冯家湾水电站

1、冯家湾水电站混凝土面板坝毕业设计开题报告学生：学号：指导老师：-设计的目的和意义冯家湾水电站位于湖北省十堰市竹溪县境内，工程任务以发电为主，兼有拦 沙、养殖、解决饮水等功能。工程坝址位于竹溪县丰坝乡，流域控制面积789km2, 多年平均流量15.94m3/s，多年平均风速1.2m/s，历年最大风速16 m/s，正常 蓄水位384.5m，死水位380m，总库容2252.9万m3，为日调节电站，电站装机2 台，总装机6MW。大坝及水工建筑物属于三等中型工程，其设计洪水标准按50 年一遇，校核按500年一遇。冯家湾水库以发电为主，无防洪、灌溉等其他综合利用任务要求，洪水调节 主要考虑确保工程本身的防

2、洪安全为原则，本工程项目为中型水库，按照国家技 术监督局和中华人民共和国建设部1994年联合发布的GB50201-94防洪标准 和水利水电枢纽工程等级划分及设计安全标准(DL5180-2003)中的规定， 确定大坝及水工建筑物等级以及防洪标准；确定厂房等级及防洪标准。通过对冯家湾水电站混凝土面板堆石坝设计，使设计者达到掌握水工建筑物 设计步骤的要求。设计中了解工程基本的水文及地质条件，进行洪水调节计算； 按照规范要求对泄水建筑物方案比较，重点设计溢流坝；通过对不同坝型分析， 并进行抗滑稳定分析与计算和应力计算，设计合理的面板坝；了解并掌握大坝常 规的细部构造设计，并进行重点阐述；绘制大坝平面布

3、置、横剖、纵剖图以及细 部构造图等。二、面板堆石坝国内外发展现状面板堆石坝的发展大致可分成三个时期；18501940年是以抛填堆石为特征的早期阶段，该阶段修建的面板堆石坝坝高一般低于100m，坝体变形较大，面板开裂渗漏问题严重；19401965年为从抛填堆石到碾压堆石的过渡阶段，该阶段面板堆石坝的 发展基本停滞；1965年以后是以碾压堆石为特点的现代阶段，碾压堆石完全取代了抛填堆 石，随着薄层碾压施工技术的不断进步和完善，面板堆石坝的数量和高度迅速增 加，逐渐成为当今水利水电工程建设的主流坝型之一。面板堆石坝最早出现在19世纪50年代美国加利福尼亚州内华达山脉的矿区，当时的堆石坝采用木板防渗。

4、经过150余年的发展，现代面板堆石坝基本为 混凝土面板堆石坝，因其具有造价低、工期短的特点，混凝土面板堆石坝得到了 蓬勃的发展，已成功建设200m级的高坝。坝工界比较一致的观点是150m级面板 堆石坝的筑坝技术是成熟的，而200m级面板堆石坝的筑坝技术还需改进和完善。 中国最高的面板堆石坝为湖北的水布垭，坝高233m，建成于2008年。国外最高 的面板堆石坝为秘鲁的莫罗德阿里卡，坝高220m，在建。三、工程概况冯家湾水电站位于湖北省县河流域十堰市竹溪县境内，距竹溪县城约20km， 是以发电为主，兼有拦沙、养殖、解决人畜饮水等功能的1座闸坝工程，社会效 益和经济效益相当显著。工程坝址控制流域面积

5、798km2,多年平均流量15.94m3 / s，水库正常蓄水位384.5m、死水位380m，总库容2252.9万m3、调节库容690.5 万m3，库容系数1.35%，为日调节电站；水电站装机2台、总装机容量6MW， 保证出力0.831MW，多年平均发电量2260万kW h。四、水文资料县河流域为竹溪河主要支流，竹溪县县城位于竹溪河岸边，故竹溪县城的气候 特征具有一定代表性。县河流域多年平均降水923mm，最大年降水量1255mm（1984 年）发生在丰坝（县河下游与竹溪河汇合处）。最小年降水量613mm （1976年）， 发生在秦古（县河上游）。雨量分布受地形地势影响，从上游至下游呈递增趋势

6、。 每年4-10月为汛期，其降水量约占全年降水量的82.7%。冯家湾坝址处的水位-流量关系如表1.1：表1.1冯家湾坝址水位-流量关系表高程（m）356.14358.3359362365370375流量（m3/s）032110500118028105000五、工程地质水库位于县河流域中下游冯家湾河段，水库回水至竹溪县县河镇，水库段长约 10Km，库岸最大高程749m，河床分布高程350-375m，地形相对高差100-400m， 河床宽30-200m，河流纵坡坡降约2-3%，河流总体流向为北北西-南南东。河谷多深切，受地层岩性，构造的控制，河流曲折，河谷多呈“U”型谷，局 部库段呈深切河谷，库岸

7、陡峻多植被，宽缓谷段发育河流阶地，多被垦为耕地， 如在丁家院、聂家湾等宽谷河段。库区出露地层为志留系中、下统和第四系地层。六、设计步骤：（1）分析原始资料 熟悉本水库枢纽工程的一般自然地理条件，坝址附近的 水文、气象特征、地形、地质条件、当地材料、对外交通的基本资料。通过对资 料的了解和分析，初步掌握原始资料中对设计和施工有较大影响的主要因素和关 键性问题，为设计奠定基础。（2）枢纽布置 根据选定的坝轴线从地形、地质、施工、运用等方面大致确 定建筑物（包括大坝、围堰、导流泄洪洞、溢洪道、电站等）的相对位置、建筑 物形式，并加以定性分析与论述。（3）确定断面尺寸及平面布置：3.1调洪演算通过GB

8、50201-94防洪标准和水利水电枢纽工程等级划分及设计安 全标准（DL5180-2003）中的规定，确定大坝及水工建筑物等级以及防洪标准； 确定厂房等级及防洪标准；根据水文资料，得到水位库容曲线Q=f（Z）和下泄流量和库容曲线q=f（V）, 确定起调水位；利用水量平衡方程，进行试算，得到每个计算时段W的水位，库容；最终得到校核和设计洪水位，最大下泄流量等。3.2根据规范要求，参照已建工程并考虑本工程的具体情况，确定坝顶 高程、坝顶宽度、坝坡、防渗体及排水体尺寸，确定断面尺寸，绘出坝的剖面及 平面布置图。（4）泄水建筑物设计按照规范要求对泄水建筑物方案比较，确定泄水建筑物位置，断面尺 寸，重点

9、设计溢流坝。泄洪建筑物初步设计采用溢洪道方式。根据调洪演算已确定的堰顶高 程和堰顶净宽，在考虑闸门宽度后，最终确定堰顶实际所需宽度，并根据地 形确定其合适布置位置。通过堰坎厚度5和堰上水头H的比值确定堰型；利用水力学公式计算流道宽度及水流的深度，设计合理的溢洪道边墙高度和形式。溢洪道出口采用挑流方式，确定消能措施，根据水力学计算出口水流 流速，初步设计挑流鼻坎的参数，并计算挑射距离及冲坑深度，论证设计的 合理性。（5）抗滑稳定分析与计算和应力计算根据混凝土面板堆石坝设计规范（SL228-98）设计混凝土面板堆石坝 坝体并校核其稳定等；坝体稳定验算用正常工况和偶然工况分别计算验证，渗流计算采用水

10、力学 公式进行验证，采用滑楔法进行混凝土面板堆石坝边坡的稳定分析。坝体设计应根据料源及坝料强度、渗透性、压缩性、施工方便和经济合理 等因素分区，并相应确定填筑标准；从上游向下游宜分为垫层区、过渡区、主堆 石区、下游堆石区，在周边缝下游测设置特殊垫层区，宜在面板上游低部位设置 铺盖区及盖重区；各区坝料的渗透性宜从上游向下游增大，并应满足水力过渡反 滤要求；要充分利用枢纽建筑物开挖料和近坝区料源。（6）了解并掌握大坝常规的细部构造设计，并进行重点阐述。包括坝基处理、 坝与两岸连接、坝顶、护坡、反滤层、过渡层，以及坝体与坝基的防渗体、排水 设施。（7）绘制大坝平面布置、横剖、纵剖图以及细部构造图等。

11、（8）确定坝工相应的机电设备，例如：起重机，阀门等。（9）确定料场位置。七、可能存在的问题（1）水库的渗流（2）坝体除险加固的问题（3）新型材料的使用。随着筑坝技术的发展，坝的高度越来越大，需要的传 统材料越来越多，施工周期越来越长。如果在筑坝的过程中，再用新型材料，比 如现在可以把树脂模作为防渗体，既可以保证坝体的安全，又可以缩短工期和节 约资金（4）溢洪道进口布置有引洪平流段的情况下，由于水力计算中忽略了平流段 时进口水位雍高，而实际雍高有时较大，不可忽视。设计时可能会溢洪道的消能 工是设计考虑不够充分，或者形式选择不当，导致消力墙长度和深度均不能满足 需要，消能不够充分，致使下游河段发生

12、严重冲刷。因此在该段采用直线布置， 并尽量避免弯道和设置扭坡顺引流态的急剧变化甚至产生负压；其纵断面设计应 因地制宜的根据地形地质而选用缓坡、陡坡或多级跃水等多种形式；陡坡段应采 用均以比降；由于泄水段流速很高，故应尽量布置在岩基上八、要求阅读或检索的参考资料及文献：(包括指定给学生阅读的外 文资料)1、 水电站建筑物河海大学王世泽、水电站建筑物武汉大学马 善空2、水电站厂房设计顾鹏飞、喻远光3、混凝土重力坝设计规范(SL319-2005)；4、水工设计手册(第7册)水电站建筑物5、顾志刚.混凝土面板堆石坝施工设计.中国电力出版社,20056、邵宇李海芳等.面板堆石坝变形特性与计算.中国水利水电出版 社,20117、关志诚.混凝土面板堆石坝筑坝技术与研究.中国水利水电出版社.8、王钰琳等.面板堆石坝应力变形分析.水利发电.20079、水电站建筑物设计参考资料四川联合大学张治滨10、水工混凝土结构设计规范(SL191-2008)；11、水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000).北京