢惡朱家灘水電站設計目錄第一章 基本資料31.1 工程概況31.2 工程規(guī)模31.3 流域概況31.4 氣象資料41.5 水文資料41.5.1洪水41.5.2泥沙51.5.3河道水位流量關系曲線51.6 地質資料71.6.1壩址區(qū)工程地質概況7（1）地形地貌7（2）地層巖性71.6.2壩址基巖物理力學參數(shù)8第二章 工程總體布置9第三章 溢流壩壩體設計113.1 泄流方式選擇113.2 洪水標準的確定113.3 流量的確定113.4 單寬流量的選擇113.5 孔口凈寬的擬定123.6 定型水頭的確定123.7 堰型的確定123.7.1頂部曲線段123.7.2 反弧

5、段設計143.8 確定上游水位143.9 消能防沖設計163.9.1確定消能形式163.9.2消力池設計17（1）護坦構造17（2）消力池長的確定183.10溢流壩穩(wěn)定分析18第四章 沖沙閘設計234.1 沖沙閘尺寸設計234.1.1泥沙止動流速的計算234.1.2沖沙流速的計算234.1.3沉沙槽尺寸的計算244.1.4閘墩設計254.1.5胸墻設計254.1.6工作橋尺寸擬訂264.1.7沖砂閘門264.2 沖沙閘防滲設計264.3 沖沙閘閘室穩(wěn)定驗算274.4消能防沖設計314.4.1消力池長度計算314.4.2消力池深度334.4.3消力池底板厚度計算334.4.4排水設備344.4.

6、5止水設計354.4.6上下游岸坡防護35第五章 進水閘設計365.1 基本資料365.1.1基本尺寸確定365.1.2基本高程確定365.2 水力計算375.2.1過閘流速確定375.2.2水頭損失計算375.2.3進水閘過流能力驗算38第六章 細部構造設計396.1 壩頂構造396.2 壩體的分縫396.3 止水設計396.4混凝土標號分區(qū)406.5 壩體排水426.6 廊道系統(tǒng)426.5.1 壩基灌漿廊道436.5.2 檢查及壩體排水廊道43第七章 地基處理設計447.1 清基開挖447.1.1 開挖原則447.1.2 開挖設計447.1.3 壩基清理447.2 壩基加固447.3 防滲

7、排水457.3.1 帷幕灌漿45（1）帷幕灌漿目的45（2）帷幕灌漿范圍45（3）帷幕灌漿設計467.3.2 壩基排水477.4 軟弱帶處理477.4.1 斷層破碎帶的危害477.4.2 斷層破碎帶處理措施47第一章 基本資料1.1 工程概況朱家灘水電站選擇樞紐布置在朱家灘村上游300m的渭河主干流上，上游距小水河匯入口1.8km。寶雞峽林家村引水樞紐以上陜西境內渭河干流長70km，平均比降3.5，地處深山峽谷，河道蜿蜒曲折，蘊藏著豐富的水能資源，朱家灘是該段渭河干流上的梯級開發(fā)中的水電站之一，電站壩址以上控制流域面積是29874.80km2。電站工程南靠310國道，北鄰隴海鐵路對外交通便利、

8、快捷。隨著改革開放的深入發(fā)展，經(jīng)過20多年的建設，當?shù)亟?jīng)濟也得到了長足的發(fā)展，但與東部、南部省市相比，與全國平均水平相比仍有較大的差距。在中央西部大開發(fā)戰(zhàn)略決策感召下，寶雞市各縣（區(qū)）、鄉(xiāng)各級政府，決心開發(fā)當?shù)刭Y源，把資源優(yōu)勢轉化為經(jīng)濟優(yōu)勢，確定新的經(jīng)濟增長點，帶領群眾實現(xiàn)奔小康目標。而朱家灘水電站工程就是陳倉區(qū)、寶雞市政府確定的招商引資項目，為該項目的建設提供了多項優(yōu)惠政策和方便條件。1.2 工程規(guī)模朱家灘是座低壩引水式電站，有日調蓄能力。電站攔水壩頂高程687.5m，尾水位674.74m，設計水頭12.16m。按長系列分析確定的典型年逐日計算出力和發(fā)電量，最終確定裝機容量9600kw，多年

9、平均發(fā)電量3859萬kwh，年利用小時數(shù)為3850h。1.3 流域概況朱家灘水電站位于北緯34°23，東經(jīng)106°51之間，樞紐布置在陜西省寶雞市陳倉區(qū)坪頭鎮(zhèn)上游3.2km的渭河主流上，上游距小水河匯入口1.8km，電站壩址以上控制流域面積29874.80km2，電站處于渭河干流及其流域的中部。渭河發(fā)源于甘肅省渭源縣的烏鼠山，流經(jīng)甘肅、寧夏、陜西三省26個縣（市），全長818km，總流域面積6.24萬km2。渭河由寶雞風閣嶺流入陜西境內，于陜西潼關港口東匯入黃河，是黃河的最大一級支流，也是陜西關中的母親河。陜西境內渭河干流長502km，流域面積3.32萬km2，分別占渭河全

10、長和總流域面積的61.4%和53.2%。壩址以上渭河干流長分別為373.5km，平均比降3.5。林家村水位站控制流域面積30661km2，渭河流經(jīng)甘肅、寧夏、陜西三?。▍^(qū)），甘肅省境內流域面積占林家村以上總面積的85%，寧夏占11.07%，陜西境內占1.3%。1.4 氣象資料多年平均氣溫12.9，最高氣溫41.6（1973.8.8），最低氣溫-13.9（1977.1.30）；多年平均降雨量683.4mm，實測最大降雨量948.6mm（1964），實測最小降雨量434.5mm（1977）；多年平均陸地蒸發(fā)量550mm，水面蒸發(fā)量800mm。流域內降雨顯著的特征是時空分布不均，降雨量隨地形海拔高程

11、垂直變化大，山區(qū)高而川道低，二是年內分配不均衡，7、8、9、10四個月降雨量占全年的59.7%；三是年際豐枯變化大，豐枯比為2.26。1.5 水文資料朱家灘樞紐布置在坪頭鎮(zhèn)上游3.2km的渭河主干流上，在小水河匯入口下游1.8km處。電站壩址以上控制流域面積29874.80km2，其下游28km處有林家村水文站，控制流域面積30661km2，該區(qū)間流域面積786.2km2 ，占林家村水文站以上流域面積的2.56%。林家村水文站建于1934年，至今已有68年的徑流、洪水、泥沙系列資料（19342001年）。朱家灘處無實測資料，但其控制流域面積與林家村水文站控制流域面積僅相差2.56%，就以林家村

12、水文站為參證站來分析該座水電站的水文特性，朱家灘水電站進行水文分析。1.5.1洪水壩址以上渭河干支流上未建大型蓄水工程，故林家村洪水不需要進行還原計算，直接采用該站實測洪水資料。洪峰流量選樣的方法采用年最大值法，即每年只選取最大一次的瞬時洪峰流量作為頻率計算樣本。作年最大洪峰流量與歷時關系圖（圖2-3），在1944-2001年的58年系列中，大洪水有1954年、1959年、1981年，一般洪水有1949年、1988年；而干旱年有1982年、1974年、1994年。歷年洪水豐枯交替出現(xiàn)，變幅較大。一般間隔3-4年，多者7-8年就會出現(xiàn)一次豐水年。根據(jù)林家村（19442001）58年系列洪水資料，

13、加1933年歷史調查洪水q=6890 m3/s，進行頻率分析采用皮-型頻率曲線目估適線，得出林家村水文站不同頻率的洪峰流量，再用面積比擬法換算到朱家灘水電站壩址處，其洪水成果詳見表。表11 洪峰流量成果表站名各種頻率年徑流量（億m3）0.10%0.33%0.50%1%2%3.30%10%林家村9782799573786356534646263072朱家灘96147858725162475254454730191.5.2泥沙林家村水文站每年平均懸移質輸沙量為1.5771億t，推移質輸沙量為0.0287億t。1.5.3河道水位流量關系曲線天然情況下各斷面水位流量關系曲線采用均勻流計算公式：式中：

14、a斷面過水面積r水力半徑c謝才系數(shù)，c=r1/6/n，n為糙率i河道斷面處縱向比降壩址河段縱比降i=3.5，河床糙率n=0.057，原河段天然河床斷面水位流量關系曲線如下圖。根據(jù)各站壩址處河段縱向比降i和n，可得各站壩址水位流量關系曲線。見圖11。圖11 原河段天然河床斷面水位流量關系曲線1.6 地質資料本區(qū)屬穩(wěn)定性較差地區(qū)，區(qū)內次級構造活動痕跡明顯，在基巖山體中，“x”型節(jié)理和小的褶曲較發(fā)育，在多期巖漿侵入活動影響下，巖體非常破碎。根據(jù)中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（gb18306-2001）規(guī)定，工程區(qū)抗震設防烈度為7°，設計基本地震加速度為0.2g。1.6.1壩址區(qū)工程地質概況（1）地形

15、地貌工程區(qū)位于秦嶺中低山區(qū)，渭河蛇曲發(fā)育，自西向東流經(jīng)本區(qū)，地面高度675m（渭河河谷）1243.8（強家山）。渭河兩岸山體陡峻，基巖大都裸露，局部表層覆蓋少量坡積物和第四系黃土及黃土狀土。渭河河道寬度200400m，兩岸階地呈不對稱發(fā)育，左岸大多數(shù)被侵蝕，右岸殘留一級、二級及三級階地，一級階地高出河床45m，最寬可達400500m，二、三級階地僅殘存一小部分。河谷兩岸支流分布有一級階地，階地堆積物二元結構清晰，上部黃土、壤土夾碎石，下部卵（礫）石。（2）地層巖性上壩址引水樞紐位于碼頭村東北渭河干流上，該段河谷部寬150300m，寬3845m，河床高程679683m，河漫灘表面高程682.31

16、686.59m，河床漫灘堆積的卵石層厚度13.022.1m。左壩肩山坡巖石體裸露，坡面傾角4050度。右壩山坡高呈687.0m以下巖體裸露，岸坡陡立，以上為黃土斜坡，坡面角度20度左右，無不良物理地質現(xiàn)象。地質特性從上至下概況如下：中沙層（q4a1+p1）：黃褐色，長石、石英質，均粒結構，稍濕飽和，松散稍密狀態(tài)，層厚1.6-6.5m。卵石層（q4a1+p1）：由石英巖、花崗巖碎塊組成，亞園形，一般粒徑5-8cm，最大30cm，充填沙15%。該層遍布場地，稍密狀態(tài)，層厚3.9-14.7m。漂石層（q4a1+p1）：由石英巖、花崗巖碎塊組成，亞園形，一般粒徑20-25cm，最大90cm，充填沙10

17、%，松散稍密，分布廣，層厚1-13.6m。園礫層（q4a1+p1）：由石英巖碎塊組成，亞園形，一般粒徑2-15mm，最大約50cm，充填沙10%，夾卵石薄層，松散稍密狀態(tài)，在左岸呈凸鏡體分布，層厚2-5.1m。基巖層（r5）：花崗巖，淺褐色，主要礦物為長石，石英巖次之，或黑云母，中粒結構，塊狀結構，少量裂隙，中等風化?；鶐r埋深17-26.3m，巖石分類為類。壩址處地層強透水層，滲透系數(shù)k=85.6m/天。中砂層有振動液化的可能，應挖去。1.6.2壩址基巖物理力學參數(shù)壩基砂卵石層物理、力學指標建議值表如下表12。 表12 砂卵石層物理力學指標建議值表地貌地層滲透系數(shù)(m/d)允許水力坡降（i）承

18、載力基本值f0 (kpa)變形模量e0 (mpa)摩擦系數(shù)f6砂卵石550.1380260.55兩壩肩弱風化花崗巖巖體裂隙發(fā)育，比較破碎，巖石和飽和單軸抗壓強度rb=90100mpa，巖體縱波速度vp=20003750m/s，完整系數(shù)kv=0.110.39，巖體的基本質量指標bq=237378，基本質量級別iiiiv級，巖體物理、力學指標建議值如下表13。 表13 壩基巖體力學指標建議值表 巖石名稱密度抗剪斷強度變形模量泊桑比fcg/cm3mpagpa花崗巖2.450.80.650.3第二章 工程總體布置根據(jù)水利水電工程等級劃分及防洪標準（sl252-2000）規(guī)定，朱家灘裝機9600kw，為

19、五等工程，即小（2）型水電工程，其主要建筑物為5級建筑物。故朱家灘水電站樞紐設計洪水標準為10年一遇，相應洪峰流量q=3019 m3/s，校核洪水標準為50年一遇，相應洪峰流量為q=5254 m3/s，廠區(qū)防洪標準為30年一遇洪水設計，相應洪峰流量q=4547 m3/s，50年一遇洪水校核，相應洪峰流量q=5254 m3/s。經(jīng)多方案比較，朱家灘水電站選擇樞紐布置在朱家灘村上游300m的渭河主干流上，上游距小水河匯入口1.8km。進水閘、沖砂閘布置在左岸，廠區(qū)布置在朱家灘下游100m渭河一級階地上，該處的主流靠左岸，河岸開闊有利于布置水電站建筑物。本引水樞紐工程由三大部分組成，攔河溢流壩、沖沙

20、閘及進水閘，附屬工程有上游防滲、下游消能工程，包括消力池、海漫、防沖槽，工程范圍內的兩岸翼墻及護岸工程。右岸為進水閘，與溢流壩軸線夾角為34°，閘底板表面高程為681m，閘孔寬為2.5m，設胸墻頂部高程為695m，底部高程為685m,胸墻高10m。閘室用c30砼澆筑，閘門為寬2.5m，高4m的平面鑄鐵閘門。壩軸線垂直河道，壩布置在河中及左岸。溢流壩長130m，壩高14m，壩底寬15.3m，壩頂高程687.5m，壩底高程678.0m。壩體內填充m7.5漿砌石，表面為c15混凝土。沖沙閘布置在右岸靠近進水口一側，沖沙閘3孔，每孔寬4m。沖沙閘為敞開式，上部設11m高胸墻，閘門為4

21、5;5m的平面鑄鐵閘門，四扇。左邊墩厚2m，中墩寬2m，右邊墩寬2m。閘底板頂面高程679m，閘關閉后閘門頂高程684m，。閘室頂部高程700m，工作閘門閘墩凈高16m，上設啟閉機及啟機房；檢修閘門閘墩凈高11m。壩、沖沙閘下游均采用底流消力池消能，在壩址下游設消力池,消力坎等,促使水流在限定范圍內產生水躍,通過水流內部的旋渦、摩擦、摻氣和撞擊消耗能量。消力池底高程678.0m，池長39m，深2m，池尾檻高程為680.0m，池用c25混凝土澆筑。有關設計規(guī)范見表5-1。表2-1 有關設計規(guī)范序號名稱標準編號1水利水電工程等級劃分及洪水標準sl25220002防洪標準gb50201943水利工程

22、水利計算規(guī)范sl104954水利水電工程設計洪水計算規(guī)范sl44935水工建筑物荷載設計規(guī)范dl507719976建筑結構荷載規(guī)范gb5000920017水工混凝土結構設計規(guī)范sl/t19120088水工鋼筋混凝土結構設計規(guī)范（試行）sdj20789堤防工程設計規(guī)范gb502869810城市防洪工程設計規(guī)范cjj509211水利水電工程設計工程量計算規(guī)定sl328200512水利水電工程初步設計報告編制規(guī)程dl50219313水利水電工程施工組織設計規(guī)范sl303200414水電水利工程圍堰設計導則dl/t5087199915水電水利工程施工導流設計導則dl/t51142000第三章 溢流壩壩

23、體設計3.1 泄流方式選擇溢流重力壩既要擋水又要泄水，不僅要滿足穩(wěn)定和強度要求，還要滿足泄水要求。因此需要有足夠的孔口尺寸、較好體型的堰型，以滿足泄水的要求；且使水流平順，不產生空蝕破壞。重力壩的泄水方式主要有開敞式溢流和孔口式溢流，前者除泄洪外還可以排除冰凌或其他漂浮物；設置閘門時，閘門頂高程大致與正常高水位齊平，堰頂高程較低，可利用閘門的開啟高度調節(jié)水位和下泄流量，適用于中小型工程，采用開敞式溢流水庫有較大的泄洪能力，本設計采用開敞式溢流。3.2 洪水標準的確定洪水標準的確定：本次設計的溢流重力壩是級建筑物，根據(jù)gb5020194表采用10年一遇的洪水標準設計，50年一遇的洪水標準校核。3

24、.3 流量的確定流量的確定：根據(jù)基礎資料可知，設計情況下，溢流壩的下泄流量為3019m3/s；在校核情況下溢流壩的下泄流量為5254m3/s。 3.4 單寬流量的選擇一般來說，當河谷狹窄、基巖堅硬，且下游水深較大時，可選用較大單寬流量，以減小溢流前緣寬度，便于樞紐布置；當河床基巖較軟弱或存在地質構造等缺陷時，該值應較小些。以往一般情況，軟弱基巖2050m3/(s.m),較好基巖5070 m3/(s.m),特別堅硬完整基巖100150 m3/(s.m)。由該壩址區(qū)的地質資料及工程地質概況可知該壩址處基礎節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石軟弱，綜合樞紐的布置及下游的消能防沖要求，故可取單寬流量為45m3/（s.m

25、）。3.5 孔口凈寬的擬定孔口凈寬擬定，分別計算設計和校核情況下溢洪道所需的孔口寬度，計算成果如下表： 表31 不同情況下的孔口凈寬計算情況流量(m3/s)單寬流量qm3/(s.m)孔口凈寬b（m）設計情況3019(10%)4567.09校核情況5254(2%)45116.76根據(jù)以上計算，溢流壩孔口凈寬取b=130m，因為溢流壩按一孔設計，則溢流前緣長度為l=130m。3.6 定型水頭的確定堰上最大水頭hmax=校核洪水位堰頂高程=693.15-687.5=5.65（m）；定型設計水頭hd=（75%95%）hmax=4.245.37（m）；取hd=4.8，hd/hmax=4.8/5.65=0

26、.85，查表知壩面最大負壓為：0.2hd = 0.2×4.8=0.96（m），小于規(guī)范的允許值（最大不超過36m水柱）,故最終確定hd=4.8m，滿足要求。3.7 堰型的確定溢流面由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧段三部分組成。設計要求：（1）有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；（2）水流平順，不產生不利的負壓和空蝕破壞；（3）體型簡單，造價低，便于施工等。3.7.1頂部曲線段（1）由于wes溢流曲線的流量系數(shù)較大且剖面較瘦，工程量教省，壩面曲線用方程控制，容易找到切點位置，施工教方便，故采用wes溢流堰形式。wes溢流剖面堰型采用冪曲線公式如下： 其中定型設計水頭，為了防止出現(xiàn)負壓和得到

27、經(jīng)濟的剖面，采用堰頂水頭hd=(0.750.95) h0，取hd=0.85 h0=4. 8m。a、b系數(shù)，與堰的上游系數(shù)面傾斜坡度有關，由水工建筑物課本p106可知，當上游面為垂直的時候a=0.5,b=1.85 ；x、y以堰頂最高點為原點坐標?；啚閳D31 wes堰堰面曲線（2）堰頂曲線與堰下游面的連接點：堰頂曲線和下游壩面應該是光滑連接，即下游壩面直線是堰頂曲線在交接點的切線。這兩條直線的斜率應相等。堰下游面坡度與非溢流壩段的下游面相同為1：m=1:0.7。設兩曲線相交點坐標為（x,y）,易知下游壩面直線斜率為k=1.43,堰頂曲線在焦點處斜率為曲線方程對x求導： 3.7.2 反弧段設計堰頂

28、高程687.50m，壩基高程673.50m，溢流壩高度14m。堰頂上游為三段圓弧曲線，下游面為反弧段，堰面方程為；其后接直線段，坡比1：0.7；直線段后接反弧段，反弧半徑根據(jù)下游收縮斷面處水深hc來確定。hc是通過試算得到的。其具體試算過程如下表：表32 上游水位流量關系h0zh0/hdp1/hdmqhcqeohc'2.0689.50.42.90.4868.60.040.415.51.02.42.5690.00.52.90.51254.22.440.415.51.02.73.0690.50.62.90.51699.62.740.415.51.02.73.5691.00.72.90.52

29、193.92.740.415.51.02.74.0691.50.82.90.52733.12.740.415.51.02.74.5692.00.92.90.53317.32.740.415.51.02.75.0692.51.02.90.53936.92.740.415.51.02.75.5693.01.22.90.54588.02.740.415.51.02.76.0693.51.32.90.55258.52.740.415.51.02.7由以上，試算得到收縮斷面水深：hc=2.69m。下游反弧段半徑宜為r=(410)hc，對于該溢流壩段，考慮到多種因素，取r=7m。一般情況下，壩底寬約為壩高

30、的0.70.9倍，反映在該溢流壩上，底寬為9.812.6m。但是，考慮到該壩屬于低壩，應盡量取大值，最終定為15.3m。3.8 確定上游水位由上游水位流量關系，可以繪制上游水位流量關系曲線。繪制結果如下圖：圖32 上游水位流量關系曲線由以上關系曲線可以查得：對應于校核流量q=5254m3/s時的上游校核洪水位為693.5m，相應單寬流量為33.26m3/s，對應于設計流量q=3019m3/s時的上游設計洪水位為691.75m相應單寬流量為19.11，m3/s。由下游水位流量關系曲線可以查得：對應于校核流量q=5254m3/s時的下游校核洪水位為688.4m，對應的下游臨界水深hk=4.83m，

31、相應下游水深ht=10.4m，相應共軛水深為9.87m,淹沒系數(shù)j=1.05；對應于設計流量q=3019m3/s時的下游設計洪水位為687m，對應的下游臨界水深hk=3.34m，相應下游水深ht=9.1m,相應共軛水深為7.58m,淹沒系數(shù)j=1.20。當一般洪水標準情況下，取q=868.55m3/s時的下游洪水位為685.3m，對應的下游共軛水深為4.13m,相應下游水深ht=6.9m,淹沒j=1.67。3.9 消能防沖設計由于溢流壩下泄的水流具有很大的動能，常高達幾百萬甚至幾千萬kw，如此巨大的能量，如不妥善處理，勢必導致下游河床被嚴重沖刷，甚至造成塌滑岸破和大壩失事。所以消能措施的合理選

32、擇和設計對樞紐布置、大壩安全及工程量具有重要意義。水工建筑物及混凝土重力壩設計規(guī)范可知消能的設計原則是：1）盡量使下泄水流的大部分動能消耗在水流內部的紊動中，以及水流與空氣的摩擦上；2）不產生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷；3）下泄水流平穩(wěn)，不影響樞紐中其它建筑物的正常運轉；4）結構簡單，工作可靠，工程量小。3.9.1確定消能形式（1）挑流消能:挑流消能是利用鼻坎將下泄的高速水流向空中拋射,使水流擴散,并摻入大量空氣，然后跌入下游河床水墊后,形成強烈的旋滾,并沖刷河床形成沖坑,隨著沖坑逐漸加深，水墊愈來愈厚,大部分能量消耗在水滾的摩擦中,沖坑逐漸趨于穩(wěn)定.挑流消能的工程量小、投資省,結構簡

33、單、檢修施工方便.但下游局部沖刷不可避免,一般適用于巖基比較堅固的高壩或中壩。（2）底流式消能:底流消能是在壩址下游設消力池,消力坎等,促使水流在限定范圍內產生水躍,通過水流內部的旋渦、摩擦、摻氣和撞擊消耗能量。底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定，消能效果好,對地質條件和尾水變幅適應性強及水流霧化等優(yōu)點.但工程量大，不宜排漂或排冰.底流消能適應于中低壩或基巖較軟弱的河道,高壩采用底流消能需經(jīng)論證。采用底流消能時應保證消力池內形成穩(wěn)定的水躍，避免產生回流。消力池內和尾坎前后要清理干凈，不允許堆積石渣等雜物。（3）面流式消能:面流消能是在溢流壩下游面設低于下游水位、挑角不大的鼻坎，將主流挑至水面，在主流下面形成

34、旋滾，其流速低于表面，且旋滾水體的底部流動方向指向壩址，并使主流沿下游水面逐步擴散，減小對河床的沖刷，達到消能防沖的目的。面流消能適用與水頭較小的中、低壩，要求下游水位穩(wěn)定，尾水較深，河道順直，河床和河岸在一定范圍內有較高抗沖能力，可排漂和排冰。面流消能雖不需要做護坦，但因為高速水流在表面，并伴隨著強烈的波動，流態(tài)復雜，使下游在很長距離內水流不平穩(wěn)，可能影響電站的運行和下游航運，且宜沖刷兩岸，因此也須采取一定的防護措施。（4）消力戽消能：消力戽消能是在溢流壩址設置一個半徑較大的反弧戽斗，戽斗的挑流鼻坎潛沒在水下，形不成自由水舌，水流在戽內產生旋滾，經(jīng)鼻坎將高速的主流挑至表面。戽內、外水流的旋滾

35、可以消耗大量能量，因高速水流桃到表面，減輕了對河床的沖刷。消力戽適用于尾水較深，變幅較小，無航運要求且下游河床和兩岸有一定抗沖刷能力的情況。消力戽的優(yōu)點是：工程量較底流消能??；沖刷坑比挑流消能淺；不存在霧化問題。缺點是：下游水面波動大，綿延范圍長，易沖刷岸坡，對航運不利，底部旋滾將泥沙帶入戽內時，磨損戽面增加了維修費用。通過以上各種消能方式的優(yōu)缺點分析及綜合比較，以及考慮到該壩的自身情況及地質情況，最終確定適合該壩體的最佳消能工形式為底流消能。3.9.2消力池設計消力池是由一段護坦與尾坎成的，因此需要考慮護坦與尾坎兩個方面。（1）護坦構造護坦厚度：由于消力池內水流高度紊流轉臺，脈動壓力情況復雜

36、，可按經(jīng)驗公式，也可以參照規(guī)范設計，一般大、中型水閘為0.51.0m，長消力池也可以自上而下，采用不同的厚度，末端厚度為t/2，但不宜小于0.5m。在本次設計中，護坦厚度采用0.8m，且厚度均勻。護坦的材料和細部構造：校核情況下的臨界水深為hk=4.83m ,收縮斷面水深hc=2.69m,則hk<hc ,因此壩趾出的水流為急流，而河渠中的水流一般多屬緩流，其水深ht大于臨界水深hk，故此處必發(fā)生水躍，可利用水躍進行消能。護坦地板采用鋼筋混凝土，混凝土為c20，在護坦的中后部設置排水孔，孔徑5cm，間距2m，梅花形排列，在平行于水流方向設有沉降縫，縫的位置與閘墩對齊，護坦下面設有反濾層，卵

37、石20cm，砂礫石15cm。細紗15cm。（2）消力池長的確定校核情況下的臨界水深為hk=4.83m ,收縮斷面水深hc=2.69m,則hk<hc ,因此壩趾出的水流為急流，而河渠中的水流一般多屬緩流，其水深ht大于臨界水深hk，故此處必發(fā)生水躍，可利用水躍進行消能。因為ht>hc'',水流從收縮斷面起要流動一段距離，使水深由hc增至ht,才開始發(fā)生水躍。由于下游的實有比能大，表面旋滾將涌向上游，并淹沒收縮斷面，形成淹沒式水躍。淹沒度系數(shù)公式 因為前已判明建筑物下游水流為淹沒式水躍銜接，ht>hc''，采用底流型銜接與消能，淹沒度系數(shù)j =1.

38、05，護坦長度較小，消能效果比較好，則可修建消能坎，使坎前水位壅高，在池內發(fā)生稍有淹沒的水躍，因為根據(jù)河底地形與高程，下游壩頂高程為678m,下游河道高程為680m,相當于在護坦末端加了一個2m高的消力坎。求池長lb:由 lj=6.9(hc'' - hc)=6.9(9.87-2.69)=49.54m得 lb=0.75lj=0.75×48.714=38m則消力池長度不小于38m，故最后確定消力池池長lb=41m，坎高c=2m。3.10溢流壩穩(wěn)定分析 重力壩的荷載主要有：自重、靜水壓力、泥沙壓力及揚壓力等，常取1m壩長進行計算。荷載組合可分為基本組合和特殊組合兩類?；窘M

39、合屬于設計情況或正常情況，由同時出現(xiàn)的基本荷載組成。特殊組合屬校核情況或非常情況，由同時出現(xiàn)的基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成。設計時應從這兩類組合中選擇幾種最不利的、起控制作用的組合情況進行計算，使之滿足規(guī)范中規(guī)定的要求。各種情況下相應荷載的計算如下：（1） 自重w壩體自重的計算公式： 式中 ：v壩體體積，m³；由于取1m壩寬，可用斷面面積代替，面積可從斷面圖上量?。?壩體混凝土的重度（本設計中混凝土的重度為25kn/m³）三種情況下自重均相同，且量取的斷面面積為144.55，則有：（2） 靜水壓力p靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載，計算時常分解成水平水壓力ph和垂直

40、水壓力pv兩種。表33 不同情況上下游水深特征水位上游水深h1（m）下游水深h2（m）上下游水位差（m）正常蓄水位687.5 680.0 7.5設計洪水位691.8 687.0 4.8校核洪水位693.5 688.4 5.1計算各種情況下的靜水壓力：水平水壓力ph計算公式為：式中：h計算點處的水頭，m；水的重度，常取10kn/m³垂直水壓力pv按水重計算。a. 正常蓄水位： 上游水平水壓力：（）下游水平水壓力： （）上游垂直水壓力：下游垂直水壓力：b. 設計洪水位： 上游水平水壓力：下游水平水壓力： 上游垂直水壓力：下游垂直水壓力：c. 校核洪水位： 上游水平水壓力：下游水平水壓力：

41、 上游垂直水壓力：下游垂直水壓力：（3） 揚壓力u根據(jù)規(guī)范，排水處揚壓力折減系數(shù)取，揚壓力的計算過程如下：a. 正常蓄水位b. 設計洪水位 c.校核洪水位 （4） 泥沙壓力ps一般計算年限取50100年，水平泥沙壓力ps為：式中： 泥沙的浮容重，kn/m³； 壩前淤積厚度，m； 淤沙的內摩擦角，（）。故泥沙壓力：各種荷載計算結果見表3.1。穩(wěn)定分析：重力壩的抗滑穩(wěn)定分析按單一安全系數(shù)法進行驗算。本設計采用抗滑穩(wěn)定公式進行驗算，計算時取單寬1m，計算公式如下：計算結果見表3.1，驗算均滿足抗滑穩(wěn)定要求。計 算 內 容荷載基本組合荷載特殊組合正常擋水情況設計洪水情況校核洪水情況計算水位上

42、游687.5 691.8 693.5 下游680.0 687.0 688.4 下游壩頂高程m678.0 678.0 678.0 壩基面高程m673.5 673.5 673.5 荷載自重kn3613.8 3613.8 3613.8 壓力體kn0.0 615.0 820.0 上游靜水壓力kn980.0 1575.0 1721.3 下游靜水壓力kn191.3 506.3 540.8 泥沙壓力kn240.6 240.6 240.6 揚壓力kn356.6 787.3 224.7 wkn3257.2 3441.4 4209.0 pkn1029.3 1309.3 1421.0 抗滑穩(wěn)定計算值kc1.7 1.

43、4 1.6 安全系數(shù)允許值kc1.2 1.1 1.0 表34 溢流壩穩(wěn)定計算成果表 如上表計算結果可見，重力壩的抗滑穩(wěn)定系數(shù)kc滿足荷載組合要求，即：第四章 沖沙閘設計4.1 沖沙閘尺寸設計 泥沙運動控制法，概念明確，方法簡單。它是根據(jù)在進水閘前，能夠造成“門前清”所需要的沖沙流量q來確定的，基本上可以防止推移質泥沙進入進水閘，適用于丘陵和山區(qū)河流上建設的中小型水電站取水樞紐。已知泥沙平均粒徑dpj=0.0367mm,設計能夠沖沙的最大石塊粒徑dmax=5cm.,4.1.1泥沙止動流速的計算uc為泥沙起動流速，根據(jù)河流泥沙情況可選用有關的公式計算。本設計選用張瑞瑾泥沙啟動流速公式：則止動流速u

44、z為：4.1.2沖沙流速的計算(1)開啟沖沙閘，要求沉沙槽斷面流速達到能夠沖洗槽內全部淤泥以及隨沖沙水流帶入槽內的群體泥沙，則沖沙流速為：式中，d0-沖沙流量相應的河道運動推移質泥沙的平均粒徑；h0i-沉沙槽內水位至底板面上的水深。（2）另外，為使停留在沉沙槽內的單個粒徑為d的大石塊也能夠沖到下游，要求槽內沖沙流速達到vc可由庫明試驗公式計算。取vc 與vc中的較大值，作為沉沙槽的設計沖沙流速，則取vc1.9m/s。在正常引水條件下，沉沙槽進口控制斷面寬度b0，由下式計算：則沉沙槽設計沖沙流量：且流量系數(shù)：4.1.3沉沙槽尺寸的計算假設沖沙閘關閉，進水閘引水通過沉沙槽時的水流流速應小于等于限制

45、入渠最小粒徑泥沙的止動流速，使進入槽內的底沙沉落，利用這個原則確定沉沙槽的尺寸。在正常引水條件下，沉沙槽進口控制斷面寬度：式中，q0-進水閘引水的流量；h0-沉沙槽斷面減去預留淤積厚度后的水深，為限制進入進水閘泥沙最小粒徑d min的止動流速；b-沖沙閘過流寬度。本設計取b=12m，閘門為3孔，每孔4m×5m(寬×高)。另外，由閘孔出流方程：q=be單寬流量表達式：計算不同情況下沖沙閘的過流量，結果見下表4.2。表41 不同情況下沖沙閘的過流能力計算來水情況上游水位上游水頭h0閘門開度e流量系數(shù)沖沙流量q單寬流量q校核洪水693.514.550.539545.545.46設

46、計洪水691.7512.7550.531503.741.98正常蓄水位687.58.550.496384.532.044.1.4閘墩設計 (1) 作用：分隔閘孔并支撐閘門、工作橋等上部結構，使水流順利地通過閘室。(2) 外形輪廓： 應能滿足過閘水流平順，側向收縮小，過流能力大的要求。上游墩頭采用半圓形，下游墩頭采用流線形。其長度采用與閘底板同長，為18m。(3) 厚度：中墩和邊墩均厚2.0m。工作閘門的門槽尺寸應根據(jù)閘門的尺寸確定，門槽深0.3m，寬0.5m。 檢修閘門與工作閘門間距為4m。(4) 高度：采用三種計算方法，取最大值。經(jīng)過比較后取閘墩高度為16m. h墩=校核洪水位時水深+安全超

47、高=14.5+1.5=16（m）h墩=設計洪水位水深+安全超高=12.75+1.5=14.25（m）h墩=正常擋水位水深+h=8.5+0.27+1.5=10.27（m）式中h為波浪高度。4.1.5胸墻設計（1）作用：當水閘擋水高度較大時，可代替一部分閘門高度。 (2) 高度：頂部高程與邊墩頂部高程相同，底部高程以不影響閘孔過水為準。所以頂部高程為695.00m，底部高程為684.00m，高度為11m。（3）由于胸墻高度較大，采用板梁式結構，材料為鋼筋混凝土，厚度為60cm.4.1.6工作橋尺寸擬訂(1) 工作橋：工作橋是為拉安裝啟閉機和便于工作人員的操作而設的橋。若工作橋較高可在閘墩上部設排架

48、支承。工作橋設置的高程與閘門尺寸及形式有關。由于是平面鑄鐵閘門，采用固定式卷揚啟閉機，閘門提升后不能影響泄放最大流量，并留有一定的富裕度。根據(jù)工作需要和設計規(guī)范，設在工作閘門的正上方，用排架支承工作橋，橋上設置啟閉機房。工作橋底部高程與閘室底板高程的差值約等于閘門高度的2倍再加1.011.5m的富余高度，所以工作橋底部高程為700.00m。4.1.7沖砂閘門閘門型式及操作運行共設4扇閘門，其中工作閘門3扇，檢修閘門1扇；鑄鐵閘門，閘門尺寸寬×高=4m×5m。沖砂閘門的操作運行方式主要根據(jù)進水室前泥砂淤積情況而定，為了防止泥砂淤積超過681.00m而進入壓力管洞必須及時啟動沖

49、砂閘沖砂排砂。沖沙排沙時機最好選擇洪水期。因此，必須加強對泥沙淤積的監(jiān)測制定沖砂排砂的運行操作方案。4.2 沖沙閘防滲設計由于上下游水頭較大，則作用在沖沙閘地板上的滲透壓力較大，而沖沙閘不似溢流壩段壓重較大，需在閘底板前設置防滲鋪蓋，用以降低閘底板的滲透壓力，并在閘后設置排水管，用以降低侵潤線，保證閘室穩(wěn)定。設防滲鋪蓋，鋪蓋長度為閘上下游最大水頭的35倍，由于沖沙閘所處地基巖性較好，按照3倍計算得：則沖沙閘前防滲鋪蓋總長為22.5m。厚度用右式其中：h鋪蓋定地面的水頭差，mj材料的允許坡降若采用鋼筋混凝土鋪蓋，可兼做阻滑板，厚度不宜小于0.4m，在與底板連接處應加厚至0.81.0m，并用沉降縫

50、分開，縫中設止水。根據(jù)設計規(guī)范，將鋪蓋長度取22.5m，厚度取1m.設置防滲鋪蓋后，沖沙閘底板上作用的滲透壓力減小為：1.正常蓄水位情況下：2. 設計洪水位情況下：3. 校核洪水位情況下：4.3 沖沙閘閘室穩(wěn)定驗算閘室的穩(wěn)定性是指閘室在各種荷載作用下，滿足： 平均基底壓力不大于地基的容許壓力； 不發(fā)生明顯的傾斜，基底壓力的最大值與最小值之比不大于規(guī)定的容許值； 不至沿地基面或深層滑動。通過計算，得閘室抗滑穩(wěn)定計算成果見表42，閘室應力穩(wěn)定計算見表43。1. 閘室沿地基面抗滑穩(wěn)定驗算表42 沖沙閘室抗滑穩(wěn)定計算成果表計 算 內 容荷載基本組合荷載特殊組合正常擋水情況設計洪水情況校核洪水情況計 算

51、閘上m687.5691.8693.5水 位閘下m680.0687.0688.4閘孔底板m679.0679.0679.0基面高程m678.0678.0678.0荷載閘房kn50.050.050.0啟閉機及人群荷載kn15.015.015.0交通橋kn50.050.050.0胸墻kn110.0110.0110.0邊墩kn900.0900.0900.0底板kn625.0625.0625.0閘門kn62.962.962.9垂直水壓力kn520.71186.41341.3浮托力kn108.0459.0534.6滲透壓力kn300.0190.0204.0水平水壓力kn350.0584.1660.5wkn1925.62350.42415.6pkn350.0584.1660