沙溪口水电站设计及厂房整体稳定性分析说明书

'沙溪口水电站设计及厂房整体稳定性分析说明书目录摘要3中文摘要3关键字3ABSTRACT4KEYWORDS41概述51.1地理位置51.2水文与气象51.2.1水文条件51.2.2降水特性61.2.3气象要素简述61.2.4径流61.2.5洪水71.2.6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8 1.4.3坝轴线选定91.4.4岩石物理力学性质91.5建筑材料101.6综合利用102重力坝挡水坝段设计112.1剖面设计112.1.1坝顶高程112.1.2坝顶宽度112.1.3上游折坡的起坡点位置112.1.4上下游边坡n、m122.2荷载的计算:122.3挡水重力坝的稳定分析122.3.1设计水位情况下荷载计算122.3.2校核水位下的荷载计算142.3.3正常蓄水位下的荷载计算153重力坝溢流坝段设计173.1溢流坝段剖面设计173.1.1堰顶高程173.1.2堰面曲线173.1.3消能方式183.2荷载的计算183.3稳定与应力分析19 3.3.1设计水位下的荷载计算193.3.2校核水位下的荷载计算203.4坝内构造223.4.1坝顶结构223.4.2坝体分缝223.4.3坝内廊道224水电站机电设备选择224.1特征水头的选择224.2水电站水轮机组的选型224.2.1转轮直径D1234.2.2选择水轮机的转速n234.2.3效率及单位参数的修正234.2.5工作范围检验244.2.6吸出高度Hs254.3发电机的选择与尺寸254.4调速器与油压装置的选择254.4.1调速功254.4.2接力器的选择254.4.3调速器的选择264.4.4油压装置264.5厂房桥吊设备的选择265水电站厂房27 5.2主厂房各层高程及长宽尺寸的确定295.2.1主厂房各层高程295.2.2主厂房平面尺寸305.3厂房进水段316水电站厂房的稳定计算316.1荷载的计算316.1.1浪压力P3,(H1L1)深水波326.1.2泥沙压力326.1.3水压力326.1.4自重W1336.1.6机电设备重G336.1.7基础扬压力336.2厂房抗滑稳定计算33结语36参考文献37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*106m3isofdailypondagetypeThemainstructuresoftheShaxikouprojectconsistofoverflowspillwaydam,non-overflowdam,powerhouseincorporatedintothedam,switchyardsandnavigationlock.DCL.damcrestleveris94.00m.Crestlengthis618.50m.Thedamisofconcretegravitytype.Thespillwayisarrangedontheleftportionoftheriverbed.Thespillwaywith16openingseachof17mwidehasatotallengthof 304m,crestleverwith78.5m,dischargingmostfloodflowstillalongthemainriverchannel.Thepowerhousewithdimensionof128*68*50.75mL*W*Hislocatedattherightsideofthespillwayandincorporatedintothedam.Ithouses4axial-flowturbinescoupledwithgenerators67.5MWeach.Both110KVand220KVswitchyardsarearrangedontheplatformattheleftportionofdownstreamtailrace.Theshiplockwiththedimensionof100*30*5mL*W*Min.Waterdepthislocatedontherightsideofthespillway.ThelockchamberofmonolithicstructuresisfilledandemptiedwithlonggalleryconduitsatbottominspreadingformKEYWORDSShaxikoublockpowerplantconcretegravitydamoverflowdamcombinatoryhydro-generatoraltitudestablestressupliftpressure1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。 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。(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267 407618108017302290946606470379288253778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。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。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。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2.742.722.732.742.732.742.78 2.762.770.240.110.170.810.720.531992717.21478.81358611.91078.20.860.610.768云母长英片岩最大值最小值 平均值2.732.692.712.742.702.722.82.762.780.240.200.220.24 0.810.521428.11157.71261.2993.2762.2909.40.780.660.727云母片岩最大值 最小值平均值2.742.682.712.752.72.742.842.832.840.560.250.390.30.52 0.411680.5925.81303.2519.9511.2515.60.550.310.422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f0.5船闸f0.45溢流段f0.51厂房段f0.50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。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0.500.62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。γ24.0KN/,γ9.81KN/,云母长英片岩与混凝土边界f0.5,K1.05,c`0.6kg/c?,K`3.0。 2.1剖面设计参考《水工建筑物》2.1.1坝顶高程坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高。即:?静水位+Δh考虑其他因素,该重力坝坝顶高程取94m2.1.2坝顶宽度坝底高程取未风化岩石边界开挖钱58.00,由于58m做坝基时,大坝抗剪强度无法满足要求,故向下开挖6m,取48m高程开挖,则坝高为坝高为94-5143m,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67.00m处。2.1.4上下游边坡n、m由稳定和应力要求确定。n0.2,m0.80图2-1非溢流坝段尺寸示意图2.2荷载的计算:参考《水工建筑物》 作用在重力坝上的荷载主要有: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。此重力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87.8m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↓540KN+19.510530KN.m2↓10320KN+13.51393203↓13500KN-1.5202502上游侧静水压力水平向→7083KN-12.789718KN.m竖直向1↓221KN+20.54531KN.m竖直向2↓824KN+20164813下游侧静水压力水平向←3710KN+9.133756KN.m坚直向↓2968KN-14415524扬压力1↑3206KN00KN.m2↑1342KN-18.5248273↑241KN-7.217354↑1569KN+8.5133365↑540KN+18.8101447浪压力1→761KN-29.922777KN.m 浪压力2←578KN+28.816649??结构重要系数,取1.0??设计状况系数,取1.0??结构系数,取1.2S??荷载效应组合值R??结构构件抗力设计值??永久荷载,可变荷载分项系数??永久荷载,可变荷载标准值??永久荷载,可变荷载标的荷载效应系数??结构构件的抗力函数??材料强度的设计值??结构构件几何参数的标准值坝基面抗滑稳定显然满足稳定要求坝址处抗压强度M39646KN.MR*14300/1.39533显然满足要求坝踵处抗拉强度572kN/?0显然满足要求边缘应力的计算: 参考《水工建筑物》按要求应考虑坝基面和折坡面的边缘应力,此处只进行了坝基面的相关计算。2.3.2校核水位下的荷载计算表2-2校核水位(89m)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↓540KN+19.510530KN.m2↓10320KN+13.51393203↓13500KN-1.5202502上游侧静水压力水平向→7271KN-12.893311KN.m竖直向1↓221KN+20.54531KN.m竖直向2↓839KN+20167753下游侧静水压力水平向←3984KN+9.537849KN.m坚直向↓3187KN-13.9442994扬压力1↑3248KN00KN.m2↑1360KN-18.5251543↑257KN-7.218514↑1671KN+8.5142015↑560KN+18.8105137浪压力1→761KN-29.922777KN.m浪压力2←578KN+28.816649 坝基面抗滑稳定显然满足稳定要求坝址处抗压强度M41042knmR*14300/1.39533显然满足要求坝踵处抗拉强度615kN/?0显然满足要求2.3.3正常蓄水位下的荷载计算表2-4正常蓄水位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↓540KN+19.510530KN.m2↓10320KN+13.51393203↓13500KN-1.5202502上游侧静水压力水平向→6009KN-11.770301KN.m竖直向1↓221KN+20.54531KN.m竖直向2↓589KN+2011772 3下游侧静水压力水平向←873KN+4.53882KN.m坚直向↓698KN-18125644扬压力1↑2814KN00KN.m2↑262KN+18.849263↑29KN-174934↑13KN-9.81275↑1236KN-18.5228677浪压力1→761KN-29.922777KN.m浪压力2←578KN+28.816649坝基面抗滑稳定显然满足稳定要求坝址处抗压强度M25470knmR*14300/1.39533显然满足要求坝踵处抗拉强度583kN/?0显然满足要求3重力坝溢流坝段设计 3.1溢流坝段剖面设计溢流坝剖面,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。溢流面由顶部溢流段、中部直线段和反弧段组成,上游面为直线或折线。初步设计采用16孔开敞式溢流堰,孔宽17.0m,溢流前沿总净宽L272m,闸?厚2.0m,单宽流量q70?/s.则溢流段总长为304m。3.1.1堰顶高程则堰顶高程设计洪水位-H78.5m闸门宽高比为1.5~2,所以取闸门高为11.5m,78.5+11.590m89m3.1.2堰面曲线我国现行采用的为WES曲线,其曲线方程为:yHd为定型设计水头。因为设计洪水位90.0m,堰顶高程为80.5m,所以,Hd0.75~0.95H9m;k、n为上游堰面坡度有关的系数。k2.0,n1.85。得:Yx/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:0.175H1.575mR0.5H4.5m0.276H2.484mR0.2H1.8m0.282H2.538mR0.04H0.36m 3.1.3消能方式: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60m图3-1非溢流坝段尺寸示意图3.2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。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。3.3稳定与应力分析3.3.1设计水位下的荷载计算表3-2在设计水位87.8m下各荷载对坝体基面作用如下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↓540KN+158100KN.m2↓6720KN+9604803↓7056KN-3211682上游侧静水压力水平向→7083KN-12.789718KN.m竖直向1↓221KN+163536KN.m 竖直向2↓824KN+15.5127723下游侧静水压力水平向←3710KN+9.133756KN.m坚直向↓2968KN-9.5281964动水压力水平向←250KN+61500KN.m竖直向↓716KN-642964扬压力1↑3206KN00KN.m2↑1342KN-14187883↑241KN-2.76514↑1026KN+8.587215↑540KN+14.377227浪压力1→761KN-29.922777KN.m浪压力2←578KN+28.816649坝基面抗滑稳定显然满足稳定要求坝址处抗压强度M-24033KN.mR*14300/1.39533显然满足要求 坝踵处抗拉强度217kN/?0显然满足要求边缘应力的计算:参考《水工建筑物》按要求应考虑坝基面和折坡面的边缘应力,此处只进行了坝基面的相关计算。3.3.2校核水位下的荷载计算表3-3在校核水位下各荷载对坝体基面作用如下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↓540KN+158100KN.m2↓6720KN+9604803↓7056KN-3211682上游侧静水压力水平向→7271KN-12.893311KN.m竖直向1↓221KN+163536KN.m竖直向2↓839KN+15.5130053下游侧静水压力水平向←3984KN+9.537849KN.m坚直向↓3187KN-9.4299584动水压力水平向←250KN+61500KN.m坚直向↓716KN-642964扬压力1↑2569KN00KN.m 2↑1360KN-14190403↑257KN-2.76944↑1092KN+8.592855↑560KN+14.380087浪压力1→761KN-29.922777KN.m浪压力2←578KN+28.816649坝基面抗滑稳定显然满足稳定要求坝址处抗压强度M-24396KN.mR*14300/1.39533显然满足要求坝踵处抗拉强度259kN/?0显然满足要求边缘应力的计算:参考《水工建筑物》按要求应考虑坝基面和折坡面的边缘应力,此处只进行了坝基面的相关计算。 3.4坝内构造3.4.1坝顶结构非溢流坝坝顶宽10m,路面中间高,两边低,以便于排水,道路两旁设排水管。溢流坝坝顶总宽为10m,坝上布置公路,溢流堰上设置弧形闸门,闸墩宽度2m,溢流坝段总长304m。3.4.2坝体分缝纵缝溢流坝段纵缝间距均为19m,具体位置见正图3.4.3坝内廊道除灌浆廊道外,还要设计抽排水廊道。4水电站机电设备选择4.1特征水头的选择装机容量:N27万kw,单机容量(机组台数4台)6.75万kw。设计洪水位87.8m,对应下游水位可由下泄流量在流量与下游水位关系曲线查得80m,水头为7.8m。校核洪水位89m,同理可查得下游水位83m,水头为6m。汛期限制水位时,一台机组发电,下泄流量分别假设三个值,由NAQH可得Q~N关系曲线,从而由单机装机6.75万kw,可得Q值。A8.34.1.1Hmin的选择设计死水位83m时,四台机组发电,同上述方法可得N27万kw,Q600m/s,得下游水位65.9m,水头为17.1m。由以上水头值可得: 最大水头H22.2m最小水头H17.1m加权平均水头为H19.7m设计水头H0.9H17.7m4.2水电站水轮机组的选型根据该水电站的水头变化范围19.48m~26.1m在水轮机型普表查得ZZ560,ZZ560水轮机方案的主要参数选择4.2.1转轮直径D1D1式中:Nr??水轮发电机额定出力(kW)Nr6.96万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可得,由于转轮直径未知,△η为知,可先估算效率修正值,限制工况下的模型水轮机的效率为η81.0%。D17.4m根据水轮机转轮直径模型水轮机尺寸系列的规定,由上述计算出的转轮直径,选用比计算值稍大的转轮直径值。D17.5m4.2.2选择水轮机的转速n76.9r/min水轮机的转速一般采用发电机的标准转速,选择与上述计算值相近的发电机标准转速n79r/min,P384.2.3效率及单位参数的修正 0.46m,3m,7.5m,H17.7m,89%考虑制造工艺,1,将不同角度时的效率及修正计算如下表表4-1水轮机效率的修正叶片转角-10-5051015202387.888.488.988.487.385.983.580.292.392.693.092.691.991.189.587.4-4.54.24.14.24.65.26.07.23.53.23.13.23.64.256.2ZZ4460水轮机最优工况的模型效率为89.0,由于最优工况接近于等转角线,故采用3.1作为修正值,从而原型最高效率为η89+3.192.1限制工况的81.0,则22~22,由内插得5.6,从而该工况下原型水轮机效率η81+5.686.6与假定值接近。4.2.4水轮机的流量水轮机在Hr,Nr下工作时,:1.95m3/s水轮机最大引用流量D12461.47m3/s电站机组台数为4台,所以,电站最大引用流量为44×461.471845.88m3/s 4.2.5工作范围检验与特征水头Hmin、H、Hmin、Hr对应的单位转速为:n’1nD1/143r/minn’1minnD1/126r/minn’1rnD1/140.8r/min4.2.6吸出高度HsHs10??/900?σ+△σH式中:?--水轮机安装高程(m),取65.9m。σ--气蚀系数,由水轮机的设计工况参数137r/min,1.79m3/s查ZZ560水轮机模型综合特性曲线可得,σ取0.73。'