宽缝重力坝设计方案

- 1 - 宽缝重力坝设计方案 1 设计基本资料 理位置 S 溪为福建省最大河流上游的西支，流经十四个县市，与 K 北支建溪汇合于南平。 49 公里，邵武至顺昌段河道坡降 已建 电站位于沙溪中游末端，控制集水面积 5184 平方公里。富屯溪干流全长 285 公里，邵武至顺昌段河道坡降 其最大支流金溪，全长 253 公里，地形更为陡峻，河道坡降达 已建 站位于今溪中游控制集水面积 4766 平方公里。 S 水电站位于沙溪和富屯溪汇合口下游 6 公里的西溪上，控制集水面积 25562 平方公里制 ，占 N 流域总面积的 42%，流域内森林茂盛，覆盖良好，有较好的水土保持条件。 文与气象 文条件 K 的降水量观测，解放前从 1935 年开始，但站点少，资料断续不全，精度较差。 1952年起陆续增设雨量站，到 1978 年已达 162 处，平均 158 平方公里设有一个雨量站。蒸发量观测都是解放后开始，本流域共有 16 个观测站。枢纽区所需的气温，湿度，水温，风向，风力等气象要素的统计，是利用距坝区下游 14 公里的南平站。 水文测验：西溪最早于 1938 年 7 月在沙溪的沙县。永安设站观测水位和流量， 1939年相继在 宁化清流设水位站。富屯溪以洋口建站最早，于 1944 年 5 月设立，其他各站点均在解放前增设。一般都有二十年以上的实测资料。至 1978 年沙溪沙县站已积累三十年资料，富屯溪洋口站也有三四十年的实测资料。 K 的 L 站，距 屯溪汇合口下游约 4 公里， 1953 年 11 月设站。 1957 年停测，1960 年 9 月恢复策流至 1966 年 12 月撤消， 1979 年恢复观测水位，汛期测流。 - 2 - L 是 制站，是本水电站水文计算的主要依据站，但仅有 9 年实测流量资料，而J 控制站，控制集水面积 9922 平方公里，洋口站控制集水面积 12669 平方公里， 两站总面积已控制坝址总面积的 89%左右，其间无大支流汇入，为 文资料插补展延提供了良好的条件。 天然河道水位流量关系曲线， 1979 年 3 月在花竹站下游约 里鲤鱼洲坝段社坝址上下水尺。同年青洲莱洲与梯级开发可能的官蟹，照口设水尺，观测水位，至 9 月停测。坝址水尺与花竹站相关，青州，官蟹两组水尺和莱舟，照口两组水尺分别与沙县站和洋口站相关，高水位历史洪水资料控制又分别按集水面积比的 方作相应水尺的区间加入水量，接着以史提文撕法外延求得。 水特性 流域属亚热带季风气候，雨量充沛，暴 雨频繁，由于地形影响，富屯溪上游为闽北高雨区，沙溪属于闽中低雨区，金溪与富屯溪中下游则为两者过度带。降雨量的地区分布有自东南向北递增趋势。花竹以上流域实测最小和最大年降水量在 1236 2348毫米之间，多年平均降水量为 1776 毫米，六月为甚，占年降水量的 37%左右。高风西风槽和地面锋系列相伴出现成锋面雨，是本流域雨季最主要的天气形势，也是暴雨的主要成因，一般台风雨对本流域影响不显著，但强台风与其他天气系统相遇时，容易晾成洪患。 象要素简述 坝区年平均气温为 ，月平均气温在 9 度以上，最高气 温 的日树，全年平均为 ，其中以七八月最多。最低气温 在设计洪水位下满足稳定要求。 （ 2） 应力分析： I=游边缘正应力 I M= 游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 位 校核水位 设计水位 作用 垂直力 平力 力矩 直力 m 水平力 力矩 重 88000 3398400 288000 3398400 3232 3232 力 68800 68800 4 23232 3232 5 6 81312 1312 水压力 2 直 压 1 压力 3 4 0 0 0 0 - 15 - 上游主应力 2： 0游主应力 2： 0计水位下 W = U =322747 P = M = I= 稳定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 应力分析： I=游边缘正应力 I M= 游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0- 16 - 二 种方案 n=m=核和设计洪水位工况 表 3 校核和设计 水位工况下的各种 荷载值及弯矩值 水位 校核水位 设计水位 作用 垂直力 平力 力矩 直力 m 水平力 力矩 重 88000 3556800 288000 3556800 力 7424 7424 3 268800 68800 4 17424 7424 5 175296 75296 6 81312 1312 水 力 直 压 4 0 0 0 0 核水位下 W = U =322747 P =M = I= 稳定分析： P )( 在 校核 洪水位下 满足 要求 应力分析： I=游边缘正应力 I M= 游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( - 17 - 下游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0计水位下 W = U =322747 P = M = I=定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 应力分析： I=游边缘正应力 I M= 游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0- 18 - 三 种方案 n=m=核和设计洪水位工况 表 3 校核和设计洪 水位工况下的各种荷载值及弯矩值 核水位下 W =629808 U =P =M = I= 稳定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要 求。 应力分析： I=游边缘正应力 I M= 游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 位 校核水位 设计水位 作用 垂直力 平力 力矩 直力 m 水平力 力矩 重 88000 2980800 288000 2980800 力 7424 7424 3 230400 68800 4 17424 7424 5 156288 75296 6 81312 1312 水 力 直 压力 4 0 0 0 0 - 19 - 上游主应力 2： 0游主应力 2： 0计水位下 W = U =322747 P = M = I=定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 应力分析： I=游边缘正应力 I M= 游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0案筛选 在这三种方案中，均满足稳定应力要求，故选择在 20m 宽坝段的混凝土用量少的为最优断面，混凝土用量，见表 4 3凝土用量表 第一种方案 第二种方案 第三种方案 690991 662320 629808 可见第一种方案混凝土用量较少，从经济方面考虑选取方 案 三 。 用剖面 坝顶高程为 96m，坝顶宽度为 12m，上游拐点高程为 68m，坡率为 n=游 坡率为 m= - 20 - 1: 0207020104580图 4溢流坝段剖面图 - 21 - 4 挡水坝段稳定与应力分析 面（ 86m 高程 ） 表 4 校核和设计洪 水位工况下的各种荷载值及弯矩值 核洪水位工况 W = U = P = M =240 B=12 定分析： P )( 在 校核 洪水位下 满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 26+B= 游边缘正应力 26_B= 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 位 校核水位 设计水位 作用 垂直力 平力 力矩 直力 m 水平力 力矩 重力 W 2880 0 2880 0 水平 压力 扬 - 22 - 上游主应力 2： 0游主应力 2： 0 设计洪水位工况 W =U =P = M =240 B=12 定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 26+B= 游边缘正应力 26_B= 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0- 23 - 表 4 正常 蓄水位和设计低 水位工况下的各种荷载值及弯矩值 常蓄水位工况 W =2649 U=P =M =240 B=12 定分析： P )( 191在设计洪水位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应 力 26+B= 游边缘正应力 26_B= 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0 设计 低水位工况 W =U =P = M=A=240 B=12 水位 正常蓄水位 设计低水位 作用 垂直力 平力 力矩 直力 m 水平力 力矩 重力 W 2880 0 2880 0 水平 压力 扬 - 24 - 定分析： P )( 1915在设计洪水位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 26+B= 游边缘正应力 26_B= 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0面（ 68m 高程） 表 4 校核和设计洪 水位工况下的各种荷载值及弯矩值 校核水位 设计水位 作用 垂直力 平力 力矩 直力 m 水平力 力矩 重 064 064 重 平 8624 压力 0 0 压 3 4 校核洪水位： W = U =P =M = B=- 25 - 定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 26+B= 游边缘正应力 26_B= 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0 设计洪水位工况 W = U = P =M = B=定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 26+B= 游边缘正应力 26_B= 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0- 26 - 表 4 正常 蓄水位和设计低 水位 工况下的各种荷载值及弯矩值 常蓄水位： W = U = P =515 M =456 B=定分析： P )( 在设计蓄水 位下满足稳定要求。 力分析： I= 游边缘正应力 26+B= 游边缘正应力 26_B= 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： 游主应力 2： 0游主应力 2： 0 设计低水位： 84m W =U = P =446 M =常蓄水位 设计低水位 作用 垂直力 平力 力矩 直力 m 水平力 力矩 重 064 064 重 平 16214 8759 水压力 0 压 4 - 27 - A=456 B=定分析 P )( 在设计蓄水 位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 26+B= 游边缘正应力 26_B= 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0- 28 - 截面（ 58 高程） 表 3 校核和设计洪 水位工况下的各种荷载值及弯矩值 核洪水位： W =U =155743 P = M = I=定分析： P )( 在校核水 位下满足稳 定要 求。 力分析： I=游边缘正应力 I M= 位 校核水位 设计水位 作用 垂直力 平力 力矩 直力 m 水平力 力矩 重 600 50940 3600 50940 力 18880 1674432 218880 1674432 12896 12896 4 3600 36540 3600 36540 1040 159840 71040 159840 4400 4400 水 1071514 压力 56036 446416 垂直 压 6494 48027 0 0 压 4 - 29 - 下游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0 设计洪水位： 90m W =290032 U =P =M = I=定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 I M= 游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0- 30 - 表 4 设计蓄水位和设计 低 水位工况下的各种荷载值及弯矩值 常蓄水位： W = U = P =16192 M =642197 A= I=定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 I M= 游边缘正应力 I M 位 设计蓄水位 设计低水位 作用 垂直力 平力 力矩 直力 m 水平力 力矩 重 3600 50940 3600 50940 力 18880 1674432 218880 1674432 12896 112896 3600 36540 3600 36540 71040 159840 71040 159840 14400 14400 静水 82508 797518 3770 力 66316 882 882 垂直 压力 扬 0 0 压 4 - 31 - 上游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0 设计低水位： 84m W =U = P =2888 M = I=定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 I M= 游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0- 32 - 截面（ 46m 高程 ） 表 4 校核和设计洪 水位工况下的各种荷载值及弯矩值 核洪水位： W =629808 U =P =M = I=定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 I M= 位 校核水位 设计水位 作用 垂直力 平力 力矩 直力 m 水平力 力矩 重 88000 2980800 288000 2980800 力 7424 7424 3 230400 68800 4 17424 7424 5 156288 75296 6 81312 1312 水 力 直 压力 4 0 0 0 0 - 33 - 下游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0 设计洪水位： W = U =322747 P = M = I=定分析 ： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 I M= 游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0- 34 - 表 4 设计蓄水位和设计低 水位工况下的各种荷载值及弯矩值 常蓄水位： W = U = P = M = I=定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 I M= 游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( 位 设计蓄水位 设计低水位 作用 垂直力 平力 力矩 直力 m 水平力 力矩 重力 88000 2980800 288000 2980800 7424 7424 3 230400 68800 4 17424 5 175296 6 81312 水压力 2 10362 垂直水压 力 2 3230 3 扬 压 力 0 0 3 4 - 35 - 下游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0 设计低水位： 84m W = U =119615 P = M =1731886 A= I=定分析： P )( 在设计洪水位下满足稳定要求。 力分析： I=游边缘正应力 I M= 游边缘正应力 I M 游主应力 1： n )1( 游主应力 1： m )1( 游主应力 2： 0游主应力 2： 0- 36 - 5 挡水坝段内部应力分析 面 （ 86m 高程） 核洪水位： u =- n= n =d = m= m =坝内水平截面上的正应力 2 )(6 B A 2 )(12 B 内水平截面上的剪应力 2111 1 )426(1 1 )336(1 21 内水平截面上的水平正应力 ， 经简化 2 2a Bb 2 5缘应力（ 位置 应力 1 3 4 7 9 10 y 34 x 4 1 2 - 37 - 计洪水位： u =- n= n =d = m= m =坝内水平截面上的正应力 2 )(6 B A 2 )(12 B 内水平截面上的剪应力 2111