水电站毕业设计

1、华北水利水电大学毕业设计目录1导流水力计算11.1河谷形状系数法确定导流方式11.2隧洞经济断面的确定11.2.1试算求上游围堰高11.3导流水力计算41.3.1验算流量系数41.3.2隧洞水流流态判别61.3.3泄流能力计算81.4调洪计算101.5围堰高程的确定121.5.1上游围堰高程的确定121.5.2下游围堰高程确定131.6导流建筑物施工计算131.6.1戗堤施工计算131.6.2围堰施工计算162截流水力计算182.1龙口各水力计算参数的确定182.2 立堵材料的确定203基坑排水233.1初期排水233.1.1基坑积水233.1.2雨水243.1.3渗水243.2 经常性排水2

2、43.2.1 雨水量的计算243.2.2 基坑渗水量的计算253.2.3 基坑弃水的计算263.2.4 经常性排水总量的计算264封堵日期的确定274.1 封堵日期确定的方法274.2封堵日期的计算275施工组织设计计算285.1准备工程285.1.1场外交通285.1.2风水电工程285.1.3混凝土系统285.1.4坝区道路285.2导流工程295.2.1隧洞开挖295.2.2隧洞衬砌295.2.3围堰填筑295.3主体工程施工305.3.1河床坝段开挖305.3.2右岸混凝土重力坝开挖305.3.3溢洪道开挖315.3.4右岸土坝开挖315.3.5河床坝段浇筑315.3.6右岸混凝土坝浇

3、筑325.3.7溢洪道浇筑325.3.8右岸土坝填筑335.3.9电站厂房工程335.3.10灌浆工程345.4发电日期的确定34351导流水力计算1.1河谷形状系数法确定导流方式 （11） 其中：C：河谷形状系数L：河谷周长H：河谷高C=<5.61.2隧洞经济断面的确定1.2.1试算求上游围堰高试算公式：Qw （12）其中：流量系数；一般0.70.75,取0.7w：过水断面面积；m z：上下游水位差,mQ：流量；由上式得：z （13）隧洞断面尺寸的大小取决于设计流量、地质和施工条件，洞径应控制在施工技术与结构安全允许范围内。目前，我国单洞面积多在200m以下，因此，面积超过200m的单

4、洞应按三条洞设计。当w=290M2时洞径：D13.6m上下游水位差：z32.6m1.2.1.1上游围堰高H上17.3+32.6+150.9m其中：安全超高为1m，下游水位：17.3m在地形图上平均长：L101.5m围堰横断面面积：A（20+2.57436.125m工程量：V7436.125101.5=754766.68m3造价：C上754766.6838.56=29103803.47元（查定额知：每100m3堰体3856元）1.2.1.2下游围堰堰高H下17.3+0.718m其中：安全超高0.7m堰长：L32.6横断面面积：A（990工程量：V99032.6=32292m3造价：C下32292

5、38.56=1245179.52元隧洞衬砌厚0.9m查定额：每m3：208.27元，开挖：每m3:40.31元洞开挖量：V78936.3m3造价：C178936.340.313181923.64元衬砌量：V17374.248造价：C2=17374.248208.273616271.15元洞总造价：C（C1+C2）3=20394584.37元工程总造价：C洞39237846.17元具体数据如下表：表1-1 最优经济断面试算表WDZH堰长V上C1C2C上C总30013.830.448.797578677.753274855.993674252.6622313814.0437457210.85310

6、14.128.546.8965503683391896.253837433.1521222190.0836926028.4132014.326.845.194.5522088.883477763.653839552.520131747.2136001559.0333014.525.243.594500902.53564704.383847217.5119314800.435383823.7134014.723.742.093.5481057.53652718.463860428.1618549577.234821049.9735014.922.440.791453703.253755637.9

7、83950650.8417494797.3234152554.4836015.121.139.489.5431971.753831966.653903486.3916010878.5733372916.337015.420.038.388.5415219.883946870.874055630.616010878.5733261061.0538015.619.037.387.5399809.384042281.334107056.1415416649.6932960504.1539015.818.036.386.5384643.884137561.664157809.3714831868.01

8、32667789.584001617.135.485.5370770.754232716.834207915.9814296920.1232423365.2743016.5514.8232.1282.5324612.754517476.724354589.9612517067.6431506380.5244016.7414.1531.4581.7314759.464612176.364402342.9512137124.8731411343.0145016.913.5330.8381.5307799.014706769.314449544.711818729.9231426537.454601

9、7.112.9530.2580.5298302.814801262.424496230.611502556.4531342851.7247017.312.429.7802910604895672.14542485.3311223273.631344767.9848017.511.929.279.5284371.54989958.654588104.1610965365.0431366669.1849017.711.4128.779275986.385084167.834633323.0410709818.2831389979.54备注：下游围堰工程量为32292M3造价为：1254179.52

10、元则由上表可知最经济断面为：堰高30.25m堰长80.5m，隧洞断面面积460m2,分三条洞每条洞洞径17.1m，一条洞面积为153.33m21.3导流水力计算1.3.1验算流量系数流量系数： （14）其中： 1.3.1.1隧洞断面形式如右图示：表1-2 隧洞断面特性指标建筑物断面形式断面尺寸平均洞长糙率隧洞城门洞型310.515.754240.0151.3.1.2局部水头损失进口:流线型（无分离绕线）出口：转弯： （15）0.072故：1.3.1.3沿程水头损失水力半径： （16）其中：断面面积，m ：湿周，m谢才系数： （17） 其中：n：造率，取0.014故：C10.45流量系数：=0.

11、741.3.2隧洞水流流态判别1.3.2.1隧洞坡度的选定和判别本设计隧洞坡度取10设h=10mA10.510105RC87.76Q1709.1 由附表III查得 =13.7AK=10.513.7=143.85 RK=3.8 CK=89.21则 （18）其中： 则 即为陡坡设h5m时A10.5552.5故：从以上计算可知所设隧洞底坡为陡坡已知：隧洞进口高程为415m z10则：出口高程为4154.24410.76m1.3.2.2流态判别当 为无压流当时 为半有压流当时 为有压流其中：H：堰上水头，ma：洞高，m故：当H<1.2时 为无压流 1.3.3泄流能力计算1.3.3.1无压状态泄流

12、计算长、短洞的判别隧洞进口处的水头： 为长洞但底坡为陡坡，泄流能力不受洞长影响，可按短洞计算泄流能力的计算无压流状态泄流计算半有压流状态泄流计算按公式： (1-10)其中：w:隧洞断面面积，H：上游水头，m有压流状态泄流计算按公式： (1-11)其中：w:隧洞进口断面面积,m2H:上游水头,mhp:隧洞出口断面水流平均势能,m具体计算数据如下表1-3 无压流计算500418.63.610151499.81499.4650418.73.711.916.916491947750418.953.9513.118.11749.42248.2820419.24.213.918.91819.12457.3

13、表1-4 半有压流计算a18.9153.515.751100.003300.0019153.515.751107.343322.0020153.515.751177.933533.7921153.515.751244.523733.5622153.515.751307.723923.1623153.515.751368.004104.0023.625153.515.751404.374212.00表1-5 有压流计算流态11009.523.62518.6250.51自由出流18.051103.263310.0011509.624190.505自由出流18.051145.653436.95125

14、09.825200.49自由出流18.051251.163753.50168011.030250.44自由出流18.051682.205046.60202012.135300.403自由出流18.052023.456070.34231512.240350.35自由出流18.052315.006945.00257012.845400.32自由出流18.052574.007720.70280013.250450.33自由出流18.052808.508425.50根据以上数据绘制隧洞泄流曲线，以备调洪计算。1.4调洪计算原理：专用于水库调洪的水量平衡方程如下： (1-12)上式表明：在一个计算时段中

15、，入库水量与下泄水量之差即为该时段中水库蓄水量的变化。联立下面两方程：再利用动力曲线 ，频率流量过程线，设计洪峰流量过程线进行调洪演算。具体演算数据如下表所列：表1-6 调洪验算成果表9.1250025000.154425.7255025280.0199.2260025860.16426.00526702657.50.01049.3274027300.1705426.5328052793.50.00999.4287028570.1804427.0229552939.50.01349.5304030220.1938427.69313031040.022489.6322031860.2163428

16、.39332032800.03469.7342033740.2509429.24354034870.04589.8366036000.2967430.33380037340.057359.9394038670.35405431.7410040090.07869.10426041510.4327433.27443041740.22119.11460041970.6538436.55473045420.16279.12486048860.8165439.3499549450.04329859440.2649654968.5-0.030298288

17、439.546004722-0.105397234437.7542504338-0.07589.16410041650.6476436.4339704033.5-0.05499526435.537353794-0.0510595416434.7835303583.5-0.046389.19343034810.4952434.13533359.203240由表可知：最大泄量q=5004m3/s 对应的水位z=440.26m1.5围堰高程的确定1.5.1上游围堰高程的确定1.5.1.1堰前壅水高度1.5.1.2波浪爬高h

18、q=3.3k(2h)tg (1-14)其中：2h:波浪高，m:迎水堰面坡角，度k：堰坡护面粗糙系数，取0.77 h=0.01661.5.1.3安全超高查下表可知：表1-7 安全超高规范围堰形式围堰级别IIIIV-V土石围堰0.70.5混凝土围堰0.40.3围堰的级别为IV级，安全超高为0.5故静水位以上的超高：上游围堰高程440.26+0.749441m1.5.2下游围堰高程确定下游围堰高程410+17.3+0.749428.049M故取下游围堰为428m。1.6导流建筑物施工计算1.6.1戗堤施工计算1.6.1.1戗堤工程量的计算 1.6.1.2机械数量的确定平均抛投强度的计算 (1-15)

19、其中：W计划抛投量，m3； T计划完成时间，min；则： 最大抛投强度Rmax (1-16)其中： k施工强度不均匀系数，取1.3；则： 机械生产率 (1-17)其中： P：台班产量，m3/台班； kt：时间利用系数，取0.7； V：每车装料容积； T：次工作循环时间，min汽车行驶周期T； (1-18)其中： ：装车时间，取2.5min； ：行驶时间；min ：卸料时间，后卸取为1.3min；：调车时间，取为1.5min；汽车行驶时间其中： ：全程距离，km；明坝四级阶地为1.2km，旧镇滩为6.9km； ：平均运输和回行速度，取为16，为三级公路标准。则： （明坝四级阶地）汽车一次工作循环

20、时间T=2.5+9+1.3+1.5=14.3min。汽车有效载重量的确定：截流时采用32t自卸汽车，在确定装车铲数时，先分别计算箱斗的载重比和容积比： (1-19) (1-20)其中： ：汽车载重量，t，取32t； ：汽车的堆装容积，； ：载重折减系数，取1.0； ：车箱充满系数，取0.85。 ：每斗有效装车量，；查表可知，标准斗容为3的挖掘机，每斗有效装料量为2.55。汽车有效载重量： (1-21)则： 汽车装车铲数：N=16.8/3=6斗 自卸汽车数量 (1-22)其中：k施工强度不均匀系数，取1.3；则：1.6.2围堰施工计算1.6.2.1围堰工程量的计算 1.6.2.2机械设备的确定

21、抛投平均强度 (1-23)其中：W计划抛投量，m3；T计划完成时间，min；则： 最大抛投强度Rmax (1-24)其中： k施工强度不均匀系数，取1.3；则： 机械生产率 (1-25)其中： P：台班产量，m3/台班； kt：时间利用系数，取0.7； V：每车装料容积； T：次工作循环时间，min；工作循环时间： (1-26)其中： ：装料时间，取2.5min； ：卸车时间，取1.3min； ：行驶时间；：调车时间，取1.5min。已知：20t自卸汽车的每车装料容积为m3汽车运距为1.2km，三级公路的车速为16km/h，则：；自卸汽车数量 (1-27) 其中： k施工强度不均匀系数，取1.

22、3；则： 2截流水力计算2.1龙口各水力计算参数的确定随着立堵龙口宽度的缩窄，龙口流量和泄水建筑物的分流量都在随时间而变化水力平衡方程： (2-1)其中：=其中：淹没系数查水力学上册表8-2m:流量系数0.320.385，在实际计算中一般采用0.300.32（见水力水电工程施工工程组织设计上册第一卷取0.34b：龙口平均过水宽度m H0：龙口上游水头m当Q489m3/s时查坝址水位流量关系曲线可知：下游水位418.4m水深hs=8.4m隧洞进口水深h=418.4-415=3.4m若Q=489m3/s的来水量全部由隧洞泄流，隧洞进口以上水位H可由下式计算具体计算成果如下表所示：表2-1 龙口计算

23、参数表BH上H0HC/H0SQp5418.48.4100418.88.80.950.54106.1419.29.20.910.73153.31419.69.60.8750.82183.57420.0100.840.88209.44420.410.40.810.94237.2810418.48.4100418.88.80.950.54212.19419.29.20.910.73306.63419.69.60.8750.82367.14420.0100.840.88418.88420.410.40.810.94474.5515.75418.48.4100418.88.80.950.54334.24

24、19.29.20.910.73482.94419.69.60.8750.82578.24420.0100.840.88659.74420.410.40.810.94747.4220418.48.4100418.88.80.950.54424.38419.29.20.910.73613.26419.69.60.8750.82734.27420.0100.840.88837.76420.410.40.810.94949.1125418.48.4100418.88.80.950.54530.47419.29.20.910.73766.56419.69.60.8750.82917.84420.0100

25、.840.881047.2420.410.40.810.941186.3830418.48.4100418.88.80.950.54636.57419.29.20.910.73919.88419.69.60.8750.821101.41420.0100.840.881256.64420.410.40.810.941432.66bH上HH0hc/H0SQc/Qc10.5418.48.43.41000418.88.83.80.890.7790.15270.45419.29.24.20.810.94127.88383.64419.69.64.60.741155.93467.8420.01050.68

26、1176.71530.12420.410.45.40.631198.33594.99根据上表绘图由图可知：当B=5时 H=9.05m A龙5 其余计算成果如下表：表2-2 截流计算表BHQpA龙VmaxQc59.0545.251403.094354108.7887.82152.45272158.71130.682632.0123115.758.7136.982721.98224208.64172.83091.79185258.58214.53491.63148308.552563761.471252.2立堵材料的确定 对立堵截流，不同的抛投方式及抛投材料，稳定系数是不同的，本工程中采用的主要截

27、流材料为块石，与之相应的稳定系数取为0.86，计算出的块体重量再乘以安全系数1.5为设计采用的块体重量。 公式： (2-2)其中： 混凝土、块石容重，； 水的容重（取1.0）， D混凝土块体折合成圆球直径，； G块体重量,t; 龙口最大流速,m/s； K稳定系数，取为0.86； g重力加速度，m/s2；根据基本资料取2.67。则：如图，当龙口宽度B时，即抛填区，=1.47 m/s，D= G=当龙口宽度在30米25米之间时，即抛填区，=1.63m/s，D=0.11 G=0.0028t当龙口宽度在25米20米之间时，即抛填区，=1.79 m/s，D=0.132 G= =0.0048t 当龙口宽度在

28、10米15.75米之间时，即抛填区，=2.06 m/s，D=0.175 G=0.0113t当龙口宽度在10米5米时，即抛填区，=2.09m/s，D=0.0073 G= =0.011t当龙口宽度<5米时，即抛填VI区，D=0.0917mG=0.00162t由于Gs=1.5G 具体结果见下表：表2-3立堵材料成果表B（m）vmax（m/s）块体半径D（m）块体重量G（t）设计重量G设（t）>301.470.0890.000990.001525301.630.1100.00190.002820251.790.1320.00320.004815.75202.060.1750.00750.0

29、1135102.090.1740.00730.011<521.490.0920.00110.0016截流设计龙口分区图如下： 3基坑排水3.1初期排水初期排水时排出围堰合龙闭气之后，基坑开挖前基坑内的积水。初期排水基坑积水渗水雨水3.1.1基坑积水基坑积水是指围堰合龙后积存在基坑内的水量。基坑积水K(基坑积水面积基坑平均水深)其中：K:经验系数，一般采用1.52.5。故，采用K=2基坑面积由图中量得：1 部分下游上游3.1.2雨水由于截流在十一月份，故查得各月降水量为3.9mm。3.1.3渗水由于初期排水一般很少，围堰内外水位差较少，围堰合龙后已有闭气处理，所以渗水量是不大的，初步设计阶

30、段,在足够论证可予计算，故本设计初期排水不计渗水。排水量=323250.14+75.04=323325.18排水流量=3.2经常性排水3.2.1 雨水量的计算雨水量的计算公式： (3-1)其中： 雨水量，；日降雨量，mm；这里取日最大降雨量71.8mm。基坑面积，； 则： 3.2.2 基坑渗水量的计算围堰计算简图如下： 黄土心墙的渗透系数取，坝壳料和坝基料渗透系数取，则：心墙的平均厚度为：则：有限透水地基上的心墙土石围堰的渗流量计算如下： (3-2) (3-3)其中：h心墙后水深，m；H1上游水深，m； 下游坡角的横坐标，m；T砂砾层厚度，m。则： 解得：·m 公式： (3-4)其中

31、：基坑渗水量，； 有限透水地基上的心墙土石围堰的渗流量，； 基坑的宽度，m。则： 3.2.3 基坑弃水的计算混凝土养护用水5L，每天养护8次，养护28天，设月平均最大浇筑强度为5万方，则3.2.4 经常性排水总量的计算公式： (3-5)其中：排水总量，； 雨水量，； 基坑渗水量，； 基坑弃水量，。则： 4 封堵日期的确定4.1 封堵日期确定的方法由控制性进度计划发电日期暂定为2009年10月1日，则封堵日期的确定方法为从发电日期开始根据月平均流量前推封堵日期。4.2 封堵日期的计算 9月蓄水总量为：（480-100）×30×24×3600=9.8亿立方米 8月蓄水

32、总量为：（536-100）×31×24×3600=11.7亿立方米 8、9月蓄水总量为：9.8+11.7=21.5亿立方米>19.2亿立方米已超过发电水位。(21.5-19.2)(436)=6天，则八月份16日不蓄水，从8月7日开始蓄水.5 施工组织设计计算 本次Q河干流Z峡水利枢纽施工设计分为四个阶段：准备工程一、导流工程、主体工程施工、完建工程。5.1 准备工程5.1.1 场外交通由基本资料可知：仙州市到Z水库公路线为六级公路，全长50KM，且有国家铁路干线通过仙州市，可沿Q河岸边进入工地。则对仙州坝区的六级公路进行整修以适应工程车辆的使用要求。工期为四

33、个月，工程于第一年七月份动工于第一年十月份完工。5.1.2 风水电工程施工用电：修建仙州坝区输电线路。供水系统：由于工程临近河流且坝区地下水不宜作为工程用水和生活用水，可取河水作为工程用水和生活用水，需要临近工地修建泵站和水厂。风水电工程工期为两个月，由第一年的八月份开始至第一年九月份结束。5.1.3 混凝土系统由于Z水利枢纽为混凝土重力坝，对混凝土强度要求较高，但在主体工程浇筑开始之前可先安装一部分混凝土拌和站以满足隧洞开挖和衬砌对混凝土的要求，主体工程施工阶段可随着坝体浇筑强度的增大增加混凝土拌和系统以满足上坝要求。工期为第一年十一月份一个月。5.1.4 坝区道路坝区道路主要包括隧洞出碴道

34、路、料场至混凝土拌和站之间的道路和坝基开挖运输道路，工程施工前要将坝区内道路完工以保证主体工程施工工期和上坝强度要求。工期为两个月，由第一年九月份开始至第一年十月份结束。 5.2 导流工程5.2.1 隧洞开挖工期六个月工程量：253991.2采用风钻钻孔平洞石方开挖。主要材料及人工工时：项目单位数量人工工日69则需人工5.2.2 隧洞衬砌工期为三个月工程量：58003.2。采用钢模板衬砌，衬砌厚度0.9m主要材料及人工工时：项目单位数量人工工日154混凝土131则需人工则需混凝土=10135.2.3 围堰填筑工期五个月于十一月一日截流工程量：193.44主要材料及人工工时：项目单位数量人工工日

35、130混凝土27.4则需人工：则需混凝土：5.3 主体工程施工5.3.1 河床坝段开挖工期为六个月工程量：土方：110 采用4挖掘机开挖汽车运输 石方：327采用风钻钻孔主要材料及人工工时：项目单位数量土方开挖人工工日0.5石方开挖人工工日44则需人工： 5.3.2 右岸混凝土重力坝开挖工期一个月工程量：土方：240 采用4挖掘机开挖汽车运输 石方：35采用风钻钻孔主要材料及人工工时：项目单位数量土方开挖人工工日0.5石方开挖人工工日44则需人工： 5.3.3 溢洪道开挖工期六个月工程量：土方：1210 采用4挖掘机开挖汽车运输 石方：510采用风钻钻孔主要材料及人工工时：项目单位数量土方开挖人工工日0.5石方开挖人工工日44则需人工： 5.3.4 右岸土坝开挖工期：一个月工程量：土方：1430 采用4挖掘机开挖汽车运输 石方：1采用风钻钻孔主要材料及人工工时：项目单位数量土方开挖人工工日0.5石方开挖人工工日44则需人工： 5.3.5 河床坝段浇筑工期十五个月 工程量：7