侧式进出水口设计

1FJD34070FJD抽水蓄能电站技术设计阶段侧式进/出水口设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1999年3月2工程技术设计阶段侧式进/出水口设计大纲主编单位主编单位总工程师参编单位主要编写人员软件开发单位软件编写人员勘测设计研究院年月3目次1引言42设计依据文件和规范43设计基本资料54进/出水口设计优化105水力设计106进水塔的稳定验算117结构设计128工程措施设计179分缝和止水1710专题研究1711工程量计算1712设计成果1841引言抽水蓄能电站工程位于，利用为下水库，在处修建上水库。电站装机容量为MW，安装台单机容量为MW的可逆式水泵水轮机组。电站共有条水道系统，采用管机布置型式。本电站采用侧式进/出水口。本工程初步设计于年月经审查通过。为了取得更好的水力、结构和使用条件，本阶段将对进/出水口设计进一步优化。2设计依据文件和规范21有关本工程的文件1抽水蓄能电站初步设计报告；2抽水蓄能电站初步设计审批文件；3抽水蓄能电站进/出水口水工模型试验报告；4抽水蓄能电站其它有关文件。22主要设计规范1SDJ1278水利水电枢纽工程等级划分及设计标准山区、丘陵区部分试行及补充规定；2SD30388水电站进水口设计规范试行；3DL50771997水工建筑物荷载设计规范；4DL/T50571996水工混凝土结构设计规范；5DL50731997水工建筑物抗震设计规范；6SD13484水工隧洞设计规范；7DL/T50821998水工建筑物抗冰冻设计规范；8GBJ8685锚杆喷射混凝土支护技术规范；9JTJ02189公路桥涵设计通用规范；JTJ02385公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范；JTJ02485公路桥涵地基与基础设计规范；10DL/T503995或水利水电工程钢闸门设计规范；SL749511SDJ2178混凝土重力坝设计规范试行；12SL4794水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范；13SDJ21283水工建筑物地下开挖工程施工技术规范；14SDJ5785水利水电地下工程锚喷支护施工技术规范；515SDJ20782水工混凝土施工技术规范；16JTJ04189公路桥涵施工技术规范。3设计基本资料31工程等别与建筑物级别工程等别等；建筑物级别级。32地震烈度基本地震烈度度；设计地震烈度度。33水位与流量331水位1上水库水位正常蓄水位M；死水位M。2下水库水位校核洪水位M；设计洪水位M；最高蓄水位M；电站正常运行水位M；发电限制水位M；死水位M。332流量单机额定发电流量M3/S；全部机组发电最大流量M3/S；单机抽水最大流量M3/S；全部机组抽水最大流量M3/S。34泥沙下水库泥沙淤积高程M；淤沙内摩擦角；淤沙浮重度KN/M3。35气象351气温与水温1气温6表1气温单位月份项目123456789101112年月平均气温月平均最高气温月平均最低气温绝对最高气温；绝对最低气温。2水温表2水温单位月份123456789101112年平均水温352风向、风速与吹程1风向；2风速多年平均风速M/S；多年平均最大风速M/S；3风的吹程KM。353冰冻1封冰期月月；2冰层厚度M；3流冰特征冰块厚度M；冰块面积M2；冰块流速M/S；流冰抗压碎强度MPA；4冻土深度M。354雪1基本雪压MPA；2顶面积雪分布系数。36污物情况1污物来源；2种类；3数量；4漂移规律。737地形图进/出水口部位地形图150011000。38工程地质1地质平面图150011000，纵、横剖面图12001500。2岩石物理力学参数岩体重度KN/M3；基岩围岩分类；基岩围岩性质；岩石坚固系数；岩石单位弹性抗力系数N/M3；岩石弹性模量MPA；岩石变形模量MPA；泊松比；干抗压强度MPA；湿抗压强度MPA；岩石软化系数；地基承载力MPA；摩擦系数。3边坡表3开挖边坡岩性强风化弱风化微风化覆盖层永久开挖边坡临时39扬压力面积系数扬压力面积系数。310拦污栅及启吊设备1拦污栅拦污栅容许最大过栅流速M/S；拦污栅容许平均过栅流速M/S；拦污栅栅槽宽度和深度MM；拦污栅重量KN；拦污栅栅片厚度和净距厚度CM；净距CM；拦污栅前后水压差KN/M2；拦污栅布置图。2启吊设备8启吊方式；启吊设备重量KN；启吊力KN；启吊设备布置图含启吊设备荷载分布图。311闸门及启闭机1闸门闸门宽度和高度宽度M；高度M；闸门门槽宽度和深度MM；闸门门槽中心线桩号；闸门重量T。2启闭设备启闭方式；启闭机基础荷载KN；启闭机布置图含启闭设备荷载分布图。312材料特性及安全系数3121混凝土与钢筋混凝土1混凝土强度等级、。2重度混凝土KN/M3；钢筋混凝土KN/M3。3混凝土设计强度与弹性模量表4混凝土设计强度与弹性模量单位N/MM2混凝土强度等级强度种类符号轴心抗压FC轴心抗拉FT弹性模量EC4混凝土泊松比。5建筑物结构安全级别、结构重要性系数、设计状况系数表5结构安全级别、结构重要性系数和设计状况系数设计状况系数水工建筑物级别结构安全级别结构重要性系数持久状况短暂状况偶然状况提示根据污物情况，选择临时或永久启吊设备。提示若有清污设备，应增加相应资料。96结构系数表6承载能力极限状况计算时的结构系数素混凝土结构受拉破坏受压破坏钢筋混凝土及预应力混凝土结构7作用荷载分项系数表7作用荷载分项系数作用类别永久作用荷载可变作用荷载偶然作用荷载作用分项系数8裂缝控制表8抗裂验算时混凝土拉应力限制系数短期组合长期组合表9钢筋混凝土结构构件最大裂缝宽度允许值单位MM最大裂缝宽度允许值环境条件类别短期组合长期组合9混凝土抗渗等级、。10混凝土抗冻等级、。3122钢筋1钢筋种类及钢筋强度设计值表10钢筋种类及钢筋强度设计值单位N/MM2钢筋种类抗拉强度设计值FY抗压强度设计值FY热扎钢筋冷拉钢筋冷扎带肋钢筋2钢筋弹性模量表11钢筋弹性模量单位N/MM2钢筋种类ES3123喷射混凝土1重度KN/M3。102喷射混凝土的设计强度与弹性模量表12喷射混凝土设计强度与弹性模量单位N/MM2喷射混凝土设计强度等级轴心抗压弯曲抗压轴心抗拉弹性模量3喷射混凝土抗渗标号。4喷射混凝土抗冻标号。313水工模型试验成果1孔口数孔；2孔口高M，孔口宽M；3顶板扩散角；底板扩散角；4水平最大扩散角；边墩与隔墩间夹角；隔墩与隔墩间夹角；5扩散段长度M；6过栅平均流速M/S。314机组水力过渡过程计算成果1上、下库闸门井最高水位M、M；2上、下库闸门井最低水位M、M；3进、出水口段的压力分布。315抗滑验算和抗倾覆验算安全系数4进/出水口设计优化41进/出水口布置优化主要工作内容为1方案布置2进/出水口位置。3主要高程，如建基面高程、进/出水口顶板与底板高程、拦沙坎高程、沉沙池或前池、引渠底高程、启闭机平台高程等。提示当闸门井离上、下库较远时，在机组水力过渡验算中，闸门井内水位可能有较大变化。提示根据总布置要求、本阶段地质资料、水流条件等资料，进行布置复核与优化。提示根据具体情况，进行诸如闸门段形式塔式、竖井式、岸坡式；尾水事故门布置方式与尾水检修门结合与否；闸门段兼做调压井与否等的优化与复核。114进/出水口分流孔数、平面与立面扩散角。5防涡设施梁的布置。6闸门、启闭机、拦污栅、通气设施布置。7交通布置。8旅游美化要求。9其它。42进/出水口结构优化主要内容为1进/出水口扩散段底板采用整体式或分离式。2进/出水口的分缝位置及缝的止水方式。3进/出水口与水库防渗系统间的防渗处理措施。4闸门井井座与井身结构型式。5拦污栅框架结构型式。6其它细部结构布置与尺寸。5水力设计51设计原则进/出水口水力设计应满足以下要求1进流时，不能产生吸气旋涡；2出流时，流速分布均匀，不出现反向流速；3水头损失小；4库内水流流态好，水面波动小；5漂浮物、泥沙等不能进入管道内。52水力设计复核主要进行以下内容的水力设计复核1进/出水口的最小淹没深度及弗汝德数。2连接进/出水口水道的直段长度。3进/出水口平面及立面扩散角的数值。提示根据优化后的布置，对各具体结构布置与尺寸的合理性进行优化。提示抽水蓄能电站一般有水头高、引用流量大、流速快、双向水流、水库水位变幅大等特点。提示可采用GARDO公式和PENNINO公式计算。提示平面上一般应满足3040倍的水道直径；立面上可放宽。124进/出水口分流墩应对称布置。5防涡梁的断面尺寸及梁间距。6水道系统水击压力对闸门井中涌浪的影响。7进/出水口两侧的库形宜对称逐渐扩大。8必要时重新进行水工模型试验。6进水塔的稳定验算61设计原则与假定1进水塔应视具体情况进行整体稳定分析。内容包括抗滑稳定验算、抗倾覆稳定验算、塔基应力计算。2塔基应力计算时，塔基面承受的最大垂直正应力应小于塔基容许压应力；最小垂直正应力应大于零。地基软弱时，最大及最小应力的比值应予以控制。62荷载及其组合表13荷载及其组合荷载结构自重水压力扬压力启闭力人群荷载雪荷载风压力浪压力冰压力地震荷载正常运用荷载组合地震注“结构自重”包括进水塔、启闭机排架、启闭机房及启闭机的重量等“水压力”中含作用于闸门上的水压力“启闭力”中包括闸门重如有岩石压力、土压力、淤沙压力时，也应计入63稳定验算631计算简图632计算方法1参照SDJ2178进行抗滑稳定验算与抗倾覆稳定验算。提示扩散段每一流道的平面扩散角一般应小于10，扩散段立面扩散角一般应小于7。提示分流墩墩头一般布置在扩散起点；分流墩起点的间隔比例，三孔时一般为203503，四孔时一般为028022。墩头应设计成窄而尖的形状，分流灵敏，减少水头损失。提示一般梁高H15M、梁间距S15M、防涡梁段总长大体应与孔口高度相等即LD、防涡梁总宽应满足BL/2。提示1当闸门井距上、下库较远时，在机组水力过渡过程中，闸门井内水位可能有较大的变化。2闸门井兼作调压井时，井内水位变幅更应引起重视。3水力过渡过程计算，可参考抽水蓄能电站技术设计阶段水道水力过渡过程计算大纲范本。提示在结构布置图的基础上，将求得的某荷载组合下的荷载值，按力的作用位置、方向及分布规律绘于图中，形成稳定计算简图。132进水塔塔基面应力用偏心受压公式验算。7结构设计71扩散段结构设计711设计原则与假定1垂直水流向截取单位宽度按平面框架计算或按空间结构整体计算。2根据底板是否分离的具体结构情况，按弹性地基上的闭合框架或墩底端铰支或固端的分离框架计算。3根据杆件跨高比，确定是否考虑刚性节点和剪切变形的影响，或是否按深梁计算。4地基反力，顺水流向按直线分布；垂直水流向根据地基软硬情况与底板刚度大小，按均匀分布或三角形分布。5明挖稳定岩石边坡不计侧向山岩压力。洞内衬砌应考虑山岩压力；围岩弹性抗力根据具体情况确定。6运行期不计温度荷载；施工期温度应力采用结构与施工措施解决。7配筋按现行规范计算。712荷载及其组合表14荷载及其组合荷载结构自重内水压力外水压力弹性抗力山岩压力节点外荷土石压力地基反力地震荷载灌浆压力拦污删前后水压差正常运用放空施工荷载组合地震注各工况下荷载组合中，用“”表示的荷载根据对结构受力有利与否确定取舍，下同713结构计算方法7131计算简图7132计算方法提示1跨高比40时，不考虑刚性节点和剪切变形的影响；2540时考虑刚性节点和剪切变形的影响；25时按深梁计算。2当25时，支座负弯矩钢筋不宜按支座中心负弯矩配筋，应按边缘或柔性端弯矩配筋，且此弯矩不宜小于按净跨计算的框架节点弯矩，或直接按杆件两端固定计算的固端弯矩配筋。提示根据扩散段箱形框架底板是否分离、扩散段在洞外或洞内的具体情况，在结构布置图的基础上，按照设计原则与假定、选择的计算方法，并将求得的某荷载组合下的荷载值按一定的分布规律绘于图中，形成结构计算简图。1472进水塔塔身或闸门井井身结构设计721设计原则与假定1沿水平方向切取塔身或井身单位高度断面，按平面箱形框架或厚壁圆筒计算。2根据杆件跨高比确定是否考虑刚性节点和剪切变形影响。3进水塔塔身通常不计温度荷载，而在设计中适当考虑构造措施。4闸门井井身不计地震荷载；不计温度应力，施工期温度应力采取施工及构造措施解决；当岩石坚固系数大于2时，考虑弹性抗力；计算外水压力时，外水荷载考虑折减系数，折减系数参考SD13484附录三采用。5配筋按现行规范计算。722荷载及其组合1进水塔塔身荷载及其组合表15进水塔塔身荷载及其组合荷载风压力水压力浪压力冰压力地震荷载正常运用荷载组合地震2闸门井井身荷载及其组合表16闸门井井身荷载及其组合荷载内水压力外水压力弹性抗力山岩压力灌浆压力正常运用放空荷载组合施工723结构计算7231计算简图提示1假定地基反力图形，按箱形闭合框架计算结构内力。2假定上部框架固定于底板上，先算上部框架内力后将墩底内力反作用于底板，按弹性地基梁计算。3采用沈英武“逐次渐进法”，按弹性地基上框架结构计算多跨框架结构内力；采用潘家铮“常数法”，按弹性地基上框架结构计算单跨框架结构内力。4在扩散段上有其它结构物时，会有不平衡竖向力产生，计算方法见水工设计手册水电站建筑物。5三角形地基反力的计算方法见水工设计手册水电站建筑物。6考虑节点刚性和剪切变形影响时的有关计算方法见水工设计手册水电站建筑物和水工设计手册基础理论。7经过验证的结构计算程序。提示以下内容根据是进水塔还是闸门井选取。提示是否考虑刚性节点和剪切变形影响的条件，参见7113的提示。157232计算方法73进水塔塔座或闸门井井座结构设计731设计原则与假定1进水塔塔座或闸门井井座沿垂直水流向切取单位宽度按倒框架计算。2根据杆件跨高比确定是否考虑刚性节点和剪切变形影响。3闸门井井身重量由于闸门井井身与岩石紧密结合，其间的摩擦力一般能够支撑井身重量，井身不传给井座重力；否则可考虑按二分之一井身重量传给井座。4闸门井井座在内水压力作用下，当岩石坚固系数大于2时考虑弹性抗力，不计衬砌与围岩间的摩擦力。5水头较高时，内水压力可近似取塔座或井座中心水头。6温度荷载与地震荷载的考虑方法同7214、5。7配筋按现行规范计算。732荷载及其组合1进水塔塔座荷载及其组合表17进水塔塔座荷载及其组合荷载自重内水压力外水压力地基反力地震荷载正常运用放空施工荷载组合地震2闸门井井座荷载及其组合表18闸门井井座荷载及其组合荷载自重内水压力外水压力弹性抗力山岩侧压力灌浆压力荷载组合正常运用提示在进水塔塔身或闸门井井身结构布置图的基础上，按照设计原则与假定、选择的计算方法，并将求得的某荷载组合下的荷载值按一定的分布规律绘于图中，形成结构计算简图。提示1进水塔塔身一般四周无约束，按闭合框架结构计算。计算时可利用结构的对称性。2闸门井井身采用圆形结构时，若直径小于10M，计算方法见SD13484中有关内容；矩形结构的井身，可利用对称性采用结构力学法计算。提示以下内容根据是进水塔还是闸门井选取。提示进水塔塔座下一般假定一种反力图形均匀分布或三角形分布；闸门井井座边墙与底板均看作两端固定的弹性地基梁。提示是否考虑刚性节点和剪切变形影响的条件，参见7113的提示。提示外水压力取值方法同7215。16放空施工733结构计算7331计算简图7332计算方法74渐变段结构设计741设计原则与假定1取两端及中间断面进行结构计算。2渐变段计算时不计地震荷载，温度应力采取施工及构造措施解决；当岩石坚固系数大于2时，考虑弹性抗力；计算外水压力时，外水荷载考虑折减系数，折减系数参考SD13484附录三采用。3配筋按现行规范计算。742荷载及其组合表19渐变段荷载及其组合荷载自重内水压力外水压力弹性抗力山岩压力灌浆压力正常运用放空荷载组合施工743结构计算7431计算简图7432计算方法计算方法参考以下文献进行1SD13484附录七隧洞衬砌计算通用程序。2水工隧洞和调压室水工隧洞部分。3水工隧洞的设计理论和计算。75拦污栅排架与闸门启闭机排架结构设计751设计原则与假定提示1进水塔塔座一般按倒框架结构，采用结构力学方法计算内力。2闸门井井座可采用变位法或角变位移法计算杆端内力；用初参数法或铁摩辛柯公式计算边墙、底板任一点内力。参见水工隧洞的设计理论和计算。提示在进水塔塔座或闸门井井座结构布置图的基础上，按照设计原则与假定、选择的计算方法，并将求得的某荷载组合下的荷载值按一定的分布规律绘于图中，形成结构计算简图。提示在渐变段结构布置图的基础上，按照设计原则与假定、选择的计算方法，并将求得的某荷载组合下的荷载值按一定的分布规律绘于图中弹性抗力除外，形成结构计算简图。提示以下内容根据排架的作用选取。171取主受力梁所在平面的梁、柱结构按平面刚架计算该平面刚架一般布置为垂直水流方向，不考虑结构的空间作用；或按空间刚架结构整体计算。2一般排架柱基础为墩体、塔井体、或锚入岩体内，排架柱底端可视为固端。3梁、柱的跨度和高度，可取梁、柱中心到中心，不考虑刚性节点和剪切变形影响。4结构计算中，忽略轴向变形影响。5排架横梁两端有支托时，支托处的截面高度与跨中梁截面高度之比小于16，或惯性矩之比小于4时，可不考虑支托影响而按等截面构件计算。6若排架的结构不对称或荷载不对称，应考虑结构节点侧移的影响。7排架结构中的次梁可按简支梁计算；板根据具体布置按单向板、双向板等计算。8当杆件的跨高比25时，支座配筋弯矩的选择，参照7113提示2进行。9配筋按现行规范计算。752荷载及其组合7521布置桥式启闭机房的拦污栅排架表20布置桥式启闭机房的拦污栅排架的荷载及其组合荷载自重节点外荷线荷载人群荷载汽车荷载地震荷载冰荷载风荷载浪压力施工荷载正常运用施工荷载组合地震注节点外荷指启闭机房传给排架柱顶的节点集中力及弯矩；线荷载指启闭机房的墙传至排架梁上的力7522布置移动式启闭机的拦污栅排架表21布置移动式启闭机的拦污栅排架的荷载及其组合荷载自重启闭力雪荷载人群荷载汽车荷载地震荷载冰荷载风荷载浪压力施工荷载正常运用施工荷载组合地震注启吊力包括启闭机自重7523闸门启闭机排架表22闸门启闭机排架的荷载及其组合荷载自重节点外荷线荷载启闭力人群荷载风荷载地震荷载施工荷载正常运用荷载组合施工18地震753结构计算7531计算简图7532计算方