那岸水電站樞紐工程初步設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 行。 第三部分 設計部分 第四章 水工建筑物設計 本樞紐主要的水工建筑物有擋水壩、發電進水口、放空沖砂孔、導流孔。 第一節 擋水重力壩設計 一 . 概述 重力壩是主要依靠自重產生的抗滑力來維持穩定的古老壩型。是用混凝土或漿砌石修筑的大體積擋水建筑物。 ㈠ . 重力壩優點： 、地質條件適應性較強； ； 、體積大，有利于機械化施工； ，便于分析與設計，運行期間的維護及檢修工作量較少。需采用防滲 排水設施及溫控措施。 ㈡ . 重力壩缺點： 。揚壓力的作用會抵消部分壩體重量的有效壓力，對壩體穩定不利。需采用各種有效的防滲排水設施，以減小揚壓力，節省工程量。 ，可能導致壩體裂縫。需采取溫控措施。 ㈢ . 實體重力壩 實體重力壩是最簡單的型式，優點是設計和施工均較方便，應力分布也較明確；缺點是揚壓力大和材料的強度不能充分發揮，工程量較大。 二 .斷面設計 ． （依據： 黃河水利出版社出版，書號為： ISBN780621710X/TV 325《水工建筑物》高職高專教材 第一章第五節 重力壩的剖面設計 P40~P43） ㈠ . 設計原則 重力壩斷面設計，應當在滿足穩定、強度要求前提下，力求工程量小、外形輪廓簡單、便于施工、運用方便等。 ㈡ . 基本斷面 由于作用于壩上游面的水壓力呈三角形分布，與此作用相適應的壩體的基本斷面必須為三角形。從滿足強度要求來看，當 α＞ 90176。，上游面為倒坡時，在庫空的情況下，三角形重心超出底邊的三分點，在下游面會產生拉應力，而且倒坡也不便施工；當α＜ 90176。，可以利用上游面的水重增強穩定，但α小到一定程度，在庫滿時合力可能超出底邊的三分點， 在上游面會產生拉應力。在一般情況下，常使α =90176。根據工程經驗，重力壩基本斷面的上游坡度宜采用 1： 0~1： ，下游面的坡度宜采用 1： ~1： ，壩底寬度一般為壩高的 ~。 不同 α 角的壩體斷面 ㈢ .實用斷面 1. 壩頂高程 壩頂高程不應低于最高洪水位，并要有一定的安全超高值 △ h 。 △ h按下式計算： △ h=2hc+ho+he 2hc=（ 5/4） D（ 1/3） ho = cth 2LL =（ 2hc） 2hc ：波浪高度。（ m） ho : 波浪中心線至靜水位的高度。（ m） D ：吹程。（ m） H1 ： 壩前水庫水深。（ m） he ：安全超高。（ m） V ： 計算風速。（ m/s） （依據： 中國水利水電出版社出版，書號為： ISBN7801245202/TV 294《水工建筑物》教材第一章第二節 重力壩的荷載及其組合 P18 ，第五節 非溢流重力壩的剖面設計 P33）。 由于大壩等級為四級，則 校核洪水位下 he= ，校核洪水位為 m, 設計洪水位下 he= , 設計洪水位為 。 由本設計說明書第二章水文水能計算知： V=18 m/s ；設計洪水位時， V=18 =36 m/s ； D=4 Km； H1=217170=47m 代入公式得出 設計洪水位下 ： 2hc 設 = 36（ 5/4） 4（ 1/3） ≈ 2LL =（ 2hc 設 ） =（ ） ≈ （ m） ， H1＞ 2LL 則 ho≈ ， (4π hc178。) (2Ll) π H1 Ll ho 設 =（ ）≈ △ h =2hc+ho+he =++= m 壩頂高程 H 設 = 設計洪水位 +△ h=+= 校核洪水位下 ： 2hc 校 = 18（ 5/4） 4（ 1/3） ≈ 2LL =（ 2hc 校 ） =（ ） ≈ （ m） ， H1＞ 2LL 則 Ho ≈ ， ho 校 =（ ）≈ △ h =2hc+ho+he =++ = m 壩頂高程 H 校 = 校核洪水位 +△ h =+= H 設 與 H 校 相比較，壩頂高程取 。 2. 壩頂寬度 壩頂寬度一般可取壩高的 8%~10%，并不小于 2m 。用 B表示， 則 壩頂寬取 5m 。 3. 上、下游壩坡度 上游壩坡一般為 1﹕ ~ 1﹕ ，下游壩坡一般為 1﹕ ~ 1﹕ ；如上游做成折坡，則起坡點一般在壩高 1/3 ~2/3范圍內，起坡點高程還應結合壩上的發電進水口考慮。 本設計采用： 上游壩坡為 1﹕ ，起坡點在壩高 1/3范圍內，即在 ； 下游壩坡為 1﹕ ，起坡點在 。 壩型見圖 1。 4. 壩基面高程 壩基面要求： ⑴ 具有足夠的抗滲性，以滿足滲透穩定，控制流量； ⑵ 具有足夠的強度，以承受壩體的壓力； ⑶ 具有足夠的整體性和均勻性，以滿足壩基的抗滑穩定和減少不均勻沉陷； ⑷ 具有足夠的耐久性，以防止巖體性質在水的長期作用下發生惡化。 對于超過 100m的高壩應建在新鮮、微風化或弱風化層下部的基巖上；對一些中、小型工程，壩高 100~50m 時，也可考慮建在微風化或弱風化上部 —— 中部基巖上，對兩岸較高部位的壩段，其開挖基巖的標準可比河床部位適當放寬。 壩基面高程根據計算斷面所處之位置、地質條件而定。 根據壩高及地基條件確定，壩基高程為170m處。 三 . 抗滑穩定計算 抗滑穩定計算按抗剪斷公式計算。壩體與壩基接觸面的抗剪斷面的抗剪斷摸查悉書記把體與壩基面的抗剪斷凝聚力，按 計算斷面的位置相應的地質資料選用。 （依據： 中國水利水電出版社出版，書號為： ISBN7801245202/TV 294《水工建筑物》中專教材第一章第二節至第四節；黃河水利出版社出版，書號為： ISBN780621710X/TV 325《水工建筑物》高職高專教材第一章第二節至第四節。） 在基本組合中，有設計情況或正常運用情況。設計洪水位情況，指 進行壩體穩定和應力計算時的設計洪水，僅用于以防洪為主的水庫，且正常蓄水位很低者，可以 50年至 100年一遇洪水位時荷載作為基本組合，一般可不考慮此種組合。本 設計的那岸水電站是以發電為主兼顧灌溉的綜合利用工程。穩定計算采用的荷載組合情況有： 正常高水位情況、校核洪水位情況。 ㈠ . 各情況下的荷載組合計算 擋水 重力壩 正正 常常 高高 水水 位位 情況荷載計算表 壩頂高程： 壩基面高程： 上游水位高程： 下游水位高程： + W15 5 7 . 5 2 4 W21 / 2 5 2 . 5 4 2 2 4 2 / 3 4 2 2 7 . 3 9 = 0 . 6 1 W31 / 2 3 8 . 3 3 7 . 7 7 2 4 = 水壓 P1 1 / 2 4 721 0 1/3 47= 力 P2 1 / 2 1 021 0 1/3 10= Q17 . 7 7 8 . 6 7 1 0 Q21 / 2 7 . 7 7 3 8 . 3 3 1 0 Q3 1 / 2 0 . 8 1 03 （ 10） = 浪壓 1 / 2 （2 0 . 4 1 8 / 2 + 2 . 3 2 4 + 0 . 6 9 7 ）（2 0 . 4 1 8 / 2 ）1 0 +1/3 (++)= 力 1 / 2 （2 0 . 4 1 8 / 2 ）21 0 4 7 2 / 3 1 0 . 2 0 9 = 4 0 . 1 9 4 泥沙 Pm1 1 / 2 9 . 5 2 4 . 52tg2( 4 5 176。 1 8 176。/ 2 ) 1 / 3 2 4 . 5 = 8 . 1 6 7 壓力 Pm2 1 / 2 9 . 5 0 . 2 2 4 . 52 揚 U15 4 . 7 8 1 0 1 0 0 壓 U21 / 2 9 . 2 5 4 6 . 8 9 1 0 2 / 3 4 6 . 8 9 2 7 . 3 9 = 3 . 8 7 力 U39 . 2 5 7 . 8 9 1 0 = U41 / 2 7 . 8 9 2 7 . 7 5 1 0 = 水 平 力（KN） 力 矩 （KNm） 合計 對 壩 底 中 點 力 臂（m）Pl自重水重荷 載 計 算 式垂 直 力（KN） 擋水 重力壩 校校 核核 洪洪 水水 位位 情況荷載計算表 壩頂高程： 壩基面高程： 上游水位高程： 下游水位高程： + W15 5 7 . 5 2 4 W21 / 2 5 2 . 5 4 2 2 4 2 / 3 4 2 2 7 . 3 9 = 0 . 6 1 W31 / 2 3 8 . 3 3 7 . 7 7 2 4 = 水壓 P1 1 / 2 5 5 . 321 0 1/3 47= 力 P2 1 / 2 2 0 . 6 521 0 1/3 10= Q17 . 7 7 1 6 . 9 7 1 0 Q21 / 2 7 . 7 7 3 8 . 3 3 1 0 Q3 1 / 2 0 . 8 2 0 . 6 521 0 （ 10） = 浪壓 1 / 2 （1 0 . 2 0 8 / 2 + 0 . 9 7 7 + 0 . 2 9 3 ）（1 0 . 2 0 8 / 2 ）1 0 +1/3 (++)= 力 1 / 2 （1 0 . 2 0 8 / 2 ）21 0 4 7 2 / 3 1 0 . 2 0 9 = 4 0 . 1 9 4 泥沙 Pm1 1 / 2 9 . 5 2 4 . 52tg2( 4 5 176。 1 8 176。/ 2 ) 1 / 3 2 4 . 5 = 8 . 1 6 7 壓力 Pm2 1 / 2 9 . 5 0 . 2 2 4 . 52 揚 U15 4 . 7 8 2 0 . 6 5 1 0 0 壓 U21 / 2 8 . 6 6 4 6 . 8 9 1 0 2 / 3 4 6 . 8 9 2 7 . 3 9 = 3 . 8 7 力 U38 . 6 6 7 . 8 9 1 0 = U41 / 2 7 . 8 9 2 5 . 9 9 1 0 = 水 平 力（KN） 力 矩 （KNm） 合計 對 壩 底 中 點 力 臂（m）Pl自重水重荷 載 計 算 式垂 直 力（KN）㈡ . 抗滑穩定驗算： 根據壩址地質資料，結合壩基巖體分類要求，巖體工程為第Ⅲ級，取摩擦系數標準值 f Rk??,粘聚力標準值 ?Rk??610KPa。摩擦系數 f Rk?、粘聚力 f Rk?的材料性能分項系數分別為 、 。結構安全級別為Ⅱ 級， 相應結構重要性系數 r0 =。 水壓力、水重、自重、浮托力的分項系數均取，滲透壓力、淤沙壓力、浪壓力均取 。相應設計值為： 摩擦系數 f R??粘聚力 ? R?=610/=（ MPa） 選用 C10,抗壓強度材料性能分項系數為 ,則設計值為 f c=10000/=(kPa) 1. 基本荷載組合 （正常蓄水位情況） 的抗滑穩定驗算： 方法 1 ： ∑ W ==305 （ kN） ∑ P ==122 （ kN） K =f ∑ W/ ∑ P = =＞ f : 壩體混凝土與壩基接觸面的摩擦系數，對于微風化、弱裂隙的較堅固巖石， f =~ ；弱風化、弱裂隙的中等堅固巖石， f =~ ；這里取 f =。 K ： 抗滑穩定安全系數。對于 3級別的大壩 K 計算值應不小于 。 方法 2 ： 取持久狀況對應的設計系數ψ =， rd = r0 ψ S( )= = 122 （ kN） 1/ rd R( )=1/ rd （ f R?∑ W+ ? R?A） =( + )/ =253 （ kN） r0 ψ S( )＜ 1/ rd R( ) 即 基本組合時，滿足設計要求。 S( )、 R( )： 作用效應函數和結構及構件抗力函數。 S( )= ∑