乌溪江水电站枢纽布置及岔管设计说明书

1、目 录目目 录录 .1摘摘 要要 .5ABSTRACT.5第一章第一章 设计根本资料设计根本资料 .71.1 流域概况和地理位置.71.1.1 水文条件.7气象条件.8工程地质.91.1.4 当地建筑材料.101.2 设计资料.10水能规划.101.2.2 挡水建筑物及泄水建筑物.111.2.3 引水建筑物.111.2.4 水电站建筑物.111.2.5 专题.111.3 设计任务.111.3.1 枢纽布置、挡水及泄水建筑物.111.3.2 水电站引水建筑物.111.3.3 水电站厂房.121.3.4 其他.12第二章第二章 水轮机水轮机 .132.1 水头 Hmax、Hmin、Hr选择.132

2、.1.1 maxH确实定.132.1.2 minH确实定.132.1.3 avH确实定.132.2 水轮机选型.132.2.1 HL200型水轮机方案的主要参数选择.142.2.2 HL180型水轮机方案的主要参数选择.162.3 调速设备及油压设备选择.18调速功计算.182.3.2 接力器选择.192.3.3 调速器的选择.202.3.4 油压装置.202.4 水轮机安装高程.202.5 水轮机蜗壳及尾水管.202.6 水轮机进水阀和起重设备.22第三章第三章 发电机发电机 .233.1 主要尺寸.233.2 水轮发电机重量.23第四章第四章 混凝土重力坝混凝土重力坝 .244.1 枢纽工

3、程等级.244.2 剖面设计.244.2.1 根本剖面.244.2.2 实用剖面.254.3 稳定与应力校核.274.4 混凝土坝的材料与构造.29材料.29构造.294.5 地基处理.30开挖与清理.30坝基帷幕灌浆.30坝基排水设施.30第五章第五章 混凝土溢流坝混凝土溢流坝 .315.1 溢流坝孔口尺寸确实定.315.1.1 溢流坝下泄流量确实定.31溢流孔口尺寸确定和布置.315.1.3 堰顶高程确实定.32闸门的选择.325.2 溢流坝剖面设计.325.2.1 溢流面曲线.335.3 溢流坝稳定验算.345.4 溢流坝的结构布置.345.5 消能与防冲.35鼻坎的型式和尺寸.355.

4、5.2 挑射距离和冲刷坑深度的估算.35第六章第六章 引水建筑物引水建筑物 .366.1 引水隧洞整体布置.36洞线布置.36垂直方向.366.2 细部构造.366.2.1 隧洞洞径.366.2.2 闸门断面尺寸.366.2.3 拦污栅断面.366.3 调压室.376.3.1 调压室功用.376.3.2 设置调压室的条件.376.4 压力管道设计.386.4.1 管道内径估算.38岔管处管道直径确实定.38托马断面.396.5 调压室设计比拟.416.5.1 阻抗式调压室.416.5.2 差动式调压室.43第七章第七章 主厂房尺寸及布置主厂房尺寸及布置 .497.1 主厂房长度确定.49机组间

5、距.497.1.2 端机组段长度.497.1.3 安装间长度.497.2 主厂房宽度确定.497.3 主厂房主要高程确定.50尾水管底板高程1.50基岩开挖高程2.50水轮机层地面高程3.50主阀廊道地面高程4.50发电机层地面高程和安装间地面高程.50尾水平台高程.51吊车轨顶高程.51厂房天花板高程和厂房顶部高程.517.4 起重设备.517.5 厂区布置.52第八章第八章 岔管岔管 .538.1 材料.538.2 水力计算.53水力计算应包括水头损失计算和水锤计算，计算应符合以下规定：.538.2.2 水锤计算应根据本电站及电力系统的运行情况确定计算工况。水锤压力初步计算可按以下工况进行

6、：.538.3 岔管.54布置.548.3.2 荷载和允许应力.548.3.3 抗外压稳定分析.548.3.4 结构设计.558.3.5 构造要求.558.3.6 岔管结构分析方法.55摘 要乌溪江水电站座落于浙江省乌溪江，湖南镇，属于梯级开发电站，根据地形要求，其开发方式为有压引水式。坝区地质条件较好，主要建筑物混凝土重力坝 ，泄水建筑物混凝土溢流坝 ，引水建筑物有压引水遂洞、调压室和压力钢管 ，河岸式地面厂房。水库设计洪水位 237.5m，相应的下泄流量 5400m3/s；校核洪水位 239.0m，相应的下泄流量 9700m3/s；设计蓄水位 23m，设计低水位。本设计确定坝址位于山前峦附

7、近，非溢流坝坝顶高程 2m。坝底高程115.0m。最大坝高 1m。上游坝坡坡度 1：0.1，下游坝坡坡度 1：，溢流坝堰顶高程 221.81m。引水遂洞进口位于坝址上游凹口处，遂洞全长 11m。洞径 8m，调压室位于厂房上游 2m 左右处，高程 25m 左右的山峦上，型式为差动式。厂房位于下游荻青位置。设计水头 94.6m，装机容量 44.25=17 万 kW，主厂房净宽 1m，净长 m。水轮机安装高程 115.8m，发电机层高程 12m，安装场层高程。厂房附近布置开关站，主变等。受地形限制，尾水平台兼作公路用，坝址与厂区通过盘山公路连接，形成枢纽体系。另外，本设计还对岔管体型设计及进行了结构

8、计算。AbstractThe Wuxijiang hydropower station is located in HuNan Town in ZheJiang province ,which belongs to a chain of exploitation .According to the demand of topographic form ,I choose diversion hydropower station . The geology condition is good .The main construction conclude the water retaining

9、structure (the concrete non over-fall dam) ,the release works (the concrete overfall dam) ,the diversion structure (pressure seepage tunnel ,the surge-chamber ) ,and the surface power station .The design water level is m ,its corresponding flow amount is 5400m3/s .The check level is 239.0m ,its corr

10、esponding flow is 9700m3/s .The regular water retaining level is m .The dam site is near the former saddle .The crest elevation of the non-over-fall dam is m ,and the base elevation is 115.0m ,The max height of the dam is m , ,the spillway crest elevation is m .The inducer of the seepage tunnel is l

11、ocated at the recess place ,The length of tunnel is m ,the diametric of which is 8m .The surge-chamber is located at the mountain , which is about m from the work shop building and is type is differential motion.The workshop building is located at downstream ,the design level of the turbine is m , t

12、he equipped capacitor is 170000kW ,the clean width is m , its whole length is m . The fix level of the turbine is m , and the height of dynamo is 125m . Near the workshop building , there are switch station and the main transformer and so on .This design is concluded branch pipe. 关键词：水利枢纽；挡水建筑物；泄水建筑

13、物；稳定；水轮机；引水隧洞；调压室；厂房；岔管。第一章 设计根本资料 1.1 流域概况和地理位置乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附近流入衢江，全长 170 公里，流域面积 2623 平方公里。流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面积小，土层薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床比降为 1/1000，水能蕴藏量丰富。流域内已建成二级水电站，第一级为湖南镇水电站，坝址位于衢县境内乌溪江区山前峦处，坝址以上流域面积为 2151 平方公里。第二级为黄坛口水电站，坝址位于衢县黄坛口公社。坝址以上流域面积为 2328 平方公

14、里。 水文条件湖南镇坝址断面处多年平均径流量为 /s。实测最大洪峰流量为 5440 3m /s， 1954 年 ，千年一遇洪水总量4 日为 11.0 亿立方米，洪峰流量为311300m /s。万年一遇洪水4 日总量为 16.2 亿立方米，洪峰流量为316600m /s。保坝洪水总量为 17.2 亿立方米，洪峰流量为 22000m /s。33表 1-1 坝址断面处山前峦水位流量关系曲线水位m流量m /s3105010020050010002000水位m流量m /s3300050007500100001250015000水位流量关系曲线1201251301351401450500010000150

15、0020000流量水位系列1表 1-2 电站厂房处获青水位流量关系曲线水位m115116流量m /s31020406080100120水位m流量m /s31401601802004007001000水位m流量m /s315002000300040006000800010000气象条件乌溪江流域属副热带季风气候，多年平均气温，月平均最低气温，最高气温 28。多年平均降雨为 1710mm ，雨量年内分配极不均匀，4、5、6 三个月属梅雨季节，降雨量占全年的 50%左右。7、8、9 月份会受台风过境影响，时有台风暴雨影响，其降雨量占全年的 25%左右。 表 1-3 水库水位面积、容积曲线高程m水库面

16、积m2总库容m81032502452404235230225220215210205200195190185180170160150工程地质库区多高山峡谷，平原极少。地层多为白垩纪流纹斑岩及凝灰岩分布，柱状节理及顺坡向节理裂隙普遍，断裂构造不甚发育，受水库回水影响，可能有局部土滑、崩塌等情况，但范围不会很大，因此库区的岸坡稳定问题是不严重的。唯坝前水库左岸的梧桐口至坝址一段地形陡峭，顺坡裂隙较为发育，经调查有四处山坡因顺坡裂隙切割，不够稳定，每处不稳定岩体为 23 万立方米，在水库蓄水过程中，裂隙中充填物受潮软化，易崩塌、滑落，由于距坝趾较近，在施工过程中应注意平安。库区未发现有经济价值的矿床

17、，仅湖南镇上游破石至山前峦一带有 30 余个旧矿，经地质部华东地质局浙西队调查，认为无经济价值。本工程曾就获青、项家、山前峦三个坝址进行地质勘测工作，经分析比拟，选用了山前峦坝址。山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽 110m 左右，两岸地形对称，覆盖层较薄，厚度一般在 以下，或大片基岩出露，河床局部厚约 24m。岩石风化普遍不深，大局部为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层厚 1m 左右，半风化带厚约212m，坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状以西北和北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米，规模及影响范围均不大，坝址的主要工程地质问题为左岸顺坡裂隙发育，差不多普及整

18、个山坡，其走向与地形线一致，影响边坡岩体的稳定性。坝址地下水埋置不深，左岸为 1126m，右岸 1534m。岩石透水性小，相对抗水层条件吸水量/dm埋深不大，一般在开挖深度范围内，因此坝基和坝肩渗透极微，帷幕灌浆深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用。坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸 1012m，右岸 69m，河中 68m，详见坝址地质剖面图。坝体与坝基岩石的摩擦系数采用 0.68。引水建筑物沿线为流纹斑岩分布。岩石新鲜完整，地质条件良好。有十余条挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重。厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构造较单一。有两小断层，宽0.

19、8m，两岸岩石完好。本区地震烈度小于 6 度。 当地建筑材料 本工程需要砾石约 186 万立方米，砂 67 万立方米。经勘测，砂的粒径偏细，砾石超粒径的含量偏多，其他指标均能满足要求，但坝址附近几个料场的贮量不能完全满足设计要求。故缺乏的砾石用轧石解决，轧石料场选在大坝左岸距坝址3 公里。坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路。1.2 设计资料水能规划a .校核洪水位：239.0m，校核最大洪水下泄流量 9700m3/s；b .设计洪水位：m，设计洪水最大下泄流量 5400m3/s；c .设计蓄水位：m；d .设计低水位：m；e .装机容量：17 万 kW，即 45=17 万 kW；f

20、.机组机型：自选1.2.2 挡水建筑物及泄水建筑物a.挡水建筑物： 混凝土重力坝b.泄水建筑物： 混凝土溢流坝c.其它 ：无 引水建筑物 有压引水 水电站建筑物河岸式地面厂房 专题岔管1.3 设计任务 枢纽布置、挡水及泄水建筑物要求对整个水利枢纽进行布置包括挡水及泄水建筑物、引水建筑物、厂房、对外交通、进水口及开关站等，绘出枢纽平面布置图要求根据现有资料设计挡水及泄水坝段的断面型式，进行必要的稳定计算，绘出挡水及泄水坝的剖面图。 水电站引水建筑物根据地形、地质条件选顶引水隧洞的路线，并设计隧洞断面的型式，绘出引水隧洞的布置图含进水口 。根据地形、地质及水力计算，确定调压室的位置、型式和尺寸并绘

21、出调压室剖面图。 水电站厂房根据所选机型及水位计算条件，确定厂房的轮廓尺寸，并绘出发电机层、水轮机层和蜗壳层的平面布置图以及厂房的横剖面图。对厂区进行布置并绘出平面布置图包括开关站、主变场、厂房、尾水渠和对外交通等 其他岔管设计包括岔管体型设计及结构计算第二章 水轮机 水头 H、H、H 选择maxminr根据 N=8.3QH 绘 NH 曲线图。 确实定maxHa. 校核洪水位下最大下泄流量 9700，查获青水位流量关系曲线得下游sm3水位,净水头 H=96239-129.5=b. 设计洪水位下最大下泄流量 5400,查获青水位流量关系得下游水位,sm3净水头 H=96237.5-124.915

22、=c. 设计蓄水位下四台机组满发查 NH 曲线图得 H=max105.12,108.1,109.97=mmaxH 确实定minH设计低水位下四台机组满发查 NH 曲线图得 H= 确实定avH加权平均水位9m minmaxav4 . 06 . 0HHH引水式水电站=mrHavH 水轮机选型根据该水电站的水头工作范围109.97m，查?水电站?水轮机系列型谱表选择适宜的水轮机型有 HL200、HL180 型两种。现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比拟分析。本电站 4 台机组，装机容量 N=170000kW，发电机效率=97，那么水轮机单机出力 N=mN97. 04170000

23、2.2.1 HL200 型水轮机方案的主要参数选择2.转轮直径1D假定=90%，查型谱表得在限制工况下单位流量=1Qs/3转轮直径= m rr1r1HH81Q. 9ND 式中 - 水轮机额定出力,kW；rN - 水轮机限制工况下单位流量，；1Qsm3 - 设计水头，m；rH - 发电机效率，%。 选用与之接近而偏大的标称直径。1D2.转速 n查型谱表得最优工况下单位转速min/6810rn10av1nHn264.6r minD式中 n - 水轮机转速，r/min； - 原型最优单位转速，r/min；10n - 加权平均水头，m；avH - 标称直径，m。1D选用与之接近而偏大的标准同步转速 n

24、=300r/min 。效率及单位参数修正查型谱表得最优工况下模型最高效率，模型水轮机直径%7 .90maxM，效率修正值mDM46. 01015. 0原型最高效率1M5maxMmax1D1 (1)93.4%D 效率修正值Mmaxmax0.6%与上述假定相同 M90%3% 1maxMmax10n11.5%n 单位转速可不加修正，同时，单位流量也可不加修正。1Q 工作范围的检验 =0.863r1max21rrNQ9.81D HHsm3 水轮机最大引用流量：=52max1max1rQQDHsm3 与特征水头相对应的单位转速： 11minmaxnDn71.5r minH 11maxminnDn88.7

25、r minH11rrnDn77.1r minH在 HL200 型水轮机模型综合特性曲线图上画出工作范围。 水轮机吸出高度 Hs 计算 由,在该型号水轮机模型综合特性曲线中查得模minr1 .77nr1max1Qsm3型气蚀系数=0.105.根据设计水头 Hr=查?水电站?图 2-26 得气蚀系数修正值=0.018，下游平均水位查获青水位流量关系曲线得，故水轮机吸出高度Hs=10-H。900式中-水轮机安装位置的海拔高程，m； -气蚀系数； -气蚀系数修正值； H水轮机水头，取为设计水头，m。 HL180 型水轮机方案的主要参数选择转轮直径1D假定=90%，查型谱表得在限制工况下单位流量=1Qs

26、/3转轮直径m，取标称直径=rr1r1HH81Q. 9ND 1D转速 n查型谱表得最优工况下单位转速min/6710rn，取 n=250r/min10av1nHn260.7r minD效率及单位参数修正查型谱表得最优工况下模型最高效率，模型水轮机直径%92maxM，效率修正值mDM46. 01018. 0原型最高效率1M5maxMmax1D1 (1)94.3%D 效率修正值maxmax0.5%M 与上述假定相同 M90% 3% 1maxMmax10n11.3%n 单位转速可不加修正，同时，单位流量也可不加修正。1Q 工作范围的检验 =0.863r1max21rrNQ9.81D HHsm3 水轮

27、机最大引用流量： =52max1max1rQQDHsm3与特征水头相对应的单位转速： 11minmaxnDn59.6r minH 11maxminnDn73.9r minH11rrnDn64.26r minH在 HL180 型水轮机模型综合特性曲线图上绘出工作范围。 水轮机吸出高度 Hs 由,在该型号水轮机模型综合特性曲线中查得minr26.64nr1max1Qsm3模型气蚀系数=0.086.根据设计水头 Hr=查?水电站?图 2-26 得气蚀系数修正值=0.018，下游平均水位查获青水位流量关系曲线得，故水轮机吸出高度Hs=10-H=10-0.086+0.01894.6=90090074.1

28、15表 21 水轮机方案参数对照表序号工程HL200HL1801推荐使用的水头范围(m)90125901252最优单位转速r/min10n3最优单位流量L/s10Q8007204限制工况单位流量sLQ/max19508605最高效率 %Mnax90.76模型转轮参数气蚀系数67原型水工作水头范围m1718转轮直径m1D259转速r/minn30025010最高效率%max11额定出力kWrN12轮机参数最大引用流量maxQsm /35513吸出高度msH根据水轮机方案参数对照表可看出，两种不同机型方案在同样水头下满足额定出力情况下，HL180 型具有工作范围好，气蚀系数小，安装高程高等优点，应

29、选择 HL180 型水轮机。2.3 调速设备及油压设备选择调速功计算 3rmaxNQ45.13m s9.81H 30000NmNm10)1.875 . 1 (DHQ250200A51max式中 最高水头 ，m；maxH Q最大水头下额定出力时的流量，；sm /3水轮机直径，m。1D属于大型调速器，接力器调速柜和油压装应分别进行计算和选择 接力器选择 2.3.2.1 接力器直径计算选额定油压为 2.5MPa，那么每个接力器直径为sd 10s1maxbdDH352mmD式中 标准正曲率导叶参数，由，查得；016Z 0.03 最高水头 ，m；maxH -导叶相对高度。01bD由此，在?水电站机电设备

30、?表 4-4 中选择与之接近而偏大的的标375mmds准接力器。2 接力器最大行程 max0max8 . 14 . 1aS式中 水轮机导叶最大开度，mm。0maxa00M0max0Mmax0M0D Zaa175mmDZ式中 -原型和模型水轮机导叶轴心圆直径；00,MD D -原型和模型水轮机导叶数目；00,MZZ -模型水轮机导叶最大开度。0maxMa，那么315m. 01758 . 1Smax2.3.2.3 接力器容积计算两个接力器的总容积sV 23ssmaxVd S0.07m2 调速器的选择大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的，主配压阀的直径，导叶关闭时间，管内油流速，那么mssVT

31、Vd13. 1sTs4smVm/5 . 4mmVTVdmss7113. 1选择与之相邻而偏大的 DT-80 气液压型调速器。 油压装置此处油压装置不考虑空放阀和进水阀的用油，那么压力油罐的容积3KSV(18 20)V1.26 1.4m由此，在?水电站机电设备?表 4-2 种选那么与之相邻而偏大的 YZ-1.6 别离式油压装置。2.4 水轮机安装高程一台水轮机额定流量 Q= /s,查获青水位流量关系曲线得设计尾水HrN81. 93位 。w水轮机安装高程 Zs= +Hs+b /2=,取为。w0式中 -设计尾水位，m；w Hs水轮机安装高程，m； b -导叶高度，m。02.5 水轮机蜗壳及尾水管金属

32、蜗壳，断面为圆形，座环蝶形边切线与水平中心线夹角=55 ，蜗壳包角=345 。0通过任一断面 i 的流量 Q =Q/360 ，断面半径imaxi = icivQ360max式中 蜗壳断面流速 ，根据水轮机设计水头查?水电站?图 2-8 得cVv =/s；c -断面半径，m；i蜗壳包角；i相应的最大流速，。maxQ3/ms由水轮机转轮直径查得：座环外径=410cm，内径=340cm ，那么aDbDr =D /2=，r =D /2=aabb断面中心距 a =r +,断面外半径 R =r +2iaiiai表 2-2 涡壳计算表格从蜗壳鼻端至断面 i 的包角i断面半径mi断面中心距(m)ia断面外半径

33、(m)iR3453002552101651207530尾水管尺寸确实定：采用弯肘形尾水管：a.进口直锥段 单边扩散角=8b.中间弯肘段h=, D2.5=, 4 14 1h=, L=611 1c.出口扩散段= =，h=，顶板仰角=15 ，B=。由于下游布置副厂房，尾水管加长至。1151512.6 水轮机进水阀和起重设备采用蝴蝶阀，直径 D，进口断面直径 D0Df671. 00687. 013maxH=，D =，选用蝴蝶阀直径 D。0fm3 . 4671. 05 . 3mf6 . 4最重吊运部件重量 162t，机组台数 4 台，选用一台双小车桥式起重机，名义起重量 2100t，跨度 Lmk14第三

34、章 发电机由 N=42500kW 和 250r/min，套用?水电站机电设备?附表 8，选择 SF42.5-24/520 型发电机。3.1 主要尺寸定子内径=4600mm，定子铁芯长度tl=1820mm，定子铁芯外径aD=5200mm，iD定子机座外径6390mmD1，风罩内径 D2 =8800mm，转子外径=4572mm，下机3D架最大跨度4100mmD4，定子机座高度= 2980mm，上机架高度=1250mm，1h2h永磁机高度=600mm，定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离6h=540mm，下机架支承面主主轴法兰底面距离=1105mm，转子磁轭轴向高度8h9h=2550mm

35、，发电机主轴高度=6968mm，定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距10h11h=3180mm12h3.2 水轮发电机重量水轮发电机的总重量 G =318t，发电机转子重量 G =162tFZ第四章 混凝土重力坝4.1 枢纽工程等级水电站装机容量 17 万 kW，水库校核洪水位，查水库水位容积关系曲线得水库总库容，故工程规模为大1型，主要建筑物级别：38106 .1995m381010m1 级，次要建筑物：3 级，临时建筑物：4 级。4.2 剖面设计重力坝剖面设计的任务在于选择一个既满足稳定回去强度要求，又使体积最小和施工简单、运行方便的剖面。4.2.1 根本剖面重力坝的根本剖面，一般指在主要载荷

36、作用下满足坝基面稳定和应力控制条件的最小三角剖面。因此，根本剖面分析的任务是在满足强度和稳定的要求下，根据给定的坝高求得一个最小的坝底宽度，也就是确定三角形的上下游坡度。HB为分析方便计，沿坝轴线方向取单位长度的坝体进行研究，其上下游面的水平投影长度分别为和。假定上游库满水位平三角形顶点水深为，下游无BB1H水。坝的载荷只考虑上游水平压力、水重和坝体自重以及扬压力，在此PQGU情况下，讨论及应如何取值才能满足平安和经济的要求。B按在主要荷载作用下剖面满足坝基面稳定和应力控制条件确定坝底最小宽度。联立求解 B/H=，B=。1211rrc1rrfkHc式中 B坝底宽度，m；H根本剖面坝高，m；坝体

37、材料容重，；c3/mkN水的容重，；03/mkN扬压力折减系数,按标准坝基面取；1摩擦系数，由资料可得本设计采用 0.68；fk 根本组合平安系数。其中 H=239-115=124m，坝体材料容重 r =24kN/m ，水容重 r =10kN/m ，坝c33基摩擦系数 f=0.68，扬压力折减系数=0.25，根本组合平安系数 k=1.0.1解得，B=004. 0.2 实用剖面.2.1 坝顶高程a.设计洪水位情况山区峡谷受台风影响，取计算风速 V =14m/s,有效吹程 2000m，采用官厅水库计算公式。1/31/12220.00760.0284ghgDvvvm57. 081. 9/1421/3

38、.751/2.15220.3310.3313mgLgDvvv故平均波长 Lmm62. 681. 9/142由于，h 相当于累积频率 5%的波高。查?水工建筑物?表 2-12 得1 .1002vgDh=。波浪中心线高出计算静水位 h。平安超高查?水工%121%20.24zmmhHcthmLL建筑物?表 4-5 得 h =，故坝顶上游防浪墙顶应超出水库静水位高度c。1%1.65zchhhhm设坝顶上游防浪墙顶高程=设计洪水位+mh15.23965. 15 .237设b.校核洪水位情况h=，h,平安超高查得 h,故坝顶上游防浪墙顶应超出水库%1mz24. 0mc5 . 0静水位高度。坝顶上游防浪墙顶

39、高程mhhhhcz45. 15 . 024. 071. 0%1校=校核洪水位+mh45.24045. 1239校比拟上述两种情况得坝顶防浪强顶高程为，防浪墙高度取 1m，最后确定坝顶高程为，查坝轴线工程地质剖面图得可利用基岩最低点高程 115m， 故最大坝高=239.5-115=。其中坝顶上游防浪墙顶应超出水库静水位高度czhhhh%12式中累积频率为 1%波浪高度，m；%12h波浪中心线高出静水位的高度，m；zh平安超高，m。(根本组合：=，特殊组合：=)chchch ， ，h3/1212/120076. 0vgDvvgh75. 3/1215. 2/12331. 0vgDvvgLmmmzLH

40、cthLh22%1 式中计算风速，m/s；v h -波高，m； D -风区长度，m； L -平均波长，m；m h-累积频率 1%的波高，m；%1 H -坝前水深，m。.2.2 坝顶宽度 坝顶宽度 b=8%10%H，且不宜小于 3m，取 10m。.2.3 剖面形态由上可知，采用上游坝面上部铅直、而下部呈倾斜，这样可利用局部水重来增强坝的稳定性。采用的折坡高程为 175.0m，坡度为 1:0.1，下游坡 m=0.8，坝底宽度 B=。最终确定的剖面如以下图所示：图 4-1 非溢流坝剖面 稳定与应力校核本设计采用定值平安系数法进行抗滑稳定分析，采用材料力学法进行应力分析。混凝土重力坝及坝上结构设计时，

41、应根据水工建筑物的级别，采用不同的水工建筑物结构平安级别，见下表。 表 4-1 水工建筑物结构平安级别水工建筑物级别水工建筑物结构平安级别 1 2、3 4、5 按照承载能力极限状态作用根本组合设计时应考虑的根本作用一般包括：a1.坝体及其上永久设备自重；b1.静水压力；c1.相应正常蓄水位或防洪高水位时的扬压力；d1.淤沙压力；e1.相应正常蓄水位或防洪高水位的重现期 50 年一遇风速引起的浪压力；f1.冰压力与浪压力不并列 ；g1.相应于防洪高水位时的动水压力。偶然作用一般包括：a2.校核洪水位时的上下游静水压力b2.相应于校核洪水位时的扬压力c2.相应于校核洪水位时的浪压力d2.相应于校核

42、洪水位时的动水压力e2.地震作用根本组合 1:正常蓄水位情况，作用包括 a1，b1，c1，d1，e1根本组合 2:防洪高水位情况，作用包括 a1，b1，c1，d1，e1，f1偶然组合 1:校核洪水位情况，作用包括 a1，d1，a2，b2，c2，d2偶然组合 2:地震情况，作用包括 a1，b1，c1，d1，e1，e2抗滑稳定平安系数：k=PUWf滑动力阻滑力 式中作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和；W 作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和；P U -作用于滑动面上的扬压力； f -滑动面上的抗剪摩擦系数； K -抗滑稳定平安系数。表 4-2 抗滑稳定平安系数 K荷载组合1 级坝2

43、级坝3 级坝根本组合特殊组合 1特殊组合 2假定任一水平截面上的垂直应力呈直线分布，采用材料力学偏心受压公式y计算。 26BMBWy26BMBWy 式中作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力总和；W 作用于计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和；M B - - 计算截面沿上下游方向的宽度。4.4 混凝土坝的材料与构造材料采用的混凝土编号为20C构造.1 坝顶结构采用实体结构，顶面按路面设计，在坝顶上布置排水系统和照明设备，坝顶宽 10m，坝顶高程为 239.5m。.2 坝体分缝横缝将坝体沿坝轴线方向分成假设干坝段，其缝面常为平面，不设键槽，不进行灌浆，使各坝段独立工作。缝的宽度取 1cm，横缝

44、间距为 20m，横缝止水用两道金属止水片紫铜片或不锈钢片和一道防渗沥青井。纵缝是为了适应混凝土的浇筑能力和减小施工期温度应力而设置的临时缝，本设计采用两条垂直纵缝，间距 30m。为了加强坝体的整体性，缝面设置键槽，槽的短边和长边大致与第一及第二主应力相交，使槽面根本承受正压力。且键与槽互相咬合，可提高纵缝的抗剪强度。.3坝内廊道为进行帷幕灌浆，集中与排除坝体和坝基渗水，安装观测设备以及监视坝体运行情况等，设置纵向排水检查廊道和横向检查廊道，每隔 30m 高差设置一层，廊道宽 2.5m，高 3m，根底横向和纵向排水廊道，宽 2m,高 2.5m。4.5 地基处理.1 开挖与清理左岸有断层破碎带贯穿

45、整个山坡，故需进行灌浆加固处理，除适当国深表层砼塞外，仍需在较深的部位开挖假设干斜井和平洞，然后用砼回填密实，形成由砼斜塞和水平塞所组成的刚性支架，用以封闭该范围内的破碎填充物，限制其挤压变形，减小地下水对破碎带的有害作用。河床段及右岸靠近河床段了裂隙，采用砼梁和砼拱进行加固，具体分法是将软弱带挖至一定深度后，回填砼以提高地基局部地区的承载力。.2 坝基帷幕灌浆在靠近上游坝基设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂缝和孔隙等渗水通道，在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕。以降低坝基的渗透压力，减少渗透流量，防止坝基内产生机械或化学管涌，即防止基岩裂缝中的充填物被带走或溶滤。.3 坝基排水设施

46、根底灌浆廊道下游侧设主排水孔，孔距 3m，孔径 15cm。第五章 混凝土溢流坝5.1 溢流坝孔口尺寸确实定5 溢流坝下泄流量确实定通过溢流坝顶的下泄流量为：Q=Q引QS式中 通过枢纽下泄流量，m；sQs/3经由水电站、泄水孔及其他建筑物的下泄流量，m；引Qs/3 平安系数，正常运用时取 0.750.9，校核情况取为 1.0。那么设计洪水下通过溢流坝的下泄流量 Q=Q m，校核洪水下通引QSs/3过溢流坝的下泄流量 Q=Q引QSs/35 溢流孔口尺寸确定和布置单宽流量 50100 m，分别计算设计和校核情况下孔口宽度。s/3表 5-1 孔口净宽计算计算情况流量 Qms/3单宽流量qms/3孔口净

47、宽 Bm设计情况501008校核情况50100190.1溢流坝孔口宽度取 60m，每孔宽度 10m，孔数 n=6，初拟闸墩厚度为 3m，那么溢流坝总长度 L =nb+n-1d=60+15=75m0式中 溢流段总宽度，m；0L n孔数； b每孔净宽，m；闸墩宽度，m。d5 堰顶高程确实定由 q=m计算堰顶水头，计算水位减去相应堰上水头即为堰顶高程。2302 Hg 式中 m流量系数； 重力加速度，m；g2/s坝顶溢流的堰顶水头，m。0H表 5-2 堰顶高程计算计算情况流量ms/3流量系数孔口净宽m堰顶水头m堰顶高程m设计情况60校核情况60取堰顶高程。5 闸门的选择闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+

48、平安超高 =选择平面闸门，闸孔净宽=10m，闸门尺寸为 11m10m。工作闸门布置在溢流堰顶点，以减少闸门高度。为了防止闸门局部开启时水舌脱离坝面而产生真空，将闸门布置在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴坝面下泄。检修闸门位于工作闸门之前，为便于检修，两者之间留有 13m 的净宽，本设计取净宽 2m。5.2 溢流坝剖面设计5 溢流面曲线5.1 溢流前沿堰上水头 H=校核洪水位-堰顶高程=239-221.81=max定型设计水头 H =75%95%H=12.8916.33m，取 H =15m，WES 曲线dmaxd方程参数 R = =m，R = =3m，a= =m，b= =m1d2ddd5.2 溢

49、流段：溢流面曲线采用 WES 曲线1nndxkHy 式中 定型设计水头，m；dH k、n 与上游坝面坡度有关的系数和指数。5.3 直线段直线段采用与根本剖面一样的坡度 5.4 反弧段设计 采用挑流消能，挑射角，挑流鼻坎高出下游最高水位 12m，鼻坎高 30程 137.4+1=流速系数Hp0155. 01 式中 P上游堰高，m； 堰顶水头，m。0H鼻坎出流断面平均流速 VccgZ2 式中上游水位至鼻坎高差，mcZ该断面水深 h，反弧半径 R=610hccVqc经比拟，反弧半径选用 R=25m 图 51 溢流重力坝剖面图5.3 溢流坝稳定验算溢流坝断面的稳定校核：1 根本组合：上游为正常蓄水位，下

50、游水位为 0坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态：KNKPaS0 .1135782 . 16 .1362952 .825506 .750450 . 11 . 1)(0满足要求。偶然组合：上游水位为校核水位，即，下游水位由下泻流量，对应山前峦的水位流量关系曲线可得下游水位smQ32 .830284.2278530=136-110=20m坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态：KNKPaS8 .1177282 . 15 .1412748 .745150 .7969685. 01 . 1)(0满足要求。5.4 溢流坝的结构布置边墩、导水墙均取 m，根据地基情况完整性较好，纵缝选择在闸室中间分缝

51、。5.5 消能与防冲5 鼻坎的型式和尺寸鼻坎采用平顺连续式,高程比下游水位高出两米,即坎顶高程为 138.4m.5 挑射距离和冲刷坑深度的估算挑距212211212sincoscossin1hhgVVVgL式中水舌挑距，鼻坎末端至冲坑最深点的水平距离，m；L坎顶水面流速，可取为平均坎顶流速，m/s；1VV鼻坎挑射角度；坎顶平均水深在铅直方向的投影，即，m；1hhcos1hh 坎顶至河床外表高差，如冲坑已形成，作为冲坑进一步开展时，2h可算出坑底，m；重力加速度，m。g2/s冲刷坑深度的估算采用公式 11. 089. 044. 2ZhkTkr式中 T自稳定冲坑底至下游水面总水深，m；Z上下游水位

52、差 m；冲刷坑系数，对于坚硬完成岩石取；坚硬但完rk2 . 19 . 0rK整性较差的岩石；软弱破碎的岩石。5 . 12 . 1rK0 . 25 . 1rK 临界水深，h =khkgq /23第六章 引水建筑物 引水隧洞整体布置洞线布置隧洞尽量布置在地质构造简单，岩体完整稳定的地区，洞线与岩层，构造断裂面及主要软弱带应有较大夹角，隧洞进出口处地形宜陡，洞顶岩层厚度宜不小于 1 倍开挖洞径，转弯时转弯半径为 7 倍洞径，转弯角不宜大于 60 ，以使水流平顺，减少水头损失。垂直方向隧洞进口断面为矩形，后渐变成圆形，再变为矩形主闸门段，过闸门后由矩形渐变圆形，至压力管道处再度渐变，隧洞段坡降 0.6

53、13，至压力管道后向下拐弯至高程 115.8m水轮机安装高程后水平布置直至厂房。 细部构造 隧洞洞径隧洞采用圆形断面，设计低水位下机组满发时隧洞流量smQ3max5 .286，实际取为 d=D=8m。 3max75.27.77QDmH 闸门断面尺寸闸门孔口采用矩形，宽度 b=7m，高度 d=8m。渐变段断面由矩形变为圆形采用在四角加圆角过渡，渐变段长度为 14m。 拦污栅断面拦污栅倾角为，实际取为 60，这样过水面积大，且易于清污。每7060块栅片宽度 2m，高度，栅条厚度 10mm，宽度 150mm。进水口段，采用平底三向收缩，上唇收缩曲线为四分之一椭圆，椭圆曲线方程为，a=1.1D=8.8

54、，b=0.5D=4。有压进水口应低于运行中可能出现的12222byax水位，不出现吸气漩涡的临界淹没深度按戈登经验公式估算，S=cv， 。crd 式中 S-临界淹没深度，m；cr c经验系数，取为 0.55； v闸门断面的水流速度，m/s； d闸门孔口高度，m。 调压室 调压室功用为了改善水锤现象，常在有压引水隧洞与压力管道衔接处建造调压室。调压室利用扩大的断面和自由水面反射水锤波将有压引水系统分成两段：上游段为有压引水隧洞，调压室使隧洞根本上防止了水锤压力的影响；下游段为压力钢管，调压室可以减轻位于其下游的压力钢管中的水锤压力。 设置调压室的条件.1 设置上游调压室根据近似准那么判别是否需要

55、设置上游调压室 gHLVTw 式中 L压力水道长度，m；H设计水头，m；V-平均流速，m/s。当真实长度，故下游可不设调压室。WL6.4 压力管道设计6.4.1 管道内径估算压力管道经济直径，取 D=8m。采用斜井布置形式，倾3max75.27.77QDmH角 25 。式中 钢管最大设计流量，；maxQsm3H设计水头，m。 6.岔管处管道直径确实定岔管采用 y 型布置,各分管内径用等流速公式估算，且认为水流流速在岔管段根本保持不变。1#大支管直径，取 D =7mmHQD87. 65 .71875.2142 . 52 . 5737max3222#大支管直径，取 D =6mmHQD77. 55

56、.7125.1432 . 52 . 5737max3333#大支管直径,取 D =mHQD29. 45 .71625.712 . 52 . 5737max3446.4.3 托马断面.1 引水隧洞的水头损失1沿程水头损失fh水力半径，引水隧洞长度24DRmL8 .11381计算托马断面时混凝土衬砌，选用最小糙率 n=0.012。平均流速smAQv7 . 5165 .286谢才系数54.93161Rnc2122.12fv Lhmc R2局部水头损失jh拦污栅处21110.0272jvhmg喇叭口段mgvhj007. 022222闸门段mgvhj4 . 022333闸门渐变段mgvhj067. 02

57、2444隧洞转弯处mgvhj315. 022555局部水头损失 h =j510.816jiihm 引水隧洞水头损失02.936wfjhhhm6.2 压力钢管的水头损失1沿程水头损失糙率取最大值 0.013fh 平均流速smAQv7 . 5165 .286 压力管道长度 L =2 谢才系数 34.8661nRC mRCvLhf377. 0234.861 .1737 . 52222222局部水头损失局部水头损失jh缓管段mgvhj154. 0)2(2111分岔(共三处斜分岔和一个弯管段) mgvgvhj571. 081. 9245. 7)0969. 0315. 0()2(3222222222蝶阀m

58、gvhj155. 022333局部水头损失 h =j310.88jiihm压力管道水头损失01.257wmfjhhhm6.3 断面计算 H =H1min00364.793wwmHHm 21220.216LC Rgg隧洞断面面积2250.244Dfm故=m2KF12LfgH 调压室设计比拟 阻抗式调压室最低涌波水位 Z：min上游取最低水位,引水隧洞糙率 n 取大值 0.015， m=0.5两台增加到四台)谢才系数83.74015. 0486161nRc2223.3fL vhmC R mhj816. 0mhhhjf116. 4816. 03 . 30 2102044.72L fvgFh766.

59、265. 0119 . 01 . 0275. 05 . 0162. 00minminmmmhzx2min0210.0641zmhm0041.42chhm阻抗孔面积：，其中20014.362ccQmgh8 . 06 . 0 %15%6 .28%1008436.1420隧洞Ac最高涌波水位 Z计算：max上游取正常高水位,引水隧洞糙率 n 取小值 1沿程水头损失 hf隧洞流量smHNQ/25.18697.1093 . 81700003 . 83smAQV/71. 38425.186254.93012. 04861C2220.896fL vhmC R2局部水头损失jh拦污栅处mgvhj012. 08

60、1. 9284. 0321. 0222111喇叭口段mgvhj003. 022222闸门段mgvhj17. 022333闸门渐变段mgvhj028. 022444隧洞转弯处mgvhj133. 022555局部水头损失 h = j510.346jiihm引水隧洞水头损失01.242wfjhhhm200117.492ccQhmg0014.08chh2100129.212L fvsgFh000.0096hxs 0832. 01111010mxxmxexxmmsxzm75.1021.1290832. 0max故不宜选用阻抗式。 差动式调压室最低涌波水位 Z：min上游取最低水位死水位 升管断面积 F，