水力發(fā)電樞紐工程重力壩設計

水力發(fā)電樞紐工程重力壩設計xx是閩江上的一條南北向大支流，河流長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，兼顧與崇溪會合，流至建興縣又與松溪會合后才稱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?shù)孛禾績α枯^少，而河流水力資源豐富，因而決定大力開發(fā)水電。多年來本人承擔設計的重力壩是整個樞紐工程中的核心主體工樞紐上游已建有七里街水表1重力壩設計主要數(shù)據(jù)表發(fā)電正常水位215.5m相應下游水位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設計洪水位216.22m相應下游水位169.02m通過溢洪道下泄流量5327.70m3/s校核洪水位217.14m相應下游水位169.52m通過溢洪道下泄流量6120.37m3/s電站進水口底板高程為186.20m（壩式進水口）綜合考慮xx當?shù)氐臍夂?、濕度、降水量、蒸發(fā)量、風向風力等因素得出相應洪水季節(jié)50完整性較好，覆蓋層及風化層均較薄。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，附近河岸地形開闊，可張湖料場位于壩址下游62公里的江中靠右岸，附近有鐵路干線的某一小車站，料場厚，采料時剝土工作量大。無效儲量與有效儲量之比約1﹕7.4；水泥摻和料在壩址區(qū)10公里范圍內(nèi)，可用者有風化后的灰質頁巖及泥煤。前者活根據(jù)國家建筑委員會所頒布的地震烈度圖，本地區(qū)應屬6度地震區(qū)，壩區(qū)設防烈度建議為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，兩岸不對稱，沒有適宜的地形條件，故該易于解決，施工導流容易。漿砌石重力壩雖然可以而且此壩型不能實現(xiàn)機械化施工，速度慢，施工質可以采用機械化施工，施工方便快捷，故本根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及設計標溢流壩段：該壩段全長60m，分3個壩段，每段長20m，共分3孔。溢流堰頂高程為201.07m。堰頂安裝工作閘門和檢修閘門，閘門寬×高=15×15。工作閘采用壩頂門機啟閉。工作橋面與非溢流壩頂一致。堰頂設有兩個中墩，其厚度為4.5m邊電站壩段：電站的裝機容量為4×6.2＝24.8萬千瓦，壩段總長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，進口為三向收縮的喇叭口，進口前緊貼壩面布置攔污柵，進口處設置事故閘門和工作閘由主廠房、副廠房等組成。副廠房在主廠房的上游側，廠開關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關站(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)地層簡單，表層大部分為第四紀殘破積崗巖風化土所組成，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花崗巖。綜合防洪、灌溉等因素選壩委員會做波浪要素按官廳公式計算：hl=0.016v/4D01/3(m)L=10.4(hl)(式中：L—波長，m；H—壩前水深，m；hl—波浪壩頂或防浪墻高程＝設計洪水位+Δh設壩頂或防浪墻高程＝設計洪水位+Δh校分設計情況和校核情況分別計算，計算成果如表2所示:表2壩頂高程計算成果表計算情況風速V波浪高度波浪長度風壅水高安全加高靜水超高壩頂高程設計情況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與校核洪水位齊平的由上下游起坡點高程、坡度、邊坡系數(shù)等條件通過幾何關系可得壩底寬度為63m，在 1游洪水位為169.02m，壩基設有防滲帷幕和基礎排水措施。根據(jù)《混凝土重力壩設算成果見表附錄1非溢流壩剖面圖2.3.2.2.1設計洪水位情況下發(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，以滿足泄但結構簡單，管理方便，適用于泄洪量不大、淹沒損失小壩，閘門頂高程大致與正常高水位齊平，堰頂高程較3表6孔口凈寬計算成果表計算情況流量Q（m3/s）孔口凈寬B（m）設計情況5327.70100～15053.28～35.52校核情況6120.37100～15061.20～40.80根據(jù)以上計算，溢流壩孔口凈寬取45m，設每孔寬度為15m，則孔數(shù)為3。表7堰頂高程計算成果表計算情況流量m3/s側收縮數(shù)流量系數(shù)孔口凈寬m堰上水頭m堰頂高程m設計情況5327.700.950.5024514.65201.57校核情況6120.370.950.5024516.07201.07=215.5-201.07+（0.1～0.2）運用堰流公式εmnb分情況校核溢流堰的泄流能力，計算成果如表8所表8泄流能力校核計算成果表計算情況mεB（m）H（m）Q（m3/s）Q′|（Q′-Q）/Q|設計情況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)計算由式tk=α(10)計算H2—下游水深，m；α—沖坑系數(shù)，堅硬完整的基巖取0.9~k＝3.07>2.5，由《混凝土重力壩設計規(guī)范》得挑流消能形成的沖坑不會影響大首先繪出壩頂部的曲線，取堰頂部最高點為坐標原點，堰頂上游部分采用橢圓HH25h25hHhHt t圖5挑流消能沖坑計算簡圖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： 本次設計中發(fā)電孔設計成有壓孔，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矩形進口時，頂面曲線b1/3～1/4）a，側面曲線b＝a/5。22此處a＝6，b＝0.3a＝1.8則有列表計算表9橢圓曲線坐標值x6543210y0D頂面Dy泄水孔進口形狀BABA-AAA-A出口漸變段H=BH=BB-B2-2進口漸變段R5,94R5,94 B=D圖7進水口草圖50080020002000圖8閘門槽圖圖8閘門槽圖面積為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《混凝土重力壩設計規(guī)范》并結合本工程具體情況取μ=0.853由式（15）得灌溉孔的工作閘門布置在進水口，工作閘門2無壓泄水孔的泄流能力也按公式計算μ—流量系數(shù)，當壓力短管長度不超過10倍孔高時，有閘門槽時μ=0.8～0.85，無閘門槽時μ=0.9～0.95。代入數(shù)據(jù)得Q=0.84×16×=273.97m3/s壩頂上游設置防浪墻，與壩體連成整體，其結壩體壩頂圖9壩頂細部構造圖為2%，兩邊設有排水管，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壩頂細部構造圖工作閘門布置在溢流壩的頂稍微偏向下游一些，以防閘門部分開啟時水舌脫離壩面而形成負壓。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溢流壩細部構造圖邊墩向下游延伸成導水墻，其長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，縱縫兩側土澆筑間歇為5d，上層混凝土澆筑前對下層混凝土鑿毛，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—預埋鋼管；8—壩體7—灌漿孔205m，形狀為城門洞形，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)圖壩體混凝土應滿足強度、抗?jié)B、抗