某水电站拦河坝工程设计毕业设计

1、福建水利电力职业技术学院 某水电站拦河坝工程设计 fujian college of water conservancy and electric power2013届毕业设计报告设计题目: 某水电站拦河坝工程设计（水工建筑物设计）所属系别: 水 利 工 程 系 专 业: 水 利 水 电 工 程 管 理 班 级: 水管1031班 2013年1月某水电站拦河坝工程设计毕业设计开题报告姓名：陈闽超 学号：1139101707 班级：水管1031班 专业：水利水电工程管理子课题名称水工建筑物设计指导老师姜英芳本课题要解决的问题及采用的研究方法：根据大坝工程设计的相关资料与参考文献，如：混凝土重力坝设

2、计规范、水力计算手册等，设计重力坝，确定大坝工程的设计方案。（正常蓄水位为：169.35m）1、 设计标准选择和工程总体布置：根据工程规模拟定工程设计等别和主要水工建筑物、水工建筑物总体布置；2、 根据给定的地形图，拟定坝轴线，计算坝址下游水位流量关系曲线，计算波浪要素和安全超高；3、 重力坝设计：坝型、坝轴线选择，非溢流坝剖面设计和溢流坝剖面、尺寸拟定，消能设计，稳定和应力计算；4、 施工导流设计：按频率法确定导流标准，选择导流设计流量，进行导流方法选择，计算上、下游水位，确定围堰型式，围堰高度。毕业设计完成进度计划：第1周：熟悉工程资料，选择坝址、坝轴线，枢纽总体布置 ；第23周：上下游设

3、计洪水位、校核洪水位的水位计算；确定重力坝的调程和断面设计，并完成非溢流坝稳定计算和应力计算；第34周：拟定溢流坝剖面尺寸，泄流能力校核，并完成溢流坝稳定计算；消能防冲的设计；施工导流设计；第5周：绘制相关的图纸；第6周：整理成果，并编写设计报告书等。61目 录摘要 第一章 基本资料11绪言12水文资料13库区工程地质2第二章 工程布置及建筑物41设计依据41.1工程等别及建筑物级别41.2设计洪水标准42坝址、坝轴线、坝型选择及工程总体布置52.1坝址选择52.2坝轴线选择52.3坝型选择63工程总体布置74挡水及泄水建筑物74.1大坝布置7第三章 非溢流坝设计计算81坝顶高程确定81.1上

4、游水水位的计算81.2下游水位的计算91.3 坝顶高程的确定82.重力坝断面设计112.1坝宽的确定142.2坝面坡度的确定142.3坝基防渗与排水设施的拟定143.重力坝荷载计算153.1设计洪水位203.2校核洪水位15第四章 溢流坝断面设计271.溢流前缘总长度的确定272.溢流坝断面设计272.1溢流堰的堰面曲线272.2反弧半径的确定283.泄流能力校核293.1坝面过水能力验算293.2泄流能力校核表314.溢流坝抗滑稳定计算315、底流式消能防冲的水力计算415.1水流衔接状态的判别415.2消力池的水力计算42致谢45参考文献46摘 要某水电站位于漳平市溪南镇尖祠村，是九龙江北

5、溪的支流溪南梯级开发的第七级水电站，坝址以上集雨面积645。本工程为设计中，基于给定的地质及水文气象等资料，首先进行了重力坝的坝型选择，选取了混凝土实体重力坝坝型；然后进行了水库水位演算，计算得上游设计洪水位170.90m，下游设计洪水位160.0m，上游校核洪水位173.44m，下游校核洪水位161.38m；还对挡泄水建筑物的剖面进行设计，确定坝高为20m，采用表孔溢流，并对挡水坝段进行了抗滑稳定分析及坝体应力分析，结果均满足要求；最后还对溢流坝做了泄流能力校核和消能防冲的设计。第一章 基本资料1绪言某水电站位于漳平市溪南镇尖祠村，是九龙江北溪的支流溪南梯级开发的第七级水电站，坝址以上集雨面

6、积645km2。溪南溪河道流域面积为655km2，主河道总长67km，河道平均坡降5.6。该处原有尖祠水电站建于70年代，装机容量2400kw，利用水头9m，水库正常蓄水位为167.35m，因该水电建设时间早，整机容量偏小，且年久失修，建筑物多处渗漏，机组严重老化，无法充分发挥效益。为充分利用水能资源，发展地方经济，拟对原有尖祠水电站实施技改扩建，建设22000kw装机容量的水电站，年发电量1018万kwh，属小型水电站，并将技改扩建后的水电站更名为本水电站。2水文资料本流域地处亚热带季风气候区，温暖湿润，是四季分明的山地气候，兼具大陆性和海洋性气候特点，夏长而不酷热，冬短又不严热，气候温和湿

7、润，雨量充沛。坝址以上流域内设有上洋、长塔、官坑、溪南等4个雨量站，最早设站时间在1958年。按算术平均求得坝址以上流域多年平均降水量为1552.8mm。降水年际变化较大，如溪南站实测最大年降雨量为1891.8 mm（1961年），实测最小年降水量972.9mm(1991年），前者为后者的1.94倍。降水年内分配亦级不均匀，春夏多雨，夏秋季节受台风影响频繁，多造成洪水，49月份的降雨约占全年降水量的76%。据漳平市气象站资料统计，多年平均气温为20.3，最高气温41.2，最低气温-5.6。年内各月平均气温以7月最高（28.0），1月最低（10.6）。多年平均日照时数2043h，无霜期315天，

8、最早处霜11月5日，最迟终霜3月1日。多全年平均水面蒸发量为10001100mm，年平均相对湿度77%。全年除静止无风外，29月以东南风为主，其余各月多为西北风，多年平均风速1.7 m/s，最大风速18 m/s。麦园水文站为坝址径流计算的参证站，求得麦园站多年平均流量多年平均流量17.2m3/s，径流系数0.54，cv=0.30，cs=2.0cv，多年平均降水量1568.7 mm。按面积比和多年平均降水量比，求得易缘电站坝址的多年平均径流深为836.3 mm，多年平均径流量17.10 m3/s。坝址各频率洪水特征值，通过水文站的洪水统计参数的地区综合线，经计算易缘水电站坝址p=3.33%的设计

9、洪峰流量1222m3/s；p=0.5%的校核洪峰流量1810m3/s。由于坝址无泥沙资料，根据龙岩水文手册，溪南溪流域多年平均输沙模数为150t/km2，多年平均含沙量0.1kg/m3。推移质为悬移质的30%，考虑上游已建多个梯级的拦沙作用，计算坝址的年输沙量总量为12.58万t（其中悬移质9.68万t，推移质2.50万t）。3库区工程地质库区呈长条形河谷，区域内多显圆形山，山坡坡度一般为3040，属低山丘陵区。山坡第四系覆盖层约25m，植被发育，树木杂草茂盛。库区河谷发育已至晚期，侵蚀作用小，和弯曲呈蛇曲状，河流表现以沉积作用为主，砂卵石堆积的阶地及河漫滩发育。本工程为河床型水库，水库四周山

10、体高厚，无通向库外的断裂构造，也无导水的松散堆积层与库外相通，不存在水库渗漏问题。水库岸边山体稳定，多基岩裸露，未见滑坡坍塌现象。水库蓄水后，仅有可能发生局部阶地陡坎坍塌，产生大规模库岸再造的可能性小，回水范围仅淹没河流漫滩，未改变原有水文条件，不移民，仅淹没部分耕地、果林地和沿和种植的高杆作物，未发现有价值的矿产资源。根据中国地震动参数区划图（cb1830b2001）该区地震加速度动峰值为0.05g，地震反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为度。坝厂址区岩性单一，为三叠系的中粗中粒灰白色砂岩、砂砾岩，具弱硅化现象，多为中层状，但在左岸下游局部见中薄层砂岩。新鲜岩体细密坚硬。岩体的完整

11、性左岸较好，右岸较差。坝厂址山体上部及沟谷部位普遍为第四系的残坡积风化层，厚度多在14m间。河床为第四系全新统冲洪积砂卵石层，初估厚度一般在0.83.0m，局部河道凹槽或岩体破碎处将会更深。从区域上看，本区为“龙岩山字型”的构造的东翼部位，其主控构造是北东向断层，次级构造为北向断裂。坝厂址区内地质构造总体较简单，属于区域性次级构造带范围，但两岸也有所差异。坝厂区的各种地质参数的建议：摩擦系数f：两岸0.650.75；河床0.700.75。岩体允许承载力：河床和左岸0.50.6mpa；右岸0.40.5mpa。剪摩f0.80.9。抗剪凝聚力m，则浪压力应按深水波计算。当时，按下式计算： =（3.1

12、42.34282）/13.7857 =1.3537 =0.4+1.3537+2.3428=4.10 m所以，z坝顶(坝顶高程) =z正 (正常蓄水位)+h设=169.35+4.10=173.45m1.3.2 校核洪水位坝顶高程的确定坝的安全级别为级，查表33得, m。由于v0=18 m/s（取多年平均最大风速）,d=2000m，校核洪水位为173.44m，宜按官厅水库公式计算：=1.313147m,在20250之间，为累积频率5%的波高，所以转化为的波高，则=1.091.313147=1.4313m。 =9.9257m 当坝前水深h1=173.44- 156=17.44m m，则浪压力应按深水

13、波计算。 =（3.141.43132）/9.9257 =0.6481 =0.3+0.6481+1.4313=2.38m所以，z坝顶(坝顶高程) =z正 (校核洪水位)+h校=173.44+2.38=175.82m因为z坝顶(校核洪水位) z坝顶(正常蓄水位)，两者比较取大值，则坝的高程为175.82m，最大坝高为175.82-156=19.82m2.重力坝断面设计2.1坝宽的确定河床底部高程为155.4m，坝底高程为155 m，坝的高程为175.82m，则坝高为19.82m ,属于低坝。根据砼重力坝设计规范（dl5108-1999）第11.1.3条规定，常态混凝土坝坝顶最小宽度为3.0m,故取

14、坝顶宽为3.0m。2.2坝面坡度的确定根据水利水电工程建筑物采用，重力坝的基本剖面的上游边坡系数常采用00.2，下游边坡系数采用0.60.8，坝底宽一般为坝高的0.70.9倍。2.3坝基防渗与排水设施的拟定 初步拟定帷幕排水孔中心线在坝基面处距离坝踵的距离，坝基排水幕中心线距上游面距离为3.5m，则折减系数取0.3。根据以上数据绘制重力坝断面图，如图3-5所示： 图3-5 重力坝断面图3.重力坝荷载计算3.1正常洪水位3.1.1 正常洪水位情况下的荷载正常洪水位情况下荷载简图如图3-6所示： 图3-6 重力坝荷载简图1、竖向立 自重2水平水压力3浪压力4.淤沙压力 （单位有问题）5扬压力渗透压

15、浮力02挡水剖面在正常洪水位情况的荷载组合见表3-5：表3-5 荷载符号计算式垂直力（kn）水平力（kn)对坝底面中心的偏心距（m)力矩（kn. m)自重97632=5.4767885w210.95213.6924217996.976310.9523=0.325585上游水平水压力p19.8113.35287413.353=4.453889渗透压力u19.6524.0059.8121906.9764.39.6523=0.541103u24.39.811816.9764.32=4.826874u34.3(13.35-3.4.3)9.8121916.9764.33=5.5

16、431059浪压力pl1(6.89+2.34+1.35)6.899.81235813.356.89（6.892.341.35)3=9.9873575pl26.899.81223313.356.8923=8.7572040水平泥沙压力pn158.3tan(45-182)2918.33=2.77252合计32395622331323106139649总计26771090964 3.1.2 坝体与坝基接触面的抗滑稳定性计算当坝基内不存在可能导致沿基础岩石内部滑动的柔弱结构面时，应按下列抗剪断强度公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数。此方法认为，坝与基岩胶结良好，滑动面上的阻滑力包括抗剪断摩擦力和抗剪断凝

17、聚力，并直接通过胶结面的抗剪断试验确定抗剪断强度系数和。其抗滑稳定安全系数由式（3-8）计算： （3-8）式中按抗剪强度公式计算的抗滑稳定安全系数； 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数；作用于坝体上全部荷载（包括扬压力，下同）对滑动平面的法向分值，kn；作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kn。则： 已知=2677kn ,= kn,根据混凝土重力坝设计规范查表得=0.75，代入公式得：因此，在正常洪水位情况下，坝基面的抗滑稳定性满足要求。3.1.3 坝址和坝踵应力核算根据混凝土重力坝设计规范（dl5108-1999）规定采用以下公式（3-9）计算： （3-9）式中 上游面垂直正应力，

18、kpa； 下游面垂直正应力，kpa； t坝体计算截面沿上下游方向的水平宽度，m；计算截面以上所有垂直分力的代数和（包括扬压力，下同），以向下为正，kn；计算截面以上所有作用力对计算截面形心的力矩代数和，以逆时针方向为正，kn.m；已知计及扬压力时坝基面上的=kn ，=kn.m ；不计扬压力时坝基面上的=kn ，=kn.m。 坝踵垂直正应力（计扬压力） 坝趾垂直正应力（计或不计扬压力）不计扬压力计扬压力远小于坝坝基和坝体允许压应力。因此，在正常洪水位情况下，坝趾和坝踵说应力满足要。3.2校核洪水位3.2.1校核洪水位情况下的荷载校核洪水位情况下荷载简图如图3-6所示：1、 竖向力 自重 下游水重

19、2水平水压力3浪压力4.淤沙压力 （3-7） 式中 泥沙压力，kn/m； 泥沙的浮重，为；泥沙的淤积厚度，为8.3； 泥沙的内摩擦角。对于淤积时间较长的粗颗粒泥沙，可取=；对于黏土质泥沙可取=；对于极细的淤泥、黏土和胶质颗粒可取=。本计算取=。5扬压力 浮托力浮力02 渗透压力挡水剖面在校核洪水位情况的荷载组合见表3-6： 荷载符号计算式垂直力（kn）水平力（kn)对坝底面中心的偏心距（m)力矩（kn. m)自重97632=5.4767885w210.95213.6924217996.976310.9523=0.325585上游水平水压力p19.8117.442149

20、217.443=5.818436下游水平水压力p29.815.3821425.383=1.79254下游水重q10.85.389.8121146.9765.380.83=5.541632浮托力u113.9525.389.81736000渗透压力u29.6523.6189.8121716.9764.39.6523=0.54193u34.33.6189.811536.9764.32=4.826738u44.3(12.06-3.618)9.8121786.9764.33=5.543987浪压力pl1(4.96+1.43+0.65)4.969.81217117.444.96(4.961.430.65)

21、3=14.8372535pl24.969.81212117.444.9623=14.1331710水平泥沙压力pn158.3tan(45-182)2918.33=2.77252合计3353123826317541052713580总计2115149130533.2.2 坝体与坝基接触面的抗滑稳定性计算当坝基内不存在可能导致沿基础岩石内部滑动的柔弱结构面时，应按下列抗剪断强度公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数。此方法认为，坝与基岩胶结良好，滑动面上的阻滑力包括抗剪断摩擦力和抗剪断凝聚力，并直接通过胶结面的抗剪断试验确定抗剪断强度系数和。其抗滑稳定安全系数由式（3-8）计算： （3-8）式中按抗剪强

22、度公式计算的抗滑稳定安全系数； 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数；作用于坝体上全部荷载（包括扬压力，下同）对滑动平面的法向分值，kn；作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kn。则： 已知=2115kn ,= kn,根据混凝土重力坝设计规范查表得=0.75，代入公式得：因此，在校核洪水位情况下，坝基面的抗滑稳定性满足要求。3.2.3 坝址和坝踵应力核算根据混凝土重力坝设计规范（dl5108-1999）规定采用以下公式（3-9）计算： （3-9）式中 上游面垂直正应力，kpa； 下游面垂直正应力，kpa； t坝体计算截面沿上下游方向的水平宽度，m；计算截面以上所有垂直分力的代数和（包括

23、扬压力，下同），以向下为正，kn；计算截面以上所有作用力对计算截面形心的力矩代数和，以逆时针方向为正，kn.m；已知计及扬压力时坝基面上的=kn ，=kn.m ；不计扬压力时坝基面上的=kn ，=kn.m。 坝踵垂直正应力（计扬压力） 坝趾垂直正应力（计或不计扬压力）不计扬压力计扬压力远小于坝坝基和坝体允许压应力。因此，在校核洪水位情况下，坝趾和坝踵说应力满足要。第四章 溢流坝断面设计1.溢流前缘总长度的确定闸坝段位于河床中央及靠右岸位置，总净宽30m，孔数为3孔，孔口净宽为10m， 令中墩d与边墩t的厚度为2m，则溢流前缘总长度为:。2.溢流坝断面设计2.1溢流堰的堰面曲线wes型溢流堰顶部

24、为曲线以堰顶为分界分为上游段和下游段。溢流坝面曲线设计：溢流堰顶高程为164m，堰上最大水头hmax=校核洪水位-堰顶高程=172.440-164=8.44m ，定型设计水头，取堰顶最大作用水头的（75%95%）,取=7 m，则/hmax=7/8.44=83%，在规定范围内，是合理的。根据水利水电工程建筑物得最大负压值为0.35h d =0.357=2.45m，校核最大的负压要小于规定的允许值，最大不超过36m水柱，可见，最大负压值在规定范围内，符合要求。2.1.1 堰顶上游段堰面曲线根据混凝土重力坝设计规范（sl 319-2005）规定，堰顶上游侧采用椭圆曲线，其方程为 （4-1）式中 a、b椭圆曲线的长半轴和短半轴（当时，a=0.280.30，a/b=0.87+3a；当时，a=0.2150.28，b=0.1270.163；当取小值时，a与b相应取小值。）