清水水电站工程防洪分析

清水水电站工程防洪分析

一、河道左向河道布坝段清水蓄水工程位于甘肃省明县。水库位于县城以西11.2km的泾河支流中。主要由挡水、泄水建筑物(泄冲闸、溢流坝)、电站厂房、左右岸副坝及开关站和生活区等设施组成。枢纽坝顶总长206.96m,自河道左岸向右岸布置有60m长左岸副坝段、68.96m长厂房段、61.0m长泄洪段、20m长右岸副坝段。电站总装机容量21.5MW,机组4台,其中6MW机组三台,3.5MW机组一台。泄洪段采用闸坝集中布置型式,设3孔泄冲闸和3孔溢流坝。3孔泄冲闸为潜孔式闸,闸孔尺寸为7.5×5m(宽×高),弧形闸门,下游采用底流式消能;3孔溢流坝为实体砼重力结构,剖面为WES堰型,堰顶设有平板式工作闸门和检修闸门,闸孔尺寸7.6×5.5m(宽×高),下游采用底流式消能,鉴于电站厂房在河道中的这种布设,为工程施工分期围堰导流提供了优越的条件。二、水质指标及施工方法清水水电站工程为小(Ⅰ)型Ⅳ等工程,主要建筑物为4级,次要建筑物属5级,根据《水利水电工程施工组织设计规范(SDJ338-89)》,导流建筑物级别为5级。清水水电站工程施工采用分期围堰导流法施工,围堰分为两期,一期枯水期围堰利用草土围堰挡水,完成两孔泄冲闸底板及闸墩和纵向砼围堰的施工。一期枯水期时段为:2004年10月到2005年4月,相应洪峰流量为174Ⓕ/s,相应下游水位2341.30m。三、流量引导方法一期草土围堰导流利用纵横围堰挡水,河水由束窄后的左案河道流过,主要完成两孔泄冲闸底板及闸墩和纵向砼围堰的施工。四、围堰的局部围堰布置一期枯水期挡水建筑物按5年一遇全年洪水流量174Ⓕ/s设计,为利于过流及降低工程造价,同时确保安全施工,结合当地材料特点,围堰均采用草土围堰,草土围堰的顶宽7米,迎水面与背水面边坡系数均为1:0.2m。为保证纵横围堰、围堰与岸坡的联结完好,减少渗流,在各段围堰进占前均在其端部进行草土体裹头处理,五、水流诱导工程的计算(一)围堰堰顶安全加强计算用洪峰流量Q=174Ⓕ/s查坝址流量水位关系曲线图得相应水位为2341.30m,以高程2341.30m测得坝轴线处平均过水断面宽B1=50m,水深为2341.03-2339.0=2.30m,则:V0=Q/A=174/(50×2.30)=1.51m/s根据本围堰为梯形布置,流速系数φ取0.82,河面为单侧收缩,侧收缩系数ε取0.95,河道束窄后平均过水断面宽Bk=15m。原河床断面面积ω0=50×2.30=115⒝,围堰所占据河床的过水断面面积ω1=35×2.30=80.5⒝,收缩断面处的平均流速Vc=Q/ε[ω0-ω1)]取堰顶安全加高为1.0m。上游围堰堰顶高程为:2341.30+2.02+1.0=2344.32m<设计高程2344.4m,下游围堰堰顶高程为:2341.30+1.0=2342.30m<设计高程2342.5m。设计高程满足洪峰流量Q=174Ⓕ/s时的过水要求。(二)计算单元的确定根据草土围堰设计尺寸,由于上游围堰堰前水深最大,故对上游横向围堰进行安全校核,围堰按重力坝受力情况考虑,取堰长1m为计算单元。取草土体干容重:γ1=11KN/Ⓕ,取草土体与砂砾层的摩擦系数为0.42,水容重:γ=10KN/Ⓕ,砂砾石干容重γ2=18.6KN/Ⓕ,上游水位取Q=174m/s3流量时上游壅高水位2343.32m,即上游水深h=4.32m,草土体堰高5.4m,围堰底宽B=7+5.4×0.2×2=9.16m。计算过程如下:1.砾石体重g砂、坡上水重、压力p(1)草土体单位重G1=γ1ν1=11×(7.0+9.16)×5.4/2=479.95KN。(2)砂砾石体重G砂=γ2ν2=18.6×(6.5+5.0)×0.5×1/2=53.48KN坡上水重G水=0.2·h·h·1/2γ=0.2×4.32×4.32×1/2×10=18.66KN水平水压力P1=γh2/2=10×4.322×1/2=93.31KN浮托力W=1/2γhB=1/2×10×4.32×9.16=195.57KN2.计算接口:5=1.4抗倾覆安全系数K倾=MG/M倾=2608.66/1328.65=1.96>1.5。满足抗倾要求。(3)抗滑验算:抗滑力f=144.58KN滑动力P1=93.31KN抗滑安全系数K=144.58/93.31=1.55>1.15,满足抗滑要求。(三)装夹中铅丝笼块体抗冲防护设计洪峰流量Q=174Ⓕ/s,河道束窄后裹头处流速Vc=5.31m/s,根据抵抗水流冲动的经验流速,取单块体积为4Ⓕ的铅丝笼块体作为裹头抗冲防护。(四)围堰堰渗流量计算根椐招标地质图查得草土围堰堰基砂卵层最大深度为2.5米,纵向围堰堰基为裸露岩石,取上下游横向围堰堰基渗透层厚为3.0m。1.上游围堰堰基单宽渗透量计算。围堰堰基单宽渗流量用下列公式计算:q=K1×T(H1-H2)nLn=1+0.87T/L式中q—堰基单宽渗流量Ⓕ/hm。H1=4.32m,T=3m,H2=0(基坑无水),L=9.16m,n=1+0.87×3/9.16=1.28,K1—堰基渗透系数,K1=4.2m/h将以上数值代入公式得(2)下游围堰堰基单宽渗流量计算围堰堰基渗流量用下列公式计算:q=K1×T(H1-H2)nLn=1+0.87T/L式中q—堰基单宽渗流量Ⓕ/hm,H1=2.30m,T=3m,H2=0(基坑无水,K1=4.2m/h,L=8.4m,n=1+0.87×3/8.4=1.31将以上数值代入公式得(3)围堰渗流量计算。排水量计算只考虑围堰堰基渗水。水泵选型:6BA—8A型离心泵,Q泵=170Ⓕ/h,H扬=25.8m。围堰基坑每小时排水量=(上游围堰长度×上游围堰单宽渗流量)/24+(下游围堰长度×下游围堰单宽渗流量)/24。围堰基坑每小时排水量水泵台数:N=k·Q总/Q泵=1.5×487.94÷170=4台实际排水需3台,备用1台。六、空心砖的铺草、散草、压实、进占的施工主要流程为草土围堰施工自上游向下游进占,主要是以压草捆、铺散草、铺土等三道工序为主。草捆上坝前将两个单草捆用长拉绳拦腰捆在一起成为捆草,绳扣要结成活结扣,使其能够在下沉中越拉越紧,三道工序中压草捆是水下进占施工中最主要的工序,它直接影响围堰的质量,三面临水作业难度大,注意安全尤其重要,要有专门的防护救生人员在水边巡视。围堰施工的作业要点是:第一,直段进占,自岸边开始压草捆,第一排从围堰的边开始,向轴线靠拢而且平行轴线,草捆长度的1/3～1/2置于水中,先压三排各排之间相互搭接1/3～1/2,然后再铺散草,厚度约30厘米,以填补草捆间的空隙,同时盖住草绳,铺草工序完成后,随即进行洒水使草料浸湿,便于下沉和压实。然后在散草上铺土,铺土厚度在30～35厘米,用小型农用三轮车上土,铺好的土层用人工踩实或夯压实(一遍即可)完成三道工序为一板,按上述工序不断循环前进进占,进占中要保持堰头成300～450的斜坡,不能形成过陡的坡度以免脱节滑坡。第二,拐弯段进占,围堰上拐弯段施工最困难,此时围堰已伸向河心,水流对围堰的冲击最大,方向不易掌握,转弯时应保持进占工作面与围堰中心线垂直,即使前进方向与转弯半径保持垂直关系,因此转弯时堰头外侧要多压草,内侧要少压草,转弯处水流速度较大,冲刷也大,特别是上游位置,给施工造成困难,这时在转弯处的上游抛石或沉放铅丝笼,以防冲刷。第三,拉绳及活结扣的放置,直线段的拉绳平行于堰轴线,拐弯外侧2～3捆或3～5捆的拉绳要斜向轴线摆放,以使拉绳更起作用,拉得更牢,活结扣的位置一般是边捆的活结扣朝围堰轴线,中间捆草的放在左右均可。通过压草、铺散草、铺土三道工序,连续不断,循环交替的进行,直到围堰进占完成。围堰进占其方向应在岸上用测量仪器控制,河两岸要布置几个控制点,及时检查进占方向和位置,发现偏离及时纠正。七、铜丝笼、铅丝笼草土围堰重点防护位置为上、下游裹头,为防止河水冲刷破坏处理措施如下:1、上下游横向围堰基础砂砾石层挖防渗沟,做粘土心墙防渗处理。在上下围堰裹头处铺筑铅丝笼块石护脚,护脚长度上游20m,下游15m,铅丝笼制作采用人工编笼装石。2.接头处施工时多用土,少用草(并宜用散草),以使结合紧密。八、齿槽的缓接口1.草土围堰与河岸接头处,为使堰身与河岸结合牢固,在接头岸坡处挖一齿槽,深度为0.5m,宽度与堰宽相等,岸坡外露基岩处做成圆弧缓接形式。2.在草土围堰施工前对上下游横向围堰地