水力發(fā)電樞紐工程重力壩設(shè)計(jì)

水力發(fā)電樞紐工程重力壩設(shè)計(jì)xx是閩江上的一條南北向大支流，河流長(zhǎng)294公里，流域面積16396平方公里，具有暴漲暴落的特性。本樞紐工程以發(fā)電為主，兼顧與崇溪會(huì)合，流至建興縣又與松溪會(huì)合后才稱xx，xx南流至南平市注入閩江。xx地形自域邊緣，約占流域面積的56%，流域內(nèi)森林茂盛，覆蓋良好，森林面積約占35%，耕地大由于xx當(dāng)?shù)孛禾績(jī)?chǔ)量較少，而河流水力資源豐富，因而決定大力開(kāi)發(fā)水電。多年來(lái)本人承擔(dān)設(shè)計(jì)的重力壩是整個(gè)樞紐工程中的核心主體工樞紐上游已建有七里街水表1重力壩設(shè)計(jì)主要數(shù)據(jù)表發(fā)電正常水位215.5m相應(yīng)下游水位163.88m死水位200.15m泥沙淤積高程174.6m淤沙浮容重=8.71KN/m3孔隙率n=0.45內(nèi)摩擦角為φ=15o設(shè)計(jì)洪水位216.22m相應(yīng)下游水位169.02m通過(guò)溢洪道下泄流量5327.70m3/s校核洪水位217.14m相應(yīng)下游水位169.52m通過(guò)溢洪道下泄流量6120.37m3/s電站進(jìn)水口底板高程為186.20m（壩式進(jìn)水口）綜合考慮xx當(dāng)?shù)氐臍夂颉穸?、降水量、蒸發(fā)量、風(fēng)向風(fēng)力等因素得出相應(yīng)洪水季節(jié)50完整性較好，覆蓋層及風(fēng)化層均較薄。壩址處河床地面高程為146.10m，河床可利用基巖房村料場(chǎng)位于壩上游右岸22公里處，與公路邊小山丘相連，附近河岸地形開(kāi)闊，可張湖料場(chǎng)位于壩址下游62公里的江中靠右岸，附近有鐵路干線的某一小車站，料場(chǎng)厚，采料時(shí)剝土工作量大。無(wú)效儲(chǔ)量與有效儲(chǔ)量之比約1﹕7.4；水泥摻和料在壩址區(qū)10公里范圍內(nèi)，可用者有風(fēng)化后的灰質(zhì)頁(yè)巖及泥煤。前者活根據(jù)國(guó)家建筑委員會(huì)所頒布的地震烈度圖，本地區(qū)應(yīng)屬6度地震區(qū)，壩區(qū)設(shè)防烈度建議為7度。壩頂有交通要求，行車寬度不少于8m。拱壩方案：河谷面寬淺，不是“V”字形，兩岸不對(duì)稱，沒(méi)有適宜的地形條件，故該易于解決，施工導(dǎo)流容易。漿砌石重力壩雖然可以而且此壩型不能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，速度慢，施工質(zhì)可以采用機(jī)械化施工，施工方便快捷，故本根據(jù)《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)溢流壩段：該壩段全長(zhǎng)60m，分3個(gè)壩段，每段長(zhǎng)20m，共分3孔。溢流堰頂高程為201.07m。堰頂安裝工作閘門(mén)和檢修閘門(mén)，閘門(mén)寬×高=15×15。工作閘采用壩頂門(mén)機(jī)啟閉。工作橋面與非溢流壩頂一致。堰頂設(shè)有兩個(gè)中墩，其厚度為4.5m邊電站壩段：電站的裝機(jī)容量為4×6.2＝24.8萬(wàn)千瓦，壩段總長(zhǎng)30m，壩頂高程為攔污閘槽，引水口中心線高程為160.07m，孔徑為6m，進(jìn)口為三向收縮的喇叭口，進(jìn)口前緊貼壩面布置攔污柵，進(jìn)口處設(shè)置事故閘門(mén)和工作閘由主廠房、副廠房等組成。副廠房在主廠房的上游側(cè)，廠開(kāi)關(guān)站右岸非溢流壩段溢流壩段泄水孔壩段左岸非溢流壩段開(kāi)關(guān)站(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(7)(8)(9)副廠房主廠房2000020000(16)(17)(18)右岸非溢流壩段120000溢流壩段60000泄水孔壩段50000左岸非溢流壩段1400002000020000(16)(17)(18)2000020000200002000020000600002000030000200002000020000200002000020000(2)(3)(4)(5)(6)(10)(11)(12)(13)(14)(15)140140圖2樞紐工程布置圖左岸深。壩址區(qū)地層簡(jiǎn)單，表層大部分為第四紀(jì)殘破積崗巖風(fēng)化土所組成，厚度約8～16m。河床部分的沖積層厚度小于5m，下伏巖基均為上白堊紀(jì)花崗巖。綜合防洪、灌溉等因素選壩委員會(huì)做波浪要素按官?gòu)d公式計(jì)算：hl=0.016v/4D01/3(m)L=10.4(hl)(式中：L—波長(zhǎng)，m；H—壩前水深，m；hl—波浪壩頂或防浪墻高程＝設(shè)計(jì)洪水位+Δh設(shè)壩頂或防浪墻高程＝設(shè)計(jì)洪水位+Δh校分設(shè)計(jì)情況和校核情況分別計(jì)算，計(jì)算成果如表2所示:表2壩頂高程計(jì)算成果表計(jì)算情況風(fēng)速V波浪高度波浪長(zhǎng)度風(fēng)壅水高安全加高靜水超高壩頂高程設(shè)計(jì)情況15.070.530.52.62218.84校核情況0.818.790.230.4218.58游剖面采用基本三角形頂點(diǎn)與校核洪水位齊平的由上下游起坡點(diǎn)高程、坡度、邊坡系數(shù)等條件通過(guò)幾何關(guān)系可得壩底寬度為63m，在 1游洪水位為169.02m，壩基設(shè)有防滲帷幕和基礎(chǔ)排水措施。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)算成果見(jiàn)表附錄1非溢流壩剖面圖2.3.2.2.1設(shè)計(jì)洪水位情況下發(fā)生7度非溢流壩剖面圖217.14PPGP217.14PPGPG174.6169.52PPPPLUrHarHUUU圖4非溢流壩荷載圖B—壩底寬度；∑M—對(duì)壩截面形心由（2）式得Ks＝1.53＞1.05滿足穩(wěn)定要求。由（4）式得下游邊緣正應(yīng)力Gyd＝1.40Mpa＜4.3Mpa由（2）式得Ks＝1.37＞1.0滿足穩(wěn)定要求。由（4）式得下游邊緣正應(yīng)力Gyd＝1.58Mpa＜4.3Mpa由（2）式得Ks＝1.12＞1.0滿足穩(wěn)定要求。由（4）式得下游邊緣正應(yīng)力Gyd＝1.40Mpa＜4.3Mpa此，需要有足夠的孔口尺寸、較好體形的堰型，以滿足泄但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便，適用于泄洪量不大、淹沒(méi)損失小壩，閘門(mén)頂高程大致與正常高水位齊平，堰頂高程較3表6孔口凈寬計(jì)算成果表計(jì)算情況流量Q（m3/s）孔口凈寬B（m）設(shè)計(jì)情況5327.70100～15053.28～35.52校核情況6120.37100～15061.20～40.80根據(jù)以上計(jì)算，溢流壩孔口凈寬取45m，設(shè)每孔寬度為15m，則孔數(shù)為3。表7堰頂高程計(jì)算成果表計(jì)算情況流量m3/s側(cè)收縮數(shù)流量系數(shù)孔口凈寬m堰上水頭m堰頂高程m設(shè)計(jì)情況5327.700.950.5024514.65201.57校核情況6120.370.950.5024516.07201.07=215.5-201.07+（0.1～0.2）運(yùn)用堰流公式εmnb分情況校核溢流堰的泄流能力，計(jì)算成果如表8所表8泄流能力校核計(jì)算成果表計(jì)算情況mεB（m）H（m）Q（m3/s）Q′|（Q′-Q）/Q|設(shè)計(jì)情況0.5020.924515.155159.275327.73.26%校核情況0.5120.924516.076045.366120.371.24%堰頂水流流速按公式(7)計(jì)算，由Q=Av=Bhv可得h=(8)；B—鼻坎處水面寬度，m；Q—校核洪水位時(shí)溢流壩下泄流量，反弧半徑R4～10）h＝17.04～42.6m，取R＝20m。由式(9)計(jì)算由式tk=α(10)計(jì)算H2—下游水深，m；α—沖坑系數(shù)，堅(jiān)硬完整的基巖取0.9~k＝3.07>2.5，由《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》得挑流消能形成的沖坑不會(huì)影響大首先繪出壩頂部的曲線，取堰頂部最高點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，堰頂上游部分采用橢圓HH25h25hHhHt t圖5挑流消能沖坑計(jì)算簡(jiǎn)圖n.k—取決于壩頂上游面的坡度；a≈0.28～0.3；a/b代入?yún)?shù)由式（11）得冪曲線方程為y=0.052x1.85高度為4.57m。最后作出反弧段，反弧半徑為20m。溢流壩的剖面如圖6所示： 本次設(shè)計(jì)中發(fā)電孔設(shè)計(jì)成有壓孔，灌1:02 1:02 1圖6溢流壩的剖面圖圖6溢流壩的剖面圖由式（13）得D＝6.34～5.79m矩形進(jìn)口時(shí)，頂面曲線b1/3～1/4）a，側(cè)面曲線b＝a/5。22此處a＝6，b＝0.3a＝1.8則有列表計(jì)算表9橢圓曲線坐標(biāo)值x6543210y0D頂面Dy泄水孔進(jìn)口形狀BABA-AAA-A出口漸變段H=BH=BB-B2-2進(jìn)口漸變段R5,94R5,94 B=D圖7進(jìn)水口草圖50080020002000圖8閘門(mén)槽圖圖8閘門(mén)槽圖面積為2=28.26m2。故出口斷面面積為24.02～26.85m2。出口斷面為方形，其式中：μ—流量系數(shù)；按照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》并結(jié)合本工程具體情況取μ=0.853由式（15）得灌溉孔的工作閘門(mén)布置在進(jìn)水口，工作閘門(mén)2無(wú)壓泄水孔的泄流能力也按公式計(jì)算μ—流量系數(shù)，當(dāng)壓力短管長(zhǎng)度不超過(guò)10倍孔高時(shí)，有閘門(mén)槽時(shí)μ=0.8～0.85，無(wú)閘門(mén)槽時(shí)μ=0.9～0.95。代入數(shù)據(jù)得Q=0.84×16×=273.97m3/s壩頂上游設(shè)置防浪墻，與壩體連成整體，其結(jié)壩體壩頂圖9壩頂細(xì)部構(gòu)造圖為2%，兩邊設(shè)有排水管，匯集路面的有寬1m的人行道，并高出壩頂路面壩體壩頂圖9壩頂細(xì)部構(gòu)造圖工作閘門(mén)布置在溢流壩的頂稍微偏向下游一些，以防閘門(mén)部分開(kāi)啟時(shí)水舌脫離壩面而形成負(fù)壓。采用閘墩的墩頭形狀為上游采用半圓形，下游采用流線型。其上游布置工作橋，頂部高程取非溢流壩壩頂高程即201.07m；下游布置交通橋，橋面高程為非溢圖10溢流壩細(xì)部構(gòu)造圖邊墩向下游延伸成導(dǎo)水墻，其長(zhǎng)度延伸到挑流片距上游壩面1.0m。兩道止水片間距為水片的下部深入基巖30cm，并與混凝土混凝土澆筑塊厚度為4m，縱縫兩側(cè)土澆筑間歇為5d，上層混凝土澆筑前對(duì)下層混凝土鑿毛，并沖洗干凈，鋪2cm先澆筑壩塊 止水片止水片瀝青井止水片后澆筑壩塊圖11止水設(shè)置圖水平施工縫豎縫橫縫圖12壩體分縫圖 500上游面3000自基礎(chǔ)廊道沿壩高每隔 500上游面3000422156733667防滲帷幕和排水孔的布置壩基排水系統(tǒng)1—壩基灌漿排水廊道；2—灌漿孔；3—灌漿帷幕；1—灌漿排水廊道；2—灌漿帷幕；3—主排水孔；5—半圓混凝管；6—輔助排水孔幕；4—排水孔幕；5—排水鋼管；6—三通；4—縱向排水廊道；7—預(yù)埋鋼管；8—壩體7—灌漿孔205m，形狀為城門(mén)洞形，其上422156733667防滲帷幕和排水孔的布置壩基排水系統(tǒng)1—壩基灌漿排水廊道；2—灌漿孔；3—灌漿帷幕；1—灌漿排水廊道；2—灌漿帷幕；3—主排水孔；5—半圓混凝管；6—輔助排水孔幕；4—排水孔幕；5—排水鋼管；6—三通；4—縱向排水廊道；7—預(yù)埋鋼管；8—壩體7—灌漿孔圖圖13廊道布置圖位以下部分，采用一層厚2m具有防滲性能的排水管排水管 排水管排水管排水管出水口圖14廊道連接圖鑄鐵管集水管上端通至壩頂，下端通至廊道，垂直布置。排水管采用無(wú)砂混凝土管。廊道系統(tǒng)如圖15鑄鐵管集水管1196896868998371A7158868868568A86848A8684165A-A3—壩基灌漿排水廊道；2—基面排水廊道；3—集水井；4165A-A3圖15廊道系統(tǒng)圖壩體混凝土應(yīng)滿足強(qiáng)度、抗?jié)B、抗