水力发电枢纽工程重力坝设计

水力发电枢纽工程重力坝设计xx是闽江上的一条南北向大支流，河流长294公里，流域面积16396平方公里，具有暴涨暴落的特性。本枢纽工程以发电为主，兼顾与崇溪会合，流至建兴县又与松溪会合后才称xx，xx南流至南平市注入闽江。xx地形自域边缘，约占流域面积的56%，流域内森林茂盛，覆盖良好，森林面积约占35%，耕地大由于xx当地煤炭储量较少，而河流水力资源丰富，因而决定大力开发水电。多年来本人承担设计的重力坝是整个枢纽工程中的核心主体工枢纽上游已建有七里街水表1重力坝设计主要数据表发电正常水位215.5m相应下游水位163.88m死水位200.15m泥沙淤积高程174.6m淤沙浮容重=8.71KN/m3孔隙率n=0.45内摩擦角为φ=15o设计洪水位216.22m相应下游水位169.02m通过溢洪道下泄流量5327.70m3/s校核洪水位217.14m相应下游水位169.52m通过溢洪道下泄流量6120.37m3/s电站进水口底板高程为186.20m（坝式进水口）综合考虑xx当地的气候、湿度、降水量、蒸发量、风向风力等因素得出相应洪水季节50完整性较好，覆盖层及风化层均较薄。坝址处河床地面高程为146.10m，河床可利用基岩房村料场位于坝上游右岸22公里处，与公路边小山丘相连，附近河岸地形开阔，可张湖料场位于坝址下游62公里的江中靠右岸，附近有铁路干线的某一小车站，料场厚，采料时剥土工作量大。无效储量与有效储量之比约1﹕7.4；水泥掺和料在坝址区10公里范围内，可用者有风化后的灰质页岩及泥煤。前者活根据国家建筑委员会所颁布的地震烈度图，本地区应属6度地震区，坝区设防烈度建议为7度。坝顶有交通要求，行车宽度不少于8m。拱坝方案：河谷面宽浅，不是“V”字形，两岸不对称，没有适宜的地形条件，故该易于解决，施工导流容易。浆砌石重力坝虽然可以而且此坝型不能实现机械化施工，速度慢，施工质可以采用机械化施工，施工方便快捷，故本根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标溢流坝段：该坝段全长60m，分3个坝段，每段长20m，共分3孔。溢流堰顶高程为201.07m。堰顶安装工作闸门和检修闸门，闸门宽×高=15×15。工作闸采用坝顶门机启闭。工作桥面与非溢流坝顶一致。堰顶设有两个中墩，其厚度为4.5m边电站坝段：电站的装机容量为4×6.2＝24.8万千瓦，坝段总长30m，坝顶高程为拦污闸槽，引水口中心线高程为160.07m，孔径为6m，进口为三向收缩的喇叭口，进口前紧贴坝面布置拦污栅，进口处设置事故闸门和工作闸由主厂房、副厂房等组成。副厂房在主厂房的上游侧，厂开关站右岸非溢流坝段溢流坝段泄水孔坝段左岸非溢流坝段开关站(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(7)(8)(9)副厂房主厂房2000020000(16)(17)(18)右岸非溢流坝段120000溢流坝段60000泄水孔坝段50000左岸非溢流坝段1400002000020000(16)(17)(18)2000020000200002000020000600002000030000200002000020000200002000020000(2)(3)(4)(5)(6)(10)(11)(12)(13)(14)(15)140140图2枢纽工程布置图左岸深。坝址区地层简单，表层大部分为第四纪残破积岗岩风化土所组成，厚度约8～16m。河床部分的冲积层厚度小于5m，下伏岩基均为上白垩纪花岗岩。综合防洪、灌溉等因素选坝委员会做波浪要素按官厅公式计算：hl=0.016v/4D01/3(m)L=10.4(hl)(式中：L—波长，m；H—坝前水深，m；hl—波浪坝顶或防浪墙高程＝设计洪水位+Δh设坝顶或防浪墙高程＝设计洪水位+Δh校分设计情况和校核情况分别计算，计算成果如表2所示:表2坝顶高程计算成果表计算情况风速V波浪高度波浪长度风壅水高安全加高静水超高坝顶高程设计情况15.070.530.52.62218.84校核情况0.818.790.230.4218.58游剖面采用基本三角形顶点与校核洪水位齐平的由上下游起坡点高程、坡度、边坡系数等条件通过几何关系可得坝底宽度为63m，在 1游洪水位为169.02m，坝基设有防渗帷幕和基础排水措施。根据《混凝土重力坝设算成果见表附录1非溢流坝剖面图2.3.2.2.1设计洪水位情况下发生7度非溢流坝剖面图217.14PPGP217.14PPGPG174.6169.52PPPPLUrHarHUUU图4非溢流坝荷载图B—坝底宽度；∑M—对坝截面形心由（2）式得Ks＝1.53＞1.05满足稳定要求。由（4）式得下游边缘正应力Gyd＝1.40Mpa＜4.3Mpa由（2）式得Ks＝1.37＞1.0满足稳定要求。由（4）式得下游边缘正应力Gyd＝1.58Mpa＜4.3Mpa由（2）式得Ks＝1.12＞1.0满足稳定要求。由（4）式得下游边缘正应力Gyd＝1.40Mpa＜4.3Mpa此，需要有足够的孔口尺寸、较好体形的堰型，以满足泄但结构简单，管理方便，适用于泄洪量不大、淹没损失小坝，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较3表6孔口净宽计算成果表计算情况流量Q（m3/s）孔口净宽B（m）设计情况5327.70100～15053.28～35.52校核情况6120.37100～15061.20～40.80根据以上计算，溢流坝孔口净宽取45m，设每孔宽度为15m，则孔数为3。表7堰顶高程计算成果表计算情况流量m3/s侧收缩数流量系数孔口净宽m堰上水头m堰顶高程m设计情况5327.700.950.5024514.65201.57校核情况6120.370.950.5024516.07201.07=215.5-201.07+（0.1～0.2）运用堰流公式εmnb分情况校核溢流堰的泄流能力，计算成果如表8所表8泄流能力校核计算成果表计算情况mεB（m）H（m）Q（m3/s）Q′|（Q′-Q）/Q|设计情况0.5020.924515.155159.275327.73.26%校核情况0.5120.924516.076045.366120.371.24%堰顶水流流速按公式(7)计算，由Q=Av=Bhv可得h=(8)；B—鼻坎处水面宽度，m；Q—校核洪水位时溢流坝下泄流量，反弧半径R4～10）h＝17.04～42.6m，取R＝20m。由式(9)计算由式tk=α(10)计算H2—下游水深，m；α—冲坑系数，坚硬完整的基岩取0.9~k＝3.07>2.5，由《混凝土重力坝设计规范》得挑流消能形成的冲坑不会影响大首先绘出坝顶部的曲线，取堰顶部最高点为坐标原点，堰顶上游部分采用椭圆HH25h25hHhHt t图5挑流消能冲坑计算简图n.k—取决于坝顶上游面的坡度；a≈0.28～0.3；a/b代入参数由式（11）得幂曲线方程为y=0.052x1.85高度为4.57m。最后作出反弧段，反弧半径为20m。溢流坝的剖面如图6所示： 本次设计中发电孔设计成有压孔，灌1:02 1:02 1图6溢流坝的剖面图图6溢流坝的剖面图由式（13）得D＝6.34～5.79m矩形进口时，顶面曲线b1/3～1/4）a，侧面曲线b＝a/5。22此处a＝6，b＝0.3a＝1.8则有列表计算表9椭圆曲线坐标值x6543210y0D顶面Dy泄水孔进口形状BABA-AAA-A出口渐变段H=BH=BB-B2-2进口渐变段R5,94R5,94 B=D图7进水口草图50080020002000图8闸门槽图图8闸门槽图面积为2=28.26m2。故出口断面面积为24.02～26.85m2。出口断面为方形，其式中：µ—流量系数；按照《混凝土重力坝设计规范》并结合本工程具体情况取µ=0.853由式（15）得灌溉孔的工作闸门布置在进水口，工作闸门2无压泄水孔的泄流能力也按公式计算µ—流量系数，当压力短管长度不超过10倍孔高时，有闸门槽时µ=0.8～0.85，无闸门槽时µ=0.9～0.95。代入数据得Q=0.84×16×=273.97m3/s坝顶上游设置防浪墙，与坝体连成整体，其结坝体坝顶图9坝顶细部构造图为2%，两边设有排水管，汇集路面的有宽1m的人行道，并高出坝顶路面坝体坝顶图9坝顶细部构造图工作闸门布置在溢流坝的顶稍微偏向下游一些，以防闸门部分开启时水舌脱离坝面而形成负压。采用闸墩的墩头形状为上游采用半圆形，下游采用流线型。其上游布置工作桥，顶部高程取非溢流坝坝顶高程即201.07m；下游布置交通桥，桥面高程为非溢图10溢流坝细部构造图边墩向下游延伸成导水墙，其长度延伸到挑流片距上游坝面1.0m。两道止水片间距为水片的下部深入基岩30cm，并与混凝土混凝土浇筑块厚度为4m，纵缝两侧土浇筑间歇为5d，上层混凝土浇筑前对下层混凝土凿毛，并冲洗干净，铺2cm先浇筑坝块 止水片止水片沥青井止水片后浇筑坝块图11止水设置图水平施工缝竖缝横缝图12坝体分缝图 500上游面3000自基础廊道沿坝高每隔 500上游面3000422156733667防渗帷幕和排水孔的布置坝基排水系统1—坝基灌浆排水廊道；2—灌浆孔；3—灌浆帷幕；1—灌浆排水廊道；2—灌浆帷幕；3—主排水孔；5—半圆混凝管；6—辅助排水孔幕；4—排水孔幕；5—排水钢管；6—三通；4—纵向排水廊道；7—预埋钢管；8—坝体7—灌浆孔205m，形状为城门洞形，其上422156733667防渗帷幕和排水孔的布置坝基排水系统1—坝基灌浆排水廊道；2—灌浆孔；3—灌浆帷幕；1—灌浆排水廊道；2—灌浆帷幕；3—主排水孔；5—半圆混凝管；6—辅助排水孔幕；4—排水孔幕；5—排水钢管；6—三通；4—纵向排水廊道；7—预埋钢管；8—坝体7—灌浆孔图图13廊道布置图位以下部分，采用一层厚2m具有防渗性能的排水管排水管 排水管排水管排水管出水口图14廊道连接图铸铁管集水管上端通至坝顶，下端通至廊道，垂直布置。排水管采用无砂混凝土管。廊道系统如图15铸铁管集水管1196896868998371A7158868868568A86848A8684165A-A3—坝基灌浆排水廊道；2—基面排水廊道；3—集水井；4165A-A3图15廊道系统图坝体混凝土应满足强度、抗渗、抗