电站岸塔式进水口设计大纲范本

FJD34030FJD水利水电工程技术设计阶段水电站岸塔式进水口设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1998年12月工程技术设计阶段水电站岸塔式进水口设计大纲主编单主编单位总工程师:参编单员:::勘测设计研究院年月目次1.引言 42.设计依据文件和规范 43.设计基本资料 54进水口布置与比较 11进水口水力计算 14进水口结构设计 16细部结构构造设计 21原型观测、运行要求 22专题研究 22工程量计算 22应提供的设计成果 22

1引言1.1工程概况水电站(水利)枢纽工程，位于省市（县）以、距km的河上。枢纽是以为主，兼有等综合利用效益的水利水电枢纽工程。工程初步设计(可行性研究)报告于年月经审查通过。选定坝址为坝址，坝址控制流域面积km2，总库容亿m3，最大坝高m。电站进水口设在，采用条有压引水隧洞作为发电引水建筑物。引水隧洞单条长分别为、m，直径m，引用流量m3/s，电站装机台MW的式机组，总装机容量MW，保证出力MW，年平均发电量kW·h。枢纽由、、、等主要水工建筑物组成。1.2设计任务简述本大纲覆盖从(指所设计的引水建筑物)的岸塔式进水口拦污栅到进水口末端与发电(或引水)隧洞连接处止的设计。设计内容包含设计参数选择、进水口总体布置、水力计算、细部结构设计、施工技术要求、工程量计算、施工期监测及运行期观测设计，以及其他辅助设施设计。1.3设计主要思想及应考虑的主要因素提示：岸塔式进水口对地形地质条件适应性较广，布置于地形较陡、岩体较完整且稳定，但是水库岸坡不适于布置进水口喇叭口的情况。根据地形条件，岸塔可布置为直立式或倾斜式。在设计中，应充分利用地形地质条件，减少明挖量及尽量避免可能出现的高边坡问题，加快施工进度，缩短工期，降低工程造价。提示：岸塔式进水口对地形地质条件适应性较广，布置于地形较陡、岩体较完整且稳定，但是水库岸坡不适于布置进水口喇叭口的情况。根据地形条件，岸塔可布置为直立式或倾斜式。在设计中，应充分利用地形地质条件，减少明挖量及尽量避免可能出现的高边坡问题，加快施工进度，缩短工期，降低工程造价。2设计依据文件和规范2.1有关本工程的文件(1)工程初步设计(可行性研究)报告；(2)工程初步设计(可行性研究)报告审批文件；(3)工程技术设计或招标设计大纲；(4)工程专题(试验)报告；(5)工程其他有关文件。2.2主要设计规范(1)SDJ12—78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准和补充规定(山区、丘陵区部分)(试行)(2)SDJ217—87水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原、滨海部分)(试行)；(3)SD303—88水电站进水口设计规范（试行）；(4)SDJ10—78水工建筑物抗震设计规范(试行)①①已有新标准DL5073-1997。(5)SDJ20—78水工钢筋混凝土结构设计规范(试行)②范本是按SDJ20-78编写的，如采用新标准DL/T5057-1996，有关内容应作相应修改。②范本是按SDJ20-78编写的，如采用新标准DL/T5057-1996，有关内容应作相应修改。(6)SDJ21—78混凝土重力坝设计规范（试行）及补充规定；(7)SD144—85水电站压力钢管设计规范（试行）；(8)SL74—95或水利水电工程钢闸门设计规范；DL/T5013—95(9)SD133—84水闸设计规范（试行）；(10)SDJ207—82水工混凝土施工规范；(11)SL62—94水工建筑物水泥灌浆施工技术规范；(12)SL47—94水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范；(13)SDJ20—81钢筋焊接及验收规程；(14)(88)水规设字第8号水利水电工程设计工程量计算规定(试行)；(15)GBJ204—83钢筋混凝土工程施工及验收规范；(16)GBJ7—89建筑物地基基础设计规范；(17)GBJ10—89混凝土结构设计规范及其局部修订内容(1993.3.15)；(18)GBJ17—85钢结构设计规范；(19)GBJ8—87建筑结构荷载规范；(20)GBJ11—89建筑抗震设计规范。2.3主要参考资料（1）《水力计算手册》(武汉水利电力学院编)；（2）《水力学》上、下册(成都科技大学编)；（3）《水电站进水口设计》（杨欣先、李彦硕主编）；（4）《水工设计手册》；（5）《铁路工程设计技术手册》。3设计基本资料3.1工程等别与建筑物级别根据本工程规模，按照SDJ12-78，本工程属等工程，进水口为本工程之建筑，应按级建筑物设计。3.2气象资料3.2.1气温本进水口区气温情况如下：（1）多年平均气温℃；（2）绝对最高气温℃；（3）绝对最低气温℃；（4）最低月平均气温℃；（5）最高月平均气温℃；（6）多年月平均气温，见表1。表1各月气温表单位：℃月份123456789101112多年平均气温极端最高气温极端最低气温3.2.2水温本库区多年平均水温℃，极端最高水温℃，极端最低水温℃。各月水温见表2。表2各月水温表单位：℃月份123456789101112多年平均水温极端最高水温极端最低水温3.2.3风速与吹程(1)相应于洪水期多年平均最大风速：m/s；(2)风的吹程：km。3.3设计洪水标准洪水标准及相应流量见表3。表3洪水标准及相应流量表项目洪水重现期，a入库洪峰流量，m3/s下泄流量，m3/s校核洪水设计洪水3.4水位和流量运行水位及引用流量见表4。表4运行水位及引用流量表名称水库水位，m引用流量，m3/s下游水位，m备注校核洪水位设计洪水位正常蓄水位死水位初期发电水位最低运行水位检修水位3.5地震烈度(1)基本地震烈度：度；(2)设计地震烈度：度。3.6水库淤积和泥沙(1)进水口推移质粒径：mm；推移质含量：kg/m3；(2)进水口悬移质粒径：mm；悬移质含量：kg/m3；(3)泥砂淤积高程：m；(4)淤砂内摩擦角：°；(5)淤砂浮容重：kN/m3。3.7污物情况及冰情(1)污物来源：；(2)污物种类：；(3)污物数量：；(4)漂浮规律：；(5)冰期：月；(6)冰盖最大厚度：m；(7)流冰特征：冰块厚度：m；面积：m2；流速：m/s；流冰抗碎强度：MPa；(8)冻土深度：m。3.8拦污栅及清污机(1)拦污栅容许最大过栅流速：m/s；(2)拦污栅设计情况水压差：△Hs=m；拦污栅校核情况水压差：△Hx=m；(3)每片拦污栅宽度：B=m；(4)栅条间距：cm；栅条厚度：mm；(5)拦污栅栅槽宽度：m；栅槽深度：m；(6)清污方式：；(7)清污机布置：高程：m；轨距：m；中心线桩号：m；(8)清污机荷载：轮压(最大)：kN。3.9闸门及启闭机3.9.1闸门(1)工作闸门孔宽：m；孔高：m；工作闸门门槽宽：m；门槽深：m；门槽中心线桩号：m；(2)检修闸门孔宽：m；孔高：m；检修闸门门槽宽：m；门槽深：m；门槽中心线桩号：m；(3)事故闸门孔宽：m；孔高：m；事故闸门门槽宽：m；门槽深：m；门槽中心线桩号：m。3.9.2启闭机室高程：m3.9.3旁通管（或充水阀）直径：m3.10地质资料提示：本节由地质专业根据区域地质条件提供，供进水口设计使用。(1)简述地形地貌、地层岩土性质、地质构造产状、有无有害气体等；(2)简述含水层的类型、地下水的化学性质、地下水的补给与排泄、沿线地表水与地下水动态等；(3)提供地下水的排堵措施，供设计参考。提示：本节由地质专业根据区域地质条件提供，供进水口设计使用。(1)简述地形地貌、地层岩土性质、地质构造产状、有无有害气体等；(2)简述含水层的类型、地下水的化学性质、地下水的补给与排泄、沿线地表水与地下水动态等；(3)提供地下水的排堵措施，供设计参考。3.10.2进水口区工程地质、水文地质资料(1)进水口区岩层分类及稳定评价、岩性、物理力学指标、地应力、水文工程地质条件及渐变段一次支护的措施，汇总见表5。表5进水口区工程地质、水文地质条件汇总表围岩分类分段长度围岩地质特征及段号隧洞埋深洞上地下水头单位弹性抗力系数K0坚固系数f结的构影面响对程围度岩地力应主力应及力洞方轴向与夹地角应岩体状态RQD岩体弹性模量E×103岩体变形模量E0×103岩体抗拉强度岩体抗压强度岩体泊松比μ岩体抗剪断强度岩体容重γ岩体完整性能I岩石质量S岩体工程质量M水文地质条件渗透系数K围岩分类建议施工支护措施tgφC类别名称mmmkN/m3(°)%MPaMPaMPaMPaMPakN/m3m/d(2)基岩物理力学指标及混凝土/基岩抗剪（断）强度指标见表6。表6基岩物理力学指标及混凝土/基岩抗剪（断）强度指标表基岩岩性抗压强度MPa泊松比变形模量MPa承载力MPa抗剪强度f抗剪断强度备注f′c′MPa提示：（1）分析是否存在软弱夹层；（2）提供各结构面产状及物理力学指标；（3）提供建筑物永久和临时开挖边坡。提示：（1）分析是否存在软弱夹层；（2）提供各结构面产状及物理力学指标；（3）提供建筑物永久和临时开挖边坡。(4)枢纽平面地质图及洞线地质剖面图。3.10.3进水口区地温及岩石热常数(1)地温梯度：°；(2)岩石热常数，见表7。表7岩石热常数表岩石名称导热系数cJ/（m·h·℃）比热系数βJ/（kg·℃）线胀系数α℃-13.11材料特性及结构安全系数3.11.1钢筋(1)钢筋设计强度及弹性模量，见表8。表8钢筋设计强度及弹性模量表单位：MPa钢筋种类符号钢筋受拉设计强度Rg钢筋受压设计强度R＇g弹性模量E备注Ⅰ级钢筋（3号钢）2402402.1×105Ⅱ级钢筋（16Mn）直径≥28mm3203202.0×105直径<28mm3403402.0×105Ⅲ级钢筋（25Mn）3803802.0×1055号钢筋2802802.0×105(2)钢筋泊松比：μ=0.30。3.11.2钢材(1)钢材为钢；钢板为钢；(2)钢材设计强度及弹模，见表9；表9钢材设计强度及弹性模量表单位：MPa钢材号符号钢材受拉设计强度Rg钢材受压拉设计强度R＇g弹性模量E备注Ⅰ级钢材（3号钢）A32402402.1×105Ⅱ级钢材（16Mn）16Mn板厚δ＞mm3203202.0×105板厚δ≤mm3403402.0×105Ⅲ级钢材（25Mn）25Mn3803802.0×1055号钢材A52802802.0×105(3)钢材泊松比：μ=0.30；(4)钢板强度指标及弹模，见表10；表10钢板强度指标及弹性模量表钢材号钢板厚度mm钢板屈服强度RgMPa钢板极限强度R＇gMPa弹性模量E×105MPa(5)钢板允许应力，见表11；表11钢板允许应力表单位：MPa钢板钢号钢板厚mm荷载组合埋管明管直管弯、锥管按明管校核直管弯、锥管基本特殊基本特殊(6)焊缝系数：；(7)钢板泊桑比：μ=0.30；(8)线膨胀系数：；(9)钢板抗外压失稳安全系数。3.11.3混凝土和钢筋混凝土(1)混凝土标号：；(2)混凝土容重：γ=24kN/m3；(3)钢筋混凝土容重：γ=25kN/m3；(4)混凝土设计强度及弹性模量，见表12；表12混凝土设计强度及弹性模量表单位：MPa项目符号混凝土标号混凝土标号CC15C20C25C30轴心抗压Ra弯曲抗压Rw抗拉Rl抗裂Rf弹性模量E(5)混凝土泊松比：μ=1/6；(6)强度安全系数，见表13；表13强度安全系数表结构受力特征荷载组合基本特殊混凝土按抗压强度计算的受压构件、局部承压按抗拉强度计算的受压、受弯、受拉构件钢筋混凝土轴心受压、偏心受压、局部承压、斜截面受剪、受扭构件轴心受拉、受弯、偏心受拉构件(7)钢筋混凝土轴心受拉、小偏心受拉构件抗裂安全系数：；(8)钢筋混凝土结构构件允许最大裂缝宽度：mm；(9)混凝土抗渗标号：；(10)混凝土抗冻标号：；(11)混凝土与围岩粘结强度不得小于MPa；(12)混凝土热学常数：导热系数c=J/（m·h·℃）；比热系数β=J/（kg.℃）；线胀系数α=℃-1。3.11.4喷混凝土设计指标(1)喷混凝土标号：；(2)喷混凝土容重：kN/m3；(3)喷混凝土强度及弹性模量，见表14；表14喷混凝土设计强度及弹性模量表单位：MPa项目符号喷混凝土标号喷混凝土标号CC15C20C25C30轴心抗压Ra弯曲抗压Rw抗拉Rl抗裂Rf弹性模量E(4)喷混凝土泊松比：；(5)强度及抗裂安全系数；(6)喷混凝土抗渗标号。3.11.5钢纤维喷射混凝土设计指标(1)普通碳素钢纤维抗拉强度不低于MPa；(2)钢纤维直径为mm；(3)钢纤维长度为mm；(4)钢纤维的参量为混合料重的%；(5)钢纤维喷射混凝土容重kN/m3。3.12水力计算参数(1)衬砌糙率1)钢模混凝土衬砌：n=；nmax=；nmin=；2)木模混凝土衬砌：n=；nmax=；nmin=；3)喷混凝土衬砌：n=；nmax=；nmin=；4)浆砌石衬砌：n=；nmax=；nmin=；5)钢板衬砌：n=；nmax=；nmin=；6)不衬砌：n=；nmax=；nmin=。(2)局部水头损失系数1)拦污栅：；2)进水口：；3)闸门槽：；4)渐变段：。3.13初设阶段进水口布置图提示：进水口布置图取自初步设计成果，其上部结构及设备初步设计阶段一般较为粗略，故应根据技术设计阶段中间成果，及时明确上部结构布置及作用荷载。(1)进水口布置图提示：进水口布置图取自初步设计成果，其上部结构及设备初步设计阶段一般较为粗略，故应根据技术设计阶段中间成果，及时明确上部结构布置及作用荷载。(2)其他专业布置图提示：此阶段应根据地形、地质等条件，需考虑电站最低运行水位下的最小淹没深度、防沙、防污、防冰等要求，以及工程是否要求分期发电、设计流量等，并应和金属结构、电气、建筑等专业配合，对初步设计提出的布置方案、进口设置高程、进口体型、孔口尺寸等进行复核、修改及优化。提示：包括闸门槽二期混凝土及埋件图、启闭机及启闭机室布置图、旁通管（或旁通阀）布置图，以及拦污栅布置图等。4提示：此阶段应根据地形、地质等条件，需考虑电站最低运行水位下的最小淹没深度、防沙、防污、防冰等要求，以及工程是否要求分期发电、设计流量等，并应和金属结构、电气、建筑等专业配合，对初步设计提出的布置方案、进口设置高程、进口体型、孔口尺寸等进行复核、修改及优化。提示：包括闸门槽二期混凝土及埋件图、启闭机及启闭机室布置图、旁通管（或旁通阀）布置图，以及拦污栅布置图等。4.1进水口布置提示：(1)进水口布置系在批准的初步设计方案的基础上，根据隧洞挂口地质条件及进水口布置条件，进一步结合地形、地质、防沙等实际情况，进行局部的调整与修正。提示：(1)进水口布置系在批准的初步设计方案的基础上，根据隧洞挂口地质条件及进水口布置条件，进一步结合地形、地质、防沙等实际情况，进行局部的调整与修正。(2)原则上应选择地质条件较好处作为隧洞挂口，并应便于进水口布置；进口流向应尽量与河道流向一致，使进水流态较平稳，以防水流边界急剧变化偏折，在进水口前形成回流或旋涡。(3)进行进水口布置修正时，应考虑下列条件：1)进水口应当满足枢纽总布置的要求；2)应考虑隧洞进口沿线的岩性、产状、断层、节理等结构特征、地下水分布规律等因素，应尽可能避开对隧洞不利的工程地质和水文地质条件的区段（如地质构造有很大破坏、逸出气体、地下水渗流、坍塌和喀斯特等），避开具有不利卫生环境条件的区段（如坟墓、垃圾厂以及渗滤场地等）；3)进水口布置应尽量使洞线在平面布置上为直线型，使洞线为最短，工程量最小，满足洞内水流条件，且施工方便，便于机械化施工；4)进水口宜选在地质构造简单、岩体完整稳定、岩石坚硬、上覆厚度大、水文地质条件有利以及施工方便的区段；5)对要求布置两个或两个以上进水口的布置，隧洞轴线中心距应根据围岩地质条件，开挖施工机械和方法对围岩扰动的影响，原则上要求隧洞间岩柱厚度应大于2～3倍隧洞开挖直径。如岩柱厚度小于2倍隧洞开挖直径，应作专门论证。提示：(1)进水口的高程应满足在最低水位下的运行要求。有压进水口还应满足最小淹没深度的要求，以不产生漏斗状吸气漩涡，且能保证引水管道顶部压力不小于0.02MPa为原则，但也不宜过深，以免增加金属结构和土建工程的造价。寒冷地区计算淹没深度时，还应考虑冰盖厚度的影响，冰盖下淹没深度不宜小于2m。(2)进水口底坎高程应在预计的河流泥沙、水库淤积高程以上，如不能满足此要求时，应设置冲砂孔，保证进水口“门前清”提示：(1)进水口的高程应满足在最低水位下的运行要求。有压进水口还应满足最小淹没深度的要求，以不产生漏斗状吸气漩涡，且能保证引水管道顶部压力不小于0.02MPa为原则，但也不宜过深，以免增加金属结构和土建工程的造价。寒冷地区计算淹没深度时，还应考虑冰盖厚度的影响，冰盖下淹没深度不宜小于2m。(2)进水口底坎高程应在预计的河流泥沙、水库淤积高程以上，如不能满足此要求时，应设置冲砂孔，保证进水口“门前清”。应根据淤砂颗粒级配及冲砂孔泄量等确定冲砂漏斗范围，初步估算时可假设冲砂孔底坎为起坡点，两侧边坡为1：3左右。4.1.2进水口孔口尺寸确定提示：(1)参照SD303—88及《水工设计手册》第七卷第三十一章第三节、《水力计算手册》第六篇第二章（武汉水利电力学院编）进行计算后确定。(2)为减少水头损失，工作闸门孔口面积宜为引水管截面积的1.2～1.5倍，孔口高宽比也宜在1.2～1.5之间，孔口宽度宜等于或略小于引水管道直径。检修孔口尺寸视进水口曲线布置而定。(3)对于多沙河流，应按照不磨蚀流速，确定检修闸门孔口尺寸。提示：(1)参照SD303—88及《水工设计手册》第七卷第三十一章第三节、《水力计算手册》第六篇第二章（武汉水利电力学院编）进行计算后确定。(2)为减少水头损失，工作闸门孔口面积宜为引水管截面积的1.2～1.5倍，孔口高宽比也宜在1.2～1.5之间，孔口宽度宜等于或略小于引水管道直径。检修孔口尺寸视进水口曲线布置而定。(3)对于多沙河流，应按照不磨蚀流速，确定检修闸门孔口尺寸。提示：进口体型主要根据进水口布置方式以及引用流量决定。其长度在满足工程结构布置需要及进水可能允许的尺寸与水流顺畅条件下，原则上要求布置紧凑。必要时，可通过水工模型试验确定。为减少水头损失又便于施工，顶部和两侧可采用圆弧曲线，曲率半径分别取工作闸门孔口高度和孔宽的一半左右，底部通常可为平底或斜坡。一般顶部和两侧采用曲线如下：（1）进口段的边界曲线，一般采用1/4椭园或园弧曲线。（2）进口段的顶板曲线，一般采用1/4椭园曲线。曲线方程为：4.1.4提示：进口体型主要根据进水口布置方式以及引用流量决定。其长度在满足工程结构布置需要及进水可能允许的尺寸与水流顺畅条件下，原则上要求布置紧凑。必要时，可通过水工模型试验确定。为减少水头损失又便于施工，顶部和两侧可采用圆弧曲线，曲率半径分别取工作闸门孔口高度和孔宽的一半左右，底部通常可为平底或斜坡。一般顶部和两侧采用曲线如下：（1）进口段的边界曲线，一般采用1/4椭园或园弧曲线。（2）进口段的顶板曲线，一般采用1/4椭园曲线。曲线方程为：(1)闸门段布置根据具体情况布置工作闸门、检修闸门或事故闸门；提示：考虑检修方便和结构要求选取，闸门段体形主要根据所采用的闸门、门槽型式以及结构的受力条件而决定。其长度取决于闸门及启闭设备运行与检修的需要，并考虑引水道检修通道要求。工作门和检修闸门之间距离不宜小于1.5m～2m。(2)确定工作门和检修闸门之间距离、闸门段长度。提示：考虑检修方便和结构要求选取，闸门段体形主要根据所采用的闸门、门槽型式以及结构的受力条件而决定。其长度取决于闸门及启闭设备运行与检修的需要，并考虑引水道检修通道要求。工作门和检修闸门之间距离不宜小于1.5m～2m。提示：充水阀（或旁通管）截面积应根据充水容积、下游漏水量和充水时间要求确定，但不应大于通气截面积的0.2倍。4.1.5充水阀设计提示：充水阀（或旁通管）截面积应根据充水容积、下游漏水量和充水时间要求确定，但不应大于通气截面积的0.2倍。4.2拦污栅布置提示：通常设一道拦污栅，当清污频繁而又不宜停机清污时，可考虑设两道栅，或设备用栅。污物很多时还可设导污排等辅助设施。4.2.1拦污栅道数选择提示：通常设一道拦污栅，当清污频繁而又不宜停机清污时，可考虑设两道栅，或设备用栅。污物很多时还可设导污排等辅助设施。4.2.2支承平台及封顶平台高程选择提示：根据清污方式(机械或人工)确定。提示：主要根据过栅流速要求（采用机械清污时，一般过栅流速控制在1m/s～1.25m/s左右），确定拦污栅支承平台及封顶平台高程。为减小过栅流速并使水流平顺，支承平台高程可略低于进水口底坎高程。通常封顶平台高程也不宜高出死水位过多。4.2.3清污设施布置提示：根据清污方式(机械或人工)确定。提示：主要根据过栅流速要求（采用机械清污时，一般过栅流速控制在1m/s～1.25m/s左右），确定拦污栅支承平台及封顶平台高程。为减小过栅流速并使水流平顺，支承平台高程可略低于进水口底坎高程。通常封顶平台高程也不宜高出死水位过多。4.3渐变段布置提示：(1)渐变段为将矩形断面（闸门段）变到园形断面（引水道），一般采用在四角加园角过渡。其长度一般为引水道直径的1.5～2.0倍，收缩角一般不超过10°，以6提示：(1)渐变段为将矩形断面（闸门段）变到园形断面（引水道），一般采用在四角加园角过渡。其长度一般为引水道直径的1.5～2.0倍，收缩角一般不超过10°，以6°～8°为宜。(2)为方便施工，渐变段高度、宽度及圆角半径通常可按线性变化设计。4.4通气孔(1)确定通气孔尺寸、面积。提示：通气和通气设施是压力引水道中不可缺少的重要组成部分。压力隧洞中，排水时需要补气，充水时需要排气。（1）目前，还无法对通气作出数字分析，只能根据试验和原形观测资料，由经验判断决定。前苏联规范规定风速不宜超过50m/s；美国规定风速不超过45m/s；我国一些工程的实测风速为10m/s～30m/s，最大达80m/s；（2）为避免引水道出现负压及气蚀现象，通气孔布置应遵循下述原则：提示：通气和通气设施是压力引水道中不可缺少的重要组成部分。压力隧洞中，排水时需要补气，充水时需要排气。（1）目前，还无法对通气作出数字分析，只能根据试验和原形观测资料，由经验判断决定。前苏联规范规定风速不宜超过50m/s；美国规定风速不超过45m/s；我国一些工程的实测风速为10m/s～30m/s，最大达80m/s；（2）为避免引水道出现负压及气蚀现象，通气孔布置应遵循下述原则：①通气孔面积宜适当取大些，一般为引水道截面积的5%～8%；②通气孔下部孔口应尽量靠近闸门。充水排气用的通气孔，应放在充水段的最高点；③通气孔上部孔口高程，应不被水淹没，必要时对孔口进行保护；④通气孔上部孔口不可设在启闭机室内。（3）参照《水利水电工程技术设计阶段发电或引水有压隧洞设计大纲范本》有关要求进行。5进水口水力计算5.1进水口水力计算(1)最小淹没深度确定(2)水头损失计算(3)引用流量计算提示：(1)参照SD303—88附录四计算。(2)进水口最小淹没深度不应小于1m。提示：(1)参照SD303—88附录四计算。(2)进水口最小淹没深度不应小于1m。

提示：参考《水工设计手册》第七卷第三十一章附录二计算。一般常用的方法有：提示：参考《水工设计手册》第七卷第三十一章附录二计算。一般常用的方法有：(1)最大需气量计算1)我国一些明流隧洞的观测资料经验公式：Qa=(10～20)％Qw式中：Qa——隧洞中需要的气流量；Qw——相应的需水流量。2)原水电部十一工程局推荐的公式：Qa=0.015(VwA)1.2式中：Vw——最大工作水头下闸门全开时闸门孔口的平均流速；A——明流泄水隧洞的断面面积。3)DL/T5013-95推荐公式：Qa=0.09VwA式中：符号意义同前。(2)建议的需气系数1)美国陆军工程师兵团建议数据：β＝Qa/Qw=0.03(F-1)1.06式中：β——最大需气系数；F——佛劳德数，；V——闸门流速，V=2gH；h——闸门全开时其后的收缩断面水深；H——闸门孔口顶点至库水位的高差；g——重力加速度。2)罗马尼亚韦斯乃尔（Wisner）建议的数据：β=0.024(F-1)1.4式中：符号意义同前。3)韦斯乃尔对于闸门小开度时建议的公式：β=0.033(F-1)1.6(3)通气孔的风速在一般情况下，风速最好保持在20m/s～40m/s左右，最大不宜超过60m/s（与溢洪道规范一致）。另外，为了避免发生空蚀或振动，闸门后的压降不宜超过1.5m～2.0m，或负压不低于1.5m～2.0m。5.3管道充水时间计算提示：根据设计的充水方式（充水方式有：提示：根据设计的充水方式（充水方式有：①在进水口闸室边墙混凝土中埋设旁通管；②在进水口闸门上设置充水阀门；③小开度提升进水口闸门充水），选用与充水方式相同的流量公式，计算管道充水时间。6进水口结构设计6.1设计荷载确定及荷载组合6.1.1设计荷载确定（1）自重（A1）提示：设备重包括闸门、启闭机和其他安装在进水口结构物上的永久设备重。闸门重可参照SL74—95和DL/T5013提示：设备重包括闸门、启闭机和其他安装在进水口结构物上的永久设备重。闸门重可参照SL74—95和DL/T5013—95估算。启闭机和其他设备重由相应的产品目录中查找或由有关厂家提供。提示：自重为进水口结构重（包括启闭机室和交通桥、工作桥等上部结构的所有重量在内）。在整体稳定计算中，上部结构重可忽略不计。提示：相应于各种运行工况水位下的静水压力，包括引水道内水压力等。参照SDJ21—提示：相应于各种运行工况水位下的静水压力，包括引水道内水压力等。参照SDJ21—78附录二计算。水的容重一般取9.81kN/m3。但对悬浮质泥沙含量特大的河流（如黄河中下游段），应考虑泥沙的影响，采用浑水容重，具体数值最好采用实测值。（4）拦污栅前后水压差（A4）提示：相应于各种运行工况水位下的水压差。一般为0.03MPa～0.05MPa。（5）进水口闸门前后水压差（A5）提示：相应于各种运行工况水位下的水压差。一般为0.03MPa～0.05MPa。提示：相应于检修水位时的水压差。（6）扬压力（A6）提示：相应于检修水位时的水压差。提示：在具有良好排沙设施和运行中能够实现“门前清”提示：在具有良好排沙设施和运行中能够实现“门前清”的进水口，一般不会出现泥沙压力。如果有可能出现泥沙压力时，可参照SDJ21—78附录二计算。当缺乏资料时，按下式计算：式中：hn——泥沙淤积高度，m；γ——水容重，kN/m3。提示：扬压力包括浮托力和渗透压力。设计中常取相应的水库水位的全水头乘以容重，作为闸底板上的单位浮托力，作用面积系数取1.0。即为进水口基底面积乘以相应于各种运行工况水位下的全水头和容重，不另计渗透压力。（8）风压力（A8）提示：参照GBJ8—提示：参照GBJ8—87计算。提示：参照SDJ21—提示：参照SDJ21—78附录二计算。提示：参照GBJ8—提示：参照GBJ8—87计算。提示：参照SD303—88附录三计算。提示：参照SD303—88附录三计算。（13）地震力（A13）提示：参照SDJ10—提示：参照SDJ10—78计算。（15）岩石压力（A15）提示：参照SD134—提示：参照SD134—84计算。(17）机遇很少的其它荷载（A17）6.1.2拦污栅及支承结构设计荷载组合根据“6.1.1”中所述各种设计荷载，在施工、运行和检修等情况下同时作用的实际可能性，分别考虑最不利的荷载组合，见表15。表15拦污栅及支承结构设计荷载组合组合情况基本荷载特殊荷载结构自重及永久设备重设计情况拦污栅前后水压差泥沙压力冰荷载雪荷载活荷载地震惯性力地震水压力校核情况拦污栅前后水压差123456789基本组合★★★★★★特殊组合Ⅰ★★★特殊组合Ⅱ★★★★注：(1)表中2栏一般取0.03MPa～0.05MPa。(2)表中6栏一般为漂浮物撞击力、浪压力、风压力等，一般情况下浪压力和风压力所占比重很小，可忽略不计。(3)表中9栏一般可比设计情况增大0.01MPa6.1.3进水口岸塔整体稳定计算荷载组合荷载组合，见表16。表16进水口岸塔整体稳定计算荷载组合计算工况基本荷载特殊荷载结构自重及永久设备重静水压力扬压力泥沙压力风压力浪压力冰压力其他荷载静水压力地震惯性力地震水压力1234567891011基本组合正常蓄水位★★★★★★★设计洪水位★★★★★★★冰冻情况★★★★★★★完建情况★★★特殊组合校核洪水位★★★★★★★地震情况★★★★★★★★★施工情况★★检修情况★★★★★★★注：(1)特殊组合地震情况下表中2栏为相应于正常蓄水位时。(2)特殊组合检修情况下表中2栏为相应于检修水位时。6.1.4进水口岸塔结构计算荷载组合荷载组合见表17。表17进水口岸塔结构计算荷载组合计算工况基本荷载特殊荷载结构自重及永久设备重静水压力扬压力泥沙压力风压力浪压力冰压力其他荷载静水压力地震惯性力地震水压力1234567891011基本组合正常蓄水位★★★★★★★设计洪水位★★★★★★★冰冻情况★★★★完建情况★★★特殊组合校核洪水位★★★★★★★地震情况★★★★★★★★★施工情况★★检修情况★★★★★★★注：(1)表中2栏一般取0.03MPa～0.05MPa。(2)表中9栏相应于校核洪水位。(3)特殊组合地震情况下表中2栏为相应于正常蓄水位时。(4)特殊组合检修情况下表中2栏为相应于进水口闸门前后水压差。6.2进水口结构计算提示：岸塔式进水口的特点，是正向承受荷载，背靠岸坡岩体，靠自重和岸坡岩体支撑维持稳定，即是镶嵌在L形地基上的承压结构，可将顺流向作用的荷载传递于平地基和岸坡。其整体问题没有沿水平基面滑动和绕趾点倾覆的可能。只要基底应力在岩体允许应力或岩体允许抗力范围之内，塔体就不致发生整体失稳。6.2.1进水塔塔身稳定及应力计算提示：岸塔式进水口的特点，是正向承受荷载，背靠岸坡岩体，靠自重和岸坡岩体支撑维持稳定，即是镶嵌在L形地基上的承压结构，可将顺流向作用的荷载传递于平地基和岸坡。其整体问题没有沿水平基面滑动和绕趾点倾覆的可能。只要基底应力在岩体允许应力或岩体允许抗力范围之内，塔体就不致发生整体失稳。6.2.1.1基本假定（1）将塔体视为刚体，在荷载作用下，岩体受挤压变形产生抗力。（2）L形地基变形符合文克尔假定，抗力或反力按线性规律分布，塔背抗力不受闸孔影响，自下而上连续分布。（3）抗力或反力强度值，由力的平衡条件和转角相容条件列出的方程组求得。（4）塔体“转动趋势”由水平和垂直荷载合力作用点位置确定。提示：塔体“转动趋势提示：塔体“转动趋势”：(1)令O为进水塔底板之形心，当合力作用点落于底板上，在0点之左，塔体绕O点呈反时针转动（此情况很少出现）；在0点之右，塔体绕O点呈顺时针转动。(2)令O1为进水塔塔背与基岩接触面积之形心，当合力作用点落于塔背上，在O1点之上，塔体绕O1点呈顺时针转动（此情况很少出现）；在O1点之下，塔体绕O1点呈反时针转动。6.2.1.2计算公式提示：（1）塔体绕塔背形心O1点反时针转动时联立方程组：（2）塔体绕底板形心O点顺时针转动时联立方程组：（3）塔体绕底板形心O点反时针转动时和塔体绕塔背形心O1点顺时针转动时联立方程组，只需分别将（1）、（2）情况下联立方程组的第四个公式中的最后两项变负号为正号即可。式中：H——作用于塔体上所有水平力之和，kN；V——作用于塔体上所有垂直力之和，kN；L——进水塔底板宽度（垂直流向），m；b——进水塔底板长度（顺流向），m；h——塔背与岸边岩体接触高度或塔背岩体抗力作用范围，m；f——塔体混凝土与岩石之摩擦系数；M0——H和V对底板形心之力矩，kN·m；M01——H和V对塔背形心之力矩，kN·m；kh、kb——分别为塔背基岩和底板基岩之抗力系数，kN/m2；σ1、σ2——塔底板上之反力（抗力）强度（σ1＞σ2），kN/m2；P1、P2——塔背上之基岩抗力（反力）强度，kN/m2。6.2.1.3计算成果分析提示：(1)SD303—88规定：在各种荷载组合情况下，进水口地基表面承受的最大垂直正应力应小于地基容许压应力；最小垂直正应力应大于零。(2)根据塔体的“提示：(1)SD303—88规定：在各种荷载组合情况下，进水口地基表面承受的最大垂直正应力应小于地基容许压应力；最小垂直正应力应大于零。(2)根据塔体的“转动趋势”，求解上述任一联立方程组，可得塔底板和塔背地基的抗力或反力强度值，即σ1、σ2、P1、P2四个值。如果这些值都在地基的许可范围内，塔体处于稳定状态。否则，应修正进水塔布置及其体型尺寸，重新计算，直至满足要求为止。提示：进水塔一般分为塔座、塔身（塔筒）两部分。(1)塔座部分沿垂直流向选取计算断面，一般截取三个计算断面：1）闸槽前孔口断面，简化为弹性地基上的闭合框架；2）闸槽处断面，因闸槽处没有顶板，两侧边墙与塔身相连，简化为弹性地基上的倒框架，两侧竖杆上端视为铰接；3）闸槽后孔口断面，简化为弹性地基上的倒框架，两侧竖杆上端视为固接。提示：进水塔一般分为塔座、塔身（塔筒）两部分。(1)塔座部分沿垂直流向选取计算断面，一般截取三个计算断面：1）闸槽前孔口断面，简化为弹性地基上的闭合框架；2）闸槽处断面，因闸槽处没有顶板，两侧边墙与塔身相连，简化为弹性地基上的倒框架，两侧竖杆上端视为铰接；3）闸槽后孔口断面，简化为弹性地基上的倒框架，两侧竖杆上端视为固接。(2)塔身（塔筒）部分水平选取计算断面：1）塔背回填混凝土范围内，简化为两边杆件为固接的普通开口框架；2）塔背未回填混凝土范围内，简化为普通的矩形框架；3)若进水塔塔壁较厚，而塔筒净断面尺寸相对较小（杆件宽度达净跨的1/4以上），结构计算宜考虑杆件宽度的影响。参见《水工结构计算》（潘家铮著）。6.2.2.2内力计算提示：(1)塔座部分框架内力计算，参考《弹性地基上的梁和框架》（潘家铮主编）。底板上作用的地基反力，可采用整体稳定分析中的数值。(2)塔身（塔筒）部分框架内力计算，参考《建筑结构静力计算手册》。6.2.3拦污栅支承结构计算提示：(1)塔座部分框架内力计算，参考《弹性地基上的梁和框架》（潘家铮主编）。底板上作用的地基反力，可采用整体稳定分析中的数值。(2)塔身（塔筒）部分框架内力计算，参考《建筑结构静力计算手册》。提示：参考《水工设计手册》第七卷第三十一章第五节。6.2.4工作平台、启闭机架结构计算提示：参考《水工设计手册》第七卷第三十一章第五节。提示：参考《工业与民用建筑结构设计》。6.2.5闸门操作室的建筑结构计算提示：参考《工业与民用建筑结构设计》。提示：参考《工业与民用建筑结构设计》。6.3配筋计算原则及方法提示：参考《工业与民用建筑结构设计》。(1）对于按混凝土构件进行强度计算不满足要求的部位，按钢筋混凝土构件进行配筋计算；(2）采用结构分析内力成果进行配筋计算时，按单一安全系数极限状态法进行；(3）混凝土构件强度校核及钢筋混凝土构件配筋计算，均参照SDJ20—78进行。6.4裂缝宽度验算钢筋混凝土构件按限裂设计，计算最大裂缝宽度不得超过mm。6.5受弯构件挠度验算计算最大挠度不得超过l/400（l为构件跨度）。6.6地基及塔后边坡处理提示：(1)岩基上的进水口，必须置于可供利用的基岩上；对局部断裂发育、软弱夹层和不稳定的岩石地基进行挖除或加固处理，以满足承载能力、抗滑稳定和沉陷变形等方面的要求。(2)软基上的进水口，其地基的要求和设计参照SD133-84进行。6.6.1地基处理提示：(1)岩基上的进水口，必须置于可供利用的基岩上；对局部断裂发育、软弱夹层和不稳定的岩石地基进行挖除或加固处理，以满足承载能力、抗滑稳定和沉陷变形等方面的要求。(2)软基上的进水口，其地基的要求和设计参照SD133-84进行。提示：(1)塔后边坡应进行清理、整治和设置地表排水。(2)对不稳定边坡的处理，应视边坡不稳定的类型而定：1)对边坡表层局部不稳定岩体，可根据具体情况采用挖除或灌浆锚杆等方法加固处理；对边坡表层大面积的碎块岩体，可