水电站沉沙池设计

1FJD34080FJD水利水电工程技术设计阶段水电站沉沙池设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网21998年11月工程技术设计阶段工程技术设计阶段水电站沉沙池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3年月4目录1引言2设计依据文件和规范3设计基本资料4沉沙池的布置5设计内容和方法6沉沙池结构设计7观测设计8沉沙池运行说明（必要时）9工程量计算10设计成果51引言工程位于省市（县）境内的河流上。是以为主，兼顾等综合利用的水利水电枢纽工程。本工程可行性研究报告于年月经审查通过。选定坝址为，最大坝高，总库容亿3。电站总装机容量，多年平均发电量亿。本河属泥沙河流，悬移质多年平均含沙量KG/M3，多年平均输沙量万T；汛期（月至月）多年平均含沙量KG/M3，多年平均输沙量万T。汛期输沙量占全年输沙量的。悬移质泥沙矿物组成为、，莫式硬度大于等于5的硬矿物占总量的。为减少过机含沙量，故设置沉沙池。2设计依据文件和规范21有关工程的设计文件（1）工程可行性研究报告；（2）工程可行性研究专题报告；（3）工程可行性研究报告审批文件；（4）工程沉沙池水力模型试验报告；（5）与工程有关的文件或会议纪要等。22主要设计规范（1）5020194防洪标准；（2）SDJ1278水利水电枢纽工程等级划分及设计标准和补充规定（山区、丘陵区部分）；（3）SDJ2078水工钢筋混凝土结构设计规范本；（4）DL50731997水工建筑物抗震设计规范；或SL20397（5）20483钢筋混凝土工程施工及验收规范；（6）33689混凝土大坝安全监测技术规范；（7）4292河流泥沙颗粒分析规程；（8）13484水工隧洞设计规范试行；（9）DL50771997水工建筑物荷载设计规范。范本按SDJ2078编写，如改用新规范DL/T50571996，则文中有关部分应作相应修改。623参考规范（1）水利水电工程沉沙池设计规范（待出版）；（2）水利水电工程泥沙设计规范（待出版）。3设计基本资料31工程等别和建筑物级别（1）工程等别本工程为等工程。（2）建筑物级别根据工程等别，本电站沉沙池按级建筑物设计。32地震烈度（1）基本烈度本工程地震烈度经国家地震局（或有关单位）鉴定为度。（2）建筑物设计烈度根据地震基本烈度，沉沙池的设计地震烈度为度。33洪水标准根据5020194的规定，本工程（1）设计洪水重现期A，相应洪水流量3；（2）校核洪水重现期A，相应洪水流量3。34水位和流量（1）各种水位与流量关系，见表1。表1各种水位与流量关系工况水库水位M大坝下泄流量M3/S发电引用流量M3/S大坝下游水位M沉沙池排沙出口处水位,M备注校核洪水设计洪水水库正常蓄水汛期限制水位（2）坝址处天然河道水位流量关系曲线。（3）沉沙池冲排沙道出口处天然河道的水位流量关系曲线。（4）沉沙池发电正常水位与引用流量。35气象资料提示根据工程有关指标，查5020194和1278确定。7351气温（1）多年平均气温；（2）绝对最高气温；（3）绝对最低气温；（4）多年月平均气温，见表2。表2多年月平均气温表单位月份123456789101112多年月平均气温352水温多年月平均水温，见表3。表3多年月平均水温表单位月份123456789101112多年月平均水温36河流悬移质含量、粒径级配、矿物组成（1）坝址处，多年平均含沙量3，多年平均输沙量万；汛期6月9月多年平均含沙量3，汛期多年平均输沙量万T。汛期输沙量占全年输沙量的。（2）悬移质颗粒级配，见表4。表4悬移质颗粒级配表粒径，MM0007001000250050100250510小于某粒径之沙重百分数，3悬移质硬矿物含量。悬移质矿物组成为、等，莫氏硬度大于和等于5的硬矿物主要为、等，占总量的。各粒径组矿物含量，见表5。表5悬移质各粒径组硬矿物含量表粒径，MM005005010010025025050510硬矿物含量，（4）过机年平均含沙量，见表6。表6各代表年过机年平均含沙量表代表年丰水年中水年枯水年平均流量，M3/S发电引用流量8含沙量，KG/M337河道污物及冰情资料（1）污物资料。（2）冰情资料。38地形、地质资料381地形图382地质资料（1）地质图。（2）围岩分类及其岩石物理力学指标，见表7。表7围岩分类及其岩石物理力学指标围岩类别项目单位容重，CT/M3弹性模量，EGPA变形模量，E0GPA干抗压强度，RCMPA饱和抗压强度，RWMPA凝聚力，CKPA内摩擦角，泊松比，侧压力系数，岩石坚固系数，F单位弹性抗力系数，K0MPA/CM（3）永久和临时开挖边坡。（4）水文地质资料。39与沉沙池设计有关的工程设计参数提示污物包括树枝、灌木、草根、枝叶、漂木、生活废弃物等。搜集河道污物种类、大小和年内集中出现的时间。提示冰情资料包括封冻期、流冰期及流冰大小、疏密程度，并结合气温资料分析沉沙池可能出现的冰情。提示一般沉沙池设计需要比例不小于11000的地形图。提示地质图包括平面图和纵、横剖面图及钻孔柱状图等。提示包括地下水位分布范围、高程、洪枯变化、水质等。9（1）沉沙池前、后引渠（输水道）水位；（2）水电站工作水头、设计引用流量；（3）引渠水流挟沙能力；（4）水轮机型号、转速、过流部件的耐磨性能、抗磨防磨措施及效率系数、大修周期；（5）沉沙池的运行方式；（6）沉沙池泥沙沉降设计标准；（7）沉沙池内水位正常运行时水位为；非常运行（考虑电站丢弃负荷时的涌水值）水位为。（8）沉沙池内淤沙高程根据水力模型试验，选定沉沙池内的淤沙高程为，同时确定淤沙的饱和容重为3，淤沙内摩擦角为度。310材料特性及安全系数3101混凝土（1）容重混凝土容重为3；钢筋混凝土容重为3。（2）设计强度及弹性模量，见表8表8混凝土的设计强度及弹性模量单位单位MPA设计强度弹性模量EH混凝土标号轴心抗压RA弯曲抗压RW抗拉RL抗裂RF3泊松比。（4）糙率。3102钢筋钢筋的设计强度和弹性模量，见表9。表9设计强度和弹性模量单位MPA提示沉沙池运行与引水枢纽工程的运行，应协调一致。根据沉沙池的设计条件，选定运行水位、入池流量、运用时间、以及冲洗水位、冲洗流量、冲洗设备启闭顺序、冲洗频率和历时等。提示根据水电站的额定水头，确定沉沙池设计的最小沉降粒径标准。大于等于设计粒径的泥沙沉降率取8085。10钢筋种类符号受拉钢筋设计强度RG受压钢筋设计强度RG弹性模量EG级级III级5号钢筋3103安全系数1混凝土结构构件的强度安全系数，见表10。表10混凝土结构构件的强度安全系数建筑物级别荷载组合基本特殊按抗压强度计算的受压构件、局部承压按抗拉强度计算的受压、受弯、受拉构件2钢筋混凝土结构构件的强度安全系数，见表11。表11钢筋混凝土结构构件的强度安全系数建筑物级别荷载组合基本特殊轴心受压构件、偏心受压构件、局部承压、斜截面受剪、受扭轴心受拉、受弯、偏心受拉构件3钢筋混凝土结构构件抗裂安全系数，见表12。表12钢筋混凝土结构构件抗裂安全系数建筑物级别轴心受拉、小偏心受拉构件受弯、偏心受压、大偏心受拉构件4裂缝开展宽度，允许值MM。5沉沙池抗滑稳定安全系数，见表13。表13沉沙池抗滑稳定安全系数荷载组合安全系数基本组合特殊组合6沉沙池抗浮稳定安全系数K。4沉沙池的布置提示在可行性研究报告、沉沙池水力模型试验报告的基础上，根据设计报告审查意见、调整的枢纽布置或补充设计报告、新增加的基本资料等，对可行性设计提出的沉沙池布置及体型进行复核、修改，最终确定布置图。然后分段、分部绘制技术设计阶段沉沙池布置结构详图（体型图）。115设计内容和方法51沉沙池沉沙效率计算511悬移质泥沙沉速计算1对粒径小于0062MM部分采用沉降分析法、粒径大于0062MM部分采用筛分析法所得悬移质颗粒级配，粒径级沉速可使用下列公式计算1当粒径等于或小于0062MM时12当粒径为0062MM20MM时2沉速判数3粒径判数453当粒径大于20MM时6式中水的运动粘滞系数，CM2/S；T水温，；D泥沙粒径，MM；S泥沙密度，G/CM3；清水密度，G/CM3；泥沙沉速，CM/S；G重力加速度，CM/S2。当设计入池含沙量属高含沙范畴时，应考虑含沙量对沉速的影响，选用合适的公式对沉速进行修正。2粒径组平均沉速应使用其上下限粒径沉速的几何平均值7提示粒径级的划分，应能控制颗粒级配曲线的线型，并应包含沉沙设计最小沉降粒径。建议采用分级法。2180DGS0397579322GAGLSL3131SA32110DGS21715TTD0841III12式中I粒径组平均沉速，CM/S；I粒径组下限粒径沉速，CM/S；I1粒径组上限粒径沉速，CM/S。512沉降率计算1沉沙池工作宽度或流量沿程变化时，应分段计算粒径组沉降率，然后按下式计算全池某粒径组沉降率8式中II粒径组沉降率；K池段数，自上游向下游编号，K1，2，3N；IKK池段，I粒径组沉降率，按式9计算。2各粒径组悬移质沉降率按下式计算9式中I粒径组编号，按粒径由小到大顺序排列，I1，2，；I恢复饱和系数，应参照水质和泥沙特性与设计工程相似的已建沉沙池实测资料确定；I粒径组平均沉速，M/S；QK池段单宽流量，M2/S；LK池段长，M。3大于I粒径级沉降率按下式计算10式中L第I粒径组下限粒径级编号，按粒径由大到小顺序排列，LM，M1，2，1；PI入池悬移质第I粒径组的沙重百分数。当取L1时，则L为总沉降率。52定期冲洗式沉沙池淤积计算1定期冲洗式沉沙池，设计冲洗周期内淤积体积可用下式计算11NKII11KIQLIKE1LMIIILIPDSTQSV1013式中VS淤积体体积，M3；S0设计冲洗周期内入池平均含沙量，KG/M3；Q沉沙池工作流量，M3/S；总沉降率；T设计冲洗周期，S；D淤积物干密度，T/M3。2当取T为一天的秒数时，式11中VS为沉沙池内的日淤积体积，可按下式计算冲洗周期12式中T冲洗周期，D；V0设计淤积体积，M3。53沉沙池排沙水力计算531有压排沙水力学计算1有压排沙道内不应出现淤堵，选定的冲沙流速VC应大于临界冲沙流速，且不宜小于20M/S25M/S。矩形断面排沙道的临界冲沙流速可采用罗耶尔经验公式（13）式中VK临界冲沙流速，M/S；E常数，与廊道表面绝对糙度有关。当0001M时，E66；当0005M时水泥敷面和混凝土建筑物，E50；M廊道内浑水密度，T/M3。园形断面临界冲沙流速可用克诺罗兹经验公式计算14式中D75泥沙粒径M，廊道夹沙水流中，小于该粒径沙重占75；75泥沙沉速M/S，廊道夹沙水流中，小于该粒径沙重占75；QC冲沙流量，M3/SSE冲沙水流中的含沙量KG/M3，可按公式15确定15式中S0沉沙池设计入池含沙量，KG/M3；Q沉沙池工作流量，M3/S。2为保证沿沉沙池宽度方向冲沙能力均匀及有利于排沙，应保证各支廊道与主廊道交SVT0REIMK3142757546101DQSCEKCEQS014汇点处的水头损失相等；廊道总水头损失应小于上游水面与廊道出口处的水位差。为便于计算，各条支廊道内流速宜采用同一值，用各支廊道的长度变化保证交汇点处的水头损失相等。沿廊道长度的水头变化按下式计算1617式中HL计算断面的水头，M；Z上游水面与廊道出口处的水位差，M；局部水头损失系数总和；L廊道首端至计算断面长度，M；N糙率，N001700225，计算支廊道水头差时取00225，计算进水孔面积时取0017。3支廊道沿长度方向的截面积按下式计算1819式中A支廊道断面面积，M2；QL支廊道在计算断面处的流量，M3/S；L支廊道总长，M；LC支廊道首端至计算断面的长度，M；Q0支廊道首端的流量，可取等于廊道总流量的20。4支廊道进沙孔断面面积按下式计算20式中A1进沙孔断面面积，M2；N0进沙孔孔数；孔口轴线与水平面的倾斜角，；流量系数，可取075085。对百页窗式孔口可取075。532无压排沙水力学计算1无压排沙冲沙临界流速可按式21计算LKLRCDLGZH022161NKLQACLL00SIN01LLHGQA1521式中D75泥沙粒径M，在淤积物中，小于该粒径的沙重占75；75泥沙沉速M/S，在淤积物中，小于该粒径的沙重占75；H冲沙时的平均水深，M；SE冲沙水流含沙量，可取20KG/M385KG/M3。2单宽流量按式22计算Q11125HVC223等速流冲沙时，冲沙厉时可按式23近似计算确定23式中T冲沙厉时，S；V沉沙池的沉沙容积，M3；B池厢工作宽度，M。6沉沙池结构设计61稳定分析611抗滑稳定分析（1）确定设计条件，包括运行工况、池内、外水位、地下水位、淤沙高程等；（2）荷载及其组合设计情况自重池内水重淤沙重浮托力边墙外侧土压力和水压力校核情况自重池内水重淤沙重浮托力边墙外侧土压力和水压力地震荷载（3）抗滑稳定安全系数计算。612抗浮稳定分析（1）确定设计条件和各种水位、淤沙高程等；（2）荷载及其组合自重池内水、沙重浮托力（3）抗浮稳定安全系数计算。62结构设计621上、下游连接段及池身段边墙结构设计622池底板结构设计41630175ECSDHQBSVTED1025提示选几个有代表性的断面进行稳定分析。稳定分析包括抗滑稳定分析和抗浮稳定分析。提示首先确定设计条件和荷载组合。边墙一般按下端固定、上端自由的悬臂梁进行内力计算。底端按计算出的最大弯矩配筋。16（1）设计原则一般按限裂设计。（2）荷载及其组合梁本身除承受外荷载外，还受边墙传于两端的垂直向下的力、力矩及水平力（相当于底板的轴力），大至包括自重水、淤沙重浮托力结构垂直荷载边墙传来的力矩边墙传来的轴力地基反力（3）计算方法按弹性地基梁进行计算。623进口闸桥面及排架的结构设计（1）桥面荷载自重、活荷载、拦污栅安装及检修对桥面产生的荷载（2）拦污栅吊车梁荷载自重、活荷载、工作荷载（3）拦污栅吊车排架荷载自重、吊车梁作用荷载、活荷载、温度荷载、风荷载、地震荷载按设计情况和校核情况分别进行设计。624地下沉沙池结构设计7观测设计71水位观测（1）在前引渠和沉沙池内，选几个控制性断面，各设水尺一组，以观测池内水位。（2）在沉沙池靠河侧，也应设置几组水尺，以观测河床侧水位。72泥沙观测（1）对定期冲沙的沉沙池，应选择几个代表断面，监测池底淤沙情况、沉沙效果，以掌握合理的冲沙周期和冲沙历时。（2）连续冲洗式沉沙池，应选择几个断面，监测实际沉沙效果。（3）连续冲洗式沉沙池，在排沙廊道出口取样计算含沙量、输沙率，并进行颗粒级配分析。（4）沉沙池工作段悬移质监测方法，按河流悬移质泥沙测验规范（5015992）进行测验。提示底板一般按弹性地基梁进行计算。提示地下沉沙池，池身断面一般设