引水式电站闸坝枢纽工程设计说明书本科毕业设计

'某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程本科毕业设计水电站闸坝枢纽工程设计说明书摘要鱼潭水电站位于四川省某自然保护区境内，系岷江一级支流熊猫河干流上的梯级电站。电站规划装机24MW，为有压引水式开发方案。闸址位于岩谷大桥下游约700m处，该处布置有引水发电隧洞取水口，经过约2.6km的压力隧洞至调压井，然后接约300m长的压力钢管至规划厂址处获得约46m水头。闸坝左岸有省级干道公路通过，交通方便。熊猫河系岷江右岸支流，全长87.9km，流域面积1742km2。鱼潭水电站闸址距河口约30km，控制流域面积1467km2，占全流域的84％。为保护区内水力资源丰富，目前熊猫河干支流上已装机326.8MW，约占其理论蕴藏量的37.5％。XX电站出线将以110千伏一回送入四川主网，它的兴建不仅可以扩大电网的规模，支援四川主网电力，更重要的是对加速振兴保护区经济，办好自然保护区，保护珍稀动植物有着重大的经济意义和社会意义。此前区内已开发兴建的约6.8MW小型水电站的电力，除用于区内大量的农副产品加工、保护区研究中心科研用电、农民以电代柴及生活照明外，多余容量均已送入四川主网。为加强区内生态环境保护，鱼潭水电站的部分电力将用于进一步实施“以电代柴”，调整区内能源结构。关键词：水利枢纽；闸坝；全闸方案；枢纽布置16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程TheabstractTheYutanhydrodynamicstationisinanatureegisboroughofSichuanprovince,anditisarundlehydrodynamicstationofthePandaRiverpotamictrunkwhichisaanabranchofMinjiangRiver.Thehydrodynamicstationmarkout24MWcapability.Anditisapresscitationstation.Themilldamaddresslocatesbigbridgedownstreamintherockvalleyaboutthe700meters.theplace"sdecorationhasalreadyledawatertogenerateelectricitytheholetotakethewater,hasbeengonetoadjusttopresswell,thenconnectedthepressuresteelpipethatgrowsaboutthe300meterstogotothepowerplantsitetoacquireaboutthe46meterswaterheadaboutthepressureholewith2.6kilometers.Thereisainterprovincialhighwaystandtheleftofthemilldan,thetrafficissoconveniency.ThePandariverisontherightbankofMinjiangriver,itis87.9kilometerslong,thedrainageareais1742.Themilldanaddressis30kmlongfromthebayou,control1467drainagearea,isofthe84％ofthedrainagearea.Thenatureegis’swaterresourceiswealth,NowtheriverofthePandahasmarkedout326.8MW,aboathaving37.5%ofitstheoriesreserves.TheYutanhydrodynamicstationstandalinewillwithonce110kilo-VoltssendapresentinreturntogointoaSichuanmainnet.Itisnotonlycanacceleratetheeconomyofthenatureegisborough,dowellforthenatureegisborough,anditwillprotecttherarityanimalandfoliage.Thatishavingimportanteconomicmeaningorsocietymeaning.Now,thisareashavingbuidingabout6.8MWmini-hydrodynamicstation’selectricpower.Thosepowerisforprocessthefarmproduce,forinvestigatecenter,forfarmer’slivingillumingorusingelectricitytosubstitutefirewood.AndthesuperabundanceofthepowerallsendingtoSichuanmainnet.Inordertostrengthentheecosystemofthearea,partsofelectricpowerswillusedforthefurtherimplement"withelectricitysubstitutefirewood",adjustingtheenergystructureinsidethearea.Keyword:Hydraulicpivot;milldam;entirelymilldamproject;Pivotlay16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程目录第一章绪言4第二章设计资料综合说明5第一节流域概况5第二节枢纽任务和开发方式5第三节气象水文资料6第四节工程地质9第五节建筑材料13第六节施工条件砼14第三章　工程等级及建筑物的级别16第一节工程等级16第二节洪水标准17第三节地震17第四章坝轴线选择及首部枢纽布置18第一节坝址、坝型选择18第二节首部枢纽191总论192拦河闸203闸孔设计214闸室设计225闸室的布置和构造266两岸连接挡水重力坝段。277铺盖和护坦308下游导墙设计319止水、排水和抗磨措施3310闸顶工作桥及交通桥3411防渗措施34第五章进水口设计38第一节进水口建筑物型式的比较38第二节进水口的布置39第三节进水口的高程及尺寸确定39第六章公路改建41参考资料42结束语4316 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程第一章绪言鱼潭水电站位于四川省某自然保护区境内，系岷江一级支流熊猫河干流上的梯级电站。电站规划装机24MW，为有压引水式开发方案。闸址位于岩谷大桥下游约700m处，该处布置有引水发电隧洞取水口，经过约2.6km的压力隧洞至调压井，然后接约300m长的压力钢管至规划厂址处获得约46m水头。闸坝左岸有省级干道公路通过，交通方便。熊猫河系岷江右岸支流，全长87.9km，流域面积1742km2。鱼潭水电站闸址距河口约30km，控制流域面积1467km2，占全流域的84％。16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程第二章设计资料综合说明第一节流域概况1流域概况1.1自然地理概况熊猫河系岷江右岸支流，全长87.9km，流域面积1742km2。鱼潭水电站闸址距河口约30km，控制流域面积1467km2，占全流域的84％。流域地势由东向西递增，西北山地海拔高程在4000m以上，而东部的河口高程仅870m。河流受地势影响，坡陡流急，下切强烈，多呈“V”型河谷，全河道平均比降约2.54％，属山溪性河流。河流主源——皮毛河发源于巴朗山东麓，与支源——正新河在岩谷大桥上游260m处汇合，以下称熊猫河。整个流域植被发育良好，3500m以上为高山草甸，以下是茂密的森林、灌木和箭竹。1.2地区经济概况鱼潭水电站所处的自然保护区划分为核心区和实验区两部分。岩谷大桥以上区域为核心区，岩谷大桥以下的河流两岸至山脊为实验区范围。区内耕地零星，人烟稀少，工农业极不发达。据1990年报统计，“全区总人口4821人，居民以藏族为主，非农业人口597人；区内仅有农耕地(土)5880亩，农作物以玉米和土豆为主，有少量经济作物；工业上仅有几座小水电站和农副产品加工工业；牧业以牦牛为主；森林和矿产资源较多，但因处于保护区内，禁止开发；全区工农业总产值391万元，其中工业总产值仅55万元，属边远贫困少数民族地区。”保护区内水力资源丰富，目前熊猫河干支流上已装机326.8MW，约占其理论蕴藏量的37.5％。XX电站出线将以110千伏一回送入四川主网，它的兴建不仅可以扩大电网的规模，支援四川主网电力，更重要的是对加速振兴保护区经济，办好自然保护区，保护珍稀动植物有着重大的经济意义和社会意义。第二节枢纽任务和开发方式保护区因其“保护自然生态、环境”的性质不可能兴建工矿企业，故无大量工业用水的要求。区内农业为粗放耕作方式，且境内雨量丰沛，故亦无特别的灌溉要求。熊猫河为山溪性河流——河床陡、落差大、水流急，无漂木、航运要求。农耕地及房屋所处地势均较高，无防洪要求。因此，本工程开发任务单一，应在保护自然环境、维护生态平衡的前提下，因地制宜地合理利用水资源。16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程此前区内已开发兴建的约6.8MW小型水电站的电力，除用于区内大量的农副产品加工、保护区研究中心科研用电、农民以电代柴及生活照明外，多余容量均已送入四川主网。为加强区内生态环境保护，XX水电站的部分电力将用于进一步实施“以电代柴”，调整区内能源结构。此外，除厂自用电外的余电送入四川主网。四川电网中缺乏调节峰荷的电能，在已存在的电源构成中，有调节能力的水电站有限，致使系统运行很不经济，且十分被动。按河流梯级规划方案，电站可建闸取水的河段为岩谷大桥以下约700m范围，有可以形成一定的日调节能力库容的河道地形条件，使电站在枯、平水季节进行日调节，带一定的变动负荷（按照水能设计，调节库容达30.5～35万m3时，便可满足本电站的日调节需求），为电力系统提供更多的峰荷电能，同时也使电站自身的运转更加灵活主动。枢纽的正常蓄水位和汛期限制运行水位参见“毕业设计任务书”。库容的大小，除应考虑到岩谷大桥（桥面高程为1643.40m）不受建闸蓄水影响外，还应考虑到对通过该河谷段的省级干道的淹没影响（闸坝区该干道路面高程约为1631.50～1636.00m，详见“坝区工程地质图”）在以及对上一梯级电站（其尾水高程为1640.50m）厂址选择的影响问题。闸址枢纽布置和运行必须满足有利于取水、排沙、防洪、防於以及保持调节库容、防、排漂浮物的作用。电站引水隧洞采用内径为4.50m的圆形钢筋混凝土衬砌有压方案。进口中心线高程为1619.50m。电站安装3台8MW水力发电机组，总计装机容量24MW；按照机组选型设计，水轮机设计水头为46.50m，最大水头为65.00m，单机额定流量为15m3/s。第三节气象水文资料3.1气候特征熊猫河流域受季风的影响，降雨充沛，气候温和、湿润。流域内多年平均降水量932.6mm，年内降水主要集中在4～9月，约占全年降水的86％，其中6～8月约占50％，而12～2月降水量仅占年降水量的2.8％。流域内多年平均气温8.6℃，极端最高最低气温为29.8℃和-13.8℃。多年平均年相对湿度为81.1％。闸坝区河谷呈东偏南方向，受地形影响，闸址处多出现东偏南(E1°25′S)风向，最大风速20m/s。3.2水文特征3.2.1径流16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程熊猫河径流主要由降雨形成，其次是地下水和高山融雪补给。每年自3月以后气温回升，河源及高山积雪开始融化，4～5月径流主要由降水和融雪等混合补给，6～10月径流主要由降雨形成，11月至翌年3月径流主要来源于地下水。熊猫河5～10月为丰水期，多年平均水量占全年水量的81.5％，其中6～9月占全年的62.5％；11～4月为枯水期，年内最枯月平均流量一般出现在2或3月，历年最小月平均流量为9.78m3/s(1984年3月)，年流量变差系数CV为0.10。闸坝址处多年平均流量48m3/s，多年平均年径流量15.14亿m3，多年平均年径流深1032.2mm。3.2.2洪水熊猫河主汛期一般为6～9月，洪水具有山溪性河流陡涨陡落的特点，多呈单峰过程，历时一般2～3天。实测最大流量580m3/s(1966年7月28日)，调查最大流量为894m3/s(1964年7月21日)。洪水位变幅一般在2～3.70m左右。闸址处设计洪水如下表所示：表1闸址设计洪水成果表流域面积(km2)Qp(m3/s)P=0.1%P=0.2%P=0.5%P=1%P=2%P=3.33%P=5%P=10%P=20%1467131412109948847756976435264403.2.3泥沙多年平均悬移质输沙量为98.5万t，多年平均含沙量0.65kg/m3，汛期(5～10月)多年平均含沙量为0.795kg/m3。多年平均推移质输沙量19.7万t。表2悬移质平均级配表粒径范围(mm)3～11～0.70.7～0.50.5～0.250.25～0.100.10～0.050.05～0.01＜0.01占总沙量百分比(%)1.02.23.010.527.329.521.35.23.2.4水位流量关系闸址河段水位流量关系列表如下:表3闸址水位流量关系表16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程流量(m3/s)02550100200300400水位(m)1621.001621.801622.401622.801623.451623.801624.15流量(m3/s)5006007008009001000水位(m)1624.501624.721624.951625.151625.381625.70水位～流量关系曲线如图1所示，具体位置处可近似使用或据此推求。3.2.5水位库容关系Ⅲ—Ⅲ＇闸线处水位～库容关系曲线如图2所示，其它闸线处的关系曲线可据此推求或近似使用。图1鱼潭水电站闸址处天然水位～流量关系曲线16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程图2鱼潭水电站库容曲线第四节工程地质4.1区域地质工程区位于四川西北部的龙门山山脉，熊猫河上游，总的地势北西高、南东低。最高海拔高程6519m，一般为1600～3000m。区内主要山脉呈北东展布，熊猫河上游发育总体方向由南西流向北东，下游段转为北西向近东，沿岸坡高山陡，河谷深切，为高山峡谷区。在地貌上为侵蚀构造地形和侵蚀堆积地形。地层岩性区内地层主要为中、古生界三迭系、志留系，由于受低——中级区域变质作用响，为一套浅变质岩系。第四系冲洪积层、坡积层，分布于熊猫河河床两侧岸坡，前者以漂卵砾石夹砂为主，厚10～20m，后者以碎石亚砂土为主，厚0～25m。另外，尚有部分岩浆岩分布，主要岩性为二迭系的玄武岩和辉绿岩。前者分布于库尾区，沿二迭系灰岩呈北东——南西向一线产出，岩性呈暗灰色、块状构造、斑状结构、枕状结构。后者分布于中、下闸址区一带，呈小岩株产出，岩石呈暗绿色，块状构造，辉绿结构。地质构造工程区在区域地质构造上，位于薛城——卧龙“S”16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程型构造南东。区内地质构造复杂，褶皱紧密，轴面倒转为强褶工程地质区，主要构造形迹有牛头山倒转复背斜，三道桥卡子倒转向斜，茂汶断层，转经楼沟断层。水文地质区内地下水类型单一，为基岩裂隙水和松散层孔隙水。基岩裂隙水主要接受大气降水和冰缘融冻带的冰雪融水补给，沿其基岩裂隙在岸坡中部或坡脚以及河谷一带呈散状或股状排泄。泉流量平均0.1～ll／s。水质类型以HCO3一Ca型水为主，矿化度0.l～0.2g／l，pH值7～7.5。松散层孔隙水，分布于熊猫河两岸的一级阶地和高河漫滩之中，水位埋深0.9～2.1m，水量0.3～1l／s，水质类型为HCO3一Ca型水，pH值7.2～7.4。地质灾害工区内由于地形畸岖，构造强烈，岩层破碎，加上人类工程经济活动，因此，以崩塌，滑坡、泥石流为主的地质灾害较为发育。地震基本烈度据中国地震烈度区划图(1990)，工程区地震基本烈度七度。4.2库区地质河谷地形地貌库区位于熊猫河上游，为高中山构造剥蚀地貌，深切峡谷型河谷，右岸为悬岩峭壁，左岸有省级干道通过。熊猫河由皮毛河、正新河在岩谷大桥以上260m处汇合而成，汇合高程1641.40m，较岩谷大桥桥面高程低2m，该处河床比降为1.8％左右，河谷宽60～120m(以左岸公路高程为准)。在河流两岸不对称地分布着宽阔的河漫滩，其宽度为40～80m，漫滩由砂砾卵石组成，其中有部份大型漂石分布。地层及地质构造库区除第四系松散堆积层外，主要为三迭系，二迭——石炭系地层。三迭系西康群菠茨沟组(T1b)分布在岩谷大桥一带，分布宽度106m，为灰白色、浅灰色薄——中厚层粉细砂岩夹石英砂岩，层状结构，块状构造。岩层产状为倾向北西面，倾角34°～68°。二迭——石炭系(c—p)分布于三迭系地层北西和南东地区，在其北西侧的出露宽度为380m，南东侧的出露宽度为464m。其岩性为灰色、灰黑色绢云千枚岩、砂质千枚岩、石英千枚岩、夹石英岩及砂质灰岩、石英岩状砂岩、石英岩等，层状结构、块状构造及千枚状构造，是构成库盆的主要基岩。岩层倾向上游，倾角变化大，达46°～67°。泥盆系危关群上组(Dwg2)分布于闸址区上游地段，为灰黑色炭质千枚岩、绢云千枚岩和石英千枚岩，岩层倾向上游，倾角35°～59°。16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程库区在地质构造上位于卧龙倒转向斜的南东翼，地层受构造影响较重，在走向上有扭曲现象，岩层中发育有北东、北西两组裂隙，倾角多为陡倾裂隙，其倾角一般大于50°。裂隙中一般无充填物，裂面闭合较好。物理地质作用区内为构造侵蚀高中山峡谷区，河谷两岸均为陡峭的岩质边坡，岩层受构造作用影响强烈，裂隙发育，地表浅部岩体在风化作用、人为地质作用等综合因素影响之下，其物理地质作用较为发育，主要有崩塌、局部危岩和小型滑坡。但是，它们对工程无不良影响，仅构成库区固体径流的物源点。工程地质条件组成库盆的基岩多为千枚岩，抗渗性能好，为相对隔水层。在库区地层中呈夹层状的砂质灰岩无岩溶现象，也不会产生渗漏。同时，岩层均倾向上游，岩层中构造裂隙主要为陡倾裂隙，闭合度较好，无倾向下游的缓倾裂隙存在，这对防止库区的渗漏有利。从地形上看，两岸山体雄厚，无低于正常高水位的邻谷存在，也无通向库外的沟谷。因此，库区也不存在渗漏问题。库区右岸边坡稳定性较好，无大型的崩塌，仅有两处危岩，其方量较小，距闸址400～600m，对工程无不良影响。由于库区上游河道两侧，松散堆积物较多，斜坡剥蚀作用尚未得以控制，因此，库区尚存在淤积问题，工程设计中，应加强冲、排砂工程措施。4.3闸坝区工程地质条件本工程在河流规划工作的基础上，选择了上、下两个闸址，经过对两个闸址进行相关的比选工作，最终确定选择上闸址。在上闸址选择了三条闸轴线，根据工程地质条件和工程设计的经济、合理性，对该闸址的Ⅱ上、Ⅲ上两条闸轴线进行了详细勘探工作。闸址区为高山深切峡谷河段，河床主流位于右岸，水边线高程1621.60m～1624.00m，河水深(枯水期)0.75～1.43m。右岸无边滩分布，左岸有宽阔的河漫滩，且延入库区，漫滩的中心高程1624～1627m。右岸为陡峻的岩质边坡，左岸为公路，路面高程1631.50m～1632.60m，公路内侧为边坡陡峻的山体，外侧有部分人工堆积体。河床为漂卵石夹沙，厚10～15m，地表漂石分布较多，约占30％左右。两岸基岩为泥盆系危关群上组地层，其岩性为炭质千枚岩、石英千枚岩、砂质千枚岩等。岩层倾向上游，倾角32°～59°。在闸址右岸下游，有辉绿岩侵入体，于岸边出露两段，分布宽度98m和51m。Ⅱ上闸轴线工程地质条件该闸轴线方位角187°，河水面宽20m，枯水期最大水深1.43m，水边线高程1623.18m16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程，右岸无边滩分布，左岸分布有宽50余米的河漫滩，与公路的外坡相接，公路路面高程1632m。河床冲洪积层厚10.50～15.20m，为不均匀级配的漂卵石类砂，密实度较好。漂石在土体中起骨架作用，允许承载力可达0.40～0.50Mpa，可作为持力层。漂卵石层中无成层的砂层分布，在闸址的下游钻孔内进行了简易抽水试验，测得其渗透系数为30.18m／d，属强透水层。ZK1孔在接近基岩时(14.93m)，孔内大量漏浆，终孔后数小时，孔内有地下水涌出，测得其流量为l.041／s。经水样分析并与河水水样对比，离子含量上区别较大，水质类型也不同，表明为基岩裂隙水，但它们对混凝土均无侵蚀性。下伏基岩界面在沿闸轴线方向，是向右岸倾斜，呈直线型。顺河方向上，在右岸为凹凸型，在中部和左岸均为平缓直线型，表明其下游无深潭分布。基岩岩性为云母角岩，局部夹薄层砂质灰岩和炭质千枚岩，其岩心采取率为66～83％，岩层的抗渗性能好，可作为相对隔水层。两岸坝肩均为陡峻的岩质边坡，岩性为炭质千枚岩，稳定性较好。右岸卸荷裂较发育，经探洞观察，其卸荷带宽10m，但毛洞自身稳定性好，在洞深9.50m处的一条裂隙的裂面上有泥膜充填。在探洞的下游岸边，有三条长2～5m、宽l～24cm与河流斜交的陡倾裂隙。在左坝端上游14m处的公路内侧，有一小规模的危岩体分布，体积约为142m3。两岸基岩中的裂隙均为陡倾裂隙，无倾向下游的缓倾裂隙。Ⅲ’上闸轴线工程地质条件闸轴线方位角180°，河床主流由右岸向左岸开始编转，河水面宽32m，枯水期最大水深1.50m，水边线高程1621.60m。右岸有狭窄的边滩，基岩裸露，边滩与下游岩嘴相连，岩嘴伸入河床12m，其前缘宽约4m，高程为1622.59m，其后缘宽16m左右，与崖脚相接处高程1622.90m。左岸河漫滩宽18m，与公路外侧边坡相连，在交接处有人工堆积体分布，公路路面高程1633.50m，其内侧为岩质边坡。河床冲洪积层的物质组成和工程特性与Ⅱ上轴线基本相同，其厚度为11.75～15.20m，孔内无地下水涌出和漏浆现象。下伏基岩界面在沿轴线方向呈“V”型，以ZK4孔处为最低。顺河方向基岩界限形状在右岸为凹凸型，中部和左岸为平缓直线型，下游无深潭分布，基岩岩性为石英千枚岩、炭质千枚岩、云母角岩和辉绿岩，其工程特性良好，为良好的下卧层。两岸坝肩岩体均为陡峻的岩质边坡，其岩性为石英千枚岩和炭质千枚岩，岩体稳定性较好，岩层中均为陡倾裂隙，无倾向下游的缓倾裂隙，裂隙闭合度较好，岸边卸荷裂隙相对不发育。右岸闸轴线下游伸入河床中的岩嘴为石英千枚岩和辉绿岩，其工程特性良好，是良好的抗力体，对增强坝肩和右岸闸基的稳定极为有利。16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程工程地质评述该闸址无严重的工程地质问题，工程地质条件良好，宜于工程兴建。其中尤以Ⅲ’上闸轴线最佳，故为推荐方案，现将两轴线的工程地质条件列于表内进行比较。表4闸轴线工程地质条件比较表序号项目Ⅱ上闸轴线Ⅲ’上闸轴线备注1地形地貌高山深切峡谷，两岸山体雄厚，左岸河漫滩宽50米高山深切峡谷，两岸山体雄厚，左岸河漫滩宽20米2持力层厚度10.05～15.2m11.75～15.2m岩性漂卵石夹砂漂卵砾石夹砂其它有局部架空现象无3坝肩岩体碳质千枚岩；右岸卸荷带宽10m；左岸局部有危岩石英千枚岩；卸荷裂隙发育较差；无危岩分布4水文地质河床下伏基岩有局部裂隙承压水河床下伏基岩无局部裂隙承压水5下游抗力体无右岸下游侧有第五节建筑材料5.1天然建筑材料石料区内无条石料。块石料可利用河床中大漂石。熊猫河下游有花岗岩分布，可作块石料。粘土区内缺乏，可以从距闸址38.2km的粘土料场采运。砾卵石分布广泛，熊猫河两岸的漫滩、心滩上均有分布。可开采储量20.71万m3，完全能满足工程所需。砂料区内砂料呈夹砂分散于卵砾石层中，多数为中细砂，且含一定量的泥质和粉土，筛选后不能直接用工程。因此，区内砂料欠缺，在质、量上均不能满足工程需要。在29.5km外有较好的正在开采的砂料场，建议采用。5.2材料物理力学指标见表5。16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程等人工材料物理力学参数请查阅有关规范和手册。第六节施工条件砼鱼潭水电站对外交通方便，沿熊猫河左岸有省级干道公路通过。闸址区河谷狭窄，深切呈“V”形，两岸山高坡陡，山体相对高差达300m左右，山坡坡度一般40°～50°，制约施工交通和工场布置。工区气候温和，降雨丰沛、湿润。洪水具有山溪河流特点，陡涨陡落，一般呈单峰过程，一次洪水历时2～3天，洪水位变幅2m左右。当地建材储量丰富，开采受季节影响小，开采方便，运距短。施工用电由当地电网提供，坝区有已建成的10Kv输电线经过。工程施工宜引入招标机制，选择合适的专业队伍采用机械化施工，以加快工程进度，按时建成发电。16 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程表5材料物理力学指标表层位岩性容重(t/m3)抗压强度抗剪强度允许承载力单位抗力系数渗透系数允许坡降边坡坡度干燥饱和摩擦系数凝聚力RDRWtgφCRK0Kjp临时永久MpaMpaMpaMpaKg/cm3x10-1m/dQ4漂卵石夹砂2.200.550～0.60000.4～0.512～470.12～0.151：1.25～1：1.51：1.5～1：1.75Dwg2-1碳质千枚岩2.7860350.4～0.51.5～2.030～350.2～11：0.31：0.5Dwg2-1石英千枚岩2.8080500.5～0.60.1～0.32～330～400.2～11：0.31：0.5Sm绢云千枚岩砂质千枚岩2.7060350.4～0.51.5～240～500.2～11：0.31：0.5砂质灰岩2.7580～10070～900.6～0.70.25～650～600.2～11：0.21：0.3石英岩2.75110～120100～1100.70.36～760～800.11：0.21：0.3辉绿岩3.041901400.6～0.70.6～0.87～880～900.11：0.21：0.3表6金属结构相关参考信息项目门叶重(t)埋件重(t)启闭机型号容量(t)单重(t)备注泄洪闸平板工作门32.558.14QPQ-2x8016014.5716 某大学本科毕业设计某水电站闸坝枢纽工程泄洪闸平板检修门30.357.59PQY-2x255026.60轨距1.8～2.5m冲沙闸平板工作门11.370.84QPQ-2x4080816 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程第三章　工程等级及建筑物的级别第一节工程等级水利水电工程的等别，在《水利水电枢纽工程等级划分设计标准（山区，丘陵区部分）》SDJ12-1978之中作出的规定，将水利水电枢纽工程根据其工程规模﹑效益及在国民经济中的重要性划分为五类，综合考虑水库的总库容、防洪库容、灌溉面积、电站的装机容量等，工程规模有库容决定。鱼潭电站是一个有日调节性能的引水式水电站，无防洪、灌溉、航运、和漂木等综合要求，按《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》SDJl2—78规范及补充规定，鱼潭水电站装机容量在0.05～2.5×KW之间，工程规模属小(Ⅰ)型电站，工程等级定为四等工程，永久性主要建筑物包括拦河闸坝、进水口等按4级设计，次要建筑物按4级设计，临时性建筑物按5级设计。附：1.水利水电枢纽工程分等指标工程等别工程规模分等指标水库库容（亿m3）防洪灌溉面积（万亩）电站装机容量（万kw）保护城市及工矿区保护农田（万亩）一大（1）型>10特别重要的城市、工矿区>500>150>75二大（2）型10～1重要城市、工矿区500～100150～5025～75三中型1～0.1中等城市、工矿区100～3050～52.5～25四小（1）型0.1～0.01一般城市、工矿区<305～0.50.05～2.5五小（2）型0.01～0.001<0.5<0.0544 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程2.水工建筑物级别的划分工程等别永久性建筑物的级别临时性建筑物的级别主要建筑物次要建筑物一123二234三345四455五555第二节洪水标准根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000，设计洪水为50年一遇，相应洪水流量为775；校核洪水为200年一遇，相应洪水流量为994。第三节地震根据设计基本资料，据中国地震烈度区划图（1990），工程去地震基本烈度七度。按《水工建筑物抗震设计规范》SDJl0—78的规定，本电站以基本烈度为设防烈度。主要建筑物应结合本地区的具体条件，着重于采取抗震结构及工程措施。44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程第四章坝轴线选择及首部枢纽布置第一节坝址、坝型选择水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水工建筑物，多用于河道、渠系及水库、湖泊岸边。关闭闸门，可以拦洪、挡潮、抬高水位以满足上游引水和通航要求；开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙或根据下游用水需要调节流量。水闸在水利工程中的应用十分广泛。闸址的选择，关系到工程建设的成败和经济效益的发挥，是水闸设计中的一项重要内容。应当根据水闸承担的任务，综合考虑地形，地质条件和水文、施工等因素，通过技术经济比较，选定最佳方案。壤土、中沙、粗沙的砂砾石适于作为水闸的地基。尽量避开淤沙质土和粉、细砂地基，必要时，应采取妥善的处理措施。建闸后，过闸水流的形态是选择闸址是需要考虑的重要因素。要求做到：过闸水流平顺，流量分布均匀，不出现偏流和危害性冲刷和淤积。拦河闸宜选在河床稳定、水流顺直的河段上，闸的上、下游应有一定长度的平直段。在以拦河闸为主，兼有取水和通航要求的水利枢纽中，拦河闸可选在稳定的的弯曲河段上，将进水闸和船闸分别设在凹岸和凸岸。无坝取水的进水闸应选在弯曲河段的凹岸顶点或稍偏下游，引水方向与河道主流方向间的夹角，最好在30度以内。分洪闸一般设在弯曲河段的凹段或顺直河道的深槽一侧。冲沙闸大多布置在拦河闸与进水闸之间、紧靠拦河闸最深的部位，有时也建在引水渠内的进水闸旁。在河道上建造拦河闸，为解决施工导流问题，常将闸址选在弯曲河道的凸岸，利用原河道导流，裁弯取直，新开上、下游引水和泄水渠。新开渠道既要尽量缩短其长度，又要使其进、出口与原河道平顺衔接。坝址选择与河谷形状、工程地质条件、施工条件、枢纽布置要求等因素有关，在满足枢纽布置和施工导流要求的前提下，坝轴线应尽可能短，以节省工程量。从地质条件来看，坝址处要求地质构造简单，基岩坚硬、完整、质地均匀、透水性小、耐风化，两岸岩性差异不大，山坡稳定，无较大的断层破碎带。从施工条件来看，坝址附近要有足够数量的建筑材料；下游要有较大的平坦地区，便于施工场地的布置；具有必要的对内、对外的交通条件；要考虑施工机械化的程度和施工技术水平等。从枢纽布置要求来看，要能满足水利枢纽布置的要求，合理地布置大坝、泄水溢洪设备、水电站厂房、过坝设备以及通航建筑物等。对于坝型，基本资料中设计要求已经给定为闸坝全闸方案。44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程因此，在布置完必要的泄水长度建闸外（校核洪水位期间），其余闸轴线采用重力坝。根据设计基本资料《表4闸轴线工程地质条件比较表》选Ⅲ’上闸轴线，具体详细对比参见第二章第四节。第二节首部枢纽1总论1.1首部枢纽布置本电站为具有日调节水库的引水式电站。首部枢纽有冲沙闸，泄洪闸，引水遂洞闸前进水口等组成。拦河闸（冲沙闸和泄洪闸）雍水高14m，在闸前形成库容为36万的水库。熊猫河为山区河流，坡陡流急，汛期河水挟沙量大，且推移质多（参见设计资料综合说明）。平均年悬移质输沙量为98.5万吨，推移质输沙量19.7万吨。由于水库库容小和电站采用高水头机组，（设计水头46.50m最大水头为60m，单机额定流量为15），因此，首部枢纽对于水库放淤和引水防沙有突出要求。为了防止淤积，水库采用如下的运行方式：非汛期按日调节运行，汛期，河道天然来水量大于电站引用流量，电站不进行日调节时，则将水库水位经常维持在最低水位（汛期限制运行水位），尽量避免闸前水位雍高，发电多余水量开闸排走。在选定拦河闸闸孔数目，闸孔尺寸和闸底板高程时，以尽量是泄洪流态接近河道天然流态为原则。为了引水防沙，拦河闸闸址选在Ⅲ’上闸轴线附近河道弯道末端，是右岸的闸前进水口处于河道凹岸末端，利用天然弯道的环流作用把泄洪时的底沙推向凸岸（左岸）的闸孔排泄。并在库底凹岸（右岸）布置了倾斜向左岸的导流墙，以增强弯道的环流作用。首部枢纽除少数两岸连接重力坝建在基岩上外，大部分建筑物均建在河床原覆盖层上。闸址河谷宽68.57~88.57m，枯水期水面宽30m左右。河床覆盖层最大深度约22m，由漂卵沙、砾石层等组成。漂卵石层中无成层的砂层分布，在闸址的下游钻孔内进行了简易抽水试验，测得其渗透系数为30.18m／d，属强透水层。地区地震基本烈度为七度。首部枢纽在岩基上的主要建筑物按七度设防，软基上的主要建筑物按八度设防。首部枢纽主要建筑物级别为四级，设计洪水流量为775（50年一遇），校核洪水流量为994（200年一遇）。44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程拦河闸全长92.4m，包括左岸挡水坝段长38.86m，中部三孔泄洪闸段30m，右岸两孔冲沙闸段12.5m，以及右岸挡水坝段11.07m。闸顶高程1637.2m，各闸孔底板高程均为1622m，水库日调节最高蓄水位（正常高水位）为1636m，最低运行水位1627m。水库校核洪水位为1627m（汛期限制运行水位）。闸室最大结构高度19.2m，顺水流方向长28m。两岸挡水重力坝段为加筋混凝土重力式结构。五个闸孔段为钢筋混凝土胸墙底孔式结构。闸段在闸墩中间分缝。三孔泄洪闸的半墩厚2m，冲沙闸的半墩厚1.25m。五个闸孔的工作闸门均为平板钢闸门，分别设固定起闭机，泄洪闸工作闸门采用QPQ-2x80型号的起闭机，冲沙闸工作闸门采用QPQ-2x40型号的起闭机。三孔泄洪闸闸孔宽6m，高6.5m，冲沙闸闸孔宽3m，高6.5m。工作闸门前均有检修门槽，泄洪闸共用一套PQY-2x25型号的起闭机。泄洪闸共用一套宽6m，高8m的平板钢检修闸门。闸基的防渗措施是在闸上游设长40m的水平铺盖，在闸前端设一道垂直防渗墙，两岸基岩做帷幕灌浆。防渗墙由冲击钻打槽孔浇混凝土筑成，设计墙厚0.8m，墙深20m。泄洪闸和冲沙闸下游的消能方式为急流消能，护坦长50m，纵坡1：17.8。护坦钢筋混凝土厚1.6m，其上的300号素混凝土抗磨层厚0.4m。护坦末端的齿墙设计深2.6m，护坦末端齿墙下游河床用开挖的大块石回填护底。束水墙位于冲沙闸束水冲沙门槽左墩的上游。墙顶高程1637m，墙长24.4m，平面轴线呈弧线形。墙顶宽1~3m，底宽3m。2拦河闸2.1拦河闸布置方案的选定拦河闸布置已在上节叙述。现将布置上几个主要问题的确定过程简述如下。2.1.1闸轴线的选择：在初步设计阶段，曾对Ⅱ上闸轴线和Ⅲ’上闸轴线进行对比，由于引水遂洞线选在熊猫河右岸，且Ⅱ上闸轴线持力层较Ⅲ’上闸轴线小，还有局部架空现象，Ⅱ上闸轴线左岸局部有危岩，河床下伏基岩有局部裂隙承压水。综合以上条件对比，确定选用坝轴线为Ⅲ’上闸轴线。2.1.2闸型的选定：根据闸址河谷窄，河床覆盖层深的特点，又由于闸址处地基土层结构比较简单，软基闸的抗滑稳定，沉陷及防渗等问题均是可以解决的，而且软基闸工程量又较小，所以采用软基闸方案。2.1.3闸孔数和闸孔尺寸：根据水库放淤和引水防沙的要求，选用总闸孔宽度24m，其中冲沙闸2孔，每孔3m，共2×3=6m；泄洪闸3孔，每孔6m，共3×6=18m。底板高程均为1622m。且冲沙闸与泄洪闸间的闸墩上游，还加了一道束水墙，以利进水口挡砾坎前底沙的冲刷。2.1.4闸基防渗措施：采用在闸底板上游40m的水平防渗防冲铺盖（不做防渗要求），和加在闸底板前端齿墙下一道深度13m的垂直防渗墙。44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程3闸孔设计闸孔设计包括：选择堰型、选定堰顶或底板顶面高程（以下简称底板高程）和单孔尺寸及闸室总长度。3.1堰型选择常用的堰型有宽顶堰和实用堰，宽顶堰是水闸中最常采用的一形形式。它有利于泄洪、冲沙、排污、排冰、通航，且泄流能力比较稳定，结构简单，施工方便。因此，本设计种堰型选择选用实用堰。3.2闸底板高程的确定底板高程与水闸承担的任务、泄流与引水流量、上下游水位及河床地质条件等因素有关。闸底板应位与较为坚实的土层上，并应尽量利用天然地基。在地基强度能够满足要求的前提条件下，底板高程定得高些，闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低。对于中小型水闸，由于两岸连接建筑物在整个工程量中所占比重较大，因而总的工程造价可能是经济的。在大中型水闸中，由于闸室在整个工程量中所占比例较大，因而适当降低底板高程，常常是有利的。当然底板高程也不能定得太低，否则，由于单宽流量加大，将会增加下游消能防冲的工程量。闸门高度增加，起闭设备容量也随之加大，另外，还可能给基坑开挖带来困难。一般情况下，泄洪闸和冲沙闸的底板顶面可与河底齐平。进水闸的底板顶面在满足引用设计流量的条件下，应尽可能高一些，以防止推移质泥沙进入渠道。综合考虑以上因素，本设计中定闸底板高程为1364.50m。3.3计算闸孔总净宽根据给定的设计流量、上下游水位和拟定的底板高程及堰型，分别不同的水流情况计算闸孔总净宽。1）.按“门前清”排沙标准确定冲沙闸尺寸闸轴线枯水期河床平均高程为1621m，冲沙闸底板高程为1622m,进水口拦沙坎高取2m，进水口宽15m，水深3m，进水口流速1m/s设计引水位=1622+2+3=1627m2）.沉沙槽进口尺寸计算在设计引水条件下，沉沙槽进口断面宽度由下式计算：式中--------沉沙槽进口断面宽度，mQ---------进水口引用流量，---------为限制进入进水口泥沙最小粒径44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程的止动流速，m/s---------沉沙槽进口断面水深，m又--------泥沙启动流速，m/s本设计选用沙莫夫公式计算，即：选用=3mm，则=0.7235m/s所以沉沙槽进口宽度：=15m3）.冲沙闸宽度的确定开启冲沙闸，沉沙槽进口断面流速能够冲洗槽内全部淤沙及随冲沙水流带如槽内的群体泥沙，其冲沙流速为：式中-------冲沙流速，m/s-------冲沙流量相应的河道推移质的平均粒径，m选用=0.06m则=（2.825~3.297）m/s取=3m/s冲沙流量------槽内冲沙时过水断面计算宽度（8m）。冲沙闸宽度：按平底堰流公式计算：数据带入有，取6m。4）.按“稳定河宽”排沙标准确定闸总宽度由第一造床流量550计算闸总宽度，。，以确定泄洪排沙闸的过流量为700-120=430，按平底堰公式计算=18.1m，取18m。综合考虑，取泄洪闸共18m，分3孔，每孔6m。取冲沙闸共6m，分2孔，每孔3m。4闸室设计4.1抗滑稳定计算1）.设计条件上游水位1636.00m（正常高水位）下游水位拦河闸不泄流时，下游无水。44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程防渗墙折减系数0.32）.计算情况（1）完建情况（2）校核洪水情况（3）正常高水位情况（4）地震情况3）.荷载组合（1）完建情况：自重+闸门及起闭机（2）校核洪水情况：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+风压力（3）正常高水位情况：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+风压力（4）地震情况：正常高水位情况+地震荷载（地震动水压力+地震动土压力+地震惯性力）4）.计算公式：（1）抗滑稳定安全系数的计算公式为：式中Kc--------沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数f---------闸室基底面与地基之间的摩擦系数，可按规范SL265-20017.3.10条规定选用------作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室基础底面上的扬压力在内，kN）------作用在闸室上的全部水平向荷载，kN其中：Kc在本设计中取松软地基土质，基本组合取1.50，特殊组合取2.00。（2）水深为H时，单位宽度上水平静水压力P为式中P--------单位宽度上水平静水压力，kN---------水的容重，本设计中含沙量多，采用10kN/H---------水面以下深度，m（3）波浪作用深水波波高44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程波长波浪中心线超过静水位的高度式中---------深水波波浪压力，kNh---------波浪高度，mL---------波长，m---------波浪中心线超过静水位的高度，mD---------吹程（km）k---------顺吹程方向的浪高增长系数，可按下式计算--------波浪陡度，粗略的可取--------计算风速，根据静水位以上10m高度处历年实测的最大风速（非结冰期）进行频率分析求得的，m/s（4）渗透压力式中U---------作用于闸底板底面上的渗透压力，kN/m--------防渗墙到闸底板底面上游端的水平距离，m--------渗透压力强度系数，本设计采用0.30，L--------闸底板底面的水平投影长度，m5）.计算成果：（1）校核情况泄洪闸段：Kc=18.59>1.05闸室抗滑稳定满足要求冲沙闸段：Kc=18.02>1.05闸室抗滑稳定满足要求（2）正常高水位情况泄洪闸段：Kc=3.78>1.05闸室抗滑稳定满足要求冲沙闸段：Kc=4.11>1.05闸室抗滑稳定满足要求（3）地震荷载情况泄洪闸段：Kc=2.76>1.05闸室抗滑稳定满足要求冲沙闸段：Kc=2.93>1.05闸室抗滑稳定满足要求4.2地基应力计算：荷载组合同前44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程1）.计算公式：（1）结构布置及受力情况对称时（泄洪闸）：式中-------闸室基底应力的最大值或最小值，kPa------作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室基础底面上的扬压力在内，kN------作用在闸室上全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴力矩，kN·mA--------闸室基底面的面积，B————闸室底板长度，m（2）结构布置及受力情况不对称时（冲沙闸）：式中L--------闸底板顺水长度，m其余符号意义同上2）.计算结果：（1）完建情况泄洪闸段：闸基反力不均匀系数η=1.43<1.50闸基反力不均匀系数满足要求且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求冲沙闸段：闸基反力不均匀系数η=1.41<1.50闸基反力不均匀系数满足要求且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求（2）校核情况泄洪闸段：=230.098kPa=150.975kPa闸基反力不均匀系数η=1.52<2.00闸基反力不均匀系数满足要求（校核特殊情况）且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求冲沙闸段：=256.717kPa44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程=153.482kPa闸基反力不均匀系数η=1.73<2.00闸基反力不均匀系数满足要求（校核特殊情况）且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求（3）正常高水位情况泄洪闸段：=236.208kPa=228.872kPa闸基反力不均匀系数η=1.03<1.50闸基反力不均匀系数满足要求且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求冲沙闸段：=276.966kPa=227.802kPa闸基反力不均匀系数η=1.215<1.50闸基反力不均匀系数满足要求且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求（4）地震荷载情况泄洪闸段：=269.531kPa=195.549kPa闸基反力不均匀系数η=1.37<2.00闸基反力不均匀系数满足要求（地震特殊情况）且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求冲沙闸段：=321.483kPa=183.285kPa闸基反力不均匀系数η=1.75<2.00闸基反力不均匀系数满足要求（地震特殊情况）且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求5闸室的布置和构造5.1底板：常用的底板有水平底板和低实用堰底板两种类型，设计中采用水平底板。为了适应地基不均匀沉陷和减少底板内的温度应力，在沿水流方向用横缝将底板闸室分为2部分。横缝设置在闸墩中间，闸墩与底板连在一起，以不会出现过大的不均匀沉陷。底板顺水方向的长度，取决于上部结构布置并满足结构强度和抗滑稳定要求。长度根据渗透允许坡降，以及防渗墙防渗折减系数确定。L=0.3×14/0.15=28m。同时，根据经验：对沙砾石地基，可取（1.5~2.0）H（H为上、下游水头差）。L=21m~28m。同时底板厚度也必须满足强度和刚度的要求。此设计中采用底板厚度3m，在上下游端各设置1m深3m宽的齿墙。在上游齿墙中部作0.8m厚的防渗墙。44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程5.2闸墩：闸墩承受闸门传来的水压力，也是坝顶桥梁的支承。闸墩的平面形状，在上游端为了使水流平顺，减少孔口水流的侧收缩，采用半圆形，且R=2m（泄洪闸）。在下游端为了减少墩后水流的水冠和冲击波，同样采用半圆形。闸墩断面数据具体如下图所示：闸墩厚度与闸门形式有关。采用平面闸门是需设闸门槽，工作闸门槽深0.5~2.0m，宽1~4m，门槽处的闸墩厚度不得小于1~1.5m，以保证有足够的强度。弧形闸门闸墩的最小厚度为1.5~2.0m，如果是缝墩，墩厚要增加0.5~1.0m，由于闸墩较薄，需要配置受力钢筋和温度钢筋。闸墩的长度和高度，应满足布置闸门、工作桥、交通桥和启闭机械的要求。平板闸门多用活动式启闭机，当交通要求不高时，工作桥可兼做交通桥使用，闸门门机高度应能将闸门吊出门槽。在正常运用中，闸门提起后，可用锁定装置挂在闸墩上。交通桥要求与非溢流坝坝顶齐平。6两岸连接挡水重力坝段。水闸与两岸或土坝等建筑物相接，必须设置连接建筑物，包括：上、下游翼墙和边墩（或边墩和岸墙），有时还需设有防渗刺墙，其作用为：1）挡住两侧填土，维持土坝及两岸的稳定。2）当水闸泄水或引水时，上游翼墙主要用于引导水流平顺进闸，下游翼墙使出闸水流均匀扩散，减少冲刷。3）保护两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷。4）控制通过闸身两侧的渗流，防止与其相连的按坡或土墙产生渗透变形。5）在软弱地基上设有独立岸墙时，可以减少地基沉陷对闸身应力的影响。在水闸工程中，两岸连接建筑物在整个工程中所占比重较大，有的可达工程总造价的15%~40%，闸孔愈少，所占比重愈大。因此，在水闸设计中，对连接建筑物的形式选择和布置，应予以足够的重视。6.1结构尺寸44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程两岸连接挡水重力坝段为软基上的加筋混凝土重力坝。除去建在相对承载力较高碳质千枚岩上的坝段，有15m的重力坝段建在软基上。该坝段坝顶高程1637.2（同闸室段），坝挡水面向内削掉2m以利用水重帮助坝体满足稳定要求，同时减少水泥用量，减少坝体自身重量以减少坝基应力。在1637.2m高程以下1.33m建一牛腿，其上为交通桥。背水面的上部（高程1628.3m以上）垂直，同迎水面同建一牛腿。下部（高程1628.3m以下）呈1：2.14坡，坝趾和坝踵垂直水平面。坝顶宽10m，坝底宽26m，前后分别设3m长的齿墙。坝筑完后，下游面用开挖土料回填到高程1628.3m，以增加下游坝体重量，以减少坝基最大应力。两岸连接挡水重力坝段如下图所示：6.2抗滑稳定计算1）.计算情况（1）完建情况（2）校核洪水情况44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程（3）地震情况2）.荷载组合（1）完建情况：自重（2）校核洪水情况：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+风压力（3）地震情况：校核洪水情况+地震荷载（地震动水压力+地震动土压力+地震惯性力）3）.计算公式（1）抗滑稳定安全系数的计算公式为：式中符号意义同前（2）土压力及淤沙压力式中Ps-------坝面每米宽度上的水平泥沙压力，kN/m------淤沙的容重，kN/Hs-------坝段前泥沙淤积厚度，m-------淤沙的内摩擦角，4）.计算结果（1）正常高水位情况Kc=4.447>1.05挡水坝段抗滑稳定满足要求（2）地震荷载情况Kc=21.9>1.05挡水坝段抗滑稳定满足要求6.3地基应力计算：荷载组合同前，公式同前。计算结果：（1）完建情况=301.461kPa=187.6767kPa闸基反力不均匀系数η=1.60<1.20（空库时）闸基反力不均匀系数满足要求且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求（2）正常高水位情况=283.2744kPa=204.501kPa44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程闸基反力不均匀系数η=1.385<1.50闸基反力不均匀系数满足要求且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求（3）地震荷载情况=297.8795kPa=230.5433kPa闸基反力不均匀系数η=1.29<1.50闸基反力不均匀系数满足要求且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求7铺盖和护坦7.1铺盖：铺盖主要用来延长渗径，应具有相对不透水性，为适应地基变形，也要有一定的柔性。铺盖常用粘土、粘壤土或者沥青混凝土做成，有时也可用钢筋混凝土作为铺盖材料。1）.布置：铺盖分三部分。第一部分为拦河闸上游的铺盖，其作用不做防渗要求，只作为防止闸上游河床的冲刷。第二部分是右岸弯道导流墙前的铺盖，其作用是保护导流墙基础，并使弯道凹岸河底形成定床。第三部分是上述二部分的连接段，其作用是防止排沙闸钱的冲刷，保护束水墙和进水口的前挡砾坎的基础。2）.结构尺寸：铺盖均为2m厚，具体结构为下部钢筋混凝土厚1.6m，上部铺砂岩条石厚0.4m。防渗墙顺水方向长40m，根据结构沉陷要求，分为5部分。一为束水墙上游的部分，从中间分为2部分，其二为泄洪闸段，也分为2部分，最后为进水口段，独自分为一部分。防渗铺盖上游齿墙深度深于铺盖底1m。防渗墙上游齿墙外的开挖斜坡均回填大块石。7.2护坦：护坦用来保护河床免受高速水流的冲刷。对其他形式的消能工，当可能产生临近坝址的冲刷时，也需要在坝址下游设置护坦。护坦厚度应满足稳定要求，即在扬压力和脉动压力等荷载作用下不被浮起。作用于护坦上的动水压力比较复杂，需要由水工模型试验确定。护坦厚度是可以变化的，即靠上游侧厚，下游侧薄，也可以做成等厚的。本设计中采用等厚的。为了防止护坦混凝土受基岩约束产生温度裂缝，在护坦内应设置温度伸缩缝，顺河流流向的缝一般与闸墩中心线对应。为了降低护坦底部的扬压力。应设置排水系统，排水沟尺寸约为20cm×20cm。当护坦上的水流流速很高时，应采用抗蚀耐磨混凝土，本设计中采用抗蚀耐磨的300号混凝土。1）.布置：护坦顺水流方向长50m，其中10m长的护坦为水平护坦，其余40m长的护坦纵坡1：17.8。上游端顶高程同闸底板高程，为1622m，下游端顶高程为1619m。整个护坦宽38.5m，其下游布置成无扩散。护坦厚2m，其中下部钢筋混凝土板厚1.6m44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程，上部采用300号混凝土抗磨层厚0.4m。护坦上下游均做齿墙，上游齿墙底同闸底板底，下游齿墙深5.6m。护坦下设有两层反滤料，总厚0.4m。末端有穿过齿墙的排水管，将渗入反滤层的水排至齿墙下游。护坦的分块用有止水的沉陷缝分为9块。顺水流方向分为3段，第一段为水平段，长10m，斜坡段分为2段，各20m长。垂直水流方向也分为3段，中间段长14.5m，两端各设一段，长12m。2）.抗滑、抗浮稳定计算：护坦必须有足够的厚度（或重量），以保证其在校核情况下有足够的稳定安全系数。（1）如果护坦板底不承受渗透压力，护坦板的厚度可用下式估算式中t------护坦板厚度q------单宽流量z------上下游水位差K。-----经验系数，通常取K。=0.13~0.15（2）当护坦承受渗透压力时，护坦应有足够的重量克服渗透压力，以免被顶托漂浮。护坦厚度可以用下式估算式中t-------护坦板的平均厚度U-------单位宽度护坦底面的扬压力（包括渗透压力和浮托力）W-------单位宽度护坦上的水体重量------护坦长度------护坦材料的容重K--------安全系数，取1.1~1.2经计算，取护坦板厚度1.6m，其上覆盖采用300号的混凝土抗磨层厚0.4m。8下游导墙设计8.1结构尺寸44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程具体如下图导墙底长6.16m，和护坦相连接，其上为梯形，迎水面垂直，高5.2m，背水面坡度为1：0.8，并填土，填土坡度1：1.31。坝顶高程1627.2m，宽2m。8.2抗滑稳定计算1）.计算情况（1）完建情况（2）校核洪水情况（3）地震情况2）.荷载组合（1）完建情况：自重（2）校核洪水情况：自重+水重+静水压力+扬压力（3）地震情况：校核洪水情况+地震荷载（地震动水压力+地震动土压力+地震惯性力）3）.计算公式（1）抗滑稳定安全系数的计算公式为：式中符号意义同前44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程4）.计算结果（1）校核洪水情况Kc=4.37>1.05挡水坝段抗滑稳定满足要求（2）地震情况Kc=1.932>1.05挡水坝段抗滑稳定满足要求8.3地基应力计算：荷载组合同前，公式同前。计算结果：（1）完建情况=126.094kPa=96.500kPa闸基反力不均匀系数η=1.306<1.50闸基反力不均匀系数满足要求且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求（2）校核情况=89.094kPa=59.500kPa闸基反力不均匀系数η=1.497<1.50闸基反力不均匀系数满足要求且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求（3）地震荷载情况=95.935kPa=52.658kPa闸基反力不均匀系数η=1.821<2.00闸基反力不均匀系数满足要求（地震特殊荷载）且〈400kPa=[R]地基承载力满足要求9止水、排水和抗磨措施9.1止水1）.拦河闸闸段沉陷缝的止水：拦河闸全长42.5m，在其中间设置一沉陷缝，其中左段闸长20m，在闸边墩也各设一沉陷缝。沉陷缝宽度应按计算确定，设计中根据同类型的已建工程，取沉陷缝宽度0.1m，闸底板以下部分缝宽取0.02m。0.1m的缝填沥青木屑板，0.02m的缝填沥青木板。每条沉陷缝有一道垂直止水和一道水平止水，其交叉点是整结的。垂直止水由一个沥青井及井上游一道紫铜片和井下游一道镀锌铁片组成。沥青井直径0.4m，灌注沥青混凝土。井内设有两队16钢筋电热极，可在闸顶通电融化沥青。水平止水仅为一道铜片。2）.两岸连接段止水同上3）.混凝土防渗墙与闸底板的接头止水，参见闸基防渗措施9.2排水为了减少闸底及护坦底面上的渗透压力，在护坦下设有排水反滤层和排水管。1）.反滤层：反滤材料要求有足够的排水能力，且有不至使地基发生管涌。44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程2）.排水管：反滤层中埋有多孔混凝土排水管，将渗入反滤层的水排到护坦下游。9.3抗磨措施熊猫河河床比降大（1.8%），推移质多且粒径大，因此首部枢纽的各过水建筑物应考虑抗推移质磨损和冲击的措施。抗磨设计中，分别根据各建筑物的重要性，过水和过沙的条件，施工运行，运行后检修的可能性等因素，结合抗磨材料的价格和供应情况，来选定抗磨措施及抗磨材料。原则上，拦河闸闸室，进水口前沿等部位的底板及边墙和闸墩下部1至1.2m用钢板护面，铺盖采用条石护面，护坦底板采用300号混凝土护面。10闸顶工作桥及交通桥当公路通过水闸时，需设公路桥。即使无公路通过，闸上也应建有供行人及拖拉机通行的交通桥。交通桥一般设在水闸下游，本设计中设在上游，以便使闸墩上的交通桥和两岸连接建筑物上的交通桥成直线，是交通顺畅。跨度小于3~6m的水闸常采用板式结构。工作桥是供设置启闭机和管理人员操作使用时使用。工作桥的高度，应保证闸门开启后不影响泄放最大流量，并考虑闸门的安装和检修吊出需要。工作桥的位置应尽量靠近闸门上游侧，为了安装、启闭、检修方便，应设置在工作闸门的正上方。10.1检修门工作桥：检修门工作桥通过5个闸孔顶部，桥面高程1637.2m。桥孔净跨：泄洪闸为6m，冲沙闸为3m。工作桥桥面毛宽度2.518m，仅为横架在两闸墩间的2条横梁。横梁上设轨道，所有检修桥共用一台门机。10.2平板工作门：冲沙闸和泄洪闸的平板工作门工作桥面高程1645.7m，工作桥桥面宽4m，由钢筋混凝土及与之整体浇筑的纵梁构成。桥孔净跨，冲沙闸为3m，泄洪闸为6m。泄洪闸孔每孔设一台QPQ-2×80的启闭机。2孔冲沙闸各设一台QPQ-2×40的启闭机。11防渗措施水闸建成后，由于上、下游水位差，在闸基及边墩和翼墙的背水一侧产生渗流。渗流对建筑物不利，主要表现：1）降低了闸室的抗滑稳定及两岸翼墙和边墩的侧向稳定性；2）可能引起地基的渗透变形，严重的渗透变形会使地基受到破坏，甚至失事；3）损失水量；4）使地基内的可溶物质加速溶解。因此，必须做好闸基的防渗工作。11.1闸基防渗措施方案的选择：设计中对闸基防渗措施进行水平防渗和垂直防渗二类方案的比较，水平防渗方案主要靠水平铺盖起防渗作用。由于河床最上一层覆盖层渗透系数大，且容易产生渗透变形，所以，水平防渗方案要求铺盖很长，否则难以达到较好的防渗效果。因此，本方案的工程量较大，不宜采用。垂直防渗方案主要靠垂直防渗墙（或防渗帷幕）起防渗作用。考虑到防渗墙（或防渗帷幕）又分直达基岩式及悬挂式二种。直达基岩式防渗效果好，且深入到相对不透水层20m，44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程施工也教容易。因此，采用直达基岩式。在直达基岩式垂直防渗方案中，有对采用混凝土防渗墙和帷幕灌浆二个方案进行了比较。本闸址地基覆盖层层次较多，帷幕灌浆是比较困难的。表层渗透系数大，灌浆时容易串浆。由此可见采用一般的方法和材料进行帷幕灌浆难以达到较好的防渗效果。混凝土防渗墙方案结构可靠，在国内外已得到广泛的采用，在施工和运用上均有不少经验。采用本方案工期较短，工程量较小，造价也较低。11.2防渗墙的位置及深度、厚度的确定。1）.防渗墙的位置的选定：将防渗墙放在闸底板前端。考虑到保护闸前河床免被冲刷及加强防渗的需要，在闸底板上游加设水平防渗铺盖。（在铺盖和护坦一节有介绍）2）.防渗墙深度的确定：防渗墙的深度，按照渗透逸出坡降不超过地基的允许坡降计算确定。工程中取防渗墙深度为13m。3）.防渗墙厚度的确定：按用冲击钻打槽孔浇混凝土的施工方法，一般防渗墙后为0.8m。故确定本工程防渗墙厚为0.8m。在确定防渗墙厚时进行了混凝土的允许水力梯度和溶蚀的校核计算。（1）防渗墙墙身水力梯度计算：梯度式中H--------防渗墙所承受的水头L--------防渗墙厚度∴J=14/0.8=17.5由于J在10~30之间，故按规范，本防渗墙混凝土的抗渗标号应不低于，为可靠起见，采用。相应的强度标号定为200号。（2）从抗溶蚀年限来计算防渗墙厚度：式中t--------防渗墙的要求厚度，mT--------抗溶蚀年限，取50年K--------防渗墙渗透系数：m/s=0.315m/yearH--------防渗墙所承受的水头，14ma--------使防渗墙混凝土强度降低50%时，渗过混凝土的水量与每方水泥用量之比（），对普通混凝土a=1.54c--------每立方米混凝土的水泥用量，本工程为41044 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程=0.59m满足要求11.3两岸基岩帷幕灌浆：为了防止两岸基岩绕渣渗漏而影响建筑物的安全，在防渗墙两端基岩布置了帷幕灌浆。1）.帷幕厚度：按“岩基上的混凝土重力坝设计规范”128条，计算公式为：式中-------化引水头值，取0.6H-------作用水头值，为14mJ-------帷幕中允许的水力梯度2）.灌浆范围：右岸灌到引水遂洞闸前进水口洞脸以右20m，左岸定为灌浆20m，灌浆前先钻勘探孔压水，调整灌浆范围。11.4防渗墙与闸底板及防渗墙与两岸基岩的连接1）.防渗墙与闸底板的连接：为了保证墙顶能自由变形，墙与闸底板应为软接头。在防渗墙顶浇一块二期混凝土插入闸底板，二期混凝土上下游侧及顶部用沥青木屑板做沉陷缝。上下游侧缝宽5cm，顶部缝宽15cm。上下游各设一道止水铜片。在闸段沉陷缝处，两道止水在闸底板内各连一道垂直止水，与闸底板的水平止水铜片相接。如下图：44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程2）.防渗墙与两岸基础的连接：防渗墙与基岩的连接方法是在防渗墙与基岩交界处打一直径1m的大孔径钻孔，孔内回填混凝土。防渗帷幕深入两岸基础各20米，以达到防渗要求。44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程第五章进水口设计第一节进水口建筑物型式的比较1.1引水隧洞进水口型式有竖井式、塔式、岸塔式和斜坡式（岸墙式）等。1）.竖井式：竖井式进水口是在隧洞进口附近的岩体中开挖竖井，井壁衬砌，闸门设在井的底部，井的顶部布置启闭机械及操纵室。其优点是：结构简单，不受风浪和冰的影响，抗震和稳定性好。当地形、地质条件适宜时，工程量较小，造价较低。缺点是：竖井开挖比较困难，竖井前的隧洞段检修不便。适用于地质条件较好、岩体比较完整的情况。由于本引水隧洞采用单元供水，进水口按单管设计，将造成竖井开挖量加大，不经济，故不予采用。2）.塔式：塔式进水口是独立于隧洞首部而不依靠岩坡的封闭式塔或框架式塔，塔底装设闸门。常用于岸坡岩石较差，覆盖层较厚，不宜采用靠岸进水口的情况。其缺点是：受风浪、冰、地震的影响大，稳定性相对较差，需要较长的工作桥与库岸相连接。因此，也不予采用。3）.岸塔式：这种进水口是靠在开挖后洞脸岩坡上直立或倾斜的进水塔。其稳定性较塔式为好，甚至对岩坡起一定的支撑作用，施工、安装工作也比较方便，无需接岸桥梁。适用于岸坡较陡，岩体比较坚固稳定的情况。4）.岸墙式：岸墙式进水口是在较完整的岩坡上进行平整开挖、护砌而成的一种进水口。闸门和拦污栅的轨道直接安装在斜坡的护砌上。其优点是：结构简单，施工、安装方便，稳定性好，工程量较小。缺点是：如进口不倾斜抬高，则闸门面积将加大，由于闸门槽倾斜，闸门不易靠自重下降。仅适用于中、小型工程，或用于安设检修闸门的进水口。1.2进水口的比较方案有洞式、塔式和墙式三种型式，现分别对三种型式进行比较。1）.洞式：由于当地地形条件不利，山坡陡峭，若做成洞式，则洞的深度在45m以上，施工面窄，出渣、开挖、浇筑混凝土都不方便，工期较长。洞式进水口除闸门井之外，洞脸处还要设喇叭口、拦污栅等建筑，进口尺寸较大，当地质不良时开挖有困难，因此不予采用。2）.斜墙式：这一型式采用了斜依在洞脸上的墙式结构，结构的一部分重量传至山坡上，这样基础荷载减少，对基础的要求降低些；即使将基础放在两种不同的基岩上，由于大部分重量作用在下游比较好的石牌页岩上，所以问题不大，这样还可以少开挖很多石方。3）.44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程塔式：塔和隧洞之间有一段距离，塔的施工与隧洞的施工可平行进行，工期可以缩短。洞脸开挖的要求较低些，石方开挖少。但塔身重量完全由基础承受，对地基要求较高。因进口地区处于深色斑纹灰岩与石牌页岩的交界处，岩石风化强烈，斑纹灰岩的允许承载能力较小，进水塔的安全不宜保证。此外塔身与岸坡还要修建大跨度的交通桥，施工不便，因此也不宜采用。综上，结合进水口处的地形、地质条件，以及岩石特性、施工等方面，建议采用岸塔式进水口。第二节进水口的布置在各级运行水位下，进水口应水流畅顺、流态平稳、进流匀称和尽量减少水头损失，并按运行需要引进所需流量或中断进水。应避免产生贯通式漏斗漩涡，否则应采取消涡措施。进水口所需的设备应齐全，闸门和启闭机应操作灵活可靠、充水、通气和交通设施应畅通无阻。多泥沙河流上的进水口应设置有效的防沙措施，防止泥沙淤堵进水口，避免推移质进入引水系统。多污物河流上的进水口应设置有效的导污、排污和清污措施，防止大量污物汇集于进水口前缘，堵塞拦污栅，影响电站运行。严寒地区的进水口应有必要的防冰措施。进水口应具备可靠的电源和良好的交通运输条件，以便于施工和管理。进水口应与枢纽其它建筑物的布置相协调，并便于和发电引水系统的其它建筑物相衔接。进水口的主要设备有拦污栅、检修门和工作闸门、旁通管以及工作平台。进水口详细布置如下图：第三节进水口的高程及尺寸确定初步设计中上游汛期限制水位1627.00米，死库容4.549万m³44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程，进水口高程定低些，在特殊干旱年份，可利用的水量就多些。但是因此会造成隧洞线路加长，进水塔增高，隧洞衬砌及闸门所承受的荷载也会增大，从而提高造价。考虑到冲沙孔的高程仍然高于进水孔高程，在进水口处设拦沙堰。使其高程高于最第冲沙高程，最终确定其高程为1624米。从而充分利用了冲沙闸的作用，同时也防止了有压引水隧洞中进入泥沙影响整个水电站系统的正常运行。对于有压式进水口，其设置高程的上限是满足最小淹没深度要求，而下限应考虑河流泥沙运动特征、水库淤积形态和有无排沙设施。这里，由于缺乏泥沙资料，认为有压式进水口的设置高程下限不受限制，但要考虑降低高程后所引起的其它不利因素。1）.最小淹没深度S：根据《水利水电工程进水口设计规范（SL285—2003）》，有最小淹没深度估算公式如下：式中S———最小淹没深度D———闸孔高度，mv———闸孔断面平均流速，m/sC———系数，对称水流取0.55，边界复杂和侧向水流取0.73。又设计基本资料有，D=4.5m，v==2.830m/s；取C=0.55～0.73，则最小淹没深度S=3.3～4.39m。而算得其经济流速为2.837m/s，适合规范2.5—4.5之间，同样符合我国设计规范中要求的4m/s左右。参照几个已建工程的最小淹没深度计算值与实际值之间的关系，将本枢纽进水口的最小淹没深度定为S=3.4m。已知水库最低运行水位为1627m，则进水口顶高程为1623.6m，底板高程为1622m。44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程第六章公路改建由于水闸上游有段公路低于正常高水位1636m，故需进行公路改建。改建后公里如下图所示：公路改建，是在原公路上靠近水库的一边，修建一高出正常高水位2m的混凝土墙，在混凝土墙和右岸岩边之间，回填土，在回填土上面修建厚0.5m的混凝土路面，路面中间较两边高，以便于降雨时排水。44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程参考资料[1]水利水电工程等级划分标准[2]水工建筑物抗震设计规范[3]水闸设计规范SL265-2001[4]张启模，四川省引水枢纽防沙问题[J]，四川水利，1989（4～6）[5]张启模，西河水电站引水防沙设计[J]，四川水利，1994（5）[6]张启模，西河水电站设置沉沙池论证分析[J]，四川水利，1995（1）[7]张启模，沉沙渠及排沙廊道的泥沙计算方法[J]，泥沙研究，1984（2）[8]张启模，罗坝引水枢纽取水口防排沙设计[9]TV67／1063，低水头枢纽引水防沙设计，严晓达等，水利电力出版社，1990[10]水工设计手册——第六卷“取水与过坝建筑物”[11]水工建筑物设计示例与习题，杨树宽，中国水利电力出版社，1996.5.[12]《水闸设计规范》SL265-2001实施指南，中国水利水电出版社，2004.6.[13]《水闸设计》,华东水院编[14]《水闸设计》,谈曦松编[15]《西河水电站技施设计报告》，成都科技大学工程设计研究院[16]四川省江油市香水水电站《初步设计图集》，四川联合大学工程设计研究院[17]《渔子溪一级电站——第四篇建筑物》，四川联合大学工程设计研究院[18]《水工建筑物》第三版，天津大学祁庆和，中国水利水电出版社，1996.7.[19]《低水头引水枢纽若干设计参数的选取问题》，新疆水利水电科学研究院44 四川大学本科毕业设计　　　　　　　鱼潭水电站闸坝枢纽工程结束语转瞬之间，大学4年的本科生活就要结束了，怀着对大学生活的留恋，本学期我们进行了毕业设计，大学4年的学习成果将在这次毕业设计中体现。设计的从始至终，遵照有关规范，结合以前所学专业课程，认真地进行了工程设计，但难免出现错误，希望老师们指出！在此毕业设计结束之际，我向各位指导过我的老师致以诚挚的感谢！尤其感谢指导教师王东老师，是您的宝贵指导，让我顺利地完成了此次毕业设计！同时，也向帮助过我的同学们说声谢谢！！学生：潘刚2006年6月44'