混合曲線拱壩設計說明書

1、混合曲線拱壩設計說明書 摘要 A江是我國東南地區(qū)的一條河流,根據(jù)流域規(guī)劃擬建一座水電站。 A江水利樞紐同時兼有防洪、發(fā)電、灌溉、漁業(yè)等綜合作用,水庫正常蓄水位183.25m,設計洪水位186.7m,校核洪水位189.80m,汛前限制水位182m,死水位164m,尾水位103.5m。水庫死庫容 4.76億m3,總庫容9.6億m3。 A江水利樞紐工程等別為一等,工程規(guī)模為大(1)型工程,主要建筑物級別為1級,次要建筑物級別為3級,臨時性建筑物級別為4級。 A江水利樞紐的主要組成建筑物有擋水建筑物、主副廠房、泄水建筑物、過木筏道等。 經(jīng)過壩型比選,選定擋水建筑物為一變圓心變外半徑的雙曲拱壩,壩頂弦長

2、310m,最大壩高100.5m,壩底厚25.7m,壩頂寬8.5m。 設計中對四種工況的壩體應力分別采用了電算和手算,手算運用拱冠梁法。 泄水建筑物由兩個淺孔和兩個中孔組成:淺孔位于兩岸,孔口寬8.5m,高8.0m,進口底高程為164m,出口底高程為154m;中孔位于水電站進水口兩側,孔口寬7.5m,高7.5m,進口底高程為135m,出口底高程為130m。在壩身泄水孔的上下游側分別布置檢修閘門和工作閘門,檢修閘門采用平板門,工作閘門采用弧形閘門,在每一個工作閘門的上方有啟閉機房,淺孔啟閉機房高程為173.38m,中孔啟閉機房高程為150.82m。泄槽支撐結構采用框架式結構?？岔敻叱虨?19.4m

3、,淺孔反弧半徑為35m,中孔反弧半徑為50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角20o,導墻厚度為1.0m, 淺孔導墻高度為8.5m,中孔導墻高度為11m。 壩后式廠房裝有4臺5萬kW的發(fā)電機組,主廠房長81m,寬18m,副廠房長66m,寬10m,安裝場長21m,寬18m。壓力管道的直徑為4.6m,進水口底高程為152.4m。發(fā)電機層高程為114.8m,尾水管底高程為90.8m,廠房頂高程為130.5m。 為防止壩基滲漏,在壩基靠近上游側進行帷幕灌漿,并且為了減少壩基的揚壓力,在灌漿帷幕之后設置排水孔。各孔間距均為5.0m。 為了防止混凝土產(chǎn)生裂縫,拱壩壩體設置橫縫,橫縫面上需設置鍵槽

4、,以咬合加固,增強壩體的抗剪能力。當?shù)讓捲?050m以上的拱壩,才考慮設置縱橫縫,而本設計中,拱壩壩底寬為25.7m,小于40m,故可不設置縱縫。 AbstractA jiang is a river which lies in southeast of China.According to drainage area programming,a water power station is planning to built on itA jiang hydrocomplex plays an important parts in flood control ,waterpower, irr

5、igation, fishery and so on. The reservoir normal water level is 183.25m,design flood level is 186.7m,imum flood level is 189.80m,flood control level is 182m,dead water level is 164m, tailwater level of hydropower station is 103.5m.The dead reservoir capacity is 476,000,000m3,and the total reservoir

6、capacity is 960,000,000 m3The hydraulic engineering grade is Grade I. The key 、secondary and temporary structures grade is Grade I、III and IV. The key hydroproject is consist of water retaining structure,power house,auxiliary room,sluice structure,raft sluice,and so on. The water retaining structure

7、 is a double curvature arch dam.The length of the axis of crest dam is about 310m.imum height of the dam is 100.5m,the thickness of the bottom of the dam is 25.7m,and the width of the top of the dam is 8.5m. In this design, we use two different methods to calculate the stess of the arch dam in four

8、status.One is using program ,the other is using crown cantilever method to calculateThe release structure is comprised of 2 mid-level outlet and 2 short-level outlet.The width of the short-level outlet is 8.5m,and the height is 8.0m;the width of the mid-level outlet is 7.5m,and the height is 7.5m.Th

9、e upstream and the downstream side of every outlet are a bulkhead gate and a operating gate which is a radial gate.There is a room where a gate hoist is put above every service gate.The two rooms which are above the mid-level outlet service gate are at an elevation of 150.82 metres,and the other two

10、 rooms are at an elevation of 173.38 metres.The intake of the mid-level outlet is at an elevation of 135 metres,and the intake of the short-level outlet is at an elevation of 164 metresThe power house lies at the damtoe.The dimensions of the power house and the auxiliary room are 81m×18m and 66

11、m×10m.The generator floor is at an elevation of 114.8m metres,and the bottom of the draft tube is at an elevation of 90.8 metres, the top of the power house is at an elevation of 130.5 metres ,and the intake of hydropower station is at an elevation of 152.4 metresIn case of leakage of the dam f

12、oundation,there need curtain grouting at the base of the dam,behind which there are drainage holes which can decrease the uplift pressure of the dam foundationIn radial directions it needs to set key strench, which will reinforce the resistant of shearing intension of the dam.For the bottom of the d

13、am is smaller than 4050 metres, so it needs no longitudinal joints. 目錄第一章 綜合說明- 7 -1.1概述- 7 -1.1.1樞紐概述- 7 -1.2工程特性表- 8 -第二章 設計資料- 10 -2.1樞紐任務- 10 -2.2根本資料- 11 -2.2.1自然地理- 11 -2.2.2工程地質- 14 -2.2.3筑壩材料- 15 -2.2.4庫區(qū)經(jīng)濟- 15 -2.2.5其它- 16 -第三章 洪水調節(jié)- 17 -3.1泄水建筑物型式選擇- 17 -3.2確定工程等別和級別- 18 -3.2.1工程等級- 18 -3.

14、2.2技術標準- 18 -3.2.3洪水標準- 19 -3.3水庫運用方式- 19 -3.4調洪演算及設計根本數(shù)據(jù)- 19 -3.4.1調洪演算的目的- 19 -3.4.2調洪演算的原理- 19 -3.4.3計算方法- 20 -3.4.4 泄洪方案的選擇- 21 -第四章 壩型選擇及樞紐布置- 25 -4.1 壩址壩型選擇- 25 -4.1.1混凝土重力壩- 25 -4.1.2土石壩- 26 -4.1.3混凝土面板堆石壩- 26 -4.1.4拱壩- 26 -4.1.5綜合選擇- 27 -4.2壩體形態(tài)選擇- 27 -4.2.1單曲拱壩- 27 -4.2.2雙曲拱壩- 27 -4.2.3壩型比擬

15、- 28 -4.3方案比擬- 28 -4.3.1最大壩高計算- 28 -4.3.2重力壩方案- 29 -4.3.3拱壩方案- 29 -4.4組成建筑物及樞紐布置- 30 -4.4.1組成建筑物- 30 -4.4.2樞紐布置- 31 -4.5泄水建筑物型式選擇- 31 -4.6廠房及引水系統(tǒng)布置- 31 -4.7 樞紐總體布置- 31 -5.1拱壩形態(tài)和剖面尺寸的擬定- 32 -拱壩形式選擇- 32 -5.1.2拱冠梁剖面尺寸的擬定- 32 -5.2拱壩的布置- 34 -5.2.1拱壩布置的原那么:- 34 -5.2.2拱壩布置步驟- 34 -5.3拱壩的荷載及其組合- 35 -5.3.1荷載及

16、計算- 35 -5.3.2荷載組合- 41 -5.4計算原理和計算步驟- 41 -5.4.1計算原理- 41 -5.4.2計算步驟- 42 -5.5拱壩應力分析電算,手算- 42 -5.5.2手算- 43 -5.6壩肩穩(wěn)定驗算- 49 -5.6.1根本資料- 49 -5.6.2驗算原理- 50 -5.6.3主要作用力計算- 51 -5.6.4驗算工況- 52 -5.6.5驗算結果- 52 -第六章 泄水建筑物設計- 53 -6.1泄水建筑物組成與布置- 53 -6.2壩身進水口設計- 53 -6.2.1管徑的計算- 53 -6.2.2進水口的高程- 53 -6.3 泄槽設計計算- 54 -6.

17、4 導墻設計- 54 -6.5 消能防沖計算- 55 -6.6 泄水孔口應力及配筋- 57 -6.6.1計算原理- 57 -6.6.2壩內孔口的形狀和作用力- 57 -6.6.3 矩形孔口的應力計算- 59 -6.6.4配筋計算- 61 -第七章 壩體細部構造及地基處理- 62 -7.1壩體構造與細部結構設計- 62 -7.1.1壩體與壩面- 62 -7.1.2壩體分縫- 62 -7.1.3壩內廊道和壩后工作橋- 63 -7.2壩基處理- 64 -7.2.1壩基處理的一般要求- 64 -7.2.2地基的處理和開挖- 64 -7.2.3壩基排水- 65 -參考文獻- 66 -結語- 68 -第一

18、章 綜合說明 A江是我國東南地區(qū)的一條河流,流向自西向東,流經(jīng)A省南部地區(qū),匯入東海,干流全長153公里,流域面積4860平方公里。根據(jù)流域規(guī)劃擬建一座水電站,本設計任務是對A江水利樞紐進行設計。 A江水利樞紐是一項同時兼顧防洪,發(fā)電,灌溉,漁業(yè)等綜合作用的水利工程。壩址以上流域面積2761平方公里, 水庫正常蓄水位為183.25m,汛前限制水位為182m,死水位為164m,設計水位為186.7m,校核水位為189.80m。 電站多年平均發(fā)電量為5.08億度,4臺機組滿載時的流量為338m3/s,尾水位103.5m。正常蓄水位時,水庫面積為35.6平方公里,為開展養(yǎng)殖創(chuàng)造了有利條件,同時增加灌

19、溉面積250萬畝。 A江水利樞紐的主要組成建筑物有攔河大壩,壩后式廠房,泄水建筑物,過木筏道,開關站以及上壩公路等。 攔河大壩為雙曲拱壩,最大壩高為100.5m,主體工程量約為363360m3左右,壩頂寬8.5m,壩頂拱弦長約310m,壩底寬25.7m。 壩后式廠房裝有4臺5萬kW的發(fā)電機組,主廠房長81m,寬18m,副廠房長66m,寬10m,安裝場長21m,寬18m,尾水管底高程為90.8m。發(fā)電機層高程114.8m。 泄水建筑物由兩個淺孔和兩個中孔組成:淺孔位于兩岸,孔口寬8.5m,高8.0m,進口底高程為164.0m,出口底高程為154.0m;中孔位于水電站進水口兩側,孔口寬7.5m,高

20、7.5m,進口底高程為135.0m,出口底高程為130.0m。在壩身泄水孔的上下游側分別布置檢修閘門和工作閘門,檢修閘門采用平板門,工作閘門采用弧形閘門,在每一個工作閘門的上方有啟閉機房,淺孔啟閉機房高程為173.38m,中孔啟閉機房高程為150.82m。泄槽支撐結構采用框架式結構?？岔敻叱虨?19.4m,淺孔反弧半徑為35m,中孔反弧半徑為50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角20o,導墻厚度為1.0m, 淺孔導墻高度為8.5m,中孔導墻高度為11m。 過木筏道位于右岸。根據(jù)林業(yè)部的要求,每年木材過壩量為33.3萬m3,起木材最大長度為10m,大頭直徑為100cm。 開關站長66

21、m,寬26m,位于左岸。在明確設計任務及對原始資料進行綜合分析的根底上,要求: 1根據(jù)防洪要求,對水庫進行洪水調節(jié)計算,確定壩頂?shù)母叱毯托顾ㄖ锟卓诔叽纭?2通過分析,對可能的方案進行比擬,確定樞紐組成建筑物的形式,輪廓尺寸及水利樞紐布置方案。 3詳細做出大壩設計,并通過比擬確定壩的根本剖面和輪廓尺寸,擬定地基處理方案和壩身構造,進行水利計算、靜力計算。 4對地基處理(待壩型選定后指定)進行設計,選擇泄水建筑物的形式與輪廓尺寸,確定布置方案,擬訂細部構造,進行水利計算、靜力計算。 5對A江水利樞紐各組成建筑物進行總體布置以及細部構造設計。表1-1 工程特性表水 庫 特 性主要建筑物大壩資料大

22、壩級別級大壩型式雙曲拱壩壩頂厚度8.50m混凝土方量363360立方米泄水建筑物 泄洪方式/孔口尺寸進口高程出口高程××閘門形式檢修閘門 平板閘門,設在進口處工作閘門 弧形閘門,設在出口處(表1-1)泄水建筑物消能方式滑雪道式泄槽挑流對撞消能P1下泄流量6600m3/s下泄流量6880m3/s廠房最大引用流量338 m3/s裝機容量4×引水道型式鋼管數(shù)量4條第二章 設計資料 A江是我國東南地區(qū)的一條河流,根據(jù)流域規(guī)劃擬建一水電站。本設計的任務是對A江水利樞紐進行設計,其根本設計要求如下。 本工程同時兼有防洪,發(fā)電,灌溉,漁業(yè)等綜合利用。水電站裝機容量為20 萬kW

23、,多年平均發(fā)電量5.08億度。正常蓄水位183.25m,汛前限制水位182m,死水位164m,4臺機滿載時的流量338m3/s,尾水位103.5m,廠房形式為壩后式。本工程建成后,可增加保灌面積250萬畝,減輕洪水對A江A市和A平原的威脅,在遇到P0.02%和P0.1%頻率的洪水時,經(jīng)水庫調洪后,洪峰流量由原來的14900m3/s、11700m3/s分別削減為7650m3/s、6650m3/s,要求設計洪水時最大下泄流量限制為6650m3/s,正常蓄水位時,水庫面積為35.6平方公里,可為開展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。此外,根據(jù)林業(yè)部的要求,每年木材過壩量為33.3萬立方米,其木材最大長度為10m,大

24、頭直徑為100cm。2.2.1自然地理 2.2.1.1流域概況 A江為我國東南部的一條河流,流向自西向東,流經(jīng)A省南部地區(qū),匯入東海,干流全長153km,流域面積4860km2。 壩址以上流域面積2761 km2,流域境內為山區(qū),平均高度662m,最高山峰達1921m,流域境內氣候濕潤,雨量充分為熱帶氣候。徑流主要來自自降雨,小局部由地下水補給,每年49月為汛期,其中5、6月份為梅雨季節(jié),河道坡降上游陡,下游緩,平均坡降6.320.97%,因為河道陡,調蓄水能力低,匯流快,由暴雨產(chǎn)生的洪水迅速漲落,一次洪水過程線尖瘦,屬于典型的山區(qū)性河流。 流域境內以農(nóng)林為主,森林茂盛,植被良好,水土流失不嚴

25、重,樞紐下游為A省的重要農(nóng)副業(yè)基地A平原。 壩址下游約50公里有縣級城市兩座,在河流入海處有省直轄市一座。1氣溫°C,月平均氣溫最低(一月份)5°C,最高(七月份)29°°°C。2濕度 年平均相對濕度79%左右,其中以6月份87%為最大,1月份72%為最少,日變化較大。3降雨量 壩址以上流域的年平均降雨量為1680毫米,實測年最大降雨量為2389毫米,最少為1380毫米,雨量在年內分配不均,其中49月份的占年降雨量的75%,5、6月份的占全年的1/ 3。表2?1 各月雨量的雨型及日數(shù)統(tǒng)計表123456789101112全年實際天數(shù)d312831

26、3031303131303130310.3-10雨日mm34571212109876410-30雨日mm23458965432130以上雨日mm9118563221004蒸發(fā)量: 壩址處多年蒸發(fā)量為1349毫米,其中以7月份最大,月蒸發(fā)量217毫米,2月份為最小,月蒸發(fā)量45.4毫米。5風向風力 實測最大的風速為71m/sec,風向西北偏西,吹程4.5公里,多年平均最大風速為:汛期12m/sec,非汛期13m/sec,風向根本垂直壩軸線,吹程4公里。6水庫水溫 據(jù)資料分析,各層水溫的多年平均水溫TH及年變幅TC按以下公式計算: TH Tc= 其中:H為水深。 1正常徑流 根據(jù)資料分析,壩址處的

27、多年平均徑流量為100m3/s,多年均徑流總量為31.5億m3,各頻率的月平均量見表:表2?2 各頻率的月平均流量月份頻率(%)123456789101112多年平均1116267324490689679346263331102121113186578179235364510537352177210737773150502149891412162777844442616169780819477312718422151213457495252236691215426115523651031622152951156167312424100 2洪峰流量和總量 根據(jù)水文資料推算,壩址處的洪峰流量和總量

28、如下:a.洪峰流量Q=3310m3/s,Cv0.45,Cs4Cv, 皮型線,各頻率流量如下表所示:表2?3各頻率流量表頻率(%)0.020.10.215102050備注流量1490011700m3/s 三日洪水總量的均值W3.5億m3,Cv0.38,Cs3Cv,皮型線,各頻率流量如下表所示:表2?4各頻率流量表頻率(%)0.010.10.20.215102050備注 可能最大三日洪量為15/4億m3。 三日洪水過程線見附圖表2?5施工期的設計洪水頻率量 施工時段 頻率104月96月103月116月112月122月 備注52087177213671367884824101673141010721

29、07265459620127510457847844343323固體徑流量及水庫淤積 據(jù)水文站實測資料分析,年固體徑流總量為331萬噸,百年后水庫淤積高程115m,淤沙容量為8.5kN/m3,內摩擦角10°。4其他 本壩址地震烈度為7?。 庫區(qū)巖性以火山巖和沉積巖為主,褶皺規(guī)模不大,均為背斜,兩翼地層平緩,并且不對稱。有較大的斷層二條,這些褶皺和斷層呈北東向展布,以壓扭性為主,傾角較陡,延伸長度達幾至幾十公里,斷層單寬1米左右。個別達10米以上。斷層破碎都已膠結。 庫區(qū)水文地質簡單,以裂隙水為主,地下分水嶺均高出庫水位以上。1地貌 壩址處的河床寬度為100m,河底高程100m,水深1

30、3m。河谷近似“V型,兩岸約40°60°。 河床覆蓋層由大塊石、卵石組成。厚度約56m,兩岸山坡為第四系覆蓋層,厚度為510m左右。2巖性和工程地質 壩基為花崗巖,風化較淺,巖性均一,新鮮堅硬完整,抗壓強度達120200MPa。 壩址的地質構造簡單,無大的地質構造,緩傾角節(jié)理延伸短,整體滑動可能性小。但陡傾角節(jié)理較發(fā)育,以構造節(jié)理為主,左右岸各有走向互相垂直的二組節(jié)理。其中一組近似平行于山坡等高線,方向見地形圖,節(jié)理傾角約35°90°,節(jié)理面無夾泥存在。壩址處的水文地址較簡單,未發(fā)現(xiàn)裂隙承壓水。3 巖石的物理力學性質表2?6 巖石的物理力學性質表巖性或地

31、質構造容重(kN/m3)孔隙率(%)抗壓強度(MPa)彈性模量MPa摩擦系數(shù)粘著力(MPa)泊松比()抗剪系數(shù)抗剪斷系數(shù)干濕干飽和混凝土基巖內部混凝土基巖內部×節(jié)理面0.650.751.0基巖與混凝土相對隔水層離基巖外表深15m。 壩區(qū)大局部地區(qū)為花崗巖,基巖埋深淺,極易開采,且河床覆蓋層中的塊石、卵石可利用,因此筑壩石料極易解決。 在壩下游勘探6個砂料場,最遠料場離壩約9km,以石英破碎帶的料場為主,初估砂料儲量430萬m3。經(jīng)質量檢驗,砂石料符合標準要求。 壩址處缺乏筑壩的土料。 庫區(qū)除有小片盆地外,其余多為高山峽谷地帶。耕地主要分布在小片盆地上,高山上的森林茂密。在正常蓄水位時

32、,需遷移人口21444人,拆遷房屋19240間,淹沒、浸沒耕地16804畝,淹沒森林面積18450畝,淹沒縣社建造的二座小型水電站裝機2210kW)等,共需賠償費4120萬元。 本壩址上游左岸30km處有鐵路干線車站,另有公路與壩址下游50km的兩座縣城相通,兩縣城有公路和水路與河流入海處的直轄市相連,對外交通較為方便。 壩址下游兩岸有較大的沖積臺地,地形平緩面積較大,適宜布置工廠和生活建筑區(qū)。 本電站主要供給壩下游A平原的農(nóng)村生產(chǎn)用電及直轄市的工業(yè)用電,并擔負A電網(wǎng)的局部調峰任務。 經(jīng)計算所得的壩頂寬度符合要求為8.5m。第三章 洪水調節(jié) 本工程已選定拱壩方案見后,故泄水建筑物型式選擇需要考

33、慮拱壩結構的特點,其泄洪方式,有:表孔溢流、壩身開孔泄流(淺孔或中孔)、壩身溢洪道和利用導流隧洞泄洪等。 (1)壩身開孔方案:實驗研究說明,壩身開孔方案包括淺孔和中孔方案。為合理布置廠房,淺孔或中孔設在兩岸,對稱布置,可利用水流對撞消耗能量。其優(yōu)點與表孔溢流方案相同,適當尺寸的孔口對壩體應力影響不大,利用壩身開孔可節(jié)省另建溢洪道的投資。缺點是當水流過壩后需設置滑雪道泄槽,并進行合理選型和布置。泄槽假設做成排架式,進廠公路可從排架間穿過。此外,應注意開孔數(shù)量和設置高程,假設同一高程開孔數(shù)量多,該層拱圈削弱較多,應盡量防止。 壩身開孔方案:實驗研究說明,壩身開孔方案包括淺孔和中孔方案。為合理布置廠

34、房,淺孔或中孔設在兩岸,對稱布置,可利用水流對撞消耗能量。其優(yōu)點與表孔溢流方案相同,適當尺寸的孔口對壩體應力影響不大,利用壩身開孔可節(jié)省另建溢洪道的投資。缺點是當水流過壩后需設置滑雪道泄槽,并進行合理選型和布置。泄槽假設做成排架式,進廠公路可從排架間穿過。此外,應注意開孔數(shù)量和設置高程,假設同一高程開孔數(shù)量多,該層拱圈削弱較多,應盡量防止。 2 表孔溢流方案:突出優(yōu)點是泄洪能力大,可減小孔口尺寸,閘門上的水壓力小,操作檢修方便;缺點是壩身薄弱,需設置泄槽或滑雪道結構。實體的泄槽結構工程量較大,不經(jīng)濟,輕型的滑雪道結構易引起振動,穩(wěn)定性不好。此外,表孔結構使壩體堰頂以上失去空間結構作用,拱的空間

35、結構作用從堰頂高程以下才能得以發(fā)揮。 (3)利用導流隧洞泄洪方案:拱壩的施工導流須采用一次斷流方案,故施工時需在某一岸開挖導流隧洞,以便壩體施工,竣工后導流隧洞完成自己的使命,不再使用。為充分利用現(xiàn)成的洞子,水利建設中常將進口段改建成“龍?zhí)ь^,將導流隧洞改建成泄洪洞,以節(jié)省工程投資。結合該工程的實際情況,考慮因導流洞長度較短,改建成泄洪洞后,除“龍?zhí)ь^局部外可利用的長度不長,加上改建局部的開挖和老洞的封堵,實際并不能有效節(jié)省工程投資,故需認真比擬決定。 (4)壩外溢洪道泄洪方案:該方案適用于有天然埡口,便于布置正槽式溢洪道的地形條件。A江提供的地形圖壩址附近,未見有天然埡口地形,故不考慮該方案

36、。 (5) 方案選擇:依據(jù)A江水利樞紐的具體情況,全面綜合比擬以上所述四種方案,壩外溢洪道泄洪方案和利用導流隧洞方案不及采用表孔溢流和壩身泄水孔方案,采用滑雪道結構工程投資遠小于修建壩外泄水建筑物的工程投資,故初步選擇以下方案進行調洪演算: 1) 4表孔+2中孔泄洪方案 2) 2淺孔+2中孔泄洪方案 3) 4中孔泄洪方案 4) 壩身泄流與利用導流隧洞 在工程平安與經(jīng)濟之間存在著矛盾,為使工程的平安可靠性與其造價的經(jīng)濟合理性適當統(tǒng)一起來,水利樞紐及其組成建筑物要分等分級,即先按工程的規(guī)模、效益及其在國民經(jīng)濟中的重要性,將水利樞紐分等,而后再對各組成建筑物按其所屬樞紐等別,建筑物作用及重要性進行分

37、級。 本工程校核水位為189.80m,查庫容曲線得相應庫容為12.01億m310億m3,根據(jù)我國水利部頒發(fā)的現(xiàn)行標準?SDJ12-78?水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準(山區(qū)、丘陵區(qū)局部)?,結合A江樞紐給定的特征水位和根本資料,通盤考慮水庫總庫容、防洪效益、裝機容量等因素,確定A江水利樞紐工程等別為一等,工程規(guī)模為大(1)型工程,主要建筑物級別為1級,次要建筑物級別為3級,臨時性建筑物級別為4級。 混凝土拱壩設計標準(SL282-2003)規(guī)定:對于根本荷載組合,允許拉應力為1.2MPa,平安系數(shù)為4.0;對于非地震情況特殊荷載組合,允許拉應力為1.5MPa,平安系數(shù)為3.5;混凝土極限抗

38、壓強度指90d齡期15cm立方體的強度,保證率為80%,那么混凝土的容許壓應力為混凝土極限抗壓強度除以平安系數(shù);當考慮地震荷載時,允許拉應力可適當提高,但不超過30%,即1.95 MPa。 設計洪水標準為千年一遇,校核洪水標準為五千年一遇。 根據(jù)上述分析,本工程采用2淺孔和2中孔泄洪方案,在不影響工程效益前提下,盡量降低壩高可大大節(jié)省投資,故水庫在洪水期的運用方式為:洪水到來之前開閘放水,騰空水庫,將庫水位降落至汛前限制水位182m處,即起調水位,起調流量為正常水位下開啟淺、中孔時對應的下泄流量及發(fā)電流量之和。 1、 根據(jù)防洪要求,對水庫進行洪水調節(jié)計算,以確定上游不同洪水標準下的下泄流量,然

39、后確定出設計洪水位和校核洪水位。 2、根據(jù)調洪演算得出設計水位下的下泄流量,以選定泄洪方式和擬定泄洪建筑物的孔口尺寸。 洪水在水庫中行進時,水庫沿程的水位、流量、過水斷面、流速等均隨時間變化,其流態(tài)屬于明渠非恒定流。根據(jù)水力學明渠非恒定流的根本方程,即圣維南方程組為: 連續(xù)性方程:(3-1) 運動方程:- (3-2) 式中:?過水斷面面積(m2) t?時間(s) Q?流量(m3/s) s?沿水流方向的距離(m) Z?水位(m) g?重力加速度(m/s) v?斷面平均流速(m/s) k?流速模量(m3/s) 通常,采用簡化的瞬態(tài)法來解這個方程組。瞬態(tài)法將上式進行簡化而得出根本公式,在結合水庫的特

40、有條件對根本公式進一步簡化,那么得出專用于水庫調洪計算的實用公式: (3-3) 式中:Q1,Q2?分別為計算時段初、末的入庫流量(m3/s) ?計算時段中的平均入庫流量(m3/s),它等于(Q1+Q2)/2 q1,q2?分別為計算時段初、末的下泄流量(m3/s) ?計算時段中的平均下泄流量(m3/s),即等于(q1+q2)/2 V1、V2?分別為計算時段初、末的水庫蓄水量(m3) V?為V1、V2之差 t?計算時段,一般取16小時,需化為秒。 這個公式實際表現(xiàn)為一個水量平衡方程式。 當水庫入庫洪水過程線時,Q1、Q2、均為:V1、q1 那么是計算時段t開始時的初始條件。于是,式中的未知數(shù)僅剩下

41、V2、q2。當前一個階段v2、q2求出后,其值即成為后一個階段的v1、q1值,使計算可以逐時段的進行下去。又知,假定不計自水庫取水的興利部門泄向下游的流量,那么下泄流量q應是泄洪建筑物泄流水頭H的函數(shù),而當泄洪建筑物的形式、尺寸等已定時: (3-4) 式中: A?系數(shù),與建筑物形式和尺寸、閘孔開度以及淹沒系數(shù)等有關 B?指數(shù),對于堰流為3/2,對于閘孔出流,一般為1/2采用高切林計算法,以直線近似代替泄水過程線計算步驟如下:假定三條泄水過程線AB1,AB2 , AB3 ,(如圖1-1a)1)求出相應的庫容 V1,V2,V3 陰影局部面積,下泄流量Q1,Q2,Q3;2)根據(jù)V1,V2,V3在庫容

42、曲線上得出的相應的上游水位Z1,Z2,Z3;3)在繪有泄水建筑物泄流能力曲線L1的Q-Z坐標圖上,繪出相應的點P1Q1,Z1?P2Q2,Z2?P3Q3,ZZ (如圖1-1b)4)過點P1?P2?P3繪出曲線L2交L1于P,對于P點的泄流量Q必為攔洪時泄水建筑物最大下泄流量,相應的水位Z即是所求攔洪水位。3.4.4 泄洪方案的選擇(1)壩身開孔方案 實驗研究說明,壩身開孔方案包括淺孔方案和中孔方案。為合理布置廠房,淺孔和中孔設在兩岸,對稱布置,可利用水流對撞消耗能量。其優(yōu)點與表孔溢流相同,適當尺寸的孔口對壩體應力并無大的影響,利用壩身開孔泄洪可節(jié)省另建溢洪道的投資。缺點是當水流過壩后需設置滑雪道

43、泄槽,并進行合理選型和布置,泄槽假設做成排架式,進廠公路可從排架間通過。此外,應注意開孔數(shù)量和設置高程,假設同一高程開孔數(shù)量多,該層拱圈削弱數(shù)量多,應盡量防止;(2)表孔溢流 其突出優(yōu)點是泄洪能力大,可減小孔口尺寸,閘門上的水壓力小,操作檢修方便,缺點是壩身薄弱,需設置泄槽和滑雪道結構。實體的泄槽結構工程量較大,不經(jīng)濟,輕型的滑雪道結構易引起震動,穩(wěn)定性不好。此外,表孔結構使壩體堰頂以上失去空間結構作用,拱的空間結構作用從堰頂高程以下才得以發(fā)揮;(3)利用導流隧洞泄洪方案 拱壩的施工導流需采用一次斷流方案,故在施工時需在某一岸開挖導流隧洞,以便壩體施工,竣工后導流隧洞完成自己的使命,不再使用。

44、為充分利用現(xiàn)成的洞子,水利建設中常將進口段改建成“龍?zhí)ь^,將導流洞改建成泄洪洞,以節(jié)省工程投資。結合該工程的實際情況,考慮因導流洞長度較短,改建成泄洪洞后,除“龍?zhí)ь^局部外,可利用的長度不長,加上改建局部的開挖和老洞的封堵也需要一定的投資,故須認真比擬決定。(4)壩外溢洪道泄洪方案 該方案適用于有天然埡口,便于布置正槽式溢洪道的地形條件,A江提供的地形圖壩址附近,未見有天然埡口地形,故不考慮該方案; 本設計從壩址處的地形地質條件等因素綜合考慮,擬采用壩身泄洪方式。初步選擇以下方案進行調洪演算: 方案一:4表孔+2中孔 方案二:2淺孔+2中孔 方案三:4中孔 調洪演算根據(jù)水量平衡原理計算,計算時

45、先按不同的出口高程和孔口尺寸擬定多組方案,計算結果見后表。 用水力學公式計算出上游庫水位與下泄流量的關系。公式:表孔: (3-5) 式中:Q1?流量(m3/s) B?溢流孔凈寬(m) H0?溢流孔堰頂作用水頭(m) g?重力加速度(m/s2); ?側收縮系數(shù),;m?流量系數(shù),初設計時,在定型設計水頭下,當P/H3P為堰高m時,那么m0.470.49;當P/H3時,m0.440.4。本次設計取為0.48?？卓谛沽鞴? QA (3-6)式中:A?出口處的面積(m2)H?自由泄流時,為孔口中心處的作用水頭(m);淹沒泄流時,為上下游水位差(m).×a/H (3-7) 式中:a?孔口高度(

46、m) g?重力加速度(m/s2) Q?下泄流量(m3/s)(1) 2淺孔+2中孔表3-1 2淺孔+2中孔最大泄洪流量與最高水位結果表 方案起調流量 最大泄量最高水位(m3/s)(m3/s)(m) 最大設計泄洪流量為6600m3/s,校核流量為6880m3/s,最高設計水位為186.7m,最高校核水位為189.80m。(2)4表孔+2中孔表3-24表孔+2中孔最大泄洪量與最高水位結果表 方案 起調流量 最大泄量 最高水位 (m3/s) (m3/s) (m) (3)4中孔表3-34中孔最大泄洪量與最高水位結果表高寬出口高程上游水位出口中心處水頭流量系數(shù)起調流量最大下泄量最高水位(m)(m)(m)(m)(m)(m3/s)(m3/s)(m)(4)壩身泄流與利用導流隧洞 因客觀因素,現(xiàn)對壩身泄流與利用導流隧洞不進行調洪計算,只對其進行定性分析。 對于表孔、淺孔、中孔方案在滿足防洪要求時, 4中孔方案缺點是同一高程開孔數(shù)量多,令該層拱圈削弱過多,對壩體結構作用影響大,不宜布置。 4表孔+2中孔方案優(yōu)點是泄洪能力強,但缺點是壩體較高,同時表孔結構使壩體堰頂以上失去空間結構作用