坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算说明书

摘要J电站在瓯江上游干流梯级开发的第一级水电站，工程以发电为主，兼顾航运、放木及防洪等综合利用要求。瓯江流域处浙东南沿海山区，属于年调节水库。本次设计的水库死水位为263M，正常蓄水位为285M。根据历史洪水资料设计洪水（P01），水库的设计洪水位291M。校核洪水位（P001）为292M。根据地形地质的特点选择坝型为重力坝，坝长2705M。其中溢流坝段长1425M，其中有8孔溢洪道，净宽1025M。水电站进水口中心线高程25104M。水电站装机容量为18万KW，四台机组单机45万KW。水轮机型号为HL220LJ300；为坝后厂房顶溢流式厂房，开关站布置在右岸。主厂房总宽定为19M，总长68M。水轮机安装高程为20219M。起重机选用电动双钩桥式起重机，最大起重量选2100吨，跨度选用16M。装配场长度取24M，进场公路布置在左岸。副厂房是为保证水电站正常运行需要，设置在主厂房与坝的间隙。主要布置各种机电辅助设备、房间、生产间和必要生活设施房间。ABSTRACTJPLANTISTHEFIRSTSTEPHYDROPOWERSTATIONINUPPERREACHESOFTHEOUJIANGRIVERTHEMAINPURPOSEOFTHEPROJECTISTOGENERATEELECTRICITY,BUTALSOCONSIDEREDTHEWOODSOFTHESHIPPINGANDPROTECTFLOODSOUJIANGRIVERBASINLOCATEDINTHESOUTHEASTAREAWHICHISNEARTHESAYINZHEIJANGPROVINCE,ANDTHEPLANTISAYEARADJUSTRESERVOIRTHISDESIGNDETERMINEDTHEDEADWATERLEVELIS263M,THENORMALWATERLEVELIS285MACCORDINGTOTHEHISTORICALFLOODDATEP01,THEDESIGNEDFLOODLEVELIS291M,THEPROOFREADLEVELIS292MP001ACCORDINGTOTHECHARACTERISTICSOFGEOLOGYANDTOPOGRAPHY,GRAVITYDAMWASCHOSENTHETOTALLENGTHOFTHEDAMIS2705M,ANDTHEOVERFLOWDAMIS1425M,ANDEIGHIHOLESOVERFLOWCAUSESISSET,ANDTHELAST,THENETWIDTHIS100MTHEELEVATIONOFTHEWATERINTAKEOFTHEPLANTIS2542MTHETOTALELECTRICCAPACITYIS180,000KW,ANDFOURGENERATESWHOSECAPACITYIS45,000KWWASINSTALLEDTHETYPEOFTHETURBINEISHL220LJ300THEUNITSAREINSTALLEDINTHEMAINPOWERHOUSETHEWIDTHOFTHEMAINPOWERHOUSEIS19M,THELENGTHIS68MALLKINDSOFAUXILIARYEQUIPMENTANDOTHERKINDSOFROOMSASSEMBLEINDEPUTYHOUSE目录摘要1ABSTRACT11水文地址情况与枢纽布置811流域概况812水文与气候813地形与地质11131水库区工程地质11132坝址地质1114天然建筑材料12141土料12142砂石料1215给定设计控制数据12151设计资料12152设计任务1316枢纽布置132重力坝挡水坝段设计1521剖面设计15211坝顶高程的确定15212坝底宽的确定16213实用剖面1822荷载计算（取单宽1米）19221设计洪水位下荷载20222校核洪水位下荷载2123稳定分析22231设计洪水位下稳定计算22232校核洪水位下稳定计算2224应力校核23241原理23242设计洪水位下24243校核洪水位下2425坝内构造25251坝内廊道25252坝基处理25253坝体分缝263重力坝溢流坝段设计2731剖面设计27311堰顶高程的确定27312堰面曲线30313下游反弧段3132荷载计算33321设计洪水位下33322校核洪水位下3333稳定分析34331设计洪水位下34332校核洪水位下3534应力校核35342设计洪水位下35343校核洪水位下3635溢流坝消能抗冲刷措施36351挑距36352冲坑37353导墙高度374水电站引水建筑物3841进水口高程3842压力钢管的布置3843压力钢管的厚度3944拦污栅及进水口闸门的设计4045通气孔415水电站建筑物设计4251特征水头的选择42511校核洪水位下42512设计洪水位下42513正常蓄水位一台机组满发42514正常蓄水位四台机组满发42515设计低水位一台机组满发43516设计低水位四台机组满发4352水电站水轮机组的选型44521转轮直径D144522转速N（最优工况）44523效率修正45524工作范围检验45525吸出高度HS4653水轮发电机的选择与尺寸估算47531主要尺寸估算47532平面尺寸估算48533轴向尺寸4854蜗壳和尾水管的计算49541金属蜗壳尺寸49542尾水管尺寸5055调速器与油压装置的选择51551调速器51552油压装置5256厂房桥吊设备的选择5357厂房形式与布置5458主厂房的特征高程55581水轮机安装高程55582尾水管底板高程55583水轮机层地面高程55584定子安装高程55585发电机层地面高程（定子埋入式）56585装配场地面高程56装配场与发电机层同高21250M。56586吊车轨顶的高程56587厂房顶部高程5659水电站主厂房长宽尺寸的确定56591主厂房宽度的确定56592主厂房长度的确定57510主厂房各层的布置595101发电机层595102水轮机层595103蜗壳层60511水电站副厂房各层高程及平面布置606专题发电机（含安装场）层板梁布置及结构计算6260综述6261楼板设计62611第一部分62612第二部分64613第三部分65616总结6762次梁设计68621C1梁68622C2梁73623总结7963主梁计算79631主梁Z479632总结85主要参考文献861水文地址情况与枢纽布置11流域概况紧水滩水电站在瓯江支流龙泉溪上，坝址以上流域面积2761平方公里。龙泉溪发源于浙闽交界仙霞岭、洞官山，河流长度153公里，直线长度77公里，平均宽度36公里。除龙泉县城附近及赤石仁三处有小片盆地外，其余地段多为峡谷，河床覆盖多以大块石和卵石组成，险滩较多。本流域东侧与瓯江支流小溪相邻，西侧与钱塘江支流乌溪江相邻，南侧为闽江支流松溪，北侧为瓯江支流松阴溪。河流四周均为岭南山系洞官山脉包围，山脉走向与河流流向一致，最高峰黄茅尖高达1921米，流域平均高度662米，河道坡降上游陡、下游缓，平均坡降为632097，因河道陡，河槽调蓄能力低，汇流快，由暴雨产生的洪水迅涨猛落，历时短，传播快，所以一次洪水过程尖瘦，属典型的山区性河流。龙泉溪是浙江省木材主要产地，境内森林茂盛，植被良好，水土流失不严重。本工程为瓯江干支流规划的五个梯级开发中的一级，以发电为主，兼顾航运、放木（竹）以及防洪等综合效益。电站建成后主要担任华东电网调峰并供电丽水、温州，将使丽、温两地区通过220千伏输电线路联系，形成浙南电力系统。为解决建坝后龙泉溪木材（竹）的流放和航运的发展，大坝左岸专门设置有货筏过坝建筑物。水库有153亿立方米的防洪库容，用以减轻下游丽水、碧湖地区防洪的负担。12水文与气候本地区地处浙东南沿海山区，属温带季风气候，气候温和，坝址区历年平均气温173，月平均气温以1971年7月份307最高，1962年1月份13最低，实测最高气温为407（1966年8月），最低气温81（1969年2月）。流域内气候湿润，历年平均相对湿度79，其中以6月份的87为最大，1月份的84为最小，实测最小相对湿度仅8。本流域距东海仅120180公里，水汽供应充沛，坝址以上流域年平均雨量为18338毫米，但在年内分配很不均匀，39月占年雨量为805，其中56两月为雷雨季节，降雨量占年雨量的三分之一，往往形成连绵起伏的洪水，本流域暴雨常出现在此期间，实测最大24小时雨量为2368毫米。79月间台风侵袭，也有暴雨出现，最大24小时雨量曾达1454毫米。流域多年平均降水日数为172天，最多达201天，最少145天。本流域4至8月为东南风，1至3月、9至12月一般为东北风及西北风。历年平均风速115米/秒，出现在1970年4月，风向西北偏西。坝址区可能发生最大风力为11级，相当于风速32米/秒。紧水滩坝址与石富站流域面积仅差41平方公里，占控制流域面积的15，故坝址处流量资料均不加改正，直接采用石富站资料。泥沙对紧水滩水库使用不会有严重的影响。表11厂区水位流量关系水位（M）202203204205206207208209210流量（M3/S）8024054088012801740230029003620水位（M）211212213214215216217218219流量（M3/S）438052006060700079408980100801120012340图11厂区水位流量关系曲线表12水库面积、容积高程（M）205215220225230235240面积（KM2）0132339577797容积（108M3）0005020350609251375高程（M）245250255260265270275面积（KM2）116136159183213245277容积（108M3）1925324055056257575高程（M）80285290295300面积（KM2）312352403481584容积（108M3）91010751271505177图12水库容积曲线05010015020025030035005101520高程H容积V13地形与地质131水库区工程地质水库周边地势高峻，无低矮分水岭，岩石坚硬较完整，虽有部分断层延伸库外，但断层胶结好，山体雄厚，且地下水位分布较高，故无永久渗漏之虑。由于库岸有第四系松散地层分布，岩石节理发育，水库暂时渗漏损失甚小，对水库蓄水无影响。库区岩石以山岩为主，物理地质现象以小型塌滑体居多，蓄水后小型的边坡再造虽有可能但不致产生大规模的边坡不稳定。本地区地震烈度为6度，可不考虑抗震设计，不计地震荷载。132坝址地质坝区位于90平方公里的“牛头山”花岗斑岩岩技的南缘，其中有后期的细粒花岗岩和小型的石英岩脉、细晶岩脉、辉缘岩脉侵入穿摘其间与围岩接触良好。混凝土/新鲜花岗斑岩抗剪摩擦系数07，凝聚力5千克/平方厘米，抗剪断摩擦系数10。混凝土/混凝土抗剪断摩擦系数125，凝聚力145103KPA。根据坝址区资料分析，紧水滩坝址两岸地形对称，岩性均一，较新鲜完整，风化浅，构造不甚发育，水文地质条件较简单，故属工程地质条件较好的坝址。14天然建筑材料141土料下村料场位于平缓的山坡上，高程300以下，主要为壤土，料场距坝址05千米，有效储量426700立方米。油坑料场位于500550米高程的低平山丘上，为粘土及壤土组成，料场距坝址15千米，有效储量747600立方米。142砂石料局村至小顺区六个料场，左右岸各三个，最远距坝址165公里。局村至坝址区十个料场，左岸4个，右岸6个，最远距坝址9公里。坝址至赤石区七个料场，最远距坝址122公里。共计23个料场，有效储量水下557000立方米，水上3094600立方米，合计3651600立方米。15给定设计控制数据151设计资料设计原始资料1份，附图3张。水能规划1校核洪水位29200M。校核洪水最大下泄流量8500M3/S2设计洪水位2910M。设计洪水最大下泄流量7000M3/S3设计蓄水位2850M4设计低水位2630M5装机容量18万KW（3台）6机组机型自选7其它挡水建筑物及泄水建筑物1挡水建筑物混凝土重力坝2泄水建筑物混凝土溢流坝3其它引水建筑物压力钢管水电站建筑物坝后式地面厂房其它152设计任务1水能利用（无）2枢纽布置、挡水及泄水建筑物根据所给资料确定挡水及泄水建筑物的断面型式，并进行必要的稳定计算。确定溢流坝后消能工型式及尺寸，绘出挡水、泄水建筑物及消能工的剖面图。进行水利枢纽布置并绘出平面布置图。3水电站引水建筑物确定压力钢管的布置方式，以及钢管的材料，进行管身应力分析及结构设计。4水电站厂房根据所选机型和水位流量关系，确定厂房的轮廓尺寸，并对水电站厂房进行稳定计算，绘出水电站厂房各层的平面布置图和厂房的纵剖面图，上、下游立视图。进行厂区布置，绘出厂区布置图5其它发电机（含安装场）层板梁布置及结构计算；绘制相应的板梁结构布置图（包括主次梁楼板孔洞等）及其配筋图。16枢纽布置枢纽由非溢流坝段、溢流坝段、坝后式溢流厂房、开关站、进厂公路及上坝公路等组成。坝轴线垂直水流方向。坝顶高程29235米，坝基面高程200米，坝高93M，坝长2705M。溢流坝段（513）布置在河谷中间，总宽1425米。溢流前沿总宽1025M,分八孔，有机组段闸墩宽7M，孔口宽75M，无机组段闸墩宽3M，孔口宽16M，采用鼻坎挑流消能，反弧半径15M。非溢流坝段（14、1417）布置在河谷两岸。采用溢流式厂房，厂房位于溢流坝坝趾处，厂房顶兼作溢洪道。电站厂房中间机组段长145米，总长68米。装配场长度208M，将装配场放在厂房左边。发电机层与装配场层同高，均为21250M。主厂房与坝设纵缝分开，厂房上部与坝体之间的空间较大，将副厂房布置于此。关于进厂公路，设计时考虑了两种方案。由于设计及校核情况下下游尾水位很高，设计情况下下游尾水位为21892M，校核情况下下游尾水位为22168M，而装配场的高程为21250M，采用公路进厂在丰水期公路有被淹的危险，但若采用隧洞进厂，则开挖量很大，费用也很高，而且尾水平台的启闭机也不易安装及检修，施工时运输也比较麻烦，故应考虑与装配场层同高的进厂公路，在洪水期电站工作人员从坝顶进厂，如新安江就是采取这种方式。引水道采用压力钢管，压力钢管布置在坝体内，进水口布置在溢流坝闸墩内，压力钢管与蜗壳之间用伸缩节相连。变压器布置在溢流坝顶，母线通过出线洞到坝顶，采用扩大单元接线，两台机组设一台主变。高压开关站设置在右岸，采用露天式，大小为30M乘45M。2重力坝挡水坝段设计21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。先确定基本剖面，再在基本剖面的基础上确定实用剖面。重力坝的基本剖面，一般指在主要载荷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，基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HB游坡度。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B1为，下游无水。坝的载荷只考虑上游水平压力、水重和坝体自重以及HPQG扬压力，在此情况下，讨论及应如何取值才能满足安全和经济的要求。U211坝顶高程的确定根据水电站装机18万KW，水库总库容137108M3，取工程规模为大（1）型。2111坝顶超出静水位高度HH2HLHOH（21）式中2HL波浪涌高HO波浪中线高出静水位高度HC安全超高（1）2HL0166VF5/4D1/3式中VF为计算风速，设计情况宜采用洪水期多年平均最大风速的152倍，校核情况宜采用洪水期多年平均最大风速。此处设计洪水位下取2M/S，校核洪水位下取115M/SD库面吹程（KM），指坝前沿水面至对岸的最大直线距离，可根据水库形状确定。但若库形特别狭长，应以5倍平均库面宽为准，此处取14KM。求得设计洪水位下2H1009M,校核洪水位下2H1004M。（2）HOCTHLL42LH求得设计洪水位下为007M，校核洪水位下为00024M。（3）HC查水工建筑物（上）河海大学出版社P53表28基本组合HC07M，特殊组合HC05M故设计洪水位下HC07M，校核洪水位下HC05M。2112坝顶高程设计洪水位H设29223M坝顶高程MAX校核洪水位H校29273M取坝顶高程为29273M212坝底宽的确定基本剖面是以校核洪水位为高程，再以应力条件和稳定条件求得最小坝底宽来确定的。2121应力条件MHBC963250390式中B坝底宽度，M；H基本剖面坝高，M（基本剖面H23801100128M）；坝体材料容重，；C3/MKN水的容重，；0扬压力折减系数,按规范坝基面取0。25；1摩擦系数，由资料可得本设计采用072；F2122稳定条件MFKHBC546203978110式中B坝底宽度，M；H基本剖面坝高，M（基本剖面H23801100128M）；坝体材料容重，；C3/MKN水的容重，；0扬压力折减系数,按规范坝基面取0。25；1摩擦系数，由资料可得本设计采用072；FK基本组合安全系数。取B6955M,此时M075图21非溢流坝基本剖面213实用剖面2131坝顶宽度坝顶需要有一定的宽度，以满足设备布置、运行、交通及施工的需要，非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的810，并不小于2M，如作交通要道或有移动式启闭机设施时，应根据实际需要确定，当有较大的冰压力或漂浮物撞击力时，坝顶最小宽度还应满足强度的要求。根据坝顶双线公路交通要求，坝顶B取为9M。2132剖面形态上游折坡的起坡点位置应结合应力控制条件和引水、泄水建筑物的进口高程来选定。一般在坝高的1/32/3的范围内。为尽量利用水重，在满足应力要求前提下，上游坡应尽可能缓。同时考虑电站进水口闸门拦污栅和操作便利，为尽量利用水重，在满足应力要求的前提下，折坡点高程定在23500M处。坝顶高程293M，坝底高程20000M，折坡点高程23091M，上游坝坡坡度1015，下游坝坡坡度1075，坝顶宽900M，坝底宽7419M，上游侧464M，下游侧6955M。图22非溢流坝的实用剖面22荷载计算（取单宽1米）荷载计算时仅考虑自重，静水压力及扬压力（浪压力较小，略去不计），在验算稳定时需用荷载的设计值，用极限状态法验算应力时，需用荷载的标准值，以下是各荷载的作用分项系数。表21作用分项系数序号作用类型分项系数1自重102水压力1）静水压力2）动水压力时均压力、离心力、冲10105、11、11、13击力、脉动压力3扬压力1）渗透压力2）浮托力3）扬压力（有抽排）4）残余扬压力（有抽排）12（实体重力坝）、11（宽缝、空腹重力坝）1011（主排水孔之前）12（主排水孔之后）4淤沙压力125浪压力12注其它作用分项系数见DL5077表22结构系数序号项目组合类型结构系数备注1抗滑稳定极限状态设计式基本组合偶然组合1212包括建基面、层面、深层滑动面2混凝土抗压极限状态设计式基本组合偶然组合1818221设计洪水位下荷载设计洪水位下荷载见下表，具体计算见计算书。表23设计洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（KNM）方向168521340057297141961240279654836270自重57436373271878169340618313033123208874上游35174334931200962596138467448644静水压力下游72184336024250211018925001258723428431489215007835225285747扬压力7649418616586142222校核洪水位下荷载表24校核洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（KNM）方向168521340057297141961240279654836270自重57436373271878169341515923033127315488上游3484213493121720881184526467613581静水压力下游888773360295145711310070012725534284362301扬压力14815535225218019773347861665851823稳定分析稳定分析的主要目的是验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度。工程实践和试验研究表明，岩基上的重力坝失稳破坏可能有两种情况一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。为保证重力坝的安全可靠性，在结构设计的标准中，要明确规定出安全储备要求。其表达形式有定值安全系数法和分项系数极限状态法。下面就采取这两种方法验算稳定，定值系数法采用抗剪强度公式和抗剪断公式。231设计洪水位下稳定计算2311抗剪断公式0314143907028521PACUWFK2312抗剪稳定公式1046375280810PFK232校核洪水位下稳定计算2311抗剪断公式0314143907028521PACUWFK2312抗剪稳定公式1246375752108PUWFK24应力校核241原理验算坝址抗压强度时，应按承载能力极限状态分别计算基本组合和偶然组合两种情况，计算时按公式要求采用材料的标准值和作用的标准值或代表值。1）作用效应函数21MJTMAWSRR2）抗压强度极限状态抗力函数CF或RF式中R坝基面上全部法向作用之和，KN，向下为正；M全部作用对坝基面形心的力矩之和，逆时针方向MK为正；RA坝基面的面积，2M；J坝基面对形心轴的惯性矩，4；RT坝基面形心轴到下游面的距离，；2M坝体下游坡度；CF混凝土抗压强度，KPA；FC基岩抗压强度，。规范要求运行期按正常实用极限状态验算坝体上游面拉应力，应满足分项系数极限状态表达式，并按作用的标准值分别计算作用的长期组合和短期组合，要求坝踵垂直应力不出现拉应力，计算公式为0CCJTMAW式中CM计算截面上全部作用对截面形心的力矩之和，逆MKN时针方向为正；CJ计算截面面积对形心轴的惯性矩，4；T计算截面形心轴到上游的距离，。242设计洪水位下坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数149563KPA201MJTMAWSRR极限状态抗力函数KPAFC满足要求RS坝踵抗拉强度验算满足要求04638RRJTMAW243校核洪水位下坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数185843KPA201MJTMAWSRR极限状态抗力函数KPAFC满足要求RS坝踵抗拉强度验算满足要求04638RRJTMAW25坝内构造251坝内廊道灌浆廊道距坝底5M，距上游坝面4M，廊道宽3M，高35M。由于下游尾水位较高，产生较大的扬压力，为增加坝的安全稳定，在坝基面上设两个基础排水廊道以减小扬压力。两廊道距上游坝面距离分别为19M，49M沿灌浆廊道向上，间隔大概30M布置一层廊道，共分3层，各层的高程为205M，235M，265M，每层纵向廊道布置向下游延伸的横向廊道，并在下游再布置一条纵向贯穿廊道作为连接。非溢流坝段除底层廊道横向不贯穿至下游外，其余横向廊道均贯穿，非溢流坝段横向廊道连接两排纵向廊道。廊道尺寸宽210M，高24M，由于上游坝面倾斜，故廊道上下并非垂直布置，而是向下游倾斜，这使得排水管亦倾斜布置，但角度不大，在允许的范围内。252坝基处理重力坝承受较大的荷载，对地基要求较高。然而天然基岩经受长期地质构造运动及外界因素的作用，多少存在着风化，节理，裂隙，破碎带等缺陷，因此，必须对地基进行适当的处理。地基处理一般包括坝基开挖清理，对基岩进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，对特殊软弱带如断层，破碎带和溶洞等进行专门的处理。紧水滩峡谷而岸风化层零星分布，一般厚052米，所以坝基开挖比较容易帷幕灌浆作用是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。帷幕灌浆是在靠近上游坝基布设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂隙和孔隙等渗水通道。防渗帷幕的深度因根据基岩的透水性，坝体承受水头和降低坝体渗透压力的要求确定。此外在基岩表面设置排水廊道。253坝体分缝横缝将坝体沿坝轴线方向分成若干坝段，其缝面常为平面，不设键槽，不进行灌浆，使各坝段独立工作。缝的宽度器取1CM，横缝间距具体见枢纽布置图，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，详细见图纸。为了加强坝体的整体性，缝面一般设置键槽，槽的短边和长边大致与第一及第二主应力相交，使槽面基本承受正压力。且键与槽互相咬合，可提高纵缝的抗剪强度。3重力坝溢流坝段设计31剖面设计溢流坝既是泄水建筑物，又是挡水建筑物，既要满足稳定强度要求，又要满足水力条件要求。要有足够的下泄能力，使水流平顺的流过坝面，避免产生振动和空蚀。应使下泄水流对河床不产生危及坝体安全的局部冲刷，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行。溢流坝剖面，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、中部直线段及下游反弧段组成，上游面为直线。初步设计采用8孔开敞式溢流堰。有厂房段空口为75M。闸墩宽为7M。无厂房段空口宽为16M。闸墩宽为3M。311堰顶高程的确定3111设计洪水位下679056M3/S0QS坝址岩基状况良好，故取设计状况下的单宽流量Q100M2/SLQ/Q6791M机组段的间距为1426M，机组进水口设置在闸墩里，故有机组段的孔口宽需考通过溢流坝顶的下泄流量为（31）0QS式中经由水电站、泄水孔及其他建筑物的下泄流量；0Q安全系数，正常运用时取07509，校核情况取为10。SMS370SMHN07129581虑机组段长，有机组段闸墩宽7M，则孔口大小为14267726M，取L72631648578M溢流坝总宽度（32）102DNBL式中溢流段总宽度，M；0LN孔数；B每孔净宽，M；闸墩宽度，M；D边墩宽度，M。1L08578472311978M计算堰上水头（33）230HGLQ式中L溢流前缘总净宽，M；M流量系数，与堰型有关，非真空实用剖面堰在设计水头下一般为049050；侧收缩系数，与闸墩形状，尺寸有关，一般为090095；重力加速度；G坝顶溢流的堰顶水头，M。0H求得H1161M流速水头则堰上水头H116100041161M堰顶高程291116127939M由水力学公式20COCOHGQT试算得HC02011M则堰顶高程H27939M,正常挡水位28500M闸门高度28527939安全超高177M3112校核洪水位下829284M3/S0QS坝址岩基状况良好，故取设计状况下的单宽流量Q100M2/SLQ/Q8293M机组段的间距为1426M，机组进水口设置在闸墩里，故有机组段的孔口宽需考虑机组段长，有机组段闸墩宽7M，则孔口大小为14267726M，取L72631648578M溢流坝总宽度102DNBL式中溢流段总宽度，M；0LN孔数；B每孔净宽，M；闸墩宽度，M；D边墩宽度，M。1通过溢流坝顶的下泄流量为0QS式中经由水电站、泄水孔及其他建筑物的下泄流量；0Q安全系数，正常运用时取07509，校核情况取为10。SMS3850SMHN0182091L08578472311978M3113堰顶高程及闸门尺寸综上堰顶高程为27939M闸门高度正常蓄水位堰顶高程安全超高285027939051184M取12M。选择平面闸门，根据孔口大小，所以闸门有两种尺寸，取为120M81M120M166M。工作闸门一般布置在溢流堰顶点，以减少闸门高度。为了避免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15M。312堰面曲线溢流面曲线采用的为WES曲线，其曲线方程为（34）YKHXNDN1式中定型设计水头DHK、N与上游坝面坡度有关的系数和指数（查设计手册知K2,N185）即8512XY最大运行水头MAH292279391261MX校核洪水位堰顶高程定型设计水头，为使实际运行时M较大而负压绝对值较小，对于WESD剖面设计，常取（075095），取1135MHAXHD表31YX185/21785085X（M）510151813Y（M）121435920136堰顶与上游采用三圆弧连接，参数如下表所示表32三圆弧参数R105HD568R202HD227R3004HD045B10175HD199B2027HD306B30281HD319堰面形态如下图所示图31堰面形态313下游反弧段由于采用厂房顶溢流式，反弧段的高程应结合厂房的顶高程，根据厂房部分的计算，反弧段的底高程定为2300M。反弧半径的计算（34）200CCHGQT式中总有效水头，M；0T临界水深（校核洪水位闸门全开时反弧处水深），M；0CH流速系数查表取095。Q单宽流量SLQQ386127053MT836910经试算，HC012反孤段半径，取MHRC120660R15鼻坎挑角，取35坎顶高程。HO3S12图32溢流坝剖面图32荷载计算作用在溢流坝上的荷载主要有坝体自重，上下游坝面上的水压力，扬压力，浪压力，泥沙压力，地震荷载，冰荷载，动水压力等，此处考虑了坝体自重，上下游坝面上的水压力，扬压力，其他力就暂不考虑。此溢流坝为一级主要永久建筑物，工况计算需考虑设计洪水位、校核洪水位，荷载计算如下表。321设计洪水位下表33设计洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（KNM）方向自重1059418446185195992437729172851075281345上游331174785157471335静水压力下游1755826311107337137533400108186457254946804879148812129592834扬压力162278846777589779322校核洪水位下表34校核洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（KNM）方向自重1059418446185195992444895172812126245218上游336080794896164545155静水压力下游17558272261665925207789001289774572558974739435955121211436377扬压力19346554677904838133稳定分析稳定分析的主要目的是验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度。工程实践和试验研究表明，岩基上的重力坝失稳破坏可能有两种情况一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。为保证重力坝的安全可靠性，在结构设计的标准中，要明确规定出安全储备要求。其表达形式有定值安全系数法和分项系数极限状态法。下面就采取这两种方法验算稳定，定值系数法采用抗剪强度公式和抗剪断公式。331设计洪水位下抗剪断公式0395359702148021PACUWFK2312抗剪稳定公FK332校核洪水位下2311抗剪断公式0389471425890361PACUWFK2312抗剪稳定公式1247142589360PFK34应力校核342设计洪水位下坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数17239KPA201MJTMAWSRR极限状态抗力函数KPAFC满足要求RS坝踵抗拉强度验算满足要求026573RRJTMAW343校核洪水位下坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数15894625KPA201MJTMAWSRR极限状态抗力函数KPAFC满足要求RS坝踵抗拉强度验算满足要求0735RRJTMAW35溢流坝消能抗冲刷措施由于坝址处基岩良好，故采用挑流消能。351挑距H13923H233M890158901250370KZL632HGVC931C挑距12494M2121121SINCOSINO/HGVVGL式中L水舌距MV1坎顶水面流速（M/S）可取坎顶平均流速V的11倍鼻坎挑射角度H1坎顶平均水深在铅直方向的投影H2坎顶至河床表面高差（M）G重力加速度352冲坑THHKTRR108942TR冲刷坑深度MH上下游水位差MHK取决于出坎单宽流量Q的临界水深，,G为重力加速度。32GQHK取决于岩石抗冲刷能力的无因次参数，对于坚硬岩石RKKR10711此处取10计算得TR797M由于下游基岩质量较好，且水流沿河道较平顺，故抗冲刷措施比较简单。只需在溢流坝与非溢流坝交界处设200M宽的导水墙，下游岸坡做简单防浪措施即可。353导墙高度掺气水深HAHC3923MH导392314923M取H导50M4水电站引水建筑物41进水口高程水电站进水口在枢纽中的位置，应尽量使入流平顺，对称，不发生回流和漩涡，不出现淤积，不聚集污物，而泄洪时仍能正常进水。本电站采用坝式进水口有压进水口应低于运行中可能出现的最低水位，并有一定淹没深度，以免进水口前出现漏斗状吸气漩涡并防止有压引水道内出现负压。不出现吸气漩涡的最小淹没深度为SCRCV716M。（41）D式中SCR闸门门顶低于最低水位的临界淹没深度（M），考虑风浪影响时，计算中采用的最低水位比静水位约低半个浪高。D闸门孔口高度，MV闸门断面的水流速度，M/SC经验系数，C055073，对称进水时取小值，侧向进水时取大值。则进水口底高程为2637163815251M42压力钢管的布置引水建筑物为压力钢管，采用单机供水压力钢管经济内径（42）MHQD4052573AX式中QMAX钢管的最大设计流量，M3/SH设计水头，M坝内埋管的经济流速为57，蜗壳进水口的直径为38M，综合考虑/S经济流速和蜗壳进水口直径，确定坝内埋管的直径为38M，对应管内流速为6，94，满足经济流速要求。/MS进水口由拦污栅，进口段，渐变段及输水管组成。进口采用三面收缩，底部水平的方式。顶部采用1/4椭圆曲线，方程为1（43）215X6Y渐变段水平，由矩形闸门段到圆形钢管段采用圆角过渡，渐变段长度为66M。进口段水平，总长度为1215M。后接压力钢管圆弧转弯段，进口中心线高程为25294M，轴线处转弯半径R10M，转角53。后接斜直管段，轴线与下游坝坡平行，长5340M。再接圆弧转弯段，轴线处转弯半径R10M，转角53。后接水平段至蜗壳，水平段中心线高程为20219M。在钢管进入厂房前设一伸缩节，以适应变形。43压力钢管的厚度钢管计算厚度（44）RAPARHRTCOS式中HP最大计算水头钢管内径的一半AR水的容重45FDR01式中钢管结构构件的抗力限值（N/MM2）R结构重要性系数，由水工建筑物级别为3级查得1000设计状况系数，持久状况10，短暂状况09，偶然状况08结构系数，由坝内埋管联合承载查得13DDF钢材强度设计值（N/MM2）计算得18077R则TA1096MM44拦污栅及进水口闸门的设计拦污栅的功用是防止漂木，树枝，树叶，杂草，垃圾，浮冰等漂浮物随水流带入进水口，同时不然这些漂浮物堵塞进水口，影响进水能力。此设计采用的坝式进水口一般为垂直拦污栅，平面形状为多边形。拦污栅通常由钢筋混凝土框架结构支承。拦污栅框架由柱及横梁组成，横梁间距一般不大于4米，本设计取18米拦污栅由若干栅片组成，每块栅片的宽度一般不超过25米，取，高度不超过4米，取18米。栅条的厚度由强度计算决定，通常厚8至12MM，本设计取10MM。拦污栅的总面积常按电站的引用流量及拟定的过栅流速反算得出，过栅流速以不超过10M/S为宜206791MVQA本设计取拦污栅高度为7M，半径35米，A7697M2。图41拦污栅进水口设一道工作闸门，一道检修闸门，闸门孔口通常为矩形，工作闸门净过水断面一般为隧洞断面的11倍左右，工作闸门尺寸为4236M2,检修闸门取与工作闸门相同。45通气孔通气孔设在进水口工作闸门后，其功用是当引水道充水时用以排气，当闸门关闭放空引水道时，用以补气以防出现有害的真空。通气孔的面积常按最大进气流量除以允许进气流速得出。最大进气流量出现在闸门紧急关闭时，可近似认为等于进水口的最大引用流量。允许进气流速与引水道形式有关，对坝内埋管可取7080M/S。MAXQVA式中A通气孔的面积，2进水口的最大引用流量，MAXQ3/SV坝内埋管允许进气流速，M/S通气孔的直径取为12M，面积为，对应的进气流速为688M/S21M通气孔通向坝顶。5水电站建筑物设计511校核洪水位下由Q泄8500M3/S查厂区水位流量曲线得H下21554M512设计洪水位下由Q泄7000M3/S查厂区水位流量曲线得H下214M513正常蓄水位一台机组满发A9810920968268，N981QHAQH，考虑1水头损失设Q164M3/S，查得H下2019MN826864（2852019）994361万KW设Q280M3/S，查得H下202MN826880（285202）995445万KW设Q3672M3/S，查得H下20192MN8268672（28520192）994524万KW则H下20192M514正常蓄水位四台机组满发A9810920968268，N981QHAQH，考虑1水头损失设Q1540M3/S，查得H下204MN8268540（285204）9935441万KW设Q2300M3/S，查得H下2032MN8268300（28520302）9925754万KW设Q3270M3/S，查得H下2031MN8268270（2852031）9917917万KW则H下2031M515设计低水位一台机组满发A9810920968268，N981QHAQH，考虑1水头损失设Q280M3/S，查得H下202MN826880（263202）993954万KW设Q396M3/S，查得H下2021MN826896（2632021）994737万KW设Q488M3/S，查得H下20205MN826888（26320205）994346万KW设Q5912M3/S，查得H下20207MN8268912（26320207）994502万KW则H下20207M516设计低水位四台机组满发A9810920968268，N981QHAQH，考虑1水头损失设Q1360M3/S，查得H下2034MN8268360（2632034）9917385万KW设Q2384M3/S，查得H下20348MN8268384（26320348）9918519万KW设Q3375M3/S，查得H下20345MN8268375（26320345）9918094万KW则H下20345M综上设计低水位H29121477M校核洪水位H292215547646M正常一台H（285020192）09881418M正常四台H（28502031）09880262M设低一台H（26320207）09859711M设低四台H（26320345）09858359M则HMAX81418MHMIN58359MHR095HAV66395M52水电站水轮机组的选型由工作水头范围5835981418M查表得选用HL220水轮机521转轮直径D1查表水电站36得限制工况下单位流量查表得限制工况Q1/M115M3/S，M890，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量初设Q1/Q1/M115M3/S，M91HRND812891式中NR水轮发电机额定出力（KW），4台机组情况，已知发电机额定出力。，GR96，NRNGR/GR48000/0964897959KWHR设计水头（M），坝后式HR095HAV664M原型水轮机的效率（），由限制工况下的模型水轮机的效率修正可得。由上述计算出的转轮直径，选用比计算值稍大的转轮直径值D130M。522转速N（最优工况）HL220最优工况下单位转速N10/M700R/MIN，假定I/1951RDHNAV式中HAV加权平均水头（M），HAV664M。D1转轮直径（M），D1取为30M。N10/采用略高于最优单位转速的设计单位转速（R/MIN），取N10/N10/M700R/MIN。水轮机的转速一般采用发电机的标准转速，选择与上述计算值相近的发电机标准转速取N2143R/MIN，2P32。523效率修正查表36可得HL220最优工况下模型最高效率MMAX91，转轮直径D1M046M。原型效率594151MAXMAXDMMAX模型最优工况下效率D1M模型转轮直径效率正修正值MAXMMAX9459135取152MAXMMAX91293M890291与假定值相同N10/N10/M1113MAXMA/N、Q1/可不加修正最后求得91，D130M，N2145R/MIN水轮机型号HL220LJ300524工作范围检验1014M3/S115M3/S231189HRDNQ最大引用流量QMAXQ1/MAXD12HR1/27436M3/S与特征水头HMAX、HMIN、HR相对应的单位转速为N1/MINND1/HMAX1/27125R/MINN1/MAXND1/HMIN1/28416R/MINN1/RND1/HR1/27890R/MIN在HL220水轮机模型综合特性曲线上绘出N1/MIN7125R/MIN，N1/MAX8416R/MIN，Q1/MAX1014M3/S的直线，其所围的区域为水轮机的工作区域。图中阴影部分基本包括了该特性曲线的高效区。图51HL220水轮机模型综合特性曲线525吸出高度HS由N1/R7890R/MIN，Q1/MAX1014M3/S查曲线得0123由HR664M查得002水轮机安装海拔高程20216MHR0280901MHS水轮机安装位置的海拔高程，初始计算取下游