沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计计算书.doc

水利水电工程专业毕业设计 1 第一章第一章 枢纽布置枢纽布置 3 第二章第二章 重力坝挡水坝段设计重力坝挡水坝段设计 4 2 1 剖面设计 4 2 1 1 坝顶高程 5 2 1 2 坝顶宽度 6 2 1 3 廊道的布置 6 2 1 4 剖面形态 6 2 2 坝体稳定分析和应力校核 7 2 2 1 设计蓄水位时 一台机组满发 7 2 2 2 设计洪水位时 10 2 2 校核洪水位时 13 第三章第三章 重力坝溢流坝段设计重力坝溢流坝段设计 15 3 1 溢流坝段空口尺寸拟定 15 3 2 溢流坝段剖面设计 16 3 2 1 堰顶高程 16 3 2 2 堰面曲线 17 3 2 3 上游曲线 17 3 2 4 反弧段半径的确定 17 3 3 坝体稳定分析和应力校核 17 3 3 1 设计蓄水位时 一台机组满发 18 3 3 2 设计洪水位时 20 3 3 3 校核洪水位时 23 第四章第四章 消能建筑物设计消能建筑物设计 26 4 1 戽角 26 4 2 反弧半径 26 4 3 戽底高程和戽池长度 27 4 4 戽坎高度 27 4 5 尾坎 27 第五章第五章 水电站建筑物设计水电站建筑物设计 27 5 1 特征水头的选择 27 5 2 水电站水轮机组的选型 30 5 ZZ460水轮机方案的主要参数选择 31 ZZ560水轮机方案的主要参数选择 33 HL310型水轮机方案的主要参数选择 37 5 3 蜗壳和尾水管的计算 41 5 4 发电机的选择与尺寸估算 43 5 4 1 水轮机发电机主要尺寸估算 43 5 4 2 发电机外形平面尺寸估算 44 5 4 3 发电机外形轴向尺寸计算 45 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 2 5 4 4 发电机重量估算 45 5 4 5 水轮机重量估算 46 5 4 6 变压器选择及布置 46 5 5 调速器与油压装置的选择 46 5 5 1 调速功计算 47 5 5 2 接力器的选择 47 5 5 3 调速器的选择 48 5 5 4 油压装置 49 5 6 厂房起吊设备的选择 49 5 7 主厂房各层高程及长宽尺寸的确定 50 5 7 1 水轮机组安装高程 50 5 7 2 尾水管地板高程和厂房基础开挖高程 51 5 7 3 水轮机层地面高程 51 5 7 4 发电机楼板高程和安装场高程 51 5 7 5 吊车梁轨顶高程 52 5 7 6 屋顶面高程 52 5 7 7 厂房总高 52 5 7 8 主厂房平面尺寸的设计 52 5 8 水电站副厂房布置 53 5 8 1 位置的确定 53 5 8 2 高程及平面尺寸的确定 53 5 9 2 拦污系统设计 54 5 9 水电站厂房的稳定计算 56 5 9 1 正常水位运行工况 56 5 9 1 校核洪水运行工况 58 5 9 2 机组大修工况 59 第六章第六章 专题专题 发电机层楼板结构设计及计算发电机层楼板结构设计及计算 61 6 1 设计资料 61 6 2 设计依据 61 6 4 1 梁格布置 62 6 4 2 各构件截面尺寸初估 63 6 4 板的计算 64 6 4 1 荷载计算 64 6 4 2 S1区楼板计算 65 6 4 3 S3区楼板计算 68 6 4 4 S4区楼板计算 70 6 4 5 S6区楼板计算 71 6 4 6 双向板另一方向计算 73 6 4 7 S2 S5 S7区楼板配筋 74 6 5 非框架梁的计算 74 6 5 1 L1梁计算 74 6 5 2 L4梁计算 77 水利水电工程专业毕业设计 3 6 5 3 L5梁计算 79 6 5 4 L8次梁计算 82 6 5 5 其余非框架梁配筋 84 6 5 6 非框架梁裂缝宽度验算 84 6 5 7 非框架梁挠度验算 85 6 6 框架梁的计算 86 6 6 1 KL1梁计算 86 6 6 2 KL2梁计算 91 6 6 4 KL6次梁计算 96 6 6 5 其余框架梁配筋 98 6 6 6 框架梁裂缝宽度验算 98 6 6 7 框架梁挠度验算 99 6 8 构造配筋设计 100 6 8 1 分布钢筋 100 6 8 2 箍筋 100 6 8 3 腰筋及拉筋 101 6 8 4 钢筋支座锚固长度 101 6 8 5 分离式配筋 101 6 8 6 板与主梁及风罩间附加钢筋 101 6 8 7 小次梁配筋 102 6 8 8 主次梁间附加钢筋 102 第第一一章章 枢枢纽纽布布置置 由沙溪口的水文地质资料可知 坝址位置设计洪水位 88 00m 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 80 00m 水头为 8 00m 校核 洪水位 88 50m 同理可查得下游水位 81 00m 水头为 7 50m 汛期限制水位 85 50 m 设计低水位 82 00m 本电站水头不高 水深较小 水头在 20m 左右 水深不足 40m 初步设计选择采用河床式厂房发电 洪水期下泄流量较大 河床 较宽 可以选择溢流坝表孔泄洪 两岸山体不高 地质状况一般 选择重力坝挡 水 考虑通航过木过竹需要 设置较高通航能力的船闸 考虑河床式水电站枢纽布置特点 为保证洪水季节泄水安全迅速 保证水 流流态平稳 防止产生回流 初步将泄水建筑物即溢流坝布置在河床中间 经综合分析 确定了 左岸船闸河床中部溢流坝右岸厂房布置方案 和 左岸厂房河床中部溢流坝右岸船闸布置方案进行比选 左岸船闸中部溢流坝右岸厂房布置方案考虑主河槽位于左河床靠近左 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 4 岸 30 50m 之间 开挖至弱风化岩层需至 48 00m 高程左右 初步设计布置船闸易 于通航需求 沿坝轴线自此至右岸 500 600m 之间 开挖至弱风化岩层需至 57 00m 高程左右 初步设计选择布置溢流坝和河床式厂房 考虑溢流坝洪水期泄 洪不对电厂发电造成影响 其间用重力挡水坝衔接 考虑河流右岸交通便利 山 坡较缓 易于出线进厂布置 而将河床式厂房置于右岸 且右岸现有铁路线沿河 岸通过坝址 将厂房布置在右岸有利于利用铁路在工程施工时建筑材料的转运及 机电设备安装时机电设备的运输 枢纽布置沿坝轴线从左岸至右岸的水工建筑物 依次为 重力挡水坝 船闸 溢流坝 重力挡水坝 河床式厂房 开关站初步布 置于河道右岸装配厂下游 左岸厂房中部溢流坝右岸船闸布置方案由于厂房布置在左岸原主河槽 处 厂房施工时需开挖土石方较第一种方案小 相对节省工程投资 但由于开关 站布置在河岸处 需要大量块石护岸 所以厂房施工开挖所产生的石料可用于开 关站地基铺填 因此 在开挖问题上两种方案实际工程费用相差不大 综上 初步设计采用 方案 即左岸船闸河床中部溢流坝右岸厂房方案 并采用重力坝挡水 溢流坝泄洪 消力戽消能 本工程按水利水电枢纽工程等级划分设计标准 确定工程等别为二等 主 要建筑物级别二级 次要建筑物级别三级 临时建筑物级别为四级 第第二二章章 重重力力坝坝挡挡水水坝坝段段设设计计 基本设计参数 a 水位 水位 上游设计洪水位 88 00m 校核洪水位 88 50m 正常蓄水位 汛期限制水位 85 50m 下游设计洪水位 80 00m 下游校核洪水位 81 00m 正常蓄水位 一台机组发电 64 87m b 坝底高程 坝底高程 坝底高程取未风化岩石边界开挖线 57 00m c 材料重度 材料重度 混凝土重度可由 水工建筑物荷载设计规范 取大体积混凝土结构 24 0 KN 水的重度取 9 81 KN 1 3 m 0 3 m d 岩石抗剪强度 岩石抗剪强度 由 沙溪口水电站基本情况简要说明 中表 7 得岩石抗剪强度 指标建议值知 云母长英片岩与混凝土边界摩擦系数 f 0 5 粘聚力 c 0 6kg c K 3 0 K 1 05 2 1 剖剖面面设设计计 水利水电工程专业毕业设计 5 2 1 1 坝顶高程坝顶高程 坝顶高程由静水位 相应情况下的风浪涌高和安全超高 即 坝顶高程 静水位 h 式中 h hl hz hc 式中 hl 累积频率为 1 的波浪高度 m hz 波浪中心线高出静水位的高度 可用 hz 计算 m mm L H cth L h 2 2 1 hc 取决于坝的级别和计算情况的安全超高 m 波浪要素 hl 由官厅水库公式计算 得 3 1 2 0 12 1 0 2 0 m v gD v0076 0 v gh 75 3 1 2 0 15 2 1 0 2 0 m v gD v331 0 v gL 式中 hm 波浪高 当 20 250 时 为累计频率 5 的波高 当 2 0 v gD 250 1000 时 为累计频率 10 的波高 2 0 v gD V0 计算风速 m s D 风区长度 即吹程 m a 设计蓄水位情况设计蓄水位情况 计算风速 v0取为 30m s 设计洪水位下吹程 D 为 2 00km 得 hm m467 1 81 9 30 30 200081 9 0076 0 2 3 1 2 12 1 Lm m 2 14 81 9 30 30 200081 9 30331 0 2 75 3 1 2 15 2 1 hm Hm 1 467 88 0 64 0 069 由荷载设计规范查表得 hp5 hm 1 90 hp1 hm 2 32 所以 hp1 2 32 1 90 hp5 2 32 1 90 hm 1 79m hz hc 0 5m mm L H cth L h 2 2 1 m708 0 999 0 2 14 79 1 14 3 2 则 h h1 hz hc 1 79 0 708 0 5 2 998m 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 6 坝顶高程 正常蓄水位 h 85 5 2 998 88 5m b 校核洪水情况校核洪水情况 计算风速 v0取为 15m s 校核洪水位下吹程 D 为 2 00km 得 hm m617 0 81 9 15 15 200081 9 0076 0 2 3 1 2 12 1 Lm m092 7 81 9 15 15 200081 9 15331 0 2 75 3 1 2 15 2 1 H m Hm 0 617 88 5 64 0 029 由荷载设计规范查表得 hp5 hm 1 92 hp1 hm 2 89 所以 hp1 2 89 1 92 hp5 2 89 1 92 hm 0 93m hz hc 0 4m mm L H cth L h 2 2 1 m383 0 999 0 09 7 93 0 14 3 2 则 h h1 hz hc 0 93 0 383 0 4 1 713m 坝顶高程 正常蓄水位 h 88 5 1 713 90 21m 坝顶桥梁采用装配式钢筋混凝土结构 桥下会有过流 为使工作桥与水流保 持一定距离 并考虑其他因素 取重力坝坝顶高程取 91 50m 2 1 2 坝顶宽度坝顶宽度 非溢流坝的坝顶宽度一般可取为坝高的 8 10 即 2 72 3 4 且不小于 3m 由本水利枢纽非溢流坝坝高 91 5 57 34 5m 可初步取坝顶宽度为 4m 为了 满足设备布置和双线交通的要求 最终选定坝顶宽度为 10m 2 1 3 廊道的布置廊道的布置 坝体内灌浆廊道上游壁到上游坝面的距离应不小于 0 05 0 10 倍水头 且 不小于 4 5m 取 4m 宽度 2 5 3m 取 2 5m 高度 3 4m 取 3m 坝体纵向排水 检查廊道考虑坝高较小 只设基础排水廊道 高取 2m 宽取 1 5m 灌浆廊道距 离基岩面距离不宜小于 1 5 倍底宽 即 1 5 2 5 3 75m 取 4m 2 1 4 剖面形态剖面形态 因本水利枢纽坝址摩擦系数较小 所以不能按常规坝体设计 按应力条件确定坝底最小底宽 水利水电工程专业毕业设计 7 上游 0 125 则 m H B c 23 24 3 0 125 0 2 1 0 125 0 1 81 9 24 5 34 2 1 1 0 其中 3 0 10mKN 3 24mKN C 3 0 1 河床底高程 H 91 5 57 34 5mm57 按稳定条件确定坝底最小底宽 m f KH B c 43 31 3 0125 0 81 9 24 5 0 5 3405 1 1 0 其中 K 1 05 f 0 5 其余同上 取坝底宽度 32m 取上游折坡点为 77m 下游折坡点为 79 5m 高程处 上游坡 n 0 2 下游坡 m 0 8 图 2 1 挡水坝段剖面图 2 2 坝坝体体稳稳定定分分析析和和应应力力校校核核 2 2 1 设计蓄水位时 一台机组满发 设计蓄水位时 一台机组满发 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 8 2 2 1 1 荷荷载计载计算算 自重自重 W 24 0 5 4 20 24 10 34 5 24 1 2 18 22 5 24 1 2 18 22 5 14100kN m M 960 13 3 8280 7 4860 4 51288kN m m 逆时针 上下游水压力上下游水压力 上游水压力PX1 1 2 85 5 57 2 9 81 3984 1kN PY1 9 81 8 5 28 5 4 2 725 9kN m 下游水压力 PX2 1 2 64 87 57 2 9 81 303 8kN m PY2 9 81 64 87 57 2 0 8 2 243 0kN m M 3984 1 9 5 725 9 14 36 303 8 2 623 243 0 13 90 30753 5kN m m顺时针 扬压力扬压力 由于扬压力较大 坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统 由规范 DL5077 1997 坝基面渗透压力扬压力强度系数为 0 25 0 20 0 50 012 H1 0 25 28 5 5 7m 1 2H2 0 5 7 84 3 92m U 28 5 5 7 5 2 5 7 3 92 5 2 3 92 14 3 92 7 84 8 2 9 81 2036 06kN m M 85 5 14 056 24 05 8 654 54 88 1 47 04 12 444 9 81 7550 5 kN m m 顺时针 浪压力浪压力 坝前水深 Hm 28 5m lm 2 14 2 2 7 1m 为深水波 PL r0 LL 2hL h0 LL 2 r0 Lm 2 2 9 81 7 1 1 79 0 708 7 1 2 9 81 7 1 7 1 2 334 3 247 46 87 04kN m M 334 3 24 6 247 26 23 77 2346 41kN m m 顺时针 挡挡水重力水重力坝坝的的稳稳定分析定分析 水利水电工程专业毕业设计 9 采用分项系数法进行挡水坝段稳定分析 作用效应系数 S PC 1 0 3984 1 1 0 303 8 1 2 87 04 3784 7kN m 抗滑稳定抗力系数 R 1 3 3 A C c W f f RR R f R C W 1 0 14100 1 0 725 9 1 0 243 0 1 1 1304 1 1 2 769 1 12711 5kN m mkNR 9 5516132 0 3 1081 9 6 0 5 12711 3 1 5 0 kN m3784 73784 70 10 1 0 S mkNR d 4 4597 9 5516 2 1 11 RS d 1 0 满足稳定要求 2 2 1 3 应应力校核力校核 水平截面上的边缘正应力水平截面上的边缘正应力 13032 84 M mkN W 10637 6kN B 32m 上游垂直正应力 2 6 B M B W y 6 469 32 6 106376 32 84 13032 2 2 mkN 下游面垂直正应力 2 6 B M B W y 2 2 7 334 32 6 106376 32 84 13032 mkN 边缘剪应力边缘剪应力 上游边缘剪应力 2 88 932 0 6 469mkNnnPP yyu 下游边缘剪应力 2 8 2698 0 7 334mkNmmPP yuy 铅直截面上的边缘正应力铅直截面上的边缘正应力 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 10 上游面水平正应力 2222 8 182 0 6 469mkNnnPPPP yyuux 下游面水平正压力 2222 2 2168 0 7 334mkNmmPPPP yuyux 边缘主应力边缘主应力 上游面主应力 2 222 1 4 488 6 46904 1 11 mkN nnPPn yuy 0 2 u PP 下游面主应力 2 222 1 97 548 7 33464 1 11 mKN mmPPm yuy 0 2 u PP 应力满足要求 2 2 2 设计洪水位时设计洪水位时 2 2 2 2 2 2 1 1 荷荷载计载计算算 自重自重 W 24 0 5 4 20 24 10 34 5 24 1 2 18 22 5 24 1 2 18 22 5 14100kN m M 960 13 3 8280 7 4860 4 51288kN m m 逆时针 上下游水压力上下游水压力 上游水压力 PX1 1 2 88 0 57 2 9 81 4713 7kN PY1 9 81 11 31 4 2 824 0kN m 下游水压力 PX2 1 2 80 0 57 2 9 81 2594 7kN m PY2 9 81 80 0 57 2 0 8 2 2075 8kN m M 4713 7 10 33 824 0 14 31 2594 7 7 67 水利水电工程专业毕业设计 11 2075 8 9 867 37473 8kN m m 顺时针 扬压力扬压力 由于扬压力较大 坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统 P1 mkNH 8 303 10 P2 mkNPPP 5 160 3311 P3 mkNH 7 112 202 P4 mkNH 4 225 20 U 303 8 160 5 5 2 160 5 112 7 5 2 112 7 14 112 7 225 4 8 2 1160 8 683 0 1577 8 1352 4 4774kN m M 1160 8 13 76 683 8 646 1577 8 1 1352 4 12 44 3476 17kN m m 顺时针 浪压力浪压力 坝前水深 Hm 28 5m lm 2 14 2 2 7 1m 为深水波 PL r0 LL 2hL h0 LL 2 r0 Lm 2 2 9 81 7 1 1 79 0 708 7 1 2 9 81 7 1 7 1 2 334 3 247 46 87 04kN m M 334 3 24 6 247 26 23 77 2346 41kN m 顺时针 2 2 2 2 挡挡水重力水重力坝坝的的稳稳定分析定分析 采用分项系数法进行挡水坝段稳定分析 作用效应系数 S PC 1 0 4713 7 1 0 2594 7 1 2 87 04 2223 4kN m 抗滑稳定抗力系数 R 1 3 3 A C c W f f RR R f R C W 1 0 14100 1 0 824 0 1 0 2075 8 1 1 1843 8 1 2 2930 2 11537 8kN m mkNR 9 5065132 0 3 1081 9 6 0 8 11537 3 1 5 0 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 12 kN m2223 42223 40 10 1 0 S mkNR d 6 4221 9 5065 2 1 11 RS d 1 0 满足稳定要求 2 2 2 3 应应力校核力校核 水平截面上的边缘正应力水平截面上的边缘正应力 7991 6kN m M W 12338 5kN B 32m 上游垂直正应力 2 6 B M B W y 4 432 32 6 79916 32 5 12338 2 2 mkN 下游面垂直正应力 2 6 B M B W y 2 2 8 338 32 6 79916 32 5 12338 mkN 边缘剪应力边缘剪应力 上游边缘剪应力 2 5 862 0 4 432mkNnnPP yyu 下游边缘剪应力 2 0 2718 0 8 338mkNmmPP yuy 铅直截面上的边缘正应力铅直截面上的边缘正应力 上游面水平正应力 2222 3 172 0 4 432mkNnnPPPP yyuux 下游面水平正压力 2222 8 2168 0 8 338mkNmmPPPP yuyux 边缘主应力边缘主应力 水利水电工程专业毕业设计 13 上游面主应力 2 222 1 7 449 4 43204 1 11 mkN nnPPn yuy 0 2 u PP 下游面主应力 2 222 1 6 555 8 33864 1 11 mKN mmPPm yuy 0 2 u PP 应力满足要求 2 2 校核洪水位时校核洪水位时 2 2 3 1 荷荷载计载计算算 自重自重 W 24 0 5 4 20 24 10 34 5 24 1 2 18 22 5 24 1 2 18 22 5 14100kN m M 960 13 3 8280 7 4860 4 51288kN m 逆时针 上下游水压力上下游水压力 上游水压力 PX1 1 2 88 5 57 2 9 81 4867 0 kN PY1 9 81 11 5 31 5 4 2 843 67kN m 下游水压力 PX2 1 2 81 0 57 2 9 81 2825 3kN m PY2 9 81 81 0 57 2 0 8 2 2260 2kN m M 4867 0 10 5 843 67 14 31 2825 3 8 2260 2 9 867 38729kN m顺时针 扬压力扬压力 由于扬压力较大 坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统 P1 mkNH 7 308 10 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 14 P2 mkNPPP 38 165 3311 P3 mkNH 6 117 202 P4 mkNH 2 235 20 U 308 7 165 38 5 2 165 38 117 6 5 2 117 6 14 117 6 235 2 8 2 1185 2 707 45 1464 4 1411 2 4950 25kN m M 1185 2 13 75 07 45 8 641 1646 4 1 1411 2 12 444 3202 2kN m 顺时针 浪压力浪压力 坝前水深 Hm 31 5m lm 2 7 1 2 3 55m 为深水波 PL r0 LL 2hL h0 LL 2 r0 Lm 2 2 9 81 3 55 0 93 0 383 3 55 2 9 81 3 55 3 55 2 22 86kN m M 84 68 30 07 61 82 29 63 714 6kN m 顺时针 2 2 3 2 挡挡水重力水重力坝坝的的稳稳定分析定分析 采用分项系数法进行挡水坝段稳定分析 作用效应系数 S PC 1 0 4867 0 1 0 2825 3 1 2 22 86 2064 9kN m 抗滑稳定抗力系数 R 1 3 3 A C c W f f RR R f R C W 1 0 14100 1 0 843 67 1 2260 2 1 1 1892 65 1 2 3057 6 11454 6kN m mkNR 9 5033132 0 3 1081 9 6 0 6 11454 3 1 5 0 kN m1755 22064 985 0 0 1 0 S mkNR d 9 4194 9 5033 2 1 11 RS d 1 0 水利水电工程专业毕业设计 15 满足稳定要求 2 2 3 3 应应力校核力校核 水平截面上的边缘正应力水平截面上的边缘正应力 8641 7 M mkN W 12253 6kN B 32m 上游垂直正应力 2 6 B M B W y 6 433 32 7 86416 32 6 12253 2 2 mkN 下游面垂直正应力 2 6 B M B W y 2 2 3 332 32 7 86416 32 6 12253 mkN 边缘剪应力边缘剪应力 上游边缘剪应力 2 7 862 0 6 433mkNnnPP yyu 下游边缘剪应力 2 8 2658 0 3 332mkNmmPP yuy 铅直截面上的边缘正应力铅直截面上的边缘正应力 上游面水平正应力 2222 34 172 06 433mkNnnPPPP yyuux 下游面水平正压力 2222 67 2128 0 3 332mkNmmPPPP yuyux 边缘主应力边缘主应力 上游面主应力 2 222 1 9 450 6 43304 1 11 mkN nnPPn yuy 0 2 u PP 下游面主应力 2 222 1 97 544 3 33264 1 11 mKN mmPPm yuy 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 16 0 2 u PP 应力满足要求 第第三三章章 重重力力坝坝溢溢流流坝坝段段设设计计 3 1 溢溢流流坝坝段段空空口口尺尺寸寸拟拟定定 设计洪水流量 20500 m3 s 校核洪水流量 22500 m3 s 考虑水电站发电用水 4Qmax 2200 m s 及过船泄水和排沙孔泄水等影响 3 取 Q0 3500 m3 s 考虑坝址下游处河床岩石的岩性 岩体较为完整 抗冲刷能力尚 可 故取单宽流量 q 70m2 s 设计工况下 取 0 8 Q 20500 m3 s s 则 Q Q Q 0 20500 0 8 3500 18100 m3 s s 校核工况下 取 1 0 Q 22500 m3 s s 则 Q Q Q 0 22500 1 0 3500 19500 m3 s s 则溢流前缘总净宽 L Q q 19500 70 278 5 m3 s 取孔数 n 为 16 孔 溢流坝孔口形式采用初步设计采用开敞式溢流堰 则每 空净宽 b L n 271 4 16 16 96m 取 17 0m 溢流堰闸门采用横轴弧形闸门 考虑将横缝布置在闸孔中间 则闸墩厚度可 取稍薄一些 取 d 3m 则溢流前沿总净宽 L0 L n 1 d nb n 1 d 16 17 15 3 317m 3 2 溢溢流流坝坝段段剖剖面面设设计计 溢流坝基本剖面的确定原则与非溢流坝相同 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 内部与非溢流坝段相同 溢流面由顶部溢流段 中部直线段及鼻坎组成 上游面为直线或折线 水利水电工程专业毕业设计 17 图 2 2 溢流坝剖面示意图 3 2 1 堰顶高程堰顶高程 由 得 2 3 0 H2gm LQ 3 2 0 2 gmL Q H 初拟 m 0 49 0 92 则可列表计算如下 计算情况流量 Q 侧收缩系 数 淹没系数 流量系数 m 堰上水头 H0 堰上水深 H 堰顶高程 设计情况181000 920 9910 4910 4210 3677 64 校核情况195000 9209900 4910 9510 8877 62 取两种情况堰顶高程较小者 取 77 62m 3 2 2 堰面曲线堰面曲线 我国现行采用的为美国 WES 曲线 其曲线方程为 y 1n d n kH x Hd为定型设计水头 由于校核洪水位为 88 5m 堰顶高程为 77 62m 所以 Hd 9 5 k n 为上游堰面坡度有关的系数 采用WES5 型曲线 k 1 873 n 1 776 得 10 75yx1 776 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 18 3 2 3 上游曲线上游曲线 上游曲线由曲线及直线段组成 直线段斜率取 1 1 3 2 4 反弧段半径的确定反弧段半径的确定 由规范 混凝土坝设计规范 SL319 2005 对于戽流消能 反弧段半径 R 与流 能比有关 其中 E 自戽底算起的总能头 88 5 60 28 5m q 5 1 Eg q K 单宽流量 为 66 m3 s 0 147 28 59 81 66 K 1 5 由规范 E R 与 K 的相关曲线查得 E R 2 4 则 R E 2 4 28 5 2 4 11 875m 则 R 12m 3 3 坝坝体体稳稳定定分分析析和和应应力力校校核核 由于溢流坝段在一个坝段中既有溢流堰部分 又有闸墩部分 坝段之间分缝 在溢流堰中间 故在坝体稳定分析和应力校核中应考虑整个坝段的联合受力 应 以一个坝段为整体进行分析 3 3 1 设计蓄水位时 一台机组满发 设计蓄水位时 一台机组满发 3 3 1 1 荷荷载计载计算算 自重自重 W 476 17 24 堰重 1255 8 3 24 墩重 15 20 24 桥重 20 9 81 机械设备中 194208 90417 6 7200 196 2 292021 8kN W 20 14601 1kN m M 194208 6 93 90417 6 2 2 7200 20 8 196 2 8 20 84805 5kN m 逆 时针 上下游水压力上下游水压力 上游水压力PX1 1 2 85 5 57 2 9 81 3984 1kN m PY1 0 水利水电工程专业毕业设计 19 下游水压力 PX2 1 2 64 87 57 2 9 81 303 8kN m PY2 0V 9 81 4 87 18 859 9kN m M 3984 1 9 5 303 8 2 623 859 9 11 8 47199 0kN m m顺时针 动水压力动水压力 由于设计蓄水位时开闸出水时单宽流量较小 故未考虑设计蓄水位时的动水 压力 扬压力扬压力 由于扬压力较大 坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统 P1 mkNH 59 2795 2881 9 10 P2 mkNH 90 69 5 2881 9 25 0 101 P3 mkNH 60 3889 7 81 9 5 0 202 P4 mkNH 89 781 9 20 U 279 59 69 90 5 2 69 90 38 60 5 2 38 60 21 6 38 60 77 40 10 2 873 73 271 25 833 76 580 2558 74kN m M 873 73 18 80 271 25 13 54 833 76 0 580 16 36 10610 0kN m m 顺时针 浪压力浪压力 坝前水深 Hm 21 5m lm 2 14 2 2 7 1m 为深水波 PL r0 LL 2hL h0 LL 2 r0 Lm 2 2 9 81 7 1 1 79 0 708 7 1 2 9 81 7 1 7 1 2 334 3 247 46 87 04kN m M 334 3 24 6 247 26 23 77 2346 4kN m m 顺时针 3 3 1 2 溢流溢流坝坝的的稳稳定分析定分析 采用分项系数法进行挡水坝段稳定分析 作用效应系数 S PC 1 0 3984 1 1 0 303 8 1 2 87 04 3784 7kN m 抗滑稳定抗力系数 R 1 3 3 A C c W f f RR R f R C 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 20 W 1 0 14601 1 1 1 1144 98 1 2 1413 76 1 0 859 9 12505 1kN m mkNR 8 56251 6 41 0 3 1081 9 6 0 1 12505 3 1 5 0 kN m3784 73784 70 10 1 0 S mkNR d 2 4668 8 5625 2 1 11 RS d 1 0 满足稳定要求 3 3 1 3 应应力校核力校核 水平截面上的边缘正应力水平截面上的边缘正应力 M 84805 5 47199 0 10610 0 2346 4 24650 1 mkN W 12902 26kN B 41 6m 上游垂直正应力 2 6 B M B W y 6 395 6 41 1 246506 6 41 26 12902 2 2 mkN 下游面垂直正应力 2 6 B M B W y 2 2 7 224 6 41 1 246506 6 41 26 12902 mkN 边缘剪应力边缘剪应力 上游边缘剪应力 2 006 395mkNnnPP yyu 下游边缘剪应力 2 00 7 224mkNmmPP yuy 铅直截面上的边缘正应力铅直截面上的边缘正应力 上游面水平正应力 222 0mkNnnPPPP yyuux 下游面水平正压力 222 0mkNmmPPPP yuyux 边缘主应力边缘主应力 水利水电工程专业毕业设计 21 上游面主应力 2 222 1 6 395 11 mkN nnPPn yuy 0 2 u PP 下游面主应力 2 222 1 7 224 11 mkN mmPPm yuy 0 2 u PP 应力满足要求 3 3 2 设计洪水位时设计洪水位时 3 3 2 1 荷荷载计载计算算 自重自重 W 292021 8kN W 20 14601 1kN M 194208 6 93 90417 6 2 2 7200 20 8 196 2 8 20 84805 5kN m m 逆时针 上下游水压力上下游水压力 上游水压力 PX1 1 2 88 57 2 9 81 4713 7kN m e 10 33m PY1 0 下游水压力 PX2 1 2 80 57 2 9 81 2594 7kN m e 7 67m PY2 0V 9 81 1 2 2 38 20 36 6 4017 7kN m e 7 3m M 58120 4kN m 顺时针 动水压力动水压力 1 450 2 350 hc m g q 67 7 81 9 5 660 1 3 2 3 2 e 3mmkN g qv px 6 64 cos cos 12 0 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 22 e 12 8mmkN g qv py 4 738 sin sin 12 0 M 9257 7kN m m 顺时针 扬压力扬压力 由于扬压力较大 坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统 P1 mkNH 11 3043181 9 10 P2 mkNPPP 64 16082 112 82 112 1 304 25 0 331 P3 mkNH 82 1122381 9 5 0 202 P4 mkNH 63 2252381 9 20 U 304 11 160 64 5 2 160 64 112 82 5 2 112 82 21 6 112 82 225 6 3 10 2 1161 9 683 7 2436 9 1692 3 5974 8kN m M 1161 9 18 56 683 7 13 44 2436 9 0 1692 3 16 36 3067 8kN m m 顺时针 浪压力浪压力 坝前水深 Hm 24m lm 2 14 2 2 7 1m 为深水波 PL r0 LL 2hL h0 LL 2 r0 Lm 2 2 9 81 7 1 1 79 0 708 7 1 2 9 81 7 1 7 1 2 334 3 247 46 87 04kN m M 334 3 27 1 247 26 26 27 2555 1kN m m 顺时针 3 3 2 2 溢流溢流坝坝的的稳稳定分析定分析 采用分项系数法进行挡水坝段稳定分析 作用效应系数 S 1 0 4713 7 1 0 2594 7 1 2 87 04 1 1 64 6 2152 4kN m 抗滑稳定抗力系数 R 1 3 3 A C c W f f RR R f R C W 1 0 14601 1 1 1 738 4 1 0 4017 7 1 1 1845 6 1 2 4129 2 12445 8kN m 水利水电工程专业毕业设计 23 mkNR 0 56031 6 41 0 3 1081 9 6 0 8 12445 3 1 5 0 kN m2152 42152 40 10 1 0 S mkNR d 2 4669 0 5603 2 1 11 RS d 1 0 满足稳定要求 3 3 2 3 应应力校核力校核 水平截面上的边缘正应力水平截面上的边缘正应力 11804 5 M mkN W 13382 4kN B 41 6m 上游垂直正应力 2 6 B M B W y 6 362 6 41 5 118046 6 41 4 13382 2 2 mkN 下游面垂直正应力 2 6 B M B W y 2 2 8 280 6 41 5 118046 6 41 4 13382 mkN 边缘剪应力边缘剪应力 上游边缘剪应力 2 006 362mkNnnPP yyu 下游边缘剪应力 2 00 8 280mkNmmPP yuy 铅直截面上的边缘正应力铅直截面上的边缘正应力 上游面水平正应力 222 0mkNnnPPPP yyuux 下游面水平正压力 222 0mkNmmPPPP yuyux 边缘主应力边缘主应力 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 24 上游面主应力 2 222 1 6 362 11 mkN nnPPn yuy 0 2 u PP 下游面主应力 2 222 1 8 280 11 mkN mmPPm yuy 0 2 u PP 应力满足要求 3 3 3 校核洪水位时校核洪水位时 3 3 3 1 荷荷载计载计算算 自重自重 W 292021 8kN W 20 14601 1kN M 194208 6 93 90417 6 2 2 7200 20 8 196 2 8 20 84805 5kN m m 逆时针 上下游水压力上下游水压力 上游水压力 PX1 1 2 88 5 57 2 9 81 4867 0kN m e 10 50m PY1 0 下游水压力 PX2 1 2 81 57 2 9 81 2825 3kN m e 8m PY2 0V 9 81 1 2 3 38 21 36 6 4376 8kN m e 6 91m M 58744 8 4kN m 顺时针 动水压力动水压力 1 450 2 350 hc m g q 06 8 81 9 7 710 1 3 2 3 2 e 3mmkN g qv px 45 71 cos cos 12 0 e 12 8mmkN g qv py 3 816 sin sin 12 0 水利水电工程专业毕业设计 25 M 10234 3kN m m顺时针 扬压力扬压力 由于扬压力较大 坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统 P1 mkNH 0 309 5 3181 9 10 P2 mkNPPP 54 16572 117 72 117 0 309 25 0 331 P3 mkNH 72 1172481 9 5 0 202 P4 mkNH 63 225281 9 20 U 309 0 165 54 5 2 165 54 117 72 5 2 117 72 21 6 117 72 235 44 10 2 1186 4 708 15 2542 8 1765 8 6023 2kN m M 1186 4 18 55 708 15 13 44 2542 8 0 1765 8 16 36 2636 8kN m m 顺时针 浪压力浪压力 坝前水深 Hm 24 5m lm 2 7 1 2 3 55m 为深水波 则浪压力为 PL r0 LL 2hL h0 LL 2 r0 Lm 2 2 9 81 3 55 0 93 0 383 3 55 2 9 81 3 552 2 22 86kN m M 84 68 29 57 61 82 29 13 703 2kN m m 顺时针 3 3 3 2 溢流溢流坝坝的的稳稳定分析定分析 采用分项系数法进行挡水坝段稳定分析 作用效应系数 S 1 0 4867 1 0 2825 3 1 2 22 86 1 1 71 45 1990 5kN m 抗滑稳定抗力系数 R 1 3 3 A C c W f f RR R f R C W 1 0 14601 1 1 1 816 3 1 0 4376 8 1 1 1894 6 1 2 4308 6 12621 5kN m mkNR 6 56701 6 41 0 3 1081 9 6 0 5 12621 3 1 5 0 kN m1990 51990 50 10 1 0 S 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 26 mkNR d 5 4725 6 5670 2 1 11 RS d 1 0 满足稳定要求 3 3 3 3 应应力校核力校核 水平截面上的边缘正应力水平截面上的边缘正应力 12486 4 M mkN W 13691 1kN B 41 6m 上游垂直正应力 2 6 B M B W y 4 372 6 41 4 124866 6 41 1 13691 2 2 mkN 下游面垂直正应力 2 6 B M B W y 2 2 8 285 6 41 4 124866 6 41 1 13691 mkN 边缘剪应力边缘剪应力 上游边缘剪应力 2 004 372mkNnnPP yyu 下游边缘剪应力 2 00 8 285mkNmmPP yuy 铅直截面上的边缘正应力铅直截面上的边缘正应力 上游面水平正应力 222 0mkNnnPPPP yyuux 下游面水平正压力 222 0mkNmmPPPP yuyux 边缘主应力边缘主应力 上游面主应力 2 222 1 4 372 11 mkN nnPPn yuy 0 2 u PP 水利水电工程专业毕业设计 27 下游面主应力 2 222 1 8 285 11 mkN mmPPm yuy 0 2 u PP 应力满足要求 第第四四章章 消消能能建建筑筑物物设设计计 根据沙溪口水利枢纽溢流坝泄洪流量大 落差相对较小 泄洪频繁 下游 水位变幅大和河床基岩抗冲能力低的特点 坝后的消能方式选择戽池式消能方案 即在消力戽戽坎后增设一道尾坎 并在戽坎和尾坎之间按产生淹没戽跃要求进行 必要开挖 形成戽池进行消能 池内流态应尽可能保持稳定的 三滚一浪 流态 保证消能效果 4 1 戽戽角角 根据已建工程经验 戽角过大将造成过高涌浪 从而下游将产生过大水面 波动 使下游岸坡和河床造成较大冲刷 而戽角过小消力戽内表面旋滚会趋于冲 出戽外 易出现潜底混合流态 从而达不到最佳消能效果 经多方面比较选择戽 角为 35 0 4 2 反反弧弧半半径径 由 混凝土重力坝设计规范 对于戽流消能 反弧段半径 R 与流能比 5 1 Eg q K 有关 上式中 E 为自戽底算起的总能头 E 88 5 60 28 5m q 为单宽 流量 取设计洪水位时泄洪的单宽流量 66m3 s 则 138 0 28 59 81 66 K 5 1 由 规范 E R 与 K 的相关曲线查得 E R 2 4 则 R E 2 4 28 5 2 4 11 875m 则 R 12m 4 3 戽戽底底高高程程和和戽戽池池长长度度 为保证下泄各级洪水流量时均能产生稳定的淹没戽流流态 戽底高程取 沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计 28 60m 但下游河床右岸为滩地 高程 62m 到 65m 仅左岸低于 60m 高程 因此 要稳定出流 坎后高程高于 60m 时需经开挖到此高程 为保证三滚一浪均在消力 戽戽底和坎后戽池范围内 根据其他水利枢纽经验 选用戽池长 j L 8 0 7 0 L 度 40m 4 4 戽戽坎坎高高度度 在以上反弧半径和戽角确定的情况下 戽坎高度由下式求得 2 17m cos1 Ra 4 5 尾尾坎坎 尾坎顶高程