沙溪口水电站设计及厂房稳定整体性分析毕业设计说明书

'水利水电工程毕业设计毕业设计说明书沙溪口水电站设计及厂房稳定整体性分析 水利水电工程毕业设计BACHELOR"SDEGREETHESISOFHOHAIUNIVERSITYShaxikouhydropowerstationdesignandbuildingtheoverallstabilityanalysisCollege：CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineeringSubject：WaterConservancyandHydropowerEngineeringName：ZhouXiaodongDirectedby：ProfessorbaoyunNANJINGCHINA 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　指导教师签名：　　　　　日　　期：　　　　　使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日 注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日 评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日 教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格3、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩：□优□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日教学系意见：系主任：（签名）年月日 摘要中文摘要沙溪口水电站是福建省闽江流域的一个梯级电站，位于闽江支流西溪上，距离平市14km，距福州市135km，三明市95km。该电站以发电为主，兼有航运过木等综合效益，电站总装机容量4x6.75万千瓦。水库正常蓄水位87.80m高程，电站保证出力50万千瓦。300t级船闸航运外，兼有过木过竹作用。该电站为低水头径流式电站，库容1.54亿立方米，没有防洪效益。该工程为二等工程，枢纽主要建筑物按二级建筑物，次要建筑物级别三级，临时建筑物四级设计。电站水利枢纽由重力挡水坝、溢流坝、河床式厂房、开关站和通航建筑物组成。沙溪口水利枢纽工程采用重力坝挡水，坝顶高程94.00m，坝轴线总长610.0m。溢流坝位于左岸主河槽中，为16孔单宽17.00m开敞式表孔泄流，总长304m，堰顶高程78.5m，溢流坝下游采用底流消能。发电厂厂房位于河道右岸，厂房尺寸128m*68m*50.75m（长*宽*高）；四台机组发电，单机装机67.5MW,110KV和220KV输电，开关站位于右岸装配厂下游。船闸设于左岸主河槽中，采用一级船闸。详见枢纽布置图。关键字沙溪口、河床式厂房、重力坝、溢流坝、水轮机、发电机、高程、稳定、应力、扬压力 ABSTRACTShaxikouHydropowerStationisoneofthecascadedevelopmentintheMinjiangriverbasininFujianProvince.ItislocatedonXixiRiver,atributaryintheupperreachofMinjiangRiver,14kmupstreamofNanpingCity，135kmupstreamofFuzhouCity，95kmupstreamofSanmingCity.ThemainfunctionofShaxikouprojectistogenerateelectricityfortheFujianProvincialPowerSystem.AftertheprojectbeingcompletedthenavigabilityoftheShaxiRiverandFutunxiRiverabovethedamsitewillbeimproved.Theprojecthasatotalinstalledcapacityof300t,afirmcapacityof50MW.Thereservoirwithatotalstoragecapacityof143*106m3isofdailypondagetype.ThemainstructuresoftheShaxikouprojectconsistofoverflowspillwaydam,non-overflowdam,powerhouseincorporatedintothedam,switchyardsandnavigationlock.DCL.damcrestleveris94.00m.Crestlengthis618.50m.Thedamisofconcretegravitytype.Thespillwayisarrangedontheleftportionoftheriverbed.Thespillwaywith16openingseachof17mwidehasatotallengthof304m,crestleverwith78.5m,dischargingmostfloodflowstillalongthemainriverchannel.Thepowerhousewithdimensionof128*68*50.75m(L*W*H)islocatedattherightsideofthespillwayandincorporatedintothedam.Ithouses4axial-flowturbinescoupledwithgenerators67.5MWeach.Both110KVand220KVswitchyardsarearrangedontheplatformattheleftportionofdownstreamtailrace.Theshiplockwiththedimensionof100*30*5m(L*W*Min.Waterdepth)islocatedontherightsideofthespillway.Thelockchamberofmonolithicstructuresisfilledandemptiedwithlonggalleryconduitsatbottominspreadingform.KEYWORDSShaxikoublockpowerplantconcretegravitydamoverflowdamcombinatoryhydro-generatoraltitudestablestressupliftpressure 目录1概述41.1地理位置41.2水文与气象41.2.1水文条件41.2.2降水特性51.2.3气象要素简述51.2.4径流61.2.5洪水61.2.6泥沙71.3工程地质71.4坝址工程地质条件及坝轴线选定81.4.1坝址选择81.4.2选定坝址的工程地质条件81.4.3坝轴线选定91.4.4岩石物理力学性质91.5建筑材料101.5.1101.5.2101.5.3101.6综合利用102重力坝挡水坝段设计122.1剖面设计122.1.1坝顶高程122.1.2坝顶宽度132.1.3廊道及排水孔的布置132.1.4上游折坡的起坡点位置132.1.5上下游边坡n、m132.2荷载的计算：142.3挡水重力坝的稳定分析212.3.1设计水位情况下荷载计算212.3.2校核水位下的荷载计算233重力坝溢流坝段设计2561 3.1溢流坝段孔口尺寸的拟定253.2溢流坝段剖面设计263.2.1堰顶高程确定263.2.2闸门的选择263.2.3堰面曲线273.2.4消能方式：283.3荷载的计算283.4挡水重力坝的稳定分析293.4.1设计水位情况下荷载计算293.4.2校核水位情况下荷载计算304水电站机电设备选择334.1特征水头的选择334.1.1特征水头、、选择334.2水电站水轮机组的选型344.2.1转轮直径D1344.2.2效率修正值的计算344.2.3转速n计算344.2.4工作范围检验354.2.5工作范围检验354.2.6吸出高度Hs计算354.2.7计算比较结果364.3蜗壳和尾水管的计算384.2.1蜗壳尺寸计算384.2.2尾水管尺寸394．4调速器与油压装置的选择404.4.1调速功404.4.2接力器的选择414.4.3调速器的选择414.4.4油压装置424.5厂房桥吊设备的选择424.6发电机外形尺寸估算454.6.1基本尺寸454.6.2平面尺寸4661 4.6.3轴向尺寸计算465水电站厂房495.1主厂房各层高程495.1.1水轮机组安装高程495.1.2尾水管地板高程和厂房基础开挖高程495.1.3水轮机层地面高程495.1.4定子安装场高程495.1.5发电机楼板高程505.1.6吊车轨道面高程，屋顶面高程，厂房总高505.2主厂房平面尺寸505.2.1机组段长度的确定505.2.2装配间的尺寸505.2.3主厂房净长度的确定515.2.4主厂房的宽度的确定516水电站厂房的稳定计算526.1荷载的计算526.1.1浪压力P3，（H1>1/2Lm）深水波526.1.2泥沙压力526.1.3水压力536.1.4自重W536.1.6基础扬压力546.2厂房抗滑稳定计算566.2.1正常运行（考虑两种水位组合）566.2.2非常运行情况576.2.3机组大修情况576.2.4施工情况(二期混凝土未浇注)5861 1概述1.1地理位置闽江西溪为福建省最大河流上游的西支，流经十四个县市，与闽江北支建溪汇合于南平。西溪全长349公里，邵武至顺昌段河道坡降0.9%，已建安沙水电站位于沙溪中游末端，控制集水面积5184平方公里。富屯溪干流全长285公里，邵武至顺昌段河道坡降1.3%。其最大支流金溪，全长253公里，地形更为陡峻，河道坡降达1.5%，已建池潭水电站位于今溪中游控制集水面积4766平方公里。沙溪口水电站位于沙溪和富屯溪汇合口下游6公里的西溪上，控制集水面积25562平方公里制，占闽江流域总面积的42%，流域内森林茂盛，覆盖良好，有较好的水土保持条件。1.2水文与气象1.2.1水文条件西溪的降水量观测，解放前从1935年开始，但站点少，资料断续不全，精度较差。1952年起陆续增设雨量站，到1978年已达162处，平均158平方公里设有一个雨量站。蒸发量观测都是解放后开始，本流域共有16个观测站。枢纽区所需的气温，湿度，水温，风向，风力等气象要素的统计，是利用距坝区下游14公里的南平站。水文测验：西溪最早于1938年7月在沙溪的沙县。永安设站观测水位和流量，1939年相继在宁化清流设水位站。富屯溪以洋口建站最早，于1944年5月设立，其他各站点均在解放前增设。一般都有二十年以上的实测资料。至1978年沙溪沙县站已积累三十年资料，富屯溪洋口站也有三四十年的实测资料。西溪的花竹站，距沙溪，富屯溪汇合口下游约4公里，1953年11月设站。1957年停测，1960年9月恢复策流至1966年12月撤消，1979年恢复观测水位，汛期测流。花竹站是西溪控制站，是本水电站水文计算的主要依据站，但仅有9年实测流量资料，而沙县控制站，控制集水面积9922平方公里，洋口站控制集水面积12669平方公里，两站总面积已控制坝址总面积的89%左右，其间无大支流汇入，为花竹站水文资料插补展延提供了良好的条件。61 天然河道水位流量关系曲线，1979年3月在花竹站下游约1.5公里鲤鱼洲坝段社坝址上下水尺。同年青洲莱洲与梯级开发可能的官蟹，照口设水尺，观测水位，至9月停测。坝址水尺与花竹站相关，青州，官蟹两组水尺和莱舟，照口两组水尺分别与沙县站和洋口站相关，高水位历史洪水资料控制又分别按集水面积比的0.67次方作相应水尺的区间加入水量，接着以史提文撕法外延求得。1.2.2降水特性闽江西溪流域属亚热带季风气候，雨量充沛，暴雨频繁，由于地形影响，富屯溪上游为闽北高雨区，沙溪属于闽中低雨区，金溪与富屯溪中下游则为两者过度带。降雨量的地区分布有自东南向北递增趋势。花竹以上流域实测最小和最大年降水量在1236~2348毫米之间，多年平均降水量为1776毫米，六月为甚，占年降水量的37%左右。高风西风槽和地面锋系列相伴出现成锋面雨，是本流域雨季最主要的天气形势，也是暴雨的主要成因，一般台风雨对本流域影响不显著，但强台风与其他天气系统相遇时，容易晾成洪患。1.2.3气象要素简述（1）气温坝区年平均气温为19.3度，月平均气温在9度以上，最高气温》35.0度的日树，全年平均为40.4天，其中以七八月最多。最低气温《0度的天数，全年平均为7.6天，以一月份出现机会最多。极端最高气温为41.0度，出现在1953年8月1日，极端最低气温为-5.8速，发生在1955年1月11日和1963年1月8日。（2）湿度和水温本流域气候湿润，坝区年平均相对湿度为79%，月平均最大达83%，发生在六月，月平均为78%，出现在七月。坝区多年平均水温为20.8度，极端最高水温达35度，极端最低水温为5.7度。（3）蒸发西溪花竹以上流域的蒸发量以邵武，延宁，将乐，清流，永安，沙县六站的观测资料为计算依据，根据1952~1978年资料求得多年平均水面蒸发量为970.3毫米，年最大蒸发量为1092.9毫米，年最小蒸发量为888.6毫米，年内各月蒸发量以七月最大，为144.2毫米，二月最小为38.5毫米，陆地蒸发量按水量平衡原理推求，多年平均为792.7毫米。61 （4）风向风力坝区年平均风速仅1.0秒米，全年各月以东北风占优势，定时最大风速实测记录大于20秒米，出现在1962年6月，相应风向为西南风，发生大风日数以7~9月频次较多。沙溪口水库大坝的设计最大风速建议采用25~30秒米。1.2.4径流本流域径流形成来至降水，花竹站具有1954~1956，1961~1966年实测资料，根据九年实测资料与上下游的沙县，洋口，南平，七里街各站点流时资料，建立四种同期上下游年月平均流量相关图，经比较选用最大误差较小，且较为简单的插补计算花竹站的年月日平均流量，并将花竹站查补延伸而得1939到1978年工40年径流系列。考虑支池潭径流系列教短，自1954年起才同步，故坝址多年平均流量用花竹站1951~1978年流量系列计算为778秒立方米，径流模数30.4万立方米/秒*平方公里。花竹站径流年内分配是很不均匀的，自一月递增，以六月最大，占全年流量的24.5%，然后逐月递减，最小为12月，只占全年的2.7%，最大与最小月份比达9倍左右，花竹径流年内见表1。表1-1花竹站径流年内分配表名称一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月全年月平均径流267407618108017302290946606470379288253778占年内（%）2.864.366.611.018.315.510.148.495.844.805.892.71100花竹站最小流量根据沙县及洋口站1950~1978年实测资料进行插补计算，最小值发生在1968年，仅为78.8立方米每秒。1.2.5洪水西溪洪水由暴雨形成，特大洪水发生在4~6月，尤以六月发生机会最多，每当五，六月由于高空西风槽，低涡特别活跃，地面低压锋系出现频繁，西南方向来的暖湿气流又加强，当两气团在流域上空交汇对峙时，形成静止锋，不仅降水持久且强度大，这是造成本流域大范围降水的主要天气系统，也是洪水的主要成因，本流域距台风源地远，东南面受云，博平等山脉阻挡，一般台风对本流域影响不大，若强台风与其它天气系统相遇也会造成洪灾。根据30年来的实测资料分析，较大洪水形成原因以及历史特大洪水大部分均属锋雨造成。本流域洪水历时一次可达5~10天，一般5~7天可以包括最大洪量，锋型以C复峰和多峰居多。61 本流域洪水历时一次可达5~10天，一般5~7天可以包括最大洪量，锋型以C复峰和多峰居多。坝址洪水过程线，考虑了沙溪与富屯溪的洪水组合。1.2.6泥沙坝址没有实测资料，采用洋口与沙县两站实测悬移质输沙率多年平均值，经年径流比进行推算，并以洋口与沙县两站多年平均侵蚀模数综合分析的成果比较推得坝址悬移质年输沙量为0.094公斤/立方米。推移质由于闽北地区无实测资料，参照新安江罗桐埠站分析成果，按悬移质30%估计推得多年平均总输沙量为302万吨。1.3工程地质库区位于闽西北华夏地区，地层以前震旦第建欧群的一变质岩和燕山花岗岩体为主。库区地层褶皱多呈复式，以向半构造为主习峰期褶皱形态较复杂，次数褶皱发育，华力近—即光期多属燕山期，大体可分为北东~北北东向。北西向和南北向三组，北东向断层多数压性，但也有弹性，北西向断层多数张性。南北向断层，则以压性为主。电站所在地区地震基本烈度定位6度。渗漏：库区群山环抱，地下分水岭高于设计蓄水位。库岔中无碳酸盐类分布，故无渗漏之滤。矿产淹没：未发现有工业价值的矿产，因此不影响水库兴建。库岸稳定：已查明，不稳定或滑块体有沙溪口公路上游600米右岸及沙溪口公路桥上游各有一块，规模估计约数万立方米。此两处距坝址约7公里，纵使坍滑对电站去影响。在绿水坑上游2200米处，岩层有侏罗系有顺坡向断层构成滑动面。经推算，认为不论是现在或蓄水以后都是稳定的。原上坝址右岸距电站厂房约500米。边坡地形平缓。120米高程以上的坡积层经过多次滑动，趋于稳定状态，下部岩体风化裂发育，T4及附近岩体张开松弛，拉裂，但T4或类似T4的缓倾角结构面末出坡脚，高程80米以下基岩出露与河库风华岩无露头，片理结构均可延续，边坡下部不存在滑裂面，蓄水后也不可能在坡脚长生脆性破裂，酿成严重滑坡。61 1.4坝址工程地质条件及坝轴线选定1.4.1坝址选择在西溪的花竹，鲤鱼州河段选定两个比较坝址，相距约500米，称为上下坝址，选坝会议认为：从地质条件上比较，上下坝址无质的差别，均可修建50米左右混凝土重力坝，相对下坝址较好。并要求对下坝址两岸坝头稳定条件及河库倾角软弱夹层分布和力学性质作进一步查明，以分析对坝基稳定的影响。综合其它条件，选定下坝址作为沙溪口水电站坝址。1.4.2选定坝址的工程地质条件坝址地层由石英片岩，长英片岩和云母片岩组成，左岸及左河床为石英片岩与云母长英片岩组成。河床礁滩部分及右岸则以云母长英片岩，夹石英片岩和云母片岩。岩性以石英片岩最坚硬，长英片岩次之，云母片岩最软，但抗压强度一般也有500公斤/平方厘米。岩走向是北东向，倾向下游偏右岸，倾角20度~50度之间变化。坝址位于鲤鱼洲向斜西北翼，构造线以北东北北东为主，被向斜构造多呈小型复式褶皱，背斜紧密，向斜舒缓。揉褶多发育在云母片岩中，断裂以北东—北东向较发育，北北东，北西，北西西次之，断层宽度一般在0.13~3.0米，规模最大的北西，北西西向F50断层通过左河槽，宽10~15米。断层带由胶结角砾岩压碎岩组成，对工程地质条件影响不大。F50断层宽约30米，需作防渗处理。]左右岸均无深层滑动的可能，左岸控制其过坡稳定的滑动面为片理面，在坝肩开挖后，坝肩上下游局部地区片理面和顺层撞压带，可能引起边坡失稳。左岸各种岩面的稳定坡角若坡高20~30米，大致可用45~60度。右岸大部由全风化和强风化组成，其稳定坡角建议40~45度。可坝基下游不存在临空的地形条件，也没有发现有缓倾角的泥化层和贯穿河床的缓倾角结构面，认为基础是稳定的.坝基岩面属裂隙性含水层，受构造断裂影响，方向性明显，局部断裂带和断裂影响带为较严重的透水带，经推算饶坝渗漏和坝基渗漏量约为500立方米/昼夜，相对降水层埋深度不大.综上所说，认为本坝址对于径流式水电站来说是较理想的坝址。61 1.4.3坝轴线选定选定坝址后，对于原拟订的三条勘探线的勘1，因其上游临近左河床深潭，潭底最抵高程44.0米同时1，2勘线之间河床深槽存在F50，F6断裂聚汇带；3勘线下游右岸靠近冲沟。为此放弃勘2线上游和勘1线下游作为坝轴线比较范围。将坝轴线比较范围限在勘2线~勘1线之间，且在其间增设4线加密勘探，结果认为4勘线两岸新鲜基岩利用面较高，尤其右岸在4线附近岩体新鲜坚硬完整，可作为齿墙基础，因此从地质条件分析，认为勘4线作为坝轴线是合适的。1.4.4岩石物理力学性质坝基各类岩石室内物理性能实验成果见表4表1-2岩石室内物理性能实验成果岩名称石数量容重（克/立方厘米）比重吸水率（%）孔隙率（%）近似垂直面抗压强度（公斤/平方厘米）软化系数实验组数干湿干湿石英片岩最大值最小值平均值2.742.722.732.742.732.742.782.762.770.240.110.170.810.720.531992717.21478.81358611.91078.20.860.610.768云母长英片岩最大值最小值平均值2.732.692.712.742.702.722.82.762.780.240.200.220.240.810.521428.11157.71261.2993.2762.2909.40.780.660.727云母片岩最大值最小值平均值2.742.682.712.752.72.742.842.832.840.560.250.390.30.520.411680.5925.81303.2519.9511.2515.60.550.310.422注：1.石英片岩近似平行于理面的二组干抗压强度平均值841.2公斤/平方厘米2.云母片近似平行于理面的一组干抗压强度值296.7公斤/平方厘米61 坝基由三种岩性组成。在坝体结构及裂隙发育程度并考虑软化系数较低的情况建议利用区内岩石抗压强度的1/10，其值表5。岩石与岩石和岩石与混凝土抗剪强度实验，选取河床微风化~新鲜岩石，制备202020厘米试样确定，其成果见表6.根据室内单点法实验组，结合坝基地形地质条件分析，设计实验，地质会商定，摩擦系数采用算术平均值，乘上折减系数0.85，粘聚力建议采用算术平均值的1/5，见表7。建筑物部位分段混凝土/岩摩擦系数建议值右岸挡水段f=0.5船闸f=0.45溢流段f=0.51厂房段f=0.50各类岩石变形模具量建议值如下：新鲜石英片岩20104公斤/厘米2新鲜云母长英片岩15104公斤/厘米2新鲜云母片岩10104公斤/厘米21.5建筑材料在坝址附近缺乏沙石料。土料在坝址上下游范围内均有分布。1.5.1涉沙净沙料场，沙的质量良好，初步估计储量15~20万立方米，运输条件较好，可供工程前期使用。1.5.2二公里半道口采石场为燕山早期花岗岩，无论质量储量均可满足要求，唯对人工沙作实验论证。1.5.3土料最优开采地段为下坝址右岸，高程在120~170米，储量50~60万立方米以上，质量可满足围堰要求。1.6综合利用本工程以发电为站为主兼顾航运过木，投产后将接入福建省点系统运行。开发本电站主要目的是适应福建省工农用电需要。沙溪口水电站位于闽北电网中心，电站开发主要是向福州，三明，南平等地区供电，其范围主要在闽北，参加全省电力平衡，考虑水口电站投产后，福建华东联网，本电站负担适当的调峰任务。61 有通航要求，估计近期过坝货运量为30~60万吨。木材过坝量1990年为20万立方米，2000年为50万立方米。毛竹500~600万株。要求枢纽设置船闸，满足过木及通航要求。枢纽建成后，因水库小无力承担下游防洪，下游无灌溉要求。表1-3坝基岩石承载能力列举数值岩性建议数据（公斤/厘米2）垂直片理岩平面片理岩微风化~新鲜石英片岩10055微风化~新鲜云母长英片岩9045微风化~新鲜云母片岩5010表1-4岩石室内实验成果表岩性实验条件抗剪组数算术平均值图解法最小而乘法tgYCtgYCtgYC云母片岩岩/岩0.511.020.512.050.482.2718混/岩0.572.720.553.10.513.429云母长英片岩岩/岩0.532.700.532.770.513.1411混/岩0.553.02石英片岩混/岩0.582.820.563.16备注分析中舍去少数偏大成果表1-5岩石抗剪强度指标建议值岩石名称边界条件建议值摩擦系数粘聚力（C）公斤/厘米2云母片岩岩/岩0.430.38云母长英片岩岩/岩0.450.54云母片岩混/岩0.480.54云母长英片岩混/岩0.500.661 2重力坝挡水坝段设计上游设计洪水位87.8m；校核洪水位：89m；正常蓄水位86.2m；下游设计洪水位：80m；校核洪水位：83m；正常蓄水位：65.9m（一台机组发电）。坝底高程取未风化岩石边界开挖线51.00m。γ=24.0KN/,γ=9.81KN/，云母长英片岩与混凝土边界f=0.5,K=1.05，c`=0.6kg/c㎡,K`=3.0。2.1剖面设计参考《水工建筑物》2.1.1坝顶高程坝顶或坝顶上游防浪墙应超出水库静水位高度：（2-1）式中：——累计频率为1%的波浪高度m——波浪中心线高出静水位高度m——取决于坝级别和计算情况的安全超高内陆峡谷水库宜用官厅水库公式计算：（2-2）（2-3）式中：——计算风速（m/s），设计状况宜采用洪水期多年平均最大风速的1.5~2.0倍，校核状况宜采用洪水期多年平均最大风速；D——吹程（km），指坝前沿水面至对岸的最大直线距离，可根据水库状况确定。若库形狭长，应以5倍平均库面为准。61 坝高=2.1.2坝顶宽度坝底高程取未风化岩石边界开挖钱49.00，则坝高为坝高为9-51=46m,坝顶宽度一般为坝高的8%-10%，并不得小于2.0m。考虑交通等综合条件，及根据坝顶双线公路要求，坝顶宽度取为10m。2.1.3廊道及排水孔的布置基础帷幕灌浆廊道上游壁到上游坝面的距离不小于0.05~0.1倍水头，且不小于4~5m。灌浆廊道距离基岩面距离不宜小于1.5倍底宽。宽度2.5~3m，高度3~4m。最终定灌浆廊道距上游壁的水平距离为5m，宽取2.5m，廊道距离基岩面距离取4m。纵向廊道高取2.5m，宽取2m，层间距离15~30m。基础排水廊道，高取2.5m，宽取2m。考虑到本电站的稳定不足，故设置主副排水孔抽排水以降低大坝的扬压力，主副排水孔分贝设置在约距坝址的1/3与2/3处2.1.4上游折坡的起坡点位置上游折坡的起坡点位置应结合应力控制条件和引水、泄水建筑物的进口高程来选定。一般在坝高的1/3~2/3的范围内。为尽量利用水重，在满足应力要求前提下，上游坡应尽可能缓。为尽量利用水重，在满足应力要求的前提下，折坡点高程定在65.00m处。2.1.5上下游边坡n、m由稳定和应力要求确定，n=0.15,m=0.8061 图2-1非溢流坝段尺寸示意图2.2荷载的计算：2.2.2.1原理及公式：本设计采用概率极限状态设计原则，以分项系数极限状态设计表达式进行结构计算。混凝土重力坝分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行下列计算和验算：2.2.2.1.1承载能力极限状态：坝体断面、结构及坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算，必要时进行抗浮、抗倾验算；对需抗震设防的坝及结构，尚需按DL5073进行验算。61 混凝土重力坝及坝上结构设计时，应根据水工建筑物的级别，采用不同的水工建筑物结构安全级别，见下表表2-2水工建筑物结构安全级别水工建筑物级别水工建筑物结构安全级别1Ⅰ2、3Ⅱ4、5Ⅲ按承载能力极限状态设计时，应考虑下列两种作用效应组合：1）基本组合——持久状况或短暂状况下，永久作用与可变作用的效应组合；2）偶然组合——偶然状况下，永久作用、可变作用与一种偶然作用的效应组合。（2-6）式中：——结构重要系数，对应于结构安全级别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级的结构及构件，可分别取用1.1、1.0、0.9；——设计状况系数，对应于持久状况、短暂状况、偶然状况，可分别取用1.0、0.95、0.85；——作用效应函数；——结构及构件抗力函数；——永久作用分项系数，见表2-3；——可变作用分项系数，见表2-3；——永久作用标准值；——可变作用标准值；——几何参数的标准值（可作为定值处理）；——材料性能的标准值；——材料性能分项系数，见表2-4；61 ——基本组合结构系数，见表2-5对偶然组合，应采用下列极限状态设计表达式（2-7）式中：——偶然作用代表值；——偶然组合结构系数，见表2-5表2-3作用分项系数序号作用类型分项系数1自重1.02水压力1）静水压力2）动水压力：时均压力、离心力、冲击力、脉动压力1.01.05、1.1、1.1、1.33扬压力1）渗透压力2）浮托力3）扬压力（有抽排）4）残余扬压力（有抽排）1.2（实体重力坝）、1.1（宽缝、空腹重力坝）1.01.1（主排水孔之前）1.2（主排水孔之后）4淤沙压力1.25浪压力1.2注：其它作用分项系数见DL5077表2-4材料性能分项系数序号材料性能分项系数备注1抗剪强度1）混凝土/基岩摩擦系数黏聚力1.33.02)混凝土/混凝土摩擦系数黏聚力1.33.0包括常态混凝土和碾压混凝土层面61 3)基岩/基岩摩擦系数黏聚力1.43.24）软弱结构面摩擦系数黏聚力1.53.42混凝土强度抗压强度1.5表2-5结构系数序号项目组合类型结构系数备注1抗滑稳定极限状态设计式基本组合偶然组合1.21.2包括建基面、层面、深层滑动面2混凝土抗压极限状态设计式基本组合偶然组合1.81.8按照承载能力极限状态，应计算下列两种作用组合。基本组合由下列永久和可变作用产生的效应组合：1）建筑物的自重（包括永久机械设备、闸门、起重设备及其它的自重）。2）发电为主的水库，上游正常蓄水位（或施工期临时挡水位），按照功能运用要求建筑物泄放最小流量的下游水位，而排水及渗设施正常工作时的水荷载：a)大坝上、下游面的静水压力；b)扬压力。3）大坝上游淤沙压力。4）大坝上、下游侧土压力。5）防洪为主的水库，按防洪高水位及相应的下游水位的水荷载[取代2]，且排水及防渗设施正常工作：a)大坝上、下游面的静水压力；b)扬压力；c)相应泄洪时的动水压力。6）浪压力：a)取50年一遇风速引起的浪压力；b)多年平均最大风速引起的浪压力。7）冰压力。8）其他出现机会较多的作用。偶然组合应在基本组合下，计入下列的一个偶然作用：61 9）建筑物泄放校核洪水（偶然状况）流量时，上、下游水位的水荷载[取代2）或5）]，且排水及防渗设施正常工作：a)坝上、下游面的静水压力；b)扬压力；c)相应泄洪时动水压力。10）其它出现机会很少的作用。承载能力极限状态作用的基本组合和偶然组合按表2-6规定进行计算。持久状况下正常使用极限状态设计时，应按长期组合计入“基本组合由下列永久和可变作用产生的效应组合”的有关作用进行计算。坝体在施工和检修情况下应按短期组合进行设计。作用值大小及其组合应按照建筑物施工与检修具体条件确定。表2-6设计状况作用组合主要考虑情况作用类型备注自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力冰压力动水压力土压力持久状况基本组合1.正常蓄水位情况1）2）3）—4)——土压力根据坝体外是否有填土而定（下同）以发电为主的水库短暂状况2．设计洪水位情况1）2）3）—4）———偶然状况偶然组合校核洪水情况1）2）3）—4）———溢流坝考虑动水压力注：应根据各种作用同时发生的概率，选择计算中最不利的组合；承载能力极限状态设计包括：1）坝体与坝基接触面抗滑稳定计算 ；61 2） 坝址抗压强度验算；；3）坝体层面（折坡面）下游端点抗压强度计算。坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态：①作用效应函数（2-8）②抗滑稳定抗力函数（2-9）式中：——坝基面上全部切向作用之和，；——坝基面抗剪摩擦系数；——坝基面抗剪断黏聚力，。核算坝基面抗滑稳定极限状态时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。坝趾抗压强度承载能力极限状态：①作用效应函数（2-10）②抗压强度极限状态抗力函数或（2-11）式中：——坝基面上全部法向作用之和，，向下为正；——全部作用对坝基面形心的力矩之和，，逆时针方向为正；——坝基面的面积，；——坝基面对形心轴的惯性矩，；——坝基面形心轴到下游面的距离，；——坝体下游坡度；——混凝土抗压强度，；——基岩抗压强度，。61 核算坝趾抗压强度时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。坝体选定截面（坝基面与折坡面）下游端点的抗压强度承载能力极限状态：①作用效应函数（2-12）②抗压强度极限状态抗力函数（2-13）式中：——计算截面上全部法向作用之和，，向下为正；——全部作用对计算截面形心的力矩之和，，逆时针方向为正；——计算截面的面积，；——计算截面对形心轴的惯性力矩，；——计算截面形心轴到下游面的距离，；——坝体下游坡度。核算坝体选定计算截面下游截面端点抗压强度时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。2.2.2.1.2正常使用极限状态：按材料力学方法进行坝体上、下游面混凝土拉应力验算，必要时进行坝体及结构变形计算；复杂地基局部渗透稳定验算。按正常使用极限状态设计时，应考虑下列两种效应组合：1）短期组合——持久状况或短暂状况下，可变作用的短期效应与永久作用效应的组合；2）长期组合——持久状况下，可变作用的长期效应与永久作用效应的组合。坝体及结构的混凝土应按所处环境条件、使用条件、结构部位和结构型式及施工条件，满足耐久性要求。正常使用极限状态计算规定：正常使用极限状态作用效应的短期组合采用下列设计表达式（2-14）61 正常使用极限状态作用效应的长期组合采用下列设计表达式（2-15）式中：、——结构的功能限值；、——作用效应的短期组合、长期组合时的效应函数；、——正常使用极限状态短期组合、长期组合时的结构系数；——可变作用标准值的长期组合系数，本规范取。正常使用极限状态设计包括：应按作用的标准值分别计算作用的短期组合和长期组合。核算坝体上游面的垂直应力时，应按作用的标准值计算作用的长期组合。计算公式为：（2-16）式中：——计算截面上全部作用对截面形心的力矩之和，，逆时针方向为正；——计算截面面积对形心轴的惯性矩，；——计算截面形心轴到上游的距离，。核算坝体下游面的垂直应力时，应按作用的标准值计算作用的短期组合。计算公式为：（2-17）2.3挡水重力坝的稳定分析2.3.1设计水位情况下荷载计算表2—1设计水位(90.0m)情况下坝基面上的荷载计算如表序号作用类别作用力作用力引起的弯矩61 作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1↓461KN+167376KN.m2↓11040KN+10.21126083↓7798KN-2.418715.22上游侧静水压力水平向→8245KN-13.7112956.5KN.m竖直向1↓706KN+16.411578.4KN.m竖直向2↓188KN+16.83158.43下游侧静水压力水平向←4563KN+10.246542.6KN.m坚直向↓3650KN-9.5346754扬压力1↑2832KN00KN.m2↑1351KN-14.819994.83↑242KN-4.531096.264↑1369KN+7.710541.35↑598KN+14.98910.25浪压力→183KN-37.586877.14KN.m坝基面抗滑稳定S(*)=(8245-4563)×1.0+183×1.2=3902KNR（*）=0.5/1.3[(461+11040+7798)×1.0+（706+188+3650）×1.0-（1351+242+1369+598）×1.2-2832×1.0]+60/3×35.2=7142KNγ0φS(*)=1.0×0.95×3902=37069KN061 13454/35.2-6×4697/35.22=359KN/m>0满足要求2.3.2校核水位下的荷载计算表2—2校核水位（90.5m）情况下坝基面上的荷载计算如表序号作用类别作用力作用力引起的弯矩作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1↓461KN+167376KN.m2↓11040KN+10.211260.83↓7798KN-2.4187152上游侧静水压力水平向→8448KN-13.8116582KN.m竖直向1↓706KN+16.411578KN.m竖直向2↓188KN+16.831583下游侧静水压力水平向←4898KN+10.551428KN.m坚直向↓3918KN-9.5372214扬压力1↑2866KN00KN.m2↑1368KN-14.8202463↑258KN-4.5311694↑1457KN+7.7112195↑620KN+14.992385浪压力→183KN-38.086969KN.m坝基面抗滑稳定S(*)=(8448-4898×1.0+183×1.2=3770KNR（*）=0.5/1.3×[(461+11040+7798)×1.0+（706+188+3918）×1.0-（1368+258+1457+620）×1.2-2866×1.0]+60/3×35.2=7166KNγ0φS(*)=1.0×0.95×3770=3582KN016801/35.2-6×4128/35.22=457KN/m>0满足要求61 3重力坝溢流坝段设计基本设计参数：上游校核洪水位：90.5m；上游设计洪水位：90.0；正常蓄水位:87.0m；下游校核洪水位：80.6m，下游设计洪水位：79.5m，下游正常蓄水位（一台机组）：64.15m。坝底高程取微风化岩石边界开挖线高程49m。混凝土重度由《水工建筑物荷载设计规范》取γ1=24.0KN/m3，水的重度γ0=9.81KN/m3。由《沙溪口水电站基本情况简要说明》中表7的岩石抗剪强度指标建议值知，云母长英片岩与混凝土边界摩擦系数f=0.5，根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005)可查的=0.8，粘聚力=0.6kg/cm2大坝工程等级为三级，水工建筑物结构安全级别为II级，永久性主要建筑物级别为三级，永久性次要建筑物的级别为四级，临时性建筑物级别为五级。3.1溢流坝段孔口尺寸的拟定溢流坝既是泄水建筑物，又是挡水建筑物，既要满足稳定强度要求，又要满足水力条件要求。要有足够的下泄能力，使水流平顺的流过坝面，避免产生振动和空蚀。应使下泄水流对河床不产生危及坝体安全的局部冲刷，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行。设计洪水流量Q设=20500m3/s，校核洪水流量Q校=22500m3/s，电站发电时（4Qmax=1718.28m3/s）,再考虑船闸、泄水孔以及其他建筑物泄流能力。可以初步估计通过泄水孔、水电站以及其他建筑物泄流能力Q0=3000m3/s，则通过溢流坝段的泄流量可以采用下式计算(3-1)经过计算可得校核情况下，泄流量为Q=19500m3/s.设计情况下，泄流量为Q=18100m3/s取Q=19500m3/s作为溢流坝段设计过流量考虑到下游基岩的强度，取单宽流量Q=70m3/s。则溢流坝段过水净宽可根据下式来确定L=Q/q(3-2)计算可得过水净宽L=278.57m。取过流坝段总数n=18，则每个坝段过流净宽为b=L/n=15.48m,取b=16m。实际单宽流量q==67.71m/s。溢流坝总宽可以根据下式确定61 (3-3)因此L0=322m。初步设计采用18孔开敞式溢流堰，孔宽16.0m，溢流前沿总净宽L=16*18=288m，闸埻厚2.0m，单宽流量q=67.71㎡/s3.2溢流坝段剖面设计溢流坝基本剖面的确定原则与非溢流坝相同，剖面除应满足强度、稳定和经济条件外，其外形尚需考虑水流运动要求。通常它也是由基本三角形剖面修改而成，内部与非溢流坝段相同。初步确定采用坝顶溢流式，坝顶溢流式当闸门全开时，其泄流能力与水头H1.5成正比，随着水库水位的升高，泄流量也迅速加大，所以当遭遇意外洪水时，超泄能力较大，且有利于排除冰凌和其他漂浮物；闸门启闭操作方便，易于检修，安全可靠。溢流面曲线采用WES曲线，具有流量系数大，剖面较小和便于施工放样的优点。WES曲线由堰顶下游面幂曲线、直线段组成，溢流面的直线段与非溢流坝下游面直线段相对齐。堰顶若采用三圆弧段，则由于重力坝坝顶宽度相对较宽的原因，溢流坝段不能与非溢流坝段上游坝面相齐平，因此堰顶采用弧线将堰顶最高点与重力坝上游面相连。由于采用底流消能，因此溢流坝没有反弧段曲线与直线段相连。3.2.1堰顶高程确定(3-4)其中：m=0.502；=0.90取上校核洪水位情况90.5m时堰上水深为10.46m90.5-10.46=80.04m3.2.2闸门的选择闸门宽高比为1.5~2，所以取闸门高为10.5m,80.04+10.5=90.54m>87m所以闸门取为16m×10.5m。61 3.2.3堰面曲线我国现行采用的为WES曲线，其曲线方程为：y=(3-5)Hd为定型设计水头。因为设计洪水位90.0m，堰顶高程为80.04m，所以，Hd=(0.75~0.95)Hd=9m；k、n为上游堰面坡度有关的系数。k=2.0，n=1.85得：Y=x/(2×9)堰顶点下游曲线坐标：表3-1最终定出坐标关系曲线y00.281.002.133.625.477.66x024681012堰顶点上游曲线坐标：a=0.175Hd=1.575m,b=0.282Hd=2.538mR=0.5H=4.5m,R=0.2H=1.8m,R=0.04H=0.36m反弧段半径R=10hc0=10×2.57=25.7m61 图3-1溢流坝剖面尺寸3.2.4消能方式：由于发生设计洪水、校核洪水时，下游水位超过堰顶高程，挑流消能并不适合本枢纽。而且本水利枢纽河床基岩整体性差、抗冲能力差，也不适合采用面流消能。底流消能能适应较大范围的能量和水位变动，具有消能效率高、水流形态稳定、下游冲刷较小、雾化问题较轻和适用各种地基的特点，因此本枢纽采用底流消能。发生淹没水跃。可以不做消力池，做护袒即可。护袒厚度2m，护坦长度取250m3.3荷载的计算作用在溢流坝上的荷载主要有：坝体自重，上下游坝面上的水压力，扬压力，浪压力，泥沙压力，地震荷载，冰荷载，动水压力等，此处考虑了坝体自重，上下游坝面上的水压力，扬压力，浪压力，泥沙压力，动水压力。61 此溢流坝为二级主要永久建筑物，工况计算需考虑设计洪水位、校核洪水位、正常蓄水位，设计洪水位和校核洪水位时，上下游水位较高，坝基面扬压力较大；正常蓄水位，一台机组发电时上游水压力相对较大。3.4挡水重力坝的稳定分析3.4.1设计水位情况下荷载计算表3—4设计水位(90.0m)情况下坝基面上的荷载计算如表序号作用类别作用力作用力引起的弯矩作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1↓461KN+2210142KN.m2↓1563KN+20312603↓8218KN+131068344↓3897KN+277945↓3731KN-10373102上游侧静水压力水平向→7759KN-19.7152852KN.mKN.m竖直向1↓354KN+22.68000竖直向2↓188KN+22.241743下游侧静水压力水平向←4898KN+10.551428KN.m坚直向↓3918KN-9.5372214动水压力水平←618KN+10.246543KN.m竖直↓1285KN-9.4343105扬压力1↑3825KN00KN.m2↑1351KN-21283713↑242KN-10.725924↑2224KN+7.7171255↑1522KN+17258746浪压力→183KN-37.586877KN.m坝基面抗滑稳定61 S(*)=2674KNR（*）=5564KNγ0φS(*)=4686KN显然满足稳定要求应力复核M=-24660KN.MWR=11994KN187kN/㎡>0318KN/m>0满足要求3.4.2校核水位情况下荷载计算61 表3—5校核水位(90.5m)情况下坝基面上的荷载计算如表序号作用类别作用力作用力引起的弯矩作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1↓461KN+2210142KN.m2↓1563KN+20312603↓8218KN+131068344↓3897KN+277945↓3731KN-10373102上游侧静水压力水平向→7911KN-12.598888KN.mKN.m竖直向1↓354KN+22.68000竖直向2↓188KN+22.241743下游侧静水压力水平向←4898KN+10.551428KN.m坚直向↓3918KN-9.4368294动水压力水平←670KN+4.83216KN.m竖直↓1393KN-13.7190845扬压力1↑3872KN00KN.m2↑1368KN-212873↑258KN-10.727634↑2365KN+7.7182115↑1577KN+17268096浪压力→183KN-38.086877KN.m坝基面抗滑稳定S(*)=2764KNR（*）=6123KNγ0φS(*)=5102.5KN显然满足稳定要求61 应力复核M=-38372KN.MWR=13448.KN181kN/㎡>0385KN/m>0满足要求61 4水电站机电设备选择4.1特征水头的选择4.1.1特征水头、、选择（4-1）式中：Q——发电流量（）；H——发电水头（m），，——取为3%Hη--取90%（1)设计低位下H上=84.0m，四台机组满发Q=2029.58m3/s，▽下=66.02m，Hmin=(84.0-66.02)×0.97=17.44m(2)正常蓄水位下H上=87.0m，四台机组满发Q=1718.28m3/s，▽下=65.76m，H1=(87.0-65.76)×0.97=20.60m(3)正常蓄水位下H上=87.0m，一台机组满发Q=399.26m3/s，▽下=64.15m，Hmax1=(87.0-64.15)×0.97=22.16m(4)设计洪水位下H上=90.0m，四台机组满发Q=1508.87m3/s，▽下=65.80m，Hmax2=(90.0-65.80）×0.97=23.47m(5)校核洪水位下H上=90.5m，四台机组满发Q=1472.68m3/s，▽下=65.70m，Hmax3=(90.5-66.70)×0.97=24.06m(6)水头的确定H1=20.60mHMAX=24.06mHmin=17.44mHav=0.5H1+0.3Hmax+0.2Hmin=0.5×20.60+0.3×24.06+0.2×17.44=21.006m61 设计水头Hr=0.9Hav=0.9×21.006=18.9m4.2水电站水轮机组的选型根据该水电站的水头工作范围17.44m~24.06m，查《水电站》教材型谱表选择合适的水轮机型有ZZ460、ZZ560、和HL260。现将这三种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。4.2.1转轮直径D1D1=式中：Nr——水轮发电机额定出力（kW）Nr=6.96万kwHr——设计水头（m），取17.7m。——设计流量（m³/s），它是限制工况下的Q1p值，查表3-7得2.0m³/sη——原型水轮机的效率（%），由限制工况下的模型水轮机的效率修正4.2.2效率修正值的计算（4-3）其中：——模型最优工况下效率——模型转轮直径考虑到模型与原型水轮机在制造工艺上的差异，上面求得的中的减去1%，得最终的效率正修正值4.2.3转速n计算(4-4)其中，=+(4-5)61 由于，(4-6)来判断是否需要修正4.2.4工作范围检验在已知=18.9m，=78125Kw的条件下得：则水轮机最大引用流量：(4-8)与特征水头、、相对应的单位转速为(4-9)(4-10)(4-11)在水轮机的模型综合特征曲线上分别绘出，和的直线，这三根直线所围成的区域就是水轮机的工作范围。4.2.5工作范围检验与特征水头Hmin、Hmax、Hmin、Hr对应的单位转速为：n’1max=nD1/=143r/minn’1min=nD1/=126r/minn’1r=nD1/=140.8r/min4.2.6吸出高度Hs计算由水轮机设计工况下的参数　n1r和，查得相应的气蚀系数σ61 ，由设计水头Hr=18.9m，在《水电站》中查得＝0.056（4-12）其中：——水轮机安装位置的海拔高程，初始计算取下游平均水位海拔；（的值取一台水轮机的额定流量对应的下游水位的海拔高程。=64.03m。）——模型气蚀系数，查模型综合特性曲线得＝0.51；——气蚀系数修正值，查表得＝0.056；——水轮机设计水头4.2.7计算比较结果表4-1方案参数对照表项目ZZ460ZZ560HL260模型参数推荐用水头范围（m）最优单位转速(r/min)最优单位流量（L/S）最高效率(%)限制工况单位流量（m3/s）气蚀系数包含高效率区的多少15～26116105085.0%17500.51较少10～2213094089.0%20000.67较多由计算结果知，不再考虑原型参数工作水头（m）转轮直径D1（m）转速n(r/min)最高效率（%）额定出力Nr(kw)最大引用流量Qmax(m3/s)吸出高度（m）17.44～24.068.568.29378125493.31-0.7717.44～21.06883.393.878125498.04-3.79从表格中比较我们可以看出ZZ560型水轮机的虽然会增加一部分开挖量但61 它包含了较多的高效率区，运行效率效率高，且水轮机的转速高，转轮直径小，有利于减小发电机尺寸，降低发电机造价，进而能有效降低工程造价。故选ZZ560型水轮机。4.2.8水轮机流道尺寸图4-1轴流式转轮流道尺寸示意图表4-2ZZ560水轮机流道尺寸数据ZZ5601.041.0180240.4000.4000.2300.6500.4000.3500.3500.1050.20850.40000.48004.3蜗壳和尾水管的计算4.3.1蜗壳尺寸计算水头范围H<40m，故采用混凝土蜗壳61 取=180，=498.04m3/S，Hr=18.9m，由《水电站》查得蜗壳断面流速：=3.5m/s断面面积：(4-13)图4-2混凝土蜗壳尺寸图断面形状：梯形根据进口断面面积和形状，定出进口断面的各尺寸如下：取120，a=7.18m，b=10.76m，b0=3.2m，m=7.56m座环外径=11900mm，内径=11400mm绘制曲线61 表4-3蜗壳渐变段内径数据表（长度单位：m）=7.187.5671.1513.13180077.3768.2212.95173066.3252.8611.95134055.2639.3810.9510004.694.9435.5010.6490044.2127.769.9570033.1618.028.9546022.1110.147.9526011.054.146.951004.3.2尾水管尺寸尾水管尺寸采用水利机械手册上推荐的尾水管尺寸：图4-3尾水管尺寸图（其中：=8m）61 4．4调速器与油压装置的选择44.1绘制最大水头下的水轮机运转特性曲线=24.06m，=153.9r/min，(MW)表4-4η(%)Q’(m3/s)（%）N(MW)772.1780.8129.9792.0882.8127.6811.9684.8123.2821.9085.8120.8831.8286.8117.1841.7587.8113.9851.7088.8111.9861.5589.8103.1871.4190.894.9870.8590.857.2860.6889.845.24.4.2调速功A=（200~250）Q(4-14)其中：A-调速功，N.m61 —最高水头，mQ-最大水头下额定出力时的流量，m3/sD1—水轮机的标准直径，m属于大型调速器4.4.3接力器的选择a接力器直径直径直径=λD1=745mm选择与之相近且偏大的=750mm的标准接力器b最大行程=(1.4~1.8)则=973.91mmc、接力器容积计算4.4.4调速器的选择选用DST-200型电气液压型调速器61 4.4.5油压装置选用分离式油压装置YZ-20/2图4-4油压设备外形尺寸图表4-5YZ-20设备外形尺寸数据油压装置型号压力油罐回油箱总容积V0(m3)筒外直径基础架外径总高H筒高h油箱长度m油箱宽度n油箱体高k油箱总高LYZ-2010×2184821785040371035003500206034004.5厂房桥吊设备的选择台数选择：最大起重量383.26t，机组台数4台，选用一台双小车桥式起重机，额定起重量200t，跨度22m（根据厂房净宽确定）。表4-6工作参数表名义起重量t单台小车起重（t）跨度lkm大车轨道主钩副钩2*2002004025QU12061 表4-7吊车梁主要尺寸表主要尺寸小车轨距LT小车轮距KT大车轮距K大梁底面至轨道距F起重机最大宽度B轨道中心距起重机外端距离B1轨道面至起重机顶端距离H580027005800250106804605000轨道面至缓冲器距离H1车轨中心至缓冲器外端距离操作室底面至轨道面h3两小车吊钩距离L极限位置平衡吊点至大车轨顶极限吊钩至轨道吊钩至轨道hh1中心距离120092025003600主钩副钩L1L2109130069016001800图4-5双小车桥式起重机配用的平衡梁外形尺寸示意图61 图4-6吊钩装置尺寸示意图表4-8QU120起重机轨道基本数据bb1b2Shh1h2rRy1（mm）1201291704417045.03585008.43y2EJ(kg.cm2)Wx(cm2)断面积理论重（mm）标准值计算值标准值计算值（cm2）（kg/m）8.5710.35×1099.31×109584.1525150.44118.10图4-7轨道断面尺寸示意图61 4.6发电机外形尺寸估算4.6.1基本尺寸=7500KN,=83.3r/min,选用伞式发电机(1)极距(4-22)式中：—发电机额定容量（KVA）—取8～10，此时取8P—磁极对数，P=36（2）定子内径（4-23）（3）定子铁芯长度（4-24）式中：C——系数查表C=4×10-6~6.5×10-6，此处取为5×10-6——额定转速83.3r/min<2.5m,不需要现场叠加定子（4）定子铁芯外径=83.3r/min<166.7r/min,(4-25)61 4.6.2平面尺寸（1）定子机座外径=83.3r/min<136.47r/min(4-26)（2）风罩内径>2000KvA（4-27）（3）转子外径(4-28)（4）下机架最大跨度10000kw≤≤100000kwD5=1140cm，D4=D5+0.6m=1200cm为水轮机机坑直径，=1140cm（5）推力轴承外径和励磁机外径(360~420cm)（260~360cm）4.6.3轴向尺寸计算(1)定子机座高度=83.3r/min>88.2r/min时，（4-29）61 （2）上机架高度判别型式采用伞式发电机（4-30）伞式非承载机架上机架高度(4-31)（3）励磁机高度和永磁机高度，副励磁机取220cm取100cm取75cm（4）下机架高度伞式承载机架（4-32）（5）定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离伞式承载机架(4-33)（6）下机架支承面主主轴法兰底面距离取100cm（7）转子磁轭轴向高度无风扇时（4-34）（8）发电机主轴高度846.55cm(4-35)61 61 5水电站厂房5.1主厂房各层高程5.1.1水轮机组安装高程对于轴流转浆式水轮机，其安装高程为：安装高程=(5-1)=63.71m式中：——下游尾水位（m），Hs——吸出高度（m），D1——水轮机转轮直径（m），5.1.2尾水管地板高程和厂房基础开挖高程导叶高度b0/D1=0.4，b0=3.2m(5-2)5.1.3水轮机层地面高程水轮机层地面高程=水轮机安装高程+蜗壳上部高度+蜗壳上部砼厚(5-3)=63.71+1.6+2=67.31m5.1.4定子安装场高程发电机定子高程=水轮机地面高程+进人孔+机坑进入上部应留尺寸(5-4)=67.31+2+4.1=73.41m61 5.1.5发电机楼板高程上机架采用完全埋入式发电机楼板安装高程=定子安装高程+定子高度+上机架高度(5-5)=73.41+3.15+1.1=77.66m5.1.6吊车轨道面高程，屋顶面高程，厂房总高根据厂房的布置和吊装的要求定出,5.2主厂房平面尺寸5.2.1机组段长度的确定(5-6)蜗壳层：=15.13m=7.95m尾水管层：发电机层：所以取1个机组段长度为25.5m5.2.2装配间的尺寸装配间的尺寸在保证摆放上机架、发电机转子、下机架、水轮机顶盖等设备的同时，考虑吊车梁的等跨布置选择1.5倍机组段长度：(5-7)61 5.2.3主厂房净长度的确定(5-8)5.2.4主厂房的宽度的确定在发电机层平面布置图中确定为25m，可以满足各设备的布置以及吊装需求，上游侧宽12.2m,下游侧宽12.8m。61 6水电站厂房的稳定计算6.1荷载的计算表6-1荷载及其组合序号力的方向及组合情况荷载说明及其组合1垂直力（1）自重W1，（2）机电设备重G（3）基础杨压力U2垂直力总和=W1+G-U3水平力（1）上游水压力P1（2）下游水压力P2（3）浪压力P3（4）泥沙压力P44水平力总和=P1-P2+P3+P45正常运行情况一正常运行情况二=W1+G-U=P1-P2+P3+P4，正常水位同上，水位为设计水位。6特殊组合同上，水位为校核水位。7后期施工1期混凝土重，上下游水压力，浪压力，泥沙压力7机组大修G=0，W2减小，正常水位6.1.1浪压力P3，（H1>1/2Lm）深水波(6-1)(6-2)6.1.2泥沙压力厂房处的泥沙深度取6.63M(6-3)式中：-淤沙的重度61 -坝前泥沙的淤积厚度-淤沙内摩擦角6.1.3水压力(1)设计情况时，上游水位90.0米，下游水位79.5米，上游水压力:，P1=157182下游水压力:P2=133824(2)校核情况时，上游水位90.5米，下游水位80.6米上游水压力，=161645下游水压力，=142979(3)正常情况时，上游水位87.0米，下游水位65.76米上游水压力，=131708下游水压力，=450086.1.4自重W(1)一期混凝土自重：W1 61   尾水管周围混凝土自重： W11=223003.44KN /段柱子自重:W12=1550.016K/段尾水平台混凝土重：W13=66096KN/段上游侧混凝土重：W14=225787.2KN/段W1=W11+W12+W13+W14=516436.61KN/段(2)二期混凝土自重：W2 蜗壳周围混凝土自重：W21=61257.32KN/段各层楼板自重：W22=9562.5KN/段 W2=W21+W22=70819.82KN/段(3)已安装的机电设备重：G   发电机总重：G1=7519.365KN 水轮机总重：G2=9515.7KN起重机重：G3=1863.9KN所以G=G1+G2+G3=18898.965KN 6.1.6基础扬压力由于扬压力较大，厂房基础设有防渗帷幕和上下游主副排水系统，由规范DL5077-1997，坝基面渗透压力扬压力强度系数为：α=0.5α=0.20α2=0.50(1)设计情况时，上游水位90.0米，下游水位79.5米=460.85=88.62561 =110.02=324.275=212.615KN/m=30508KN/m(2)校核情况时，上游水位90.5米，下游水位80.6米=481=89.875=115.37=340.025=219.765KN/m31426(3)正常情况时，上游水位87.0米，下游水位65.76米61 =421.85=81.125=35.57=104.825KN/m=123.305KN/m195506.2厂房抗滑稳定计算K=(6-4)式中:K’-按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数f‘-滑动面抗剪断摩擦系数c’-滑动面的粘结力，kpaA-基础面受压部分的计算截面积，m2-全部荷载对滑动面的法向分值，kN-全部荷载对滑动面的切向分值6.2.1正常运行（考虑两种水位组合）(1)上游正常蓄水位和下游最底水位的运行情况61 =586605.401KN/段94004.73KN/段抗滑稳定计算满足要求(2)上游设计洪水位和下游相应水位的运行情况=575647.401KN/段30662.73KN/段抗滑稳定计算满足要求6.2.2非常运行情况取上游校核水位，下游最不利的运行情况=574729.401KN/段25970.73KN/段抗滑稳定计算满足要求6.2.3机组大修情况取上游正常蓄水位和下游检修水位，闸门关闭及不考虑机组设备重=567706.436KN/段61 94004.73KN/段抗滑稳定计算满足要求6.2.4施工情况(二期混凝土未浇注)取上游正常蓄水位和下游最不利水位，闸门关闭及不考虑机组设备重，并进行抗滑抗浮校核=516436.61-19550=496886.61KN/段131708-45008+4666.5+2638.23=94004.73KN/段抗滑稳定计算满足要求抗浮稳定计算满足要求61 参考文献1沈长松刘晓青等,水工建筑物.北京:中国水利水电出版社2刘启钊,水电站.北京:中国水利水电出版社3水利水电建设总局.水电站机电设计手册——水力机械.北京:水利水电出版社.1982.94赵振兴.水力学.南京:河海大学出版社.19965河海大学主编.水工建筑物（上）.南京:河海大学出版社1995.16索丽生、胡明、任旭华.水利水电工程专业毕业设计指南.北京:中国水利水电出版社.2002.127合著，水电站机电手册之水利机械分册.北京:中国水利水电出版社8刘天雄主编.水电站建筑物图例.北京:清华大学出版社.1984.99L.Muller，TheUseofShotcreteforUnder-groundSupportPrincipleofTheNATM.WaterPower&DamConstructon10L.Muller,RemovingMisconceptiononTheNATM.Tunnels&Tunnelling11L.P.Mikhai-lov,TechniquesforSovietPumpedStoragePlantConstruction.WaterPower&DamConstructon12macginleyTJ.ReinforcedConcreteStructures.MewYork:John&.Whiley61 致谢时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了一个半月，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。首先，我要特别感谢我的指导老师包耘对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。包耘老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。61 在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。最后，我要特别对我有过指导的老师们。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。XXX2015年5月31号61'