沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计说明书

水利水电工程专业毕业设计1前言中文摘要沙溪口水电站计划建在福建省南平市上游的西溪上，是闽江流域的一个梯级电站，属于河床式水电站。本电站主要组成建筑物有溢流坝、非溢流坝、厂房和船闸。坝体型式为混凝土重力坝，溢流坝段布置于河床中部，厂房布置在河床右岸，船闸布置在左岸。非溢流坝坝顶高程915M，上游面坡度为102，下游面坡度1080，溢流坝堰顶高程7762M。溢流坝段全长320M，设有16孔溢流孔，每孔净宽取为170M，沿主河槽宣泄绝大部分洪水。水库正常蓄水位为8550M，设计洪水位为8800M，校核洪水位为8850M，死水位为8200M。电站设计水头为1644M，总装机容量为300MW，安装有4台轴流式水轮发电机组，每台装机容量为75MW。水轮机型号均为ZZ560LH850，转轮直径为85M，水轮机安装高程6610M，发电机层高程8200M，取安装场高程与发电机层同高。下游校核洪水位8100M，主厂房顶高程为10300M，厂房总长1565M，宽770M。220KV及110KV开关站布置在尾水平台右侧。船闸闸室100M125M25M（长宽最小水深），位于溢流坝左侧。沙溪口水电站具备发电，航运，过木等的综合效益，是福建电网的骨干电厂。关键词沙溪口水电站、河床式厂房、重力坝、溢流坝、水轮机、发电机、抗滑稳定性、扬压力、轴流式水轮机、发电机层结构设计ABSTRACTSHAXIKOUHYDROPOWERSTATIONISPREPAREDTOBUILTATXIXISTREAM,UPSTREAMTHECITYOFNANPINGINFUJIANPROVINCEITISONEOFTHECASCADEDEVELOPMENTINTHEMINJIANGRIVERBASINITISAPOWERHOUSEINRIVERCHANNELTHEMAINSTRUCTURESOFSHAXIKOUHYDROPOWERSTATIONISCONSISTOF沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计2OVERFLOWSPILLWAYDAM,NONOVERFLOWSPILLWAYDAM,POWERHOUSEANDLOCKTHEDAMSARECONCRETEGRAVITYDAMSTHEOVERFLOWSPILLWAYDAMLIESINTHECENTREOFTHERIVERBEDTHEPOWERHOUSELIESONTHERIGHT,ANDTHELOCKISLOCATEDONTHELEFTTHETOPOFTHENONSPILLWAYDAMISATANELEVATIONOF9150METERSTHEUPSTREAMOFTHEDAMISVERTICAL,THELOWERSLOPEDEGREEIS102,ANDTHEUPPERSLOPEDEGREEIS1080THECRESTOFTHEWEIRISATANELEVATIONOF7726METERSTHEOVERFLOWSPILLWAYDAMISABOUT320METERSLONGINTOTAL,WITH16OPENINGSEACHOF17METERSWIDE,DISCHARGINGMOSTOFTHEFLOODFLOWALONGTHEMAINRIVERCHANNELTHENORMALWATERLEVEROFTHERESERVOIRIS8550METERS,WHILETHEDESIGNFLOODWATERLEVELOFTHERESERVOIRREACHESAT8800METERSTHECHECKINGFLOODWATERLEVELISABOUT8850METERSANDTHEDEADWATERLEVELISONLY8200METERSTHEDESIGNCROSSHEADIS1644METERSTHEPROJECTHASATOTALINSTALLEDCAPACITYOF300MWITHOUSESFOURAXIALFLOWTURBINESCOUPLEDWITHGENERATORS75MWEACHTHETYPEOFTHETURBINEISZZ560LH850THEDIAMETEROFTHETURBINEIS850METERSTHERUNNERSETTINGISATANELEVATIONOF6610METERSTHEGENERATORFLOORISATANELEVATIONOF8200METERSANDITISTHESAMEWITHTHESERVICEORERECTIONBAYHOWEVER,THECHECKINGTAILWATERLEVERIS810METERSTHETOPOFTHEPOWERHOUSEISATANELEVATIONOF1046METERSANDTHEPOWERHOUSEISABOUT1565METERSLONGAND770METERSWIDE220KVANF110KVSWITCHYARDISLOCATEDONTHEPLATFORMATTHERIGHTSIDEOFDOWNSTREAMTAILRACETHELOCKWITHTHEDIMENSIONOF100M125M25MLWMINWATERDEPTHISLOCATEDONTHELEFTSIDEOFTHESPILLWAYSHAXIKOUHYDROPOWERSTATIONHASTHECOMPREHENSIVEBENEFITSOFGENERATINGELECTRICITY,SHIPPINGTRANSPORTATION，NAVIGATIONAFLOATINGWOODSANDETCITHASAVERYIMPORTANTPOSITIONINTHEELECTRICITYNETWORKOFFUJIANPROVINCEKEYWORDSSHAXIKOUHYDROPOWERSTATION，POWERHOUSEINRIVERCHANNEL，CONCRETEGRAVITYDAM，OVERFLOWDAM，COMBINATORY，水利水电工程专业毕业设计3HYDROGENERATOR，STABILITYAGAINSTSLIDING，UPLIFTPRESSURE，AXIALFLOWTYPETURBINE，STRUCTUREDESIGNOFGENERATORFLOOR，目录前言1目录3第一章水文地质情况与枢纽布置611流域概况612水文气象条件613水库地质914坝址工程地质条件及坝轴线选定915建筑材料1216综合利用1317枢纽布置13第二章重力坝挡水坝段设计1421剖面设计15211坝顶高程15212坝顶宽度16213廊道的布置17214剖面形态1722坝体稳定分析和应力校核18221设计蓄水位时（一台机组满发）18222设计洪水位时2022校核洪水位时23第三章重力坝溢流坝段设计2631溢流坝段孔口尺寸拟定2632溢流坝段剖面设计27321堰顶高程27322堰面曲线28323上游曲线28324反弧段半径的确定2833坝体稳定分析和应力校核28331设计蓄水位时（一台机组满发）29332设计洪水位时31333校核洪水位时34第四章消能建筑物设计3741戽角37沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计442反弧半径3843戽底高程和戽池长度3844戽坎高度3845尾坎38第五章水电站建筑物设计3951特征水头的选择3952水电站水轮机组的选型425ZZ460水轮机方案的主要参数选择42ZZ560水轮机方案的主要参数选择45HL310型水轮机方案的主要参数选择4953蜗壳和尾水管的计算5354发电机的选择与尺寸估算55541水轮机发电机主要尺寸估算55542发电机外形平面尺寸估算56543发电机外形轴向尺寸计算57544发电机重量估算57545水轮机重量估算58546变压器选择及布置5855调速器与油压装置的选择58551调速功计算59552接力器的选择59553调速器的选择60554油压装置6156厂房起吊设备的选择6157主厂房各层高程及长宽尺寸的确定62571水轮机组安装高程62572尾水管地板高程和厂房基础开挖高程63573水轮机层地面高程63574发电机楼板高程和安装场高程63575吊车梁轨顶高程64576屋顶面高程64577厂房总高64578主厂房平面尺寸的设计6458水电站副厂房布置65581位置的确定65582高程及平面尺寸的确定6559水电站厂房的稳定计算68591正常水位运行工况68591校核洪水运行工况71592机组大修工况72第六章专题发电机层楼板结构设计及计算73水利水电工程专业毕业设计561设计资料7362设计依据74641梁格布置75642各构件截面尺寸初估7664板的计算77641荷载计算77642S1区楼板计算78643S3区楼板计算81644S4区楼板计算83645S6区楼板计算84646双向板另一方向计算86647S2、S5、S7区楼板配筋8765非框架梁的计算87651L1梁计算87652L4梁计算90653L5梁计算92654L8次梁计算95655其余非框架梁配筋97656非框架梁裂缝宽度验算97657非框架梁挠度验算9866框架梁的计算99661KL1梁计算99662KL2梁计算104664KL6次梁计算109665其余框架梁配筋111666框架梁裂缝宽度验算111667框架梁挠度验算11268构造配筋设计113681分布钢筋113682箍筋113683腰筋及拉筋114684钢筋支座锚固长度114685分离式配筋114686板与主梁及风罩间附加钢筋114687小次梁配筋115688主次梁间附加钢筋115结语117沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计6第一章水文地质情况与枢纽布置11流域概况闽江西溪为福建省最大河流上游的西支，流经福建省十四个县市，与闽江北支建溪汇合于南平市。西溪全长349公里，邵武至顺昌段河道坡降09，已建安沙水电站位于沙溪中游末端，控制集水面积5184平方公里。富屯溪干流全长285公里，邵武至顺昌段河道坡降13。其最大支流为金溪，全长253公里，地形更为陡峻，河道坡降高达15，已建池潭水电站位于金溪中游，控制集水面积为4766平方公里。沙溪口水电站位于沙溪和富屯溪汇合口下游6公里的西溪上，控制集水面积25562平方公里制，占闽江流域总面积的42，流域内森林茂盛，覆盖良好，有较好的水土保持条件。12水文气象条件1水文气象情况西溪的降水量观测，解放前从1935年开始，但站点少，资料断续不全，精度较差。1952年起陆续增设雨量站，到1978年已达162处，平均158平方公里设有一个雨量站。蒸发量观测都是解放后开始，本流域共有16个观测站。枢纽区所需的气温，湿度，水温，风向，风力等气象要素的统计，是利用距坝区下游14公里的南平站。水文测验西溪最早于1938年7月在沙溪的沙县。永安设站观测水位和流量，1939年相继在宁化清流设水位站。富屯溪以洋口建站最早，于1944年5月设立，其他各站点均在解放前增设。一般都有二十年以上的实测资料。至1978年沙溪沙县站已积累三十年资料，富屯溪洋口站也有三四十年的实测资料。西溪的花竹站，距沙溪，富屯溪汇合口下游约4公里，1953年11月设站。1957年停测，1960年9月恢复策流至1966年12月撤消，1979年恢复观测水位，汛期测流。花竹站是西溪控制站，是本水电站水文计算的主要依据站，但仅有9年实测流量资料，而沙县控制站，控制集水面积9922平方公里，洋口站控制集水面积12669平方公里，两站总面积已控制坝址总面积的89左右，其间无大支流汇入，为花竹站水文资料插补展延提供了良好的条件。天然河道水位流量关系曲线，1979年3月在花竹站下游约15公里鲤鱼洲水利水电工程专业毕业设计7坝段社坝址上下水尺。同年青洲、莱舟与梯级开发可能的官蟹，照口设水尺，观测水位，至9月停测。坝址水尺与花竹站相关，青州，官蟹两组水尺和莱舟，照口两组水尺分别与沙县站和洋口站相关，高水位历史洪水资料控制又分别按集水面积比的067次方作相应水尺的区间加入水量，接着以史提文撕法外延求得。2降水特性福建闽江西溪流域属亚热带季风气候，雨量充沛，暴雨频繁，由于地形的影响，富屯溪上游为闽北高雨区，沙溪属于闽中低雨区，金溪与富屯溪中下游为两者的过渡带。降雨量地区分布有自东南向北递增的趋势。花竹以上流域实测最小和最大年降水量在12362348毫米之间，多年平均降水量1776毫米，六月降水最多，约占全年总降水量37左右。高风西风槽和地面锋系列相伴出现成锋面雨，是本流域雨季最主要的天气形势，也是暴雨的主要成因，一般台风雨对本流域影响不显著，但强台风与其他天气系统相遇时，容易晾成洪患。3气象要素简述（1）气温坝区年平均气温为193度，月平均气温在9度以上，最高气温350度的日数，全年平均为404天，其中以七八月份为最多。坝区最低气温0度的天数，全年平均为76天，以一月份出现的机会最多。坝区极端最高气温410，出现在1953年8月1日，极端最低气温58，发生在1955年1月11日和1963年1月8日。（2）湿度和水温本流域气候湿润，坝区年平均相对湿度为79，月平均最大达83，发生在六月，月平均为78，出现在七月。坝区多年平均水温为208度，极端最高水温达35度，极端最低水温为57度。（3）蒸发西溪花竹以上流域蒸发量以邵武，延宁，将乐，清流，永安，沙县六站观测资料为计算的依据，根据19521978年资料求得，多年平均水面蒸发量9703MM，年最大蒸发量10929MM，年最小蒸发量8886MM，年内各月蒸发量以七月最大，为1442MM，二月最小为385MM，陆地蒸发量按水量平衡原理推求，多年平均为7927MM。（4）风向风力坝区年平均风速仅为10秒米，全年各月东北风占优势，定时最大风速实测记录大于20M/S，出现在1962年的6月，相应的风向为西南风，发生大风日数以79月的频次较多。沙溪口大坝的设计最大风速建议值采用2530秒米。沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计84径流本流域径流形成至降水，花竹站具有19541956及19611966年实测资料，根据九年实测资料与上下游的沙县，洋口，南平，七里街各站点的流时资料，建立了四种同期上下游年月平均流量的相关图，经比较得选用最大误差较小，且较为简单的插补计算花竹站年月日平均流量，并将花竹站查补延伸而得1939到1978年间的40年径流系列。考虑支池潭径流系列较短，从1954年起才同步，故坝址多年平均流量采用花竹站19511978年流量系列计算得为778秒立方米，径流模数为304万立方米/秒平方公里。花竹站径流年内分配很不均匀，从一月递增，六月最大，占全年流量245，然后逐月的递减，最小为12月，只占全年流量的27，最大与最小月份比达9倍，花竹径流年内分配可见见表1。表11花竹站径流年内分配表名称一二三四五六七八九十十一十二全年月平均径流267407618108017302290946606470379288253778占年内比例（）286436661101831551014849584480589271100花竹站最小流量可以根据沙县及洋口站19501978年实测资料进行插补计算得，最小值在1968年，仅为788M3/S。5洪水西溪洪水由暴雨形成，特大洪水发生在46月，尤其以六月发生机会最多，每年五，六月份由于高空西风槽，低涡特别的活跃，地面低压锋系出现较为频繁，西南方向来的暖湿气流又加强，当两气团在流域上空交汇时，将形成静止锋，不仅降水持久且强度大，这是造成本流域大范围降水主要的天气系统，也是洪水主要成因，本流域距台风源地较远，东南面受博平等山脉的阻挡，一般台风对本流域的影响不大，若强台风与其它天气系统相遇也将会造成洪灾。根据30年来的实测资料分析，较大洪水形成原因以及历史特大洪水大部分均属与锋雨造成。本流域洪水历时一次可达5至10天，一般5至7天可以包括最大洪量，锋型以C复峰及多峰居多。对于入库的洪水，通过计算入库洪峰与天然洪峰的相对增值在025至1水利水电工程专业毕业设计9之间，可见影响非常小，建议本水电站直接采用坝址设计洪水。坝址洪水过程线，考虑将沙溪与富屯溪的洪水相组合。6泥沙坝址没有实测的资料，考虑采用洋口与沙县两站实测悬移质输沙率多年平均值，经过年径流比推算，以洋口与沙县两站多年平均侵蚀模数综合分析的成果比较推得坝址悬移质年输沙量约为0094公斤/立方米。推移质由于闽北地区无实测资料，可参照新安江罗桐埠站的分析成果，按悬移质的30进行估计，推得多年平均总输沙量为302万吨。13水库地质库区位于闽西北的华夏地区，地层以前震旦第建欧群一变质岩和燕山花岗岩体为主。库区地层褶皱多呈复式，以向半构造为主习峰期褶皱形态较复杂，次数褶皱较发育，华力近即光期属于燕山期，大体可分成北东北北东向。北西向和南北向三组，北东向断层多属压性，但也有弹性的，北西向断层多属张性。南北向断层，则是以压性为主。电站所在地区地震基本烈度定位6度。渗漏库区群山环抱，地下分水岭高于水库设计蓄水位。库岔中无碳酸盐类岩石分布，故无渗漏之虑。矿产淹没未发现有工业价值的矿产，因此不会影响水库的兴建。库岸稳定已查明，不稳定或滑块体有沙溪口公路上游600米右岸及沙溪口公路桥上游的一块，规模估计总计约数万立方米。此两处距坝址约为7公里，纵使坍滑对电站也无影响。在绿水坑上游侧2200米处，岩层有侏罗系有顺坡向断层构成滑动面。经推算，认为不论是现在或蓄水以后都应该是稳定的。原上坝址右岸距电站厂房约为500米，边坡地形较平缓，120米高程以上坡积层经过多次滑动，已经趋于稳定，下部岩体风化较发育，T4和附近岩体张开松弛，拉裂，T4的缓倾角结构面末出坡脚，高程80米以下的基岩出露与河库风华岩无露头，片理结构均可延续，边坡下部不存在滑裂面，蓄水后不可能在坡脚长生脆性破裂，酿成严重滑坡。14坝址工程地质条件及坝轴线选定1坝址选择在西溪的花竹，鲤鱼州河段选定两个比较坝址，相距约500米，称为上下坝沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计10址，选坝会议认为从地质条件上比较，上下坝址无质的差别，均可修建50米左右混凝土重力坝，相对下坝址好。并要求对下坝址两岸坝头稳定条件及河库倾角软弱夹层分布和力学性质作进一步查明，以分析其对坝基稳定的影响。综合其它条件，选定下坝址作为沙溪口水电站的坝址。2选定坝址的工程地质条件坝址地层是由石英片岩、长英片岩和云母片岩所组成，左岸、左河床由石英片岩与云母长英片岩组成。河床礁滩部分及右岸则为云母长英片岩，夹石英片岩和云母片岩。岩性以石英片岩最为坚硬，长英片岩次之，云母片岩最软，但其抗压强度一般也有500KG/CM2。岩层走向为北东向，倾向下游偏右岸。坝址位于鲤鱼洲向斜的西北翼，构造线以北东北北东为主，被向斜构造多呈小型复式褶皱，背斜较紧密，向斜较舒缓。揉褶多发育在云母片岩之中，断裂以北东北东向较为发育，北北东，北西，北西西次之，断层宽度在01330米，规模最大的北西，北西西向F50断层通过左河槽，宽为1015米。断层带由胶结角砾岩压碎岩组成，对工程地质条件影响不大。F50断层宽30米，需作防渗处理。左右岸均无深层滑动可能，左岸控制其过坡稳定的滑动面的为片理面，在坝肩开挖后，坝肩上下游局部地区片理面和顺层撞压带，可能会引起边坡失稳。左岸各种岩面的稳定坡角若坡高为2030米，可用4560。右岸大部由全风化和强风化所组成，其稳定坡角建议为4045。坝基下游不存在临空地形条件，也没有发现有较缓倾角泥化层和贯穿河床的缓倾角结构面，可以认为基础是稳定的。坝基岩面属于裂隙性的含水层，受构造断裂影响，方向性明显，局部断裂带和断裂影响带为较严重的透水带，经推算得绕坝渗漏和坝基渗漏量约为500立方米/一昼夜，相对降水层的埋深不大。综上所述，可认为本坝址对于径流式水电站来说是比较理想的坝址。3坝轴线选定选定坝址后，对于原拟订三条勘探线的勘1，因上游临近左河床深潭，潭底最底高程为440米，同时1，2勘线之间河床深槽存在F50，F6等断裂聚汇带；3勘线下游右岸靠近冲沟。为此放弃勘2线的上游和勘1线的下游作为坝轴线比较范围。将坝轴线比较范围限在勘2线勘1线之间，且增设4线加密勘探，结果认为4勘线两岸新鲜基岩利用面较高，尤其右岸在4线附近的岩体新鲜坚硬完整，可作为齿墙基础，因此从地质条件分析，认为勘4线作为坝轴线是最合适的。4岩石物理力学性质水利水电工程专业毕业设计11坝基各类岩石的室内物理性能实验成果见表12表12岩石室内物理性能的实验成果容重（G/CM3）近似垂直面抗压强度（KG/CM2）岩石名称数量干湿比重吸水率（）孔隙率（）干湿软化系数实验组数石英片岩最大值最小值平均值274272273274273274278276277024011017081072053199271721478813586119107820860610768云母长英片岩最大值最小值平均值273269271274270272282762780240200220240810521428111577126129932762290940780660727云母片岩最大值最小值平均值2742682712752727428428328405602503903052041168059258130325199511251560550310422注1石英片岩近似平行于理面的两组干抗压强度平均值为8412公斤/平方厘米。2云母片近似平行于理面的一组干抗压强度值为2967公斤/平方厘米。坝基是由三种岩性所组成的。在坝体结构及裂隙发育程度并考虑软化系数较低情况建议利用区内岩石抗压强度1/10，其值可表13。岩石与岩石，岩石与混凝土之间抗剪强度实验，选取河床微风化新鲜岩石，制备202020厘米试样确定，其成果可见表14。根据室内单点法实验组，结合坝基得地形地质条件分析，摩擦系数可采用算术平均值，乘上折减系数085，粘聚力建议可采用算术平均值的1/5，见表15。建筑物部位的分段混凝土/岩摩擦系数建议值右岸挡水段F05船闸F045溢流段F051厂房段F050各类岩石变形的模具量建议值如下沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计12新鲜石英片岩20104公斤/厘米2新鲜云母长英片岩15104公斤/厘米2新鲜云母片岩10104公斤/厘米2表13坝基岩石承载能力列举数值建议数据（公斤/厘米2）岩性垂直片理岩平面片理岩微风化新鲜的石英片岩10055微风化新鲜的云母长英片岩9045微风化新鲜的云母片岩5010表14岩石室内实验成果表抗剪算术平均值图解法最小二乘法岩性实验条件TGYCTGYCTGYC组数岩/岩05110205120504822718云母片岩混/岩057272055310513429岩/岩05327005327705131411云母长英片岩混/岩055302石英片岩混/岩058282056316备注分析中舍去少数偏大的成果表15岩石抗剪强度指标建议值建议值岩石名称边界条件摩擦系数粘聚力（C）公斤/厘米2云母片岩岩/岩043038云母长英片岩岩/岩045054云母片岩混/岩048054云母长英片岩混/岩05006长英片岩混/岩05506F4岩/岩岩/岩混/岩040/15建筑材料水利水电工程专业毕业设计13在坝址附近缺少沙石料。土料在坝址的上下游范围内均有分布。1涉沙净沙料场，沙的质量良好，初步估计储量约为1520万立方米，运输条件较好，可供工程前期施工时使用。2二公里半道口采石场岩石为燕山早期花岗岩，无论质量储量均可满足要求，唯需人工沙作实验论证。3土料最优开采地段为下坝址的右岸，高程在120170米左右，储量为5060万立方米以上，质量可满足围堰施工强度要求。16综合利用本工程以发电为站为主兼顾航运过木，投产后将接入福建省点系统运行。开发本电站主要目的是适应福建省工农用电需要。沙溪口水电站位于闽北电网中心，电站开发主要是向福州，三明，南平等地区供电，其范围主要在闽北，参加全省电力平衡，考虑水口电站投产后，福建华东联网，本电站负担适当的调峰任务。有通航要求，估计近期过坝货运量为3060万吨。木材过坝量1990年为20万立方米，2000年为50万立方米。毛竹500600万株。要求枢纽设置船闸，满足过木及通航要求。枢纽建成后，因水库小无力承担下游防洪任务，下游无灌溉要求。17枢纽布置由沙溪口的水文地质资料可知，坝址位置设计洪水位8800M，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8000M,水头为800M。校核洪水位8850M,同理可查得下游水位8100M，水头为750M，汛期限制水位8550M，设计低水位8200M。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岸3050M之间，开挖至弱风化岩层需至4800M高程左右，初步设计布置船闸易沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计14于通航需求；沿坝轴线自此至右岸500600M之间，开挖至弱风化岩层需至5700M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。第二章重力坝挡水坝段设计沙溪口水利枢纽河床较宽，初步选择用重力坝挡水，由于重力坝坝体与地基的接触面积大，受扬压力的影响也大。扬压力的作用会抵消部分坝体重量的有效压力，对坝的稳定和应力情况不利，故需采取各种有效的防渗排水措施，以消减扬压力，节省工程量。沙溪口水利枢纽在洪水季节上下游水位均较高扬压力较大，初步设计坝型不能采用基本坝型剖面，需做一定调整。此外，沙溪口坝址处岩石抗剪性能较差，应注意大坝的抗滑稳定分析的研究。基本设计参数A水位。上游设计洪水位8800M；校核洪水位8850M；正常蓄水位（汛期限制水位）8550M；下游设计洪水位8000M；下游校核洪水位8100M；正常蓄水位（一台机组发电）6487M。B坝底高程。坝底高程取未风化岩石边界开挖线5700M。C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240KN/,水的重度取981KN/。13M03MD岩石抗剪强度。由沙溪口水电站基本情况简要说明中表7得岩石抗剪强度水利水电工程专业毕业设计15指标建议值知，云母长英片岩与混凝土边界摩擦系数F05，粘聚力C06KG/C，K30，K10521剖面设计211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HHLHZHC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；MLHCT21HC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312020VGD76VG7531201520MVGD3VGL式中HM波浪高，当20250时，为累计频率5的波高；当202501000时，为累计频率10的波高；20VGV0计算风速，M/S；D风区长度，即吹程，可由坝前水域形状确定，M；沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计16图21沙溪口水电站吹程确定图A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200KM；得HMM467189302819762112LM3027532152HM/HM1467/880640069由荷载设计规范查表得HP5/HM190,HP1/HM232，所以HP1232/190HP5232/190HM179MHZHC05MMLHCT21708则HH1HZHC2998M坝顶高程正常蓄水位H8552998885MB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200KM；得HMM6170895120897623112水利水电工程专业毕业设计17LMM092781515208915302732HM/HM0617/885640029由荷载设计规范查表得HP5/HM192,HP1/HM289所以HP1289/192HP5289/192HM093MHZHC04MMLCT21380则HH1HZHC1713M坝顶高程正常蓄水位H88517139021M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9150M212坝顶宽度非溢流坝的坝顶宽度一般可取为坝高的810（即27234），且不小于3M。由本水利枢纽非溢流坝坝高91557345M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。213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005010倍水头，且不小于45M，取4M，宽度253M，取25M。高度34M，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15M。灌浆廊道距离基岩面距离不宜小于15倍底宽，即1525375M，取4M。214剖面形态因本水利枢纽坝址处泄洪时上下游水位较高，产生较大扬压力，而由沙溪口水电站基本情况简要说明知岩石抗强度系数较小，所以不能按常规坝体设计，应采用较为安全的方法确定剖面尺寸。按应力条件确定坝底最小底宽上游0125，则，MHBC23401250125894342110沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计18其中，30/1MKN3/24KNC01河床底高程，H91557345M57按稳定条件确定坝底最小底宽，MFHBC431012589450310其中，K105，F05,其余同上。取坝底宽度32M。取上游折坡点为77M，下游折坡点为795M高程处。上游坡N02，下游坡M08图21挡水坝段剖面图22坝体稳定分析和应力校核221设计蓄水位时（一台机组满发）2211荷载计算自重W24054202410345241/218225241/21822514100KN/MM960133828074860451288KN/MM,逆时针上下游水压力水利水电工程专业毕业设计19上游水压力PX11/285557298139841KNPY1981852854/27259KN/M下游水压力PX21/264875729813038KN/MPY2981648757208/22430KN/MM3984195725914363038262324301390307535KN/MM顺时针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DL50771997，坝基面渗透压力扬压力强度系数为025020050012H102528557M2H205784392MU285575/2573925/2392143927848/2981203606KN/MM85514056240586545488147041244498175505KN/MM顺时针浪压力坝前水深HM285MLM/2142/271M，为深水波PLR0（LL2HLH0）LL/2R0（LM/2）298171179070871/29817171/23343247468704KN/MM3343246247262377234641KN/MM顺时针挡水重力坝的稳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（）PC103984110303812870437847KN/M抗滑稳定抗力系数R133ACWFRRRFRCW10141001072591024301113041127691127115KN/MMKNR/95163201896512730沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计20KN/M3784010S/MKNRD5962SD10满足稳定要求2213应力校核水平截面上的边缘正应力1303284MMKNW106376KNB32M上游垂直正应力26BY6492/K下游面垂直正应力2MY2M/N73边缘剪应力上游边缘剪应力2YYU/K893NP下游边缘剪应力YMN6M铅直截面上的边缘正应力上游面水平正应力22Y2YUUX/K81NPP下游面水平正压力22Y2UYUXM/N6MP边缘主应力上游面主应力2Y22UY21/K48N1PN水利水电工程专业毕业设计2102UP下游面主应力2Y22Y1M/KN97548M1M2U应力满足要求222设计洪水位时2221荷载计算自重由前计算得W14100KN/MM51288KN/MM,逆时针上下游水压力上游水压力PX11/288057298147137KNPY198111314/28240KN/M下游水压力PX21/280057298125947KN/MPY298180057208/220758KN/MM4713710338240143125947767207589867374738KN/MM,顺时针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。沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计22图22挡水坝段扬压力分布示意图P1MKNH/830P2P/516P3K/720P4MNH42U303816055/2160511275/2112714112722548/211608683015778135244774KN/MM1160813766838646157781135241244347617KN/MM顺时针浪压力坝前水深HM285MLM/2142/271M，为深水波PLR0（LL2HLH0）LL/2R0（LM/2）28704KN/MM234641KNM顺时针2222挡水重力坝的稳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（）PC1047137102594712870422234KN/M水利水电工程专业毕业设计23抗滑稳定抗力系数R133ACCWFRRRFRCW1014100108240102075811184381229302115378KN/M/MKNR9506132089615370KN/M420S/MKND619501RSD0满足稳定要求2223应力校核水平截面上的边缘正应力79916KNMMW123385KNB32M上游垂直正应力26BY432/MKN下游面垂直正应力2MY2/8边缘剪应力上游边缘剪应力2YYUM/KN586NP下游边缘剪应力Y071M铅直截面上的边缘正应力上游面水平正应力22Y2YUUX/KN317NPP沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计24下游面水平正压力22Y2UYUXM/KN816MPP边缘主应力上游面主应力2Y22UY21/K749N1N02P下游面主应力2Y22UY1M/KN65MM2U应力满足要求22校核洪水位时2231荷载计算自重由前计算得W14100KN/MM51288KN/MM,逆时针上下游水压力上游水压力PX11/288557298148670KNPY19811153154/284367KN/M下游水压力PX21/281057298128253KN/MPY298181057208/222602KN/MM4867010584367143128253822602986738729KNM顺时针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。P1MKNH/7308水利水电工程专业毕业设计25P2MKNP/3816531P3H/720P4KU3087165385/21653811765/2117614117623528/211852707451464414112495025KN/MM11852137507458641164641141121244432022KNM顺时针浪压力坝前水深HM315MLM/271/2355M，为深水波PLR0（LL2HLH0）LL/2R0（LM/2）29813550930383355/2981355355/22286KN/MM84683007618229637146KNM顺时针2232挡水重力坝的稳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（）PC1048670102825312228620649KN/M抗滑稳定抗力系数R133ACWFRRRFRCW10141001084367122602111892651230576114546KN/M/MKNR9503120389614530KN/M75280S/MKND941501RSD0满足稳定要求沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计262233应力校核水平截面上的边缘正应力86417MMKNW122536KNB32M上游垂直正应力26BY6432/MKN下游面垂直正应力2MY2/边缘剪应力上游边缘剪应力2YYUM/KN786NP下游边缘剪应力Y5M铅直截面上的边缘正应力上游面水平正应力22Y2YUUX/KN3417NPP下游面水平正压力22Y2UYUXM/6M边缘主应力上游面主应力2Y22UY21/KN9450N1PN02下游面主应力2Y22UY1M/K7MM2P应力满足要求水利水电工程专业毕业设计27第三章重力坝溢流坝段设计31溢流坝段孔口尺寸拟定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。设计洪水流量20500M3/S，校核洪水流量22500M3/S。有泄水空或其他建筑物分担一部分泄洪任务，则通过溢流孔的Q为QQQ0S式中Q通过枢纽下泄流量；SQ0通过泄水孔、水电站及其他建筑物的下泄流量；系数，正常运用时取075至09，校核情况取为10。考虑沙溪口水电站发电用水（4QMAX2200M/S）及过船泄水和排沙孔泄水3等影响，取Q03500M3/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Q70M2/S。设计工况下，取08Q20500M3/SS则QQQ02050008350018100M3/SS校核工况下，取10Q22500M3/SS则QQQ02250010350019500M3/SS则溢流前缘总净宽LQ/Q19500/702785M3/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BL/N2714/161696M，取170M。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D3M。则溢流前沿总净宽L0LN1DNBN1D1617153317M。32溢流坝段剖面设计沙溪口水电站设计及发电机层楼板设计28溢流坝基本剖面的确定原则与非溢流坝基本相同，剖面除应满足强度要求、稳定要求和经济条件外，其外形尚需满足水流运动的要求。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。其形状应具有较大的流量系数，泄流顺畅，把面部发生空蚀。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。图22溢流坝剖面示意图321堰顶高程由堰流公式，可得2/30HGMLQ320GMLQ初拟M049092，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181000920991049104210367764校核情况195000920990049109510887762取两种情况堰顶高程较小者，取7762M。322堰面曲线我国现行采用的为WES曲线，其曲线方程为水利水电工程专业毕业设计29Y1NDKHXHD为定型设计水头。因为校核洪水位885M，堰顶高程为7762M，所以，HD95；K、N为上游堰面坡度有关的系数。采用WES5型曲线。K1873，N1776。得1075YX76323上游曲线上游曲线由曲线及直线段组成，曲线段由堰面曲线确定，直线段斜率取11。324反弧段半径的确定由规范混凝土坝设计规范SL3192005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，88560285M，Q51EGQK单宽流量，为66M3/S，。0147285916K由规范E/R与K的相关曲线查得E/R24,则RE/24285/2411875M,则R12M。33坝体稳定分析和应力校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