朱家滩水电站设计_水工建筑物课程设计(编辑修改稿)

朱家滩水电站设计_水工建筑物课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

，最宽可达400~500m，二、三级阶地仅残存一小部分。 河谷两岸支流分布有一级阶地，阶地堆积物二元结构清晰，上部黄土、壤土夹碎石，下部卵（砾）石。 （ 2）地层岩性 上坝址引水枢纽位于码头村东北渭河干流上，该段河谷部宽 150～ 300m，宽38～ 45m，河床高程 679～ 683m，河漫滩表面高程 ～ ，河床漫滩堆积的卵石层厚度 ～。 左坝肩山坡岩石体裸露 ，坡面倾角 40～ 50 度。 右坝山坡高呈 以下岩体裸露，岸坡陡立，以上为黄土斜坡，坡面角度 20度左右，无不良物理地质现象。 地质特性从上至下概况如下： 中沙层（ Q4a1+p1）：黄褐色，长石、石英质，均粒结构，稍湿 — 饱和，松散 — 稍密状态，层厚。 卵石层（ Q4a1+p1）：由石英岩、花岗岩碎块组成，亚园形，一般粒径 58cm，最大 30cm，充填沙 15%。 该层遍布场地，稍密状态，层厚。 漂石层（ Q4a1+p1）：由石英岩、花岗岩碎块组成，亚园形，一般粒径 2025cm，最 大 90cm，充填沙 10%，松散 — 稍密，分布广，层厚。 园砾层（ Q4a1+p1）：由石英岩碎块组成，亚园形，一般粒径 215mm，最大约 50cm，充填沙 10%，夹卵石薄层，松散 — 稍密状态，在左岸呈凸镜体分布，层 厚。 基岩层（ r5）：花岗岩，浅褐色，主要矿物为长石，石英岩次之，或黑云母，中粒结构，块状结构，少量裂隙，中等风化。 基岩埋深 ，岩石分类为Ⅱ类。 坝址处地层强透水层，渗透系数 K=。 中砂层有振动液化的可能，应挖去。 坝址基岩 物理力学参数 坝 基砂卵石层物理、力学指标建议值表如下表 1— 2。 表 1— 2 砂卵石层物理 力学指标建议值表 地貌 地层 渗透系数(m/d) 允许水力坡降 （ i） 承载力基本值f0 (kpa) 变形模量 E0 (Mpa) 摩擦系数f 6 砂卵石 55 380 26 两坝肩弱风化花岗岩岩体裂隙发育，比较破碎，岩石和饱和单轴抗压强度Rb=90～ 100MPa，岩体纵波速度 Vp=2020～ 3750m/s，完整系数 Kv=～ ，岩体的基本质量指标 BQ=237～ 378，基本 质量级别 III～ IV 级，岩体物理、力学指标建议值如下表 1— 3。 表 1— 3 坝基岩体力学指标建议值表 岩石名称 密度 抗剪断强度 变形模量 泊桑比 ρ f′ c μ g/cm3 — Mpa Gpa — 花岗岩 5 第 二 章 工程总体布置 根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》（ SL2522020）规定，朱家滩装机 9600kw，为五等工程，即小（ 2）型水电工程，其主要建筑物为 5 级建筑物。 故朱家滩水电站枢纽设计洪水标准为 10 年一遇，相应洪峰流量 Q=3019 m3/s，校核洪水标准为 50 年一遇，相应洪峰流量为 Q=5254 m3/s，厂区防洪标准为 30年一遇洪水设计，相应洪峰流量 Q=4547 m3/s， 50 年一遇洪水校核，相应洪峰流量 Q=5254 m3/s。 经多方案比较，朱家滩水电站选择枢纽布置在朱家滩村上游 300m 的渭河主干流上，上游距小水河汇入口。 进水闸、冲砂闸布置在左岸，厂区布置在朱家滩下游 100m 渭河一级阶地上，该处的主流靠左岸，河岸开阔有利于布置水电站建筑物。 本引水枢纽工程由三大部分组成，拦河溢流坝、冲沙 闸及进水闸，附属工程有上游防渗、下游消能工程，包括消力池、海漫、防冲槽，工程范围内的两岸翼墙及护岸工程。 右岸为进水闸， 与溢流坝轴线夹角为 34176。 ，闸底板表面高程为 681m，闸孔宽为 ，设胸墙 顶部高程为 695m， 底部高程为 685m,胸墙高 10m。 闸室用 C30砼浇筑 ， 闸门为宽 ， 高 4m的平面铸铁闸门。 坝轴线垂直河道，坝布置在河中及左岸。 溢流坝长 130m，坝高 14m，坝底宽，坝顶高程 ，坝底高程。 坝体内 填充 浆砌石 ，表面为C15混凝土。 冲沙闸布置在右岸靠近进水 口一侧，冲沙闸 3 孔，每孔宽 4m。 冲沙闸为敞开式，上部设 11m高胸墙，闸门为 4 5m的平面铸铁闸门， 四 扇。 左边墩厚 2m，中墩宽 2m，右边墩宽 2m。 闸底板 顶面 高程 679m，闸关闭后闸门顶高程 684m。 闸室顶部高程 700m， 工作闸门闸 墩净高 16m， 上设启闭机及启机房 ；检修闸门闸墩净高 11m。 坝、冲沙闸下游 均 采用底流消力池消能， 在坝址下游设消力池 ,消力坎等 ,促使水流在限定范围内产生水跃 ,通过水流内部的旋涡、摩擦、掺气和撞击消耗能量。 消力池底高程 ，池长 39m，深 2m，池尾槛高程为 ，池用 C25混凝土 浇筑。 有关设计规范见表 51。 表 21 有关设计规范 序号 名称 标准编号 1 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252— 2020 2 防洪标准 GB50201— 94 3 水利工程水利计算规范 SL104— 95 4 水利水电工程设计洪水计算规范 SL44— 93 5 水工建筑物荷载设计规范 DL5077— 1997 6 建筑结构荷载规范 GB50009— 2020 7 水工混凝土结构设计规范 SL/T191— 2020 8 水工钢筋混凝土结构设计规范（试行） SDJ20— 78 9 堤防工程设计规范 GB50286— 98 10 城市防洪工程设计规范 CJJ50— 92 11 水利水电工程设计工程量计算规定 SL328— 2020 12 水利水电工程初步设计报告编制规程 DL5021— 93 13 水利水电工程施工组织设计规范 SL303— 2020 14 水电水利工程围堰设计导则 DL/T5087— 1999 15 水电水利工程施工导流设计导则 DL/T5114— 2020 第三章 溢流坝坝体设计 泄流方式选择 溢流重力坝既要挡水又要泄水，不仅 要满足稳定和强度要求，还要满足泄水要求。 因此需要有足够的孔口尺寸、较好体型的堰型，以满足泄水的要求；且使水流平顺，不产生空蚀破坏。 重力坝的泄水方式主要有开敞式溢流和孔口式溢流，前者除泄洪外还可以排除冰凌或其他漂浮物；设置闸门时，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节水位和下泄流量，适用于中小型工程，采用开敞式溢流水库有较大的泄洪能力，本设计采用开敞式溢流。 洪水标准的确定 洪水标准的确定：本次设计的溢流重力坝是Ⅴ级建筑物，根据 GB50201— 94表采用 10 年一遇的洪 水标准设计， 50 年一遇的洪水标准校核。 流量的确定 流量的确定：根据基础资料可知，设计情况下，溢流坝的下泄流量为3019m3/s；在校核情况下溢流坝的下泄流量为 5254m3/s。 单宽流量的选择 一般来说，当河谷狭窄、基岩坚硬，且下游水深较大时，可选用较大单宽流量，以减小溢流前缘宽度，便于枢纽布置；当河床基岩较软弱或存在地质构造等缺陷时，该值应较小些。 以往一般情况，软弱基岩 20～ 50m3/(),较好基岩 50～ 70 m3/(),特别坚硬完整基岩 100～ 150 m3/()。 由该坝址区的地质资料及工程地质概况可知该坝址处基础节理裂隙发育，岩石软弱，综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，故可取单宽流量为 45m3/（ ）。 孔口净宽的拟定 孔口净宽拟定，分别计算设计和校核情况下溢洪道所需的孔口宽度，计算成果如下表： 表 3— 1 不同情况下的 孔口净宽 计算情况 流量 (m3/s) 单宽流量 q〔 m3/()〕 孔口净宽 B（ m） 设计情况 3019(10%) 45 校核情况 5254(2%) 45 根 据以上计算，溢流坝孔口净宽取 B=130m，因为溢流坝按一孔设计，则溢流前缘长度为 L=130m。 定型水头的确定 堰上最大水头 Hmax=校核洪水位－堰顶高程 ==（ m）； 定型设计水头 Hd=（ 75%～ 95%） Hmax=～ （ m）； 取 Hd=， Hd/Hmax=，查表知坝面最大负压为： = =（ m），小于规范的允许值（最大不超过 3～ 6m水柱） ,故最终确定 Hd=，满足要求。 堰型的确定 溢流面由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。 设计要求：（ 1）有较高的流量系数，泄流能力大；（ 2）水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；（ 3）体型简单，造价低，便于施工等。 顶部曲线段 （ 1）由于 WES 溢流曲线的流量系数较大且剖面较瘦，工程量教省，坝面曲线用方程控制，容易找到切点位置，施工教方便，故采用 WES溢流堰形式。 WES 溢流剖面堰型采用幂曲线公式如下： bdd HxaHy  其中 dH — 定型设 计水头， 为了防止出现负压和得到经济的剖面，采用堰顶水头 Hd=(～ ) H0， 取 Hd= H0=4. 8m。 a、 b— 系数，与堰的上游系数面倾斜坡度有关，由《水工建筑物》课本P106 可知，当上游面为垂直的时候 a=,b= ； x、 y—— 以堰顶最高点为原点坐标。 化简为 xxy  图 3— 1 WES 堰堰面曲线 （ 2）堰顶曲线与堰下游面的连接点：堰顶曲线和下游坝面应该是光滑连接，即下游坝面直线是堰顶曲线在交接点的切线。 这两条直线的斜率应相 等。 堰下游面坡度与非溢流坝段的下游面相同为 1： m=1:。 设两曲线相交点坐标为（ x,y） ,易知下游坝面直线斜率为 k=,堰顶曲线在焦点处斜率为曲线方程对 x 求导： )0 2 ( 39。   kxxy 反弧段设计 堰顶高程 ，坝基高程 ，溢流坝高度 14m。 堰顶上游为三段圆弧曲线，下游面为反弧段，堰面方程为 yHx d  ；其后接直线段，坡比 1： ；直线段后接反弧段，反弧半径根据下游收缩断面处水深 hc来确定。 hc 是通过试算得到的。 其具体试算过程如下表： 表 3— 2 上游水位流量关系 H0 Z H0/Hd P1/Hd m Q hc q Eo φ hc39。 由以上，试算得到收缩断面水深： hc=。 下游反弧段半径宜为 R=(4～ 10)hc，对于该溢流坝段，考虑到多种因素，取R=7m。 一般情况下，坝底宽约为坝高的 ～ ，反映在该溢流坝上，底宽为～。 但是，考虑到该坝属于低坝，应尽量取大值，最终定为。 确定上游水位 由上游水位流量关系，可以绘制上游水位流量关系曲线。 绘制结果 如下图： 上游水位流量关系曲线0 1000 2020 3000 4000 5000 6000流量(m3/s)水位（m） 图 3— 2 上游水位流量关系曲线 由以上关系曲线可以查得： 对应于校 核流量 Q=5254m3/s 时的上游校核洪水位为 ，相应单宽流量为 ，对应于设计流量 Q=3019m3/s时的上游设计洪水位为 相应单宽流量为 ， m3/s。 由下游水位流量关系曲线可以查得： 对应于校核流量 Q=5254m3/s 时的下游校核洪水位为 ，对应的下游临界水深 hK=，相应下游水深 ht=，相应共轭水深为 ,淹没系数σj=； 对应于设计流量 Q=3019m3/s 时的下游设计洪水位为 687m，对应的下游临界水深 hK=，相应下游水深 ht=,相应共轭水深为 ,淹没系数σj=。 当一般洪水标准情况下，取 Q=，对应的下游共轭水深为 ,相应下游水深 ht=,淹没 σ j=。 消能防冲设计 由于溢流坝下泄的水流具有很大的动能，常高达几百万甚至几千万 KW，如此巨大的能量，如不妥善处理，势必导致下游河床被严重冲刷，甚至造成塌滑岸破和大坝失事。 所以消能措施的合理选择和设计对枢纽布置、大坝安全及工程量具有重要意义。 《水工建筑物》及《混 凝土重力坝设计规范》可知消能的设计原则是： 1）尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的紊动中，以及水流与空气的摩擦上； 2）不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷； 3）下泄水流平稳，不影响枢纽中其它建筑物的正常运转； 4）结构简单，工作可靠，工程量小。 确定消能形式 （ 1）挑流消能 :挑流消能是利用鼻坎将下泄的高速水流向空中抛。