水利枢纽和主要建筑物设计[详细]
第六章水电站水利枢纽概述

第一节 概 述
一、坝式水电站水利枢纽 二、引水式水电站水利枢纽
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一、坝式水电站水利枢纽
1、坝式水电站水利枢纽分为坝后式和河床式。 2、其主要建筑物有挡水、泄水建筑物和水电站厂房, 另外为满足综合利用要求还可能有通航、灌溉取水、工 业取水、鱼道及筏道等建筑物。 3、其主要特点是水头由挡水建筑物来集中,建筑物集 中布置在河床中,互相影响较大,必须合理安排。
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有压引水式水电站水利枢纽示意图
1、有压引水式水电站水利枢纽由三个部分组成: 1)首部枢纽:其组成建筑物有拦河坝和有压进水口; 2)有压引水隧洞; 3)厂区枢纽:包括调压室、压力水管、电站厂 房及尾水渠。
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无压引水式水电站水利枢纽示意图
实例
意大利瓦依昂(Vajont)双曲拱坝,1961年建成,坝 顶长190.5m,顶宽3.4m,底宽22.7m,最大坝高 265.5m,是当时世界上最高的混凝土薄拱坝。1963年10 月9日晚,由于连续降雨,水库水位上涨,左岸靠坝的上游 发生大体积岩石滑坡,近3亿m3的滑坡体以40 m/s的速度 滑入水库并冲上右岸,掀起150m高的涌浪,涌浪溢过坝顶 ,冲向下游,致使2600人丧生,但拱坝并未破坏,仅在坝 肩附近的坝内发生二、三条裂缝。据估算,拱坝当时已承受 住相当于8倍设计荷载的作用力,由此可见该拱坝的超载能 力。 2020/4/10
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一、溢流坝
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二、河岸溢洪道
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小浪底水电站
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水利工程建筑物

特点
定义
可分为蓄水建筑物、输水建筑物、整治建筑物等。蓄水建筑物用于储存水资源,如水库大坝;输水建筑物用于输送水资源,如引水渠道、输水管线;整治建筑物用于改善河流状况,如河道整治、护岸工程等。
水利工程建筑物的设计与建设
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02
验收与调试
完成施工后进行验装
根据设计要求,安装相应的机械设备和电气设备。
主体施工
按照设计要求,依次完成各个部位的施工。
施工准备
包括现场勘查、设计交底、施工组织设计等。
基础处理
根据地质勘察资料,对不良地质进行处理,确保建筑物基础稳定。
水利工程建筑物的功能与作用
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03
通过水库、堤防等水利工程建筑物,拦蓄洪水,降低洪峰流量,减轻下游河道的防洪压力,保护人民生命财产安全。
防洪
通过水利工程建筑物调节水资源,满足农业灌溉、工业生产和居民生活用水需求,缓解干旱对经济社会的影响。
抗旱
水资源调配
通过水利工程建筑物,将水资源从丰水区调配至缺水区,优化水资源配置,满足不同地区用水需求,促进区域经济社会发展。
按功能分类
可分为土石坝、混凝土坝、橡胶坝等。土石坝是用土石料堆筑而成,结构简单,造价低;混凝土坝是用混凝土浇筑而成,强度高,耐久性好;橡胶坝则是用橡胶材料制成,具有较好的抗水压和耐腐蚀性能。
按建筑材料分类
水资源调控
水利工程建筑物是实现水资源调控的核心设施,通过水库大坝等蓄水建筑物,可以调节水资源分布,满足生产和生活用水需求。
详细描述
三峡大坝位于中国湖北省宜昌市,是世界上最大的水电站,总装机容量为22.5GW。它由混凝土重力坝、水电站厂房和通航建筑物组成,具有发电、防洪、航运等多重功能。三峡大坝的建设创造了多项世界之最,是中国水利工程技术的杰出代表。
亭口水利枢纽工程布置及主要建筑物设计课件 (一)

亭口水利枢纽工程布置及主要建筑物设计课件 (一)亭口水利枢纽工程布置及主要建筑物设计课件是一门针对水利工程专业学生的课程。
本课程主要介绍了亭口水利枢纽工程的布置及主要建筑物设计的相关知识。
以下是本课程的主要内容:一、亭口水利枢纽工程概述亭口水利枢纽工程位于长江干流中游干河沟段,是一项综合性枢纽工程。
该工程是为了解决长江中游干河沟段干旱、水资源短缺问题而建设的。
该工程的建设能够有效缓解长江中游干河沟段的水资源短缺问题,保障当地的经济发展和人民生活用水。
二、亭口水利枢纽工程布置1、工程位置亭口水利枢纽工程位于长江干流中游干河沟段,距离长江干流约30公里。
工程位置在亭山脚下,地理条件优越。
2、工程主要部分亭口水利枢纽工程主要由以下几部分组成:(1)水库水库是亭口水利枢纽工程的核心部分,供给干河沟段的灌溉用水。
(2)堤防堤防是保护水库和周边地区的防洪设施。
(3)水闸水闸是控制水库水位的重要设施。
(4)引水渠道引水渠道是将水库的水引入灌溉用水区的重要设施。
三、主要建筑物设计1、水闸设计考虑到水闸的控制精度、水闸尺寸、操作系统等因素,本工程选用了液压式水闸。
该水闸能够满足控制精度要求,其操作系统也比较简单可靠。
2、引水渠道设计为减小引水渠道对土地的占用影响,本工程设计了管道式引水渠道。
该引水渠道能够有效节约土地资源,同时输水效率也比较高。
3、堤防设计考虑到堤防的稳定性和耐久性,本工程采用了高级别防洪标准设计的堤防。
该堤防能够有效抵御洪水侵袭,保证周边地区的安全。
总之,亭口水利枢纽工程布置及主要建筑物设计课件详细介绍了亭口水利枢纽工程的整体布置及主要建筑物的设计,学生通过学习这门课程能够更深入地理解水利枢纽工程,提高专业水平。
第9章 水工建筑物枢纽布置设计

第九章水工建筑物枢纽布置设计2、了解枢纽布置的原则§1水利枢纽设计阶段的划分1.1设计所需要的基本资料:自然地理;地质;水文;气象;社会经济;相关规程与规范。
1.2设计阶段的划分:预可行性研究、可行性研究、招标设计、施工详图设计(原先:可行性研究报告、初步设计、招标设计和施工图设计)可行性研究报告阶段:论证拟建工程在技术上的可能性、经济上的合理性、以及开发次序上的迫切性。
包括以下内容:初拟主要水文参数,查清主要地质问题,选定工程地址;估算淹没补偿和对环境的影响;初定工程等别、建筑物级别,主要建筑物的形式、轮廓尺寸和枢纽布置方案,装机容量和机型;估算主要工程量,初拟施工导流方案、主体工程的施工方法、施工总体布置和总进度;估算工程总投资,进行经济分析和评价,阐明工程效益。
初步设计阶段:包括确定拟建工程的等别和主要建筑物的级别;选定各种特征水位;选定坝型、输水线路、主要建筑物的形式、轮廓尺寸及枢纽布置;确定装机容量,选择机组型号和其他机电设备;确定施工导流方案及主体工程的施工方法、施工总体布置及总进度、对外交通和施工设施;提出建筑材料、劳动力和风、水、电的需要量;论证对环境的影响及环境保护;进行经济分析,阐明工程效益。
招标设计阶段:合同文件和工程文件。
前者包括:投标须知和合同条款、合同格式和投标格式;后者包括技术规范和图纸。
施工祥图阶段:建筑物地基开挖图、地基处理图、建筑物结构图、钢筋混凝土结构的钢筋图、金属结构及机电设备的安装图等。
§2蓄水枢纽2.1坝址与坝型选择坝址、坝型选择和枢纽布置三者是互相联系的,不同的坝轴线可以选用不同的坝型和枢纽布置。
如河谷狭窄,地质条件良好,宜于修建拱坝;河谷宽阔,地质条件较好,可以修建重力坝或支墩坝;河谷复盖层厚或地质条件较差且土料含量丰富,宜于修建土石坝。
对同一条坝轴线,还可以考虑几种不同的坝型和枢纽布置方案。
在选择坝址、坝型和枢纽布置中不仅要研究枢纽附近的自然条件,而且还要考虑枢纽的施工条件、运行条件、总和效益、投资指标及远景规划等,这是水利枢纽设计中贯穿在各个阶段的一个十分重要的问题。
水利枢纽工程施工组织设计

六、施工组织设计1工程概况及编制要点1.1工程概况1.1.1工程基本概况****水利枢纽工程是****河干流山区下游河段的控制性水利枢纽工程,是****河干流梯级规划中“两库十四级”的第十一个梯级,在保证向****河生态供水和灌溉用水的前提下,满足防洪、发电等综合利用功能。
距****地区的****县约120km,距****县约128km,距下游****电站55km,距****约310km。
水库总库容22.49亿m³,电站装机容量755MW。
本枢纽为大(1)型Ⅰ等工程。
枢纽工程主要建筑物有:拦河坝(混凝土面板砂砾石堆石坝)、1#和2#表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1#和2#深孔放空排沙洞、发电引水系统、电站厂房、生态基流发电系统及其发电厂房等。
两条发电洞、1#深孔放空排沙洞、生态基流发电洞和发电厂房布置在****,导流洞、两条溢洪洞、中孔泄洪洞、2#深孔放空排沙洞布置在****。
1.1.2本标段主要项目内容本标段为********水利枢纽工程****泄水建筑物工程施工。
主要施工内容包括:(一)1#表孔溢洪洞工程:土建工程、闸门及启闭机安装工程。
(二)2#表孔溢洪洞工程:土建工程、闸门及启闭机安装工程。
(三)中孔泄洪洞工程:土建工程、闸门及启闭机安装工程。
(四)2#深孔放空排沙洞工程:土建工程(闸井、桩号深二0+056.598~深二0+162.475衬砌和灌浆)、闸门及启闭机安装工程。
(五)导流洞封堵段工程:导流洞导流门下闸、封堵工程。
(六)****泄水建筑物机电设备安装工程。
1.1.4水文气象和工程地质条件1.1.4.1水文气象水文:拟建公路位于****河流域地处********南部,****盆地西南边缘,曾是****河的第一大支流。
该河发源于****,由西南流向东北,流经****地区的****、塔什库尔干、****(****)、****、****、****、****等县,最后进入****地区的****县境内,与****河汇合后形成****河。
水库、水利枢纽、水工建筑物(ppt 74页)

特征水位与特征库容
兴利库容—死水位与正常高水位之间的水库库容 共用库容—正常高水位与汛前限制水位之间的水库库容,兴利和调洪公用的库容
二、水利枢纽—water project
一个水利工程究竟要包括哪些组成建筑物,由河流综合利用 规划中提出的任务来确定。例如:
为满足防洪、发电及灌溉的要求,需要在河流适宜地点修建 拦河坝,用以抬高水位形成水库,调节河道的天然流量,把 河道丰水期的水储蓄在水库中,供枯水期引用。即把洪水期 河道不能容纳的部分洪水,存蓄在水库里,以便削减河道的 洪水流量,防止洪水灾害的发生。另外,在运行过程中还可 能会遇到水库容纳不下的洪水,这就需要建造一个宣泄洪水 的通道,叫做溢洪道或泄洪隧洞,当用拦河坝的一段兼作溢 洪道时称为溢流坝。为了引用库中蓄水以供农田灌溉和城市 供水或进行水力发电等,还要建造通过坝身的引水管道或穿 过岸边山体的引水隧洞,为了发电、供电,还要建水电站、 开关站等等。
பைடு நூலகம்
三峡
三峡水电站的限制洪水位145米,145米以下都应该是死水 位。设计蓄水位175米,正常蓄水位175米,校核蓄水位加 10%。
█ 什么情况下正常蓄水位比设计洪水位高?
█ 设计洪水位比正常蓄水位低,是不是会影 响水电站经济效益?
I. 设计洪水位是在泄洪设施全开时通过设计洪水流 量情况下的水位。电站运行时可通过闸门控制水 位满足发电需要。
(1) 正常高水位—normal high water level
水库在正常运用情况下,允许经常保持的最高水位。为保证 各兴利部门枯水期正常用水,水库在丰水期末需要达到的水 位。 它是确定水工建筑物尺寸、投资、淹没、电站出力等指标的 最重要的参数。
(2) 设计洪水位—design flood level
平山水利枢纽设计说明书

平山川利枢纽【1 】设计盘算书学院:水利水电学院班级:水电5班姓名:张远金目次一.综述31.1 工程概况31.2 枢纽义务31.3 设计根本材料3二.坝址水文特征4三.枢纽及库区地形地质前提53.1 坝址.库区地形地质及水文地质53.2 筑坝材料5四.枢纽建筑物选型及枢纽总体安插64.1工程等级及重要建筑物的级别.洪水尺度64.2 枢纽建筑物选型8五.土石坝设计105.1 选择土石坝的类型105.2 土石坝的剖面设计115.5 土石坝的构造设计145.3 渗流稳固盘算165.4 坝坡稳固剖析盘算19六.正槽溢洪道设计256.1 正槽式溢洪道的地位选择256.2 溢洪道的孔口尺寸肯定266.3 溢洪道泄槽设计296.4 溢洪道消能设计336.5 溢洪道细部构造设计35一.综述1.1 工程概况平山川库位于湖北省某县平江山中游,该河系睦水的重要支流,全长284公里,流域面积为556平方公里,坝址以上掌握流域面积为491平方公里;平江山是山区性河道,河床比降3‰阁下.1.2 枢纽义务该枢纽以浇灌发电为主,并联合防洪.航运.养殖.给水等进行开辟.1.3 设计根本材料1..水库计划材料(1)正常蓄水位:113.0m(2)设计洪水位:113.1m (百年一遇)(3)校核洪水位:113.5m (千年一遇)(4)逝世水位:105.0m(发电极限工作深度为8m)(5(6)水库³(7)水库有用库容:1.15亿m³(8)发电调节包管流量Q p =7.35 m³/s,响应的下流水位63.20m; (9)发电最大引用流量Q max=28 m³/s,响应的下流水位68.65m; (10)设计情形下,溢洪道下泄流量Q%1=840 m³/s,响应下流水位7m. (11)校核情形下,溢洪道下泄流量Q%1.0=1340m3/s,响应下流水位75.30m.(12)水库淤积高程85.00m.2.枢纽构成建筑物设计前提(1)主坝:沿坝轴线安插.(2)河岸.(3)水电站:装机容量为9000kw,三台机组,厂房尺寸为30.0×9.02m,引水隧洞直径3.50m,尾水底板高程62.0m.(4)放空建筑物可应用导水隧洞,洞底高程为70.0m,洞直径m,上游土石围堰顶部高程85.0m,下流土石围堰顶部高程70.0m.3.力学参数基岩许可抗压强度2MPa,混凝土与基岩摩擦系数f=0.58.基岩的内摩擦系数f=0.7,凝集力C=0.5MPa,容重 =26KN/m³.4.其他坝顶设有公路,枢纽工程的对交际通有水路.公路.铁路.坝区地震烈度5~6度,设计时不斟酌.二.坝址水文特征暴雨洪峰流量Q%05.0=1860m³/s,Q%5.0=1550 m³/s ,Q%1=1380 m³/s.多年平均流量m³/sm³,多年平均最大风速10m/s,水库吹程8km,多年平均降雨次数48次/年,库区气象平和.三.枢纽及库区地形地质前提3.1 坝址.库区地形地质及水文地质平江山道域多为丘陵山区,在平江山上游都为大山区,河谷山势峻峭,河谷边坡一般为60°~70°,地势高差都在80~120m,河谷冲割很深,河床一般为100m阁下,河道曲折相当厉害,枢纽安插处成S形,沿河滩及坡积层发育,在坝轴下流300m处的两岸河谷呈马鞍形,起笼罩物教厚,岩基产状纷乱.靠坝址上游有泥盆五通沙岩,坝址下流有二叠纪灰岩,坝轴线位于五通沙岩上.在平山咀以南,即石灰岩与沙岩分界处,发明一大断层,其走向近器械,偏向大致向北西,在坝轴线左侧的为五通沙岩,特殊破裂,产状纷乱,两岸岩石破裂,岩石的隐裂隙很发育. 岩石的渗水率都很小,两升/分.坝址笼罩层沿坝轴线厚度达 1.5~5.0m,K=104-cm/s,浮容重γ³,内摩擦角ϕ=35°.浮3.2 筑坝材料~~3.0km的河滩开采,石料可在坝轴线下流左岸的山沟里开采,材料的性质及各项指标如下表所示:四.枢纽建筑物选型及枢纽总体安插4.1工程等级及重要建筑物的级别.洪水尺度4.1.1 枢纽建筑物构成依据设计资估中划定的枢纽义务来肯定.重要有拦洪蓄水的挡水建筑物,宣泄洪水的泄水建筑物,浇灌用的引水建筑物,检修用的放空建筑物,发电.变电.配电的厂房.开关站等建筑物,等等.4.1.2 工程等级及重要建筑物的级别.洪水尺度水利水电工程的等别,应依据其工程范围.效益及在公平易近经济中的重要性肯定.永远性建筑物的级别,应依据其所属工程等别及其重要性肯定.由《水利水电枢纽工程等级划分及设计尺度》以及所给资估中的指标肯定工程范围.洪水尺度如下:(1)分项等别:33之间,属Ⅱ等工程;依据电站装机容量9000千瓦即9MW,小于10MW,属Ⅴ等工程;.(2)枢纽等别:依据规范划定,对具有分解应用效益的水电工程,各效益指标分属不合等别时,全部工程的等别应按其最高的等别肯定,故本水库枢纽为Ⅱ等工程.(3)水工建筑物的级别:依据水工建筑物级此外划分尺度,Ⅱ等工程的重要建筑物为2级水工建筑物,次要建筑物为3级水工建筑物.故本枢纽中的土石坝.溢洪道.发电建筑物.导流隧洞.放空隧洞均为2级水工建筑物.(4)水工建筑物的洪水尺度:依据山区.丘陵区水利水电工程永远性水工建筑物洪水尺度(重现期),2级水工建筑物的设计洪水尺度为500~100年,土石坝校核洪水尺度为5000~2000年.从经济角度斟酌,拔取该枢纽永远性水工建筑物的设计洪水尺度取100年(P%1),校核洪水尺度取2000年(P%05.0),该水库计划成果中校核洪水位为千年一遇.4.2 枢纽建筑物选型4.2.1 坝轴线选择依据坝址地形图中给定的坝轴线安插大坝.4.2.2 枢纽各建筑物的选型1. 挡水建筑物:在该坝址可能采取的坝型有重力坝.拱坝.土石坝.(1)重力坝计划:~5.0m,若建重力坝清基开挖量大.并且重力坝体积大,需消费大量水泥和材料,运输便利,当地材料也未能充分应用,建重力坝不经济. (2)拱坝计划:拱坝对坝址的地形地质前提请求比重力坝高.合适建于断面为“V”字形的高山峡谷中,河谷对称缩窄处,以使拱座下流有较多岩体保持抗滑稳固.请求坝址岩石尽量坚硬致密.质地平均,两岸坝座邻近边坡岩体稳固.整体性好.而该枢纽坝址处河谷宽度和最大坝高之比L/H较大,不克不及施展拱的感化;坝址位于“S”形河湾上,下流河谷断面扩展,右岸岸坡平缓,坡积层发育,左岸下流消失一个大断层,对拱坝稳固极为晦气.故不合适建拱坝.(3)土石坝计划:土石坝对地形地质请求低,几乎任何不良的坝址地基和深层笼罩层经由处理后都可填筑土石坝,可当场取材,节俭大量水泥.钢材,施工速度快,经济效益好.该枢纽坝址邻近砂土石料储量丰硕,质量知足筑坝请求.经由过程上述论证,分解斟酌地形地质.水文特征.建筑材料.施工周期等,挡水建筑物选用土石坝.2.泄水建筑物对于土坝,不宜经由过程坝身泄流,可斟酌采取溢洪道或隧洞泄水.因为该枢纽坝址右岸有一垭口,故合适在垭口处建筑溢洪道.采取正槽式溢洪道,过堰水流与泄槽轴线偏向一致,水流平顺,泄洪才能大.构造简略,施工运行便利.3.水电站建筑物土石坝坝身不克不及开孔,不宜建坝式水电站,较好的计划是建引水式水电站.4.放空建筑物为安插便利和减小开挖量,可应用导流隧洞作为水库放空泛,均为有压隧洞.洞底高程70.0m,直径5.0m.4.3 枢纽总体安插挡水建筑物即土石坝,位于主河床,直线安插在地形图所示坝址线处;泄水建筑物,即溢洪道安插在大坝右岸自然垭口处;发电建筑物中,厂房安插在大坝下流右岸地势较平展经开挖的基岩上,开关站安插在厂房旁边;施工导流洞及水库放空泛:安插在右岸的山体内,以减小隧洞长度和避开断层.调和各建筑物安插请求,最后肯定枢纽安插,绘制在平面安插图上(见坝址地形图).五.土石坝设计5.1 选择土石坝的类型土石坝依据施工办法分为碾压式土石坝.水力冲填坝.水中倒土坝.其饭中碾压式土石坝便于机械化施工,速度快.缩短工期,质量易包管,是应用最普遍的坝型,故采取碾压式土石坝.碾压式土石坝又分为均质坝.心墙坝.斜墙坝等.现联合本工程的现实情形对各类坝型优缺陷剖析如下::坝体材料单一,施工工序简略,干扰少;坝体防渗部分厚大,渗入渗出比降较小,有利于渗流稳固和削减坝体的渗流量,此外坝体和坝基.岸坡及混凝土建筑物的接触渗径比较长,可简化防渗处理.但是,因为土料抗剪强度比其他坝型坝壳的石料.砂砾和砂等材料的抗剪强度小,故其高低游坝坡比其他坝型缓,填筑工程量比较大.坝体施工受酷暑及降雨影响,有用工日会削减,工期延长,故在酷暑和多雨地区的应用受限制,故不选择均质坝.2.斜墙坝:斜墙坝与心墙坝,一般的优缺陷无明显不同,粘土斜墙坝沙砾料填筑不受粘土填筑影响和牵制,沙砾料工作面大,施工便利;斟酌坝址的地质前提,因为坝基有破裂带和笼罩层,截水槽开挖和断层处理要消费许多时光,并且不轻易精确的估计,斜墙截水槽接近坝脚,处理时不影响下流沙砾料填筑,处理坝基和填筑沙砾料都有充裕的时光,工期较心墙坝有掌控;土料及石料储量丰硕,填筑材料不受限制.3.心墙坝:心墙位于坝体中央而不依附在透水坝壳上,其自重经由过程本身传到基本,不受坝壳沉降影响,依附心墙填土自重,使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力,有利于心墙与地基联合,进步接触面的渗入渗出稳固性;使其因坝主体的变形而产生裂痕的可能性小,粘土用量少,受气象影响相对小,粘土心墙冬季施工时暖棚跨度比斜墙小.移动和升高较便当.分解以上剖析,最终选择粘土心墙坝.5.2 土石坝的剖面设计土石坝的断面尺寸拟定包含坝顶宽度.高低游坝坡坡度.坝顶高程.坝高.心墙断面尺寸.排水举措措施设置等.土石坝坝顶宽度依据运行.施工.构造.交通和人防等方面的请求分解研讨后肯定.该工程坝顶宽度取为10m.土坝坝顶高程=水库静水位(设计洪水位或校核洪水位)+坝顶超高d(1)坝顶超高d =风吹壅高e +波浪爬高a h +安然超高δ(2)波浪爬高a h 可按以下经验公式盘算:6.01.1)2(45.0n m h h c a ⋅=式中:c h 2——风波波高,31450166.02D V h c=,m;设计洪水位时,取库面风速为洪水期多年平均最大风速的1.5倍,即s m V /15105.1=⨯=,水库吹程km D 8=;m ——土坝上游坡度,盘算时取为3;n ——上游护坡糙率,对浆砌块石护坡取0.025,对砌块石护坡取0.0275.(3)风波引起的坝前水位壅高e 盘算公式:gH a D KV e 2cos 2=式中:K ——分解摩阻系数,一般取值范围为33105~105.1--⨯⨯,盘算时取3106.3-⨯;a ——风向与坝轴线法线偏向的夹角,盘算中取最晦气情形,即 0; H ——坝前水域平均水深,由响应水位减高程得,m; (4)安然超高δ依据坝的级别和运行情形按下表选择安然超高:表1-1 安然加高A 的取值现将水库正常应用和异常应用情形,即设计洪水位和校核洪水位下的盘算成果列于下表:表1-2 坝顶高程盘算表(单位:m)由表中盘算成果,坝顶高程应取正常运行.异常运行两者中的较大值,即115.80m.坝坡的选择取决于坝型.坝高.坝的等级.坝体及坝基材料的性质.推却的荷载.施工和运行等身分.对粘土心墙坝,高低游坝坡在1:2.1:4之间拔取,一般上游坝坡比下流坝坡稍缓;沿坝高20~30m转变一次坡度,设置一级马道,坡度相差0.25~0.5.依据坝高采取一次变坡.一级马道.(3)马道:马道宽度取为2m;5.5 土石坝的构造设计1.防渗体防渗体的类型有土质防渗体.沥青混凝土或钢筋混凝土防渗体.因为坝址邻近有丰硕的防渗涂料,故选择土质防渗体,并采取心墙坝.(1)心墙地位:土石坝断面中间线部位;(2)心墙顶部宽度:应知足施工机械碾压请求,一般不小于3m,取为4m.~~113.7m;非正常运行前提下,应不低于对应的水库静水位,即应大于113.5m.分解斟酌,心墙顶部高程取为113.6m.~1:0.25,取为1:0.2.(5)心墙底部宽度:m 44.2422.05.62-6.1134=⨯⨯+)(; ~2.5m,取为2m.与上游连接处设置过渡带,以缓和不合土料之间的沉陷差和减缓渗流的损坏感化;下流连接处设置反滤层,反滤截留随渗流带出的渺小颗粒,促进心墙裂痕的自愈.2.坝体排水坝体排水的感化是掌握引诱渗流,下降浸润线,加快孔隙水压力消失,防止渗流逸出处土的渗流损坏,加强坝的稳固性;在酷暑地区,呵护下流坝坡免遭冻胀损坏.请求有充分的排水才能,设有反滤层呵护坝体和坝基土,便于不雅测和检修.坝体排水的方法有坝趾棱体排水.坝址贴坡排水.褥垫排水层等,本工程采取堆石棱体排水.(1)棱体顶部高程:棱体顶部高程应超出下流最高水位,对于2级土石坝,超出高度应大于波浪爬高(1.3m)且不小于1.0m,取棱体顶部高程=下流最低水位(74.30m)+超高(1.4m)=75.7m;(2)~~1:2.0;取顶部宽度3m,内坡坡度1:1.25,外坡坡度1:1.75;为防止坝高低游面被波浪淘刷.顺坡水流冲刷.冰层和沉没物撞击.冻胀干裂等,需在高低游坝面设置护坡.该枢纽坝址处有堆石料可应用,故高低游护坡均采取堆石护坡.(1)上游护坡:采取堆石护坡,厚度为50cm的堆石,护坡下设置碎石垫层30cm.护坡范围自坝顶起延长至水库最低水位以下必定距离2.5m.(2)下流护坡:下流坝面除排水棱体外需全体护砌,堆石护坡厚度40cm,护坡下设置碎石垫层20cm.护坡范围从坝顶护至堆石棱体.各护坡在马道.坝脚.护坡末尾均设置基座.3.反滤层反滤层的感化是滤土排水,防止水工建筑物渗流逸出处产生管涌.流土等渗入渗出变形,以及不合土层接触面的接触冲刷.反滤层由1~3层级配平均耐风化的砂.砾.卵石或碎石构成,每层粒径随渗流偏向而增大,程度反滤层的最小厚度为0.3m,铅直或竖直反滤层的最小厚度为0.5m.因为设计原始资估中没有供给各土.砂.石料的颗粒级配情形,只能参考相干规范和已建工程进行初步设计.初步拟定成果分述如下:(1)防渗体周边部位:心墙与坝壳间.截水槽与笼罩层间.程度铺盖与笼罩层间,反滤层设置为,第一层细砂反滤层,厚20cm;第二层为碎砾石反滤层,厚30cm.(2)排水部位:坝壳与堆石棱体间反滤层设置为,第一层细砂层厚30cm;第二层碎砾石层厚50cm.5.3 渗流稳固盘算1.渗流盘算的根本假定(1)心墙采取粘土料,渗入渗出系数s cm k e/100.16-⨯=,坝壳采取山皮土,渗入渗出系数s cm k /100.13-⨯=,两者相差310倍,可以把粘土心墙看做相对不透水层,是以盘算时可以不斟酌上游楔行下降水头的感化.(2)土体中渗流流速不大,且处于层流状况,渗流屈服达西定律:vki(3)产生渗流时土体的闲暇体积不变,饱和度不变,渗流持续.按土石坝渗流盘算规范,渗流盘算时应斟酌以下组合情形,取其最晦气情形作为掌握前提:(1)上游正常高水位+下流响应的最低水位;(2)上游设计洪水水位+下流响应的最低水位;(3)上游校核洪水水位+下流响应的最低水位;(4)对上游坝坡稳固最晦气的库水下降后的水位.为减小盘算量,只选个中一种+下流响应的最低水位7m .采取水力学法进行土坝渗流盘算.将坝内渗流分为若干部分,假定地基不透水,用等厚的虚拟矩形代替心墙,应用达西定律和杜平公式,树立各段的活动方程式,然后依据水流的持续性道理求解渗流要素.取土石坝最大断面为盘算断面,简图如下(单位:m)图1—1 不透水地基上心墙坝渗流盘算简图假定心墙上游浸润线与水库上游水位齐平,先假定坝基相对不透水,坝底高程62.5m,心墙后水深为H , 则上游水深:m H 6.505.621.1131=-= 下流水深:m H 15.105.6265.721=-=心墙等厚矩形宽度m 22.1444.240.421=+⨯=)(δ渗流区长度:m L 89.103=(1)单宽渗流量经由过程心墙的渗流量222622111022.1426.50100.12--⨯⨯-⨯⨯=-=H H H k q e δ)/(3s m 经由过程下流坝体的渗流量222322221089.103215.10100.12--⨯⨯-⨯⨯=-=H L H H k q )/(3s m依据流量持续性道理,21q q =,解得心墙后水深m H 99.10=,代入得单宽渗流量:s m q q q /10560.83721-⨯===(2)浸润线方程将透水地基的厚度,即笼罩层厚度T 取为3m,渗入渗出系数s cm k T /100.14-⨯=,换算为与坝体渗入渗出系数雷同的土体厚度m k T k T 3.0100.13100.134=⨯⨯⨯=--,并视为坝体的一部分,则依据有限深透水地基上的渗流盘算浸润线方程3.0172.0464.1273.010100.11056.82)3.099.10(2)(2-3722--=-⨯⨯⨯⨯-+=--+=--x x k T k x k q k T k H y T T对浸润线方程进行验算,当89.103=x 时,带入浸润线方程得m y 169.10=,与现实m H 15.102=相符;心墙下流面(0=x )浸润高程m y 99.10=,与现实心墙后水深m H 99.10=相符.由此可知,心墙下流浸润线近似为一条程度线.5.4 坝坡稳固剖析盘算土石坝的稳固剖析是验算土石坝在自重和各类情形的孔隙水压力及外荷载感化下,是否具有足够的稳固性.SL274—2001《碾压式土石坝》划定,对于凝集性土类构成的均质或非均质土石坝,采取条分法即瑞典圆弧法较简略适用.条分法假定滑裂面为一个圆柱面(剖面为一圆弧),将可能滑动面以上的土体划分为若干铅直条,不斟酌土条间互相感化力的影响,算出感化于土条底面的法向力和切向力;安然系数界说为土条在滑裂面上所供给的抗滑力矩与滑动力矩之比.本次坝坡稳固剖析盘算采取瑞典圆弧法,进行总应力剖析.总应力剖析稳固安然系数的盘算式为:ii i i i i i c a W tg a W l c K sin )cos ('∑+∑=ϕ式中:i ——下标,代表土条编号;'i W ——第i 块土条重量,浸润线以上以自然容重计,以下以浮容重计,kN;iW ——第i 块土条重量,浸润线以上以自然容重计;浸润线以,下流水位以上按饱和容重计,下流水位以下按浮容重计,kN;i l ——第i 块土条沿滑裂面的长度,m; i a ——第i 块土条沿滑裂面的坡角; i c .i ϕ——总应力抗强度指标.采取上游设计洪水位(113.1m )及对应的下流响应水位(72.65m )作为设计工况. 3.盘算进程滑弧面选择,须要肯定最安全滑动圆弧地位,本次只做一个滑动面的稳固盘算,即:滑动面起点在坝顶.与心墙订交.与坝基接近或切入坝基.端点在坝脚邻近.步调:(1)假定圆心.半径,画出圆弧如图所示;(2)圆弧半径取为138m,起端点程度距离143m,分为10块土条,每块土条宽14.3m,编号;(3)盘算土体各类状况下的容重:粘土自然容重:3/25.19)25.01(4.15)1(m KN w d =+⨯=+=γγ山皮土自然容重:3/68.19)23.01(0.16)1(m KN w d =+⨯=+=γγ山皮土饱和容重:3/82.198.939.016m KN n w d sat =⨯++==γγγ 山皮土浮容重:3/02.108.982.19m KN w sat =-=-=γγγ浮 笼罩层浮容重:3/0.10m KN =浮γ;(4)盘算土条自重及在滑面上的反力;(5)盘算滑动力矩及抗滑力矩; (6)盘算抗滑稳固安然系数.72.6512345678910115.885.862.590.81:2.751:3.251:2.51:3.075.7图 1—2 坝坡稳固盘算简图盘算成果列于下表:表1-3 条分法计坝坡稳固剖析算表因为浸润线几近程度且与下流水面线几乎重合,坝壳山皮土饱和容重与自然容重邻近,为轻便盘算,浸润线以下.下流水面线以上部分以自然容重代替饱和容重,在表格中表现为iw 与'iw 相等.依据盘算表格得抗滑稳固安然系数为576.18.149728.23599sin )cos ('==∑+∑=i i i i i i i c a W tg a W l c K ϕ按照设计规范,坝坡抗滑稳固安然系数不该小于下表中响应值:表1—4 坝坡抗滑稳固最小安然系数表因35.1][576.1=>=c c K K ,故坝坡知足抗滑稳固请求,剖面设计合理.土石坝坝底面积大,坝基应力较小,具有必定的顺应变形的才能,故对自然地基的强度.变形请求.处理措施的尺度较低,但仍须要经由处理以进步坝基承载才能和抗渗才能.坝建于五通砂岩上,笼罩层较薄,从防渗和稳固安然斟酌,可挖除部分笼罩层,使防渗体与基岩接触面联合慎密.垂直防渗举措措施科视情形采取截水槽回填粘土.混凝土防渗墙.灌浆帷幕等;程度防渗举措措施采取粘土土料构筑的铺盖与坝体防渗体相连;下流排水减压举措措施可采取排水沟.减压井.透水铺盖等.坝轴线两岸岩体破裂,岩石隐裂隙很发育,为防止大坝蓄水后沿坝肩绕流和恶化岸坡稳固前提,应采纳挖除回填截水槽,或灌浆.加设铺盖等防渗举措措施,使岸坡与坝基的防渗系统连成整体.六.正槽溢洪道设计6.1 正槽式溢洪道的地位选择溢洪道的地位选择应分解斟酌地形.地质前提,枢纽总安插请求等身分.故将溢洪道安插在与水库正常蓄水位高程邻近的马鞍形垭口上,坝与溢洪道离开,有利于坝的安然;应用自然垭口,有利于削减工程开挖量.具体地位见枢纽安插平面图.6.2 溢洪道的孔口尺寸肯定1.堰型选择掌握堰型可采取宽顶堰或适用堰,本工程采取流量系数较大.过流特征较好的WES 型适用堰.堰顶设计水头:m 7.5~5.4)5.1075.113()95.0~75.0()95.0~75.0(max =-⨯==H H d取为5m;依据垭口处的地形等高线,溢流堰底部高程约103.5m,堰高取m P0.41=,下流斜面坡度4.1=l m . 堰顶上游三圆弧半径及程度掌握长度为:m H R d 5.2550.050.01=⨯==m H R d 0.1520.020.02=⨯== m H R d 2.0504.004.03=⨯==m H c d 875.05175.0175.01=⨯== m H c d 38.15276.0276.02=⨯==m H c d 41.152818.02818.03=⨯==以堰极点为坐标原点,堰顶下流曲线方程为y H x d 85.085.12=,即 85.11273.0x y =.对x 求导,令导数等于下流斜面坝坡系数的倒数,求得下流曲线与直线段的切点坐标为)42.1,69.3(c .坝下流反弧半径m H P R 5~25.0~25.01=+⋅=)()(,取为5m,个中H 为校核洪水位的堰上水头.由以上盘算成果绘制WES 堰剖面如下图:图1—3 WES 堰剖面:依据设计材料给出为107.5m .上游堰高与设计水头之比33.18.05/41<==d H P,故该溢流堰为低堰;堰顶总水头mg v H H 06.66.1935.1071.11322200=+-=+=,式中0v 为行近流速,一般为s m /5~3,取s m /3.堰顶总水头与设计水头之比212.1506.60==d H H ,流量系数依据d H P 1值和d H H 0值从下图中查取,得98.0=d m m ,所以492.0502.098.098.0=⨯==d m m(1)设计情形:溢洪道下泄流量s m Q /8403%1=;堰顶水深m H 06.60=; 单宽流量s m H g m q /494.3206.66.19492.0235.1230=⨯⨯==;溢流前缘宽度m q Q L 85.25494.32840===; (2)校核情形:溢洪道下泄流量sm Q /13403%1.0=,盘算得m H 46.60=,s m q /764.353=,m L 47.37=溢流前缘宽度取较大值并取整,即m L 40=.据请求孔数n 取单数,5=n ,则单孔宽度m n L b 8540===.堰顶掌握泄流量可采取弧形闸门和平板闸门,本工程采取平板闸门,闸门顶部高程=正常高水位+安然超高.安然超高取值见下表.最终肯定闸门顶部高程为m 0.1144.06.113=+.表1—5 安然超高低限值6.闸墩: 采纳墩平分缝,中墩宽度取为2.5m,边墩宽度取为3m.6.3 溢洪道泄槽设计1.泄槽的平面安插正槽溢洪道在溢流堰后采取泄水陡槽与消能段连接,以便让过水流安然下泄.因为泄槽内水流处于激流状况,高速水流对鸿沟前提特殊迟钝,请求泄槽在平面上尽可能采纳直线.等宽.对称安插,以使水流平顺.构造简略.施工便利.为使泄槽内水流流速.流量散布平均,在岩基上泄槽的断面外形宜安插为矩形,泄槽宽度为m b d n nb B 56325.24852)1(=⨯+⨯+⨯=∆+-+=式中,d 为中墩宽度,b ∆为边墩宽度.泄槽的纵剖面设计主如果肯定纵坡.泄槽纵坡必须包管槽中水位不影响溢流堰自由泄流和槽中不产生水跃,使水流始终处于激流状况,故泄槽纵坡必须大于临界坡度.矩形断面对界坡度公式为313442312)2(KK K K K k h aB h B gn B aR gn i +==χ式中:n —泄槽底坡糙率,对浆砌石底坡,取0.025;Kχ—临界湿周; B —泄槽宽度;K R —临界水力半径,对于矩形断面,取K K h R =;K h —临界水深,m g aq h K 072.58.9/764.350.13232=⨯==.代入上式,求得0034.0=K i ,斟酌山谷地形和高低游水位差并取单一坡度,肯定38.0=i ,故槽内水流属激流,水面曲线为2S 型降水曲线.4.泄槽水面线盘算 (1)盘算公式泄槽水面线依据能量方程用分段乞降法盘算,盘算公式为J i g v a h g v a h J i E E l S S -++=--=∆)()(—2cos -2cos 211122221221θθ3422R vn J =式中:21—l ∆—分段长度,m ;21,h h —分段始.末断面水深,m ; 21,v v —分段始.末断面平均流速,s m /; 21,a a —流速不平均系数,取05.1;i —槽底底坡; θ—槽底坡倾角,︒==8.20arctan i θ;J —分段内平均摩阻坡降;n —泄槽槽身糙率系数,对浆砌块石,025.0=n ; v —分段平均流速,2)(21v v v +=,s m /;R —分段平均水力半径,2)(21R R R +=,m ;(2)肇端断面.肇端水深.正常水深肇端断面地位选择堰下压缩断面处,近似可以为是在泄槽的起点.起点水深按下式盘算:)cos (2101θφh H g qh -=式中:q —泄槽单宽流量,s m q /929.2356/13403==; φ—流速系数,取95.0;0H—肇端盘算断面渠底以上总水头,mg v H P H 46.1046.60.42210=+=++=代入上式,经试算得,m h 935.11=.水面线为降水曲线,若泄槽足够长,泄槽水深最终将趋近于正常水深0h ,0h 的盘算公式为in AR Q 32=,32)2(h B Bh Bh iQn += 经试算得,m h 996.00=. (3)盘算进程从水深为m 935.1的断面1开端,以m 1.0的水深步长向泄槽末尾推动,盘算断面间距21—l ∆,盘算成果列表如下;。
经典:水利工程枢纽布置

安康水电站
(2)坝身泄水孔布置 ☆承担排沙任务的泄水孔应靠近发电(灌溉、供水)进
水口,其进口高程是枢纽泄水建筑物中位置最低的; ☆其他泄水孔的位置根据泄洪要求而定。 ☆枢纽泄水建筑物由溢流坝及泄水孔共同承担,则一般
溢流坝布置于河床中央,泄水孔布置于溢流坝侧。
二、土石坝枢纽布置 (一)大坝的布置形式。 大坝布置于河床中央。 坝型有均质土坝、粘土均质坝、粘土斜墙坝、混凝土面
图 3–56 WES 型堰面曲线
② 下游段曲线b~c):当坝体上游面为铅直时:
x1.852.0Hd0.85y
式中:Hd——定型设计水头,一般为校核洪水位时堰顶水
4.环境影响
(1)对上游淤积、淹没、浸没和下游河床演变、水文条件以及 水温、水质等的作用和影响;
(2)减少水库淤积,延长水库寿命。措施:汛期利用泄水和取 水建筑物进行冲沙。
(3)美化枢纽周围的环境,发展旅游。
第三节 不同类型枢纽布置的一般原则
一、重力坝枢纽布置原则 (1)溢流坝布置
☆ 尽可能布置在河床中央; ☆ 尽可能采用开敞式溢流孔(溢流坝); ☆ 泄洪建筑物在平面上的布置不应影响电站、取水建筑物、 船闸等正常运行的要求。
瀑布沟水电站 流域/地址:大渡河/四川; 坝型:心墙堆石坝; 最大坝高:186m; 总库容:51.7亿m3; 总装机容量:330万kw。
糯扎渡电站枢纽由心墙堆石坝、左岸溢洪道、左 岸引水发电系统等组成。
玉 带 河
铜钱坝水库枢纽布置图
∶
河
带
基西
玉
①
① 基西
①
草房
草房
① ①
①
①
①
耕
河
-
地
带
玉
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前言通过大学近四年的系统学习,我们已经掌握了水工设计的基础知识.为了进一步培养我们理论联系实际的能力,特别是为了能使我们尽快的适应即将面临的工作,成为一名合格的水利水电工程技术人员,我们进行了历时一个学期的毕业设计.本次毕业设计是设计者根据自己所学的知识、参考许多相关的教材、设计手册和规范,并在指导教师的指导下独立完成的.通过这次毕业设计,我们提高了如下的几方面的能力:①综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力;②培养了我们的自学能力和科学研究能力,使我们逐步具有更新和丰富自己科学知识的能力和创新能力;③提高了我们设计、计算、绘图的能力以及编写设计说明书和计算书的能力;④培养了我们严谨的工作作风和正确的设计思想.由于时间仓促,水平有限,本设计中难免有些不足之处,还希望各位老师批评指正,本设计者将不胜感激.设计者:2006年6月3日中文摘要本文对湘——01水利枢纽的概况和主要建筑物设计做了详细描述,主要有一份设计说明书,附有计算说明和示意图.设计说明书共分十章,主要内容包括湘——01水利枢纽的基本资料、主要建筑物设计、枢纽布置方案、地基处理以及施工导截流等内容.本枢纽主要任务为防洪发电.其正常高水位为140米,发电死水位128米,装机容量为9000千瓦.经调洪演算得其设计洪水位为142.10米,校核洪水位143.08米.本枢纽主要建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物、发电建筑物、放空建筑物组成.主要建筑物为二级,次要建筑物为三级.坝型选用混凝土实体重力坝,最大坝高为45米,坝顶宽度为4米.厂房坝段包括三个机组段和一个安装场段,厂房采用坝后式.施工导流选用两期两段的导流方法,一期由束窄河床泄流,二期由导流底孔泄流.详细说明参见正文,以及附带的计算书.第一章概述一.流域概况(参阅J水流域及湘-01水利枢纽位置示意图)J水发源于山区,流经H,C等县市,而于H市附近汇入S江,其于流总长197公里,流域积3356平方公里,坝址控制流域面积711平方公里,占全流域面积的21%,J水属于山区性河流,流域内多为山区和丘陵区,起河床比降为:上游河段:由河源至石门 1.21%中游河段:由石门至神山头0.44%下游河段:由神山头至河口0.24%流域内雨量充沛,H市站多年平均雨量为1447.7公里,且雨量多集中于3~8月份,约占全年平均雨量的70%,尤以4~6月份雨量集中,每到雨季,山洪爆发,流域内中,下游地区农田(50余万)和城乡人口(30余万人)经常遭到洪水灾害和威胁,甚至造成生命财产的重大损失,在近60年内,曾发生较大洪水6次,而以1934年和1949年为最大.年份死伤人口冲毁房屋冲毁耕地农作物损失1949 376人36000间20.37万41.65百万斤1934 /15540间14.25万14.09百万斤1952 /4550间7.95百万斤7.95百万斤本地区国民经济以农业为主,C县农业人口计64万,耕地面积约计101万,其中水田占百分之八十几,作物以水稻为主,其他作物次之.流域内虽然雨量较充沛,但年内分配极不均匀,往往在农作物生长季节久晴无雨,形成旱灾,根据调查,历年较大旱灾如下表年份1945年1946年1953年受灾面积38 27.4 15.8解放以来,本地区修建了很多小型水利工程抗旱能力大大提高,但为了根治丘陵地区的旱灾,确保丰收,须考虑下游农田实行自流灌溉,其灌溉面积为15万.本地区矿产比较丰富,蕴藏褐铁矿,赤铁矿,煤矿,铜矿和重晶石矿等,目前尚只限于小规模手工开采阶段,其他工业方面尚有陶瓷厂,冶炼厂和穴县厂等,这些工矿企业的发展,农附产品的加工及农村照明等,都迫切需要电力.J水上游盛产竹木和其他物资,因为交通不便,无法运往下游,造成水路交通不便的的原因是:山区性河流,坡度陡,在洪水期,水流湍急,不便航运,枯水期水深不足,不能航运,所以,为了沟通城乡物资交流,急需发展水利事业.二:枢纽任务湘-01水利枢纽位于J水上,距C县县城约40公里,根据国民经济发展要求,本枢纽是以防洪发电为主,并考虑灌溉,航运,渔业的综合利用的水利工程.1.防洪修建湘-01水利枢纽后,需确保中下游50余万及30余万城乡人口的生命财产的安全.根据地方的要求,在发生设计洪水时,上游水位不超过144.5米,下泄流量不超过下游河床的安全泄量900秒立方米.2.发电电站装机容量9000千瓦,确保出力2950千瓦,三台机组,每台引水最大流量为11.8秒立方米.机组间距7.0米,厂房尺寸28.0*11.2平方米.发电机层高程112.7米.水轮机安装高程107.4米.尾水管底版高程103.5米.水轮机型号为PO-266-B 米-134.引水管直径为1.75米.3.灌溉坝址下游灌溉面积约15万(除5万利用尾水灌溉外,其余10万由水库引水自流灌溉.干渠长度约16公里,坡降约为0.5%,渠首高程要求不低于120米,灌溉引用最大流量为11秒立方米.灌溉取水建筑物设在枢纽上游,另行设计.4.航运水库建成以后,改善通航里程120公里,可通航20吨木船,上游可至余天桥,下游可直达H市.枢纽设计时,仅考虑竹.木过坝建筑物.5.渔业水产水库简称以后,可以发展水产事业,估计可年产鱼1200万斤.三:水文气象资料1.峡谷处各种频率的洪峰流量值如下表:P(%) 0.1 0.2 0.5 1 2 6 Q米4770 4400 3540 2990 2500 1880 3/s)2.逐月各种频率洪峰流量值如下表:月份 1 2 3 4 5 6 Q1%(米485 1140 1770 2040 2990 2600 3/s)Q2%(米406 956 1402 1700 2500 2200 3/s)Q5%(米304 716 1052 1280 1880 1650 3/s)Q10%(米81 191 280 500 500 439 3/s)月份7 8 9 10 11 12 Q1%(米1330 1100 530 770 590 4003/s)Q2%(米1100 940 445 640 492 335 3/s)Q5%(米825 705 335 480 369 251 3/s)Q10%(米200 188 89 128 98 67 3/s)附注:洪峰历时过程图坝址下游水位流量关系曲线水库水位与面积关系曲线见附图水库水与容积关系曲线四:气象特征1:降雨年内雨量多集中与3-8月份,占全年雨量的70%,而以4、5、6三个月为最多,10月至次年1月雨量最少,多年平均降雨量为1447.7毫米,日最大暴雨强度达120.7毫米,多年平均降雨天数为120天.2:降水量多年平均水量为5.07亿立方米.3:水的损失多年平均蒸发量为979.1米米/年.4:气温多年平均温度为17.9℃最高温度为46.0℃最低温度为-5.0℃5:水库吹程最大风速18.5米/秒,水库吹程5公里五:河流泥砂特征1:输砂量多年平均输砂量为15.1吨/年.2:淤砂特征淤砂高程108米,淤砂容重0.5吨/米3,淤砂内摩擦角φ=0.六:工程材料特征1:粘土:粘土:分布于河谷上游,距坝址约1000~1500米,γ=1.6吨/米3,φ=18°,C=0.5吨/米2.2:砂砾料:分布于上、下游河流急转弯处,距坝址平均在两公里左右.3:石料:左右岸山坡均可作为采石场,距坝址约300米4:竹料库区上游盛产楠竹和杉木,可供使用.5:水泥和钢材:水泥和钢材均需由外埠运来.七:施工资料1:劳动力来源主要为本省水利施工队,加上一部分民工2:对外交通(1) 在J水上游左案距坝址8公里初有公路可通H市.(2) 在J水下游距坝址10公里初有公路可通H市3:施工准备省内施工队拥有拌和机、斗车及少量汽车等,其他机械有待施工时从外地调用.4:施工动力由施工队自带柴油发电机发电.八:枢纽及库区地形地质条件1:坝址地形地貌本枢纽位于河段峡谷出口处,峡谷进口流向正东,距出口200米,即转流正南,峡谷水面宽约25~40米,峡谷长约800米左右,两岸山为泥盆纪坚硬的砾岩及砂岩构造,离出水面150米以上,河谷呈V字形,岸坡较陡峻.2:坝址地质构造峡谷内岩石暴露整齐,覆盖层不厚(1~2),呈单斜构造,倾向为S0°~30°E,倾角45°~70°,构造不复杂,河床亦无构造通过,但节理裂隙较发育,夹有较弱的砂质页岩.坝址基础岩石情况:(1)下泥盆纪:极坚硬的砾状厚层硅质砂岩及石英岩夹少许薄层碰质页岩,其抗压强度100兆帕以上,摩擦系数为0.65.(2)下泥盆纪:坚硬的中厚曾中细粒紫色铁质砂岩夹铁质泥质砂岩,抗压强度在100兆帕以上,摩擦系数为0.65.(3)砂砾石,在河床低部有第四纪砂砾石覆盖层,厚约2~5米.3:地震烈度坝址地区地震基本烈度为6度,设计时可不考虑地震影响.4:坝址水文地质峡谷地下水以裂隙水与空隙水为主,前者呈不连续分布,主要埋藏在硅质砾岩、石英岩及石英砂岩中,涌水量少,后者呈连续分布,以冲积沟中坡积层最为发达,涌水量变化较大,两者均为大气降雨补给,然后补给河水,地下水出露高程在▽130米以上,故可见峡谷无漏水危险.地表面以下0~15米,ω=0.1~0.03公升/分钟,25米以下,ω=0.01升/分.第二章枢纽位置确定及各建筑物级别一:确定工程等别和各建筑物的级别根据库容的要求,水电站正常高水位为140米,水库最高水位不得超过143.08米,查水利电力出版社的《重力坝设计》(潘家铮编写)中的水利水电枢纽工程的分等指标可确定工程等别为二等.根据发电要求,电站装机容量为9000千瓦,查分等指标可确定工程等别为三等.综合以上所述的库容和发电的要求,工程等别需要取最高等别,即该工程等别为二等.根据水工建筑物级别划分可查得主要建筑物为2级,次要建筑物为3级,临时建筑物为4级.(见下表)二:坝轴线选择原始资料给定2条坝轴线提供选择,见附图,轴线I和轴线II,最终定问轴线I,因为混凝土重力坝轴线I,处于河谷的拐角处,而且轴线I垂直于上游河道,相对于轴线II,摆放的枢纽建筑物更稳定,轴线更短,可以节省材料.三:坝型选择1:坝型的初步选择在坝型的选择上存在拱坝、支墩坝、土石坝、混凝土重力坝等.①拱坝拱坝是基本坝型里最晚发展起来的.其优点是利用拱作用于坝体上的水压力传至坝肩两岸的岩体中,坝内的主要应力为压应力,从而充分利用了混凝土抗压的性能,而且可以利用拱座下游的岩体抗历来维持坝的抗滑稳定,最终达到节约材料的目的;且拱座是整体性的空间结构,超载能力较强,坝体比较轻韧,弹性较好,只要基岩稳定,拱坝的抗震能力就比较高;因拱坝较薄,扬压力也较小.但其也存在许多缺点,如拱坝的修建对河谷的形状要求较高,对两岸的岩石完整性要求较高,对坝体材料的强度和防渗要求及施工要求都比较严格,温度应力是它的主要应力,施工过程也较其它坝型困难.拱坝的修建对地形条件和河谷的要求比较高.河谷的形状特征常用坝定高程处的河谷宽度L与坝高H的比值,即“宽高比”L/H来表示.在宽高比较小的河谷,拱坝的弧弦长相对于坝高较小,拱的作用能更好的发挥,大部分荷载通过拱的作用传至两岸,仅有小部分荷载通过梁的作用传至坝基,故坝体可以修建的较薄.根据工程经验,在L/H<1.5的深窄河谷可以修建薄拱坝,在L/H=1.5~3.0的稍宽河谷可以修建一般拱坝,在L/H=3.0~4.5的宽河谷多修建重力拱坝,而在L/H>4.5的宽浅河谷,拱的作用已经很小,梁的作用将成为主要的传力系统,一般认为只能修建重力坝或拱形重力坝较为适合.②支墩坝支墩坝由一系列支墩和盖板所组成.至墩沿坝轴线排列,前面设有盖板,形成挡水面.库水压力由盖板传给支墩,在由支墩传给地基.支墩坝可以节约混凝土方量,随受力情况调整厚度,从而充分利用混凝土的容许抗压强度,从而充分利用材料强度.但其侧向稳定性差,对地基要求严格,钢筋用量也较大,施工条件难易并存,溢流要慎重.由于支墩坝应力复杂,并存在许多问题未得到解决,且近几年的工程中已经很少采用支墩坝了 ,故本工不采用支墩坝.③土石坝土石坝是土坝和堆石坝的总称.土石坝历史悠久,在国内为广泛采用.因为它可以就地取材,节约水泥、木材和钢筋等重要的建筑材料;对地质要求较低,能适应地基变形;结构简单,便于维修和加高、扩建;施工技术较简单,工序少,便于组织机械化快速施工;有较丰富的修建经验.但其抵御洪水漫顶的能力差,坝身一般不能溢流,需另设溢洪道;施工导流不如混凝土坝方便;粘性土料的填筑受气候条件的影响较大.在甲坝轴线上,没有垭口,不能设置溢洪道,因此不适合选用土坝.④混凝土重力坝岩基上的重力坝在水压力作用下,主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持稳定.与常用坝型比较,混凝土重力坝具有如下优点:重力坝设计和建造的经验比较丰富,安全可靠,剖面尺寸大,应力较低,筑坝材料强度高,耐久性好,因而抵抗水的渗漏、洪水漫顶、地震和战争的能力较强,使用年限较长,养护费用较低;由于坝体作用于地基面上的压应力不高,对地形、地质条件适应性强,任何形状的河谷都可以修建重力坝;重力坝可以做成溢流的,也可以在坝内设置泄水孔,一般不需要另外设置溢洪道或泄水隧洞,枢纽布置紧凑,泄洪问题容易解决;便于施工导流,在施工期可以利用坝体导流,一般不需要另开导流隧洞;大体积混凝土可以采用机械化施工,在放样、立模和混凝土浇捣方面都比较简便;重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段,各坝段独立工作,结构作用明确,应力分析和稳定计算都比较简单;在严寒地区,与拱坝或支墩坝相比,受到冻害的影响较小.但是由于依靠自身重力维持稳定,所以坝体的体积较大,要消耗大量的水泥;坝体应力较低,材料强度不能充分发挥;坝体与地基的接触面积大,因而坝底的扬压力较大,对稳定不利;由于坝体体积大,施工期混凝土的温度应力和收缩应力较大,在施工期对混凝土温度控制的要求较高.经过以上几种坝型相比较,本工程适合选用拱坝和重力坝,由于毕业设计需要,先进行混凝土重力坝的枢纽设计,便于做经济比较.2:坝型的进一步选择在重力坝中根据坝的横断面的结构型式可分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、预应力重力坝、碾压混凝土重力坝等.①宽缝重力坝一般重力坝沿坝轴线所设横缝很宽,又称实体重力坝.宽缝重力坝是在实体重力坝的基础上,将横缝扩宽成为空腔而成的.设置宽缝后,坝基的渗透水可从宽缝中排出,所以扬压力显著降低,作用面积也相应减小;由于宽缝重力坝所受的扬压力小,坝体混凝土方量可较实体重力坝节省10%~20%,甚至更多;宽缝增加了坝体的侧向散热面,加快了坝体混凝土的散热过程.但是宽缝重力坝增加了摸板用量,尤其是倒坡部分更增加了立模的复杂性;在某些部为上存在局部的不利应力分布,温度应力问题也较多;施工比较复杂,需要的人工多,且施工进度慢.因此本工程可不考虑宽缝重力坝.②空腹重力坝空腹重力坝是在坝内布置大型空腔,空腔下面不设底板,坝底所受的荷载直接由所谓的前后腿传到地基上.空腹重力坝坝体内的空腔减小了坝基扬压力,因而混凝土方量可较实体重力坝节省20%~30%,并且可以节省坝基开挖量;上游坝踵的应力较大,扬压力可进一步得到降低;可以适应某些不利的地质条件(例如坝修建在具有软弱断层的地基上,可用空腹越过软弱层)同时尚可利用空腹布置水电站的厂房等.它的缺点是在空腹附近的应力分布较复杂,可能存在一定的拉应力,须配置较多的钢筋,应力分析及施工过程比较复杂在实际工程中很少采用.因此,本工程不选空腹重力坝方案.③预应力混凝土重力坝坝的特点是利用预加应力措施来增加上游部分的压应力,以增加坝体的稳定性,并有效地改善坝身应力,从而可以大大消减坝体的断面,达到节约混凝土的用量.但这种坝也同样存在施工复杂钢筋用量多的缺点,在实际工程中很少采用.因此,本工程不选预应力重力坝方案.④碾压式混凝土重力坝要考虑渗透和层与层之间的接触问题且施工复杂,因为我们现在的水平有限,不能作出很好的论证,因而放弃此种很好的坝型.⑤实体重力坝实体重力坝是最原始也是最简单的型式.其优点是施工,计算,设计均较简单,应分布也较明确和有利.但其缺点是扬压力大,端面面积和工程量大.本工程所在坝址的地质条件比较好,因而也无须建空腹重力坝,从而减少施工难度;由于宽缝重力坝对扬压力的减少不明显,且其应力也复杂,故也无须修建宽缝重力坝;预应力重力坝的钢筋用量大,施工复杂,在此也不宜选用此重力坝;而实体重力坝其优点及本枢纽所在的地形地质条件(地质较好,河谷的宽高比较大)决定了实体重力坝是重力坝里的最佳坝型.最终方案采用混凝土实体重力坝.四:建筑物类型拟定本枢纽的主要任务是防洪发电,主要建筑物有挡水建筑物,泄水建筑物,放空建筑物和电站建筑物.泄水建筑物:常用的坝身泄水建筑物有坝身泄水道(包括溢流坝、中孔泄洪孔、深式泄水孔、坝下涵管等)和河岸泄水道(包括河岸溢洪道和泄水隧洞等).河岸泄水道多用于土石坝的水利枢纽中,并且因为没有垭口,不适合用河岸溢洪道.本工程选用的是实体重力坝,坝身可过水,无需采用泄水隧洞.实体重力坝可做成溢流的形式,坝顶溢流式除宣泄洪水外,也能用于排除冰凌和飘浮物.由于坝顶闸门承受的水头较小,空口尺寸可以较大,随着库水位的升高,下泄量也迅速增大.因此,当遭遇意外洪水时,可有较大的超泄能力,而且闸门启闭操作方便,易于检查修理,工作安全可靠,所以本工程的泄水建筑物可选用溢流坝形式.电站建筑物:由于本枢纽处于河段峡谷出口处,坝宽相对狭窄,流量较小,为了便于摆放枢纽建筑物,此时可采用地下式厂房.放空建筑物:坝下涵管通常布置在土石坝下部,本枢纽采用混凝土重力坝,则不必采用涵管. 隧洞需开挖山体,工程量较大,不宜采用.本工程采用深孔作为放空建筑物.第三章调洪演算一:选择泄洪方式本水库选择表孔泄洪,表孔和深孔相结合的放空方式.当来水量较小时,采取对称开启或局部开启,当来水量大于闸门全开时下泄量时,闸门全开.二:闸门操作方式水库的运用方式是在洪水来临时,先用闸门控制使来洪量Q=下泄量q,来多少洪水泄多少洪水,此时,水库保持防洪限制水位不变;当来洪量继续加大,在来洪量Q大于下泄量q后,闸门全开,作为无闸门情况对待.三:初拟孔口尺寸、确定孔数泄洪单宽流量q与地基岩石有Q关,坚硬完整的岩石q=100~130米3 /秒,较好岩石q=50~80米3/秒,较差岩石q=20~50米3/秒.本坝坝址处岩石较好,可选单宽流量q=60米3/秒,允许最大设计下泄流量米ax=900米3/秒,则可初步计算得溢流坝段溢流前缘宽度L0=Q米ax/q=900/60=30 ,孔口宽度b=15米.从而可确定孔口数n=30/15=2,取n=2.四:确定堰顶高程闸门宽高比b/h=1.2~2.0,取b/h=1.666,可算得h=b/1.666=9.闸门一般超过正常水位30~50厘米,但不到坝顶.正常高水位为140米,可确定闸门顶部高程为140.5米 ,从而闸门顶部高程为140.5-10=130.5米.五:调洪演算选用半图解法来进行调洪演算,其公式为:(Q1+Q2)Δt/2-(q1+q2)Δt/2=V1-V2,即V2/Δt+q2/2=(Q1+Q2)/2+(V1/Δt-q1/2).令f1(Z)=V1-q1/2, f2(Z)=V2+q2/2, f3(Z)=Q下.式中:Q1、Q2分别为计算时段初、末的入库流量(米3/秒)q1、q2分别为计算时段初、末的下泄流量(米3/秒)V1、V2分别为计算时段初、末水库的蓄水量(米3/秒)Δt为计算时段.取Δt=5小时=18000秒.下泄流量q为泄洪能力与发电流量之和,其中发电流量为35.4米3/秒,泄洪能力计算公式为mg2BH3/2,其中B=30米.Z —水位(米)V —库容(亿米3)V上—堰顶以上库容(亿米3)H —堰顶以上水头H(米)米—流量系数q —下泄流量(米3/秒)Δt —时间间隔,详细计算过程参见计算书第一章.两个方案的结果如下表:上述两个方案的下泄流量均满足要求,且由于坝高较低,两个方案各项数据相差均较小,作为安全考虑,因此选取的方案II作为最后方案,堰顶高程既定为136米,校核洪水位为143.08米.第四章重力坝挡水坝段剖面设计一:重力坝挡水坝段剖面尺寸初拟1:坝顶高程的确定根据天津大学编的《水工建筑物》可查得坝顶高程可按以下两个公式计算,并选用其中较大值.①坝顶高程=设计洪水位+Δh设②坝顶高程=校核洪水位+Δh校经计算,设计情况下坝顶高程为146.633米,校核情况下坝顶高程为145.810米.比较取较大值,坝顶高程最终取为147米.具体计算过程详见设计计算书第二章2:坝顶宽度的确定无交通要求时,坝顶宽度可采用坝高的8%~10%,一般不小于2米.坝基面高程为102米,坝高为147-102=45米,所以坝顶宽度可取为4米.取上游边坡系数n 1=01,下游边坡系数n2=0.7.根据资料给定淤沙高程为108米.上游边边坡系数为零,下游折坡点高程可根据校核水位选取为138米.3:排水管位置及尺寸的确定为了减小渗水对坝体的不利影响,在靠近上游面处需要布设排水管.排水管距上游面距离一般不小于坝前水深的1/10~1/20,且在坝顶处排水管据上游坡面的距离不能小于2米,以使渗透坡降在许可范围以内.因此排水管可选在距上游坡面3米处.坝体排水管的间距一般为2~3米,可取3米左右.管内径为15~20厘米,可取20厘米左右.实用剖面(1) 实用剖面(2) 实用剖面(3)图5.1 非溢流重力坝实用剖面选择实用剖面:(1)适合于地基条件较好,坝体与基岩间摩擦系数较大的情况,坝体剖面由强度条件控制;(2)坝体剖面由稳定条件控制,同时有利于利用水重和布置坝体泄水孔;(3)适合于地基条件较差,坝体与基岩间摩擦系数较小的情况,坝体剖面由稳定条件控制.综合考虑坝址的条件选择采用实用剖面(1).4:灌浆廊道位置及尺寸的确定帷幕灌浆需要在坝体浇筑到一定高程后进行,以便于利用混凝土压重提高灌浆压力,保证灌浆质量,为此需在坝踵部位设置灌浆廊道.廊道断面一般采取城门洞形,由于坝高限制,廊道底宽取为2米,高可取为3米.距上游面的距离可取0.05~0.1倍水头处,廊道地面距基岩不小于1.5倍基岩宽度,因此廊道底面距基岩不小于4米,可取4米.5:检查排水廊道的确定为了检查巡视和排除渗水,常在靠近坝体上游面设置检查廊道,断面形式多采取城门洞形,最小宽度为1.2米,最小高度为2.2米,距上游面的距离应不小于0.05~0.07倍水头,且不小于3米.考虑本枢纽尺寸较小的问题,宽度可以取为1米,高度可以取为1.5米. 非溢流坝剖面可见附图二:重力坝挡水坝段经济剖面的设计。