引水式水电站布置调压室结构设计及计算书

1、目录目录目录.- 1 -第一章第一章 设计基本资料设计基本资料.- 3 -1.1 地理位置.- 3 -1.2 水文气象.- 3 -1.2.1水文条件.- 3 -1.2.2气象条件.- 4 -1.3 工程地质.- 4 -1.4 交通状况.- 5 -1.5 设计控制数据.- 5 -第二章第二章 水轮机水轮机.- 5 -2.1 特征水头 .- 5 -2.1.1 hmin的确定.- 5 -2.1.1.1 校核洪水位 .- 5 -2.1.1.2 设计洪水位 .- 6 -2.1.1.3 正常蓄洪水位 .- 6 -2.1.1.4 设计低水位 .- 7 -2.1.2 hmax的确定.- 7 -2.1.2.1

2、校核洪水位 .- 7 -2.1.2.2 设计洪水位 .- 8 -2.1.2.3 正常蓄洪水位 .- 8 -2.1.2.4 设计低水位 .- 9 -2.1.3 hav的确定.- 10 -2.2 选型比较.- 10 -3.3 调速系统 .- 14 -3.4 水轮机转轮流道尺寸：.- 15 -3.4.1蜗壳尺寸.- 15 -3.4.2尾水管尺寸.- 16 -第三章发电机第三章发电机.- 16 -第四章第四章 混凝土重力坝混凝土重力坝.- 18 -4.1 枢纽布置.- 18 -4.1.1枢纽布置形式.- 18 -4.1.2坝轴线位置.- 18 -4.2 挡泄水建筑物.- 18 -4.2.1坝顶高程确定

3、.- 18 -4.2.1.1 坝顶超出静水位高度h .- 19 -4.2.2挡水建筑物砼重力坝.- 19 -4.2.2.1 基本剖面 .- 20 -4.2.2.2 实用剖面 .- 21 -4.2.2.3 设计情况下 .- 21 -第五章第五章 溢流坝溢流坝.- 27 -5.1 泄水建筑物砼溢流坝.- 27 -5.1.2 堰顶高程.- 28 -5.1.3 溢流坝实用剖面设计.- 29 -5.2 溢流坝稳定应力计算.- 32 -5.2.1设计洪水位（239.0）.- 32 -5.2.2校核情况下（240.8 m）.- 34 -5.3 坝内构造.- 36 -5.3.1坝顶结构.- 36 -5.3.1

4、.1 非溢流坝 .- 36 -5.3.1.2 溢流坝 .- 36 -5.3.2坝体分缝.- 36 -5.3.2.1 给缝 .- 36 -5.3.4坝内廊道.- 36 -5.3.5坝基地基处理.- 36 -5.4 溢流坝消能防冲.- 37 -第六章第六章 引水建筑物引水建筑物.- 38 -6.1 引水隧整体布置.- 38 -6.1.1洞线布置（水平方向）.- 38 -6.1.2洞线布置（垂直方向）.- 38 -6.2 细部构造.- 38 -6.2.1隧洞洞径.- 39 -6.2.2隧洞进口段.- 39 -6.2.3拦污栅.- 39 -6.2.4闸门断面尺寸.- 40 -6.2.5进口高程计算.-

5、 40 -6.2.6压力管道设计.- 41 -第七章第七章 专题部分专题部分调压室调压室.- 42 -7.1 托马断面计算.- 42 -7.2 涌浪计算.- 44 -7.2.1简单式调压室.- 44 -7.2.2阻抗式调压室.- 45 -7.2.3.差动式调压室.- 46 -7.3 调压室结构设计.- 48 -7.3.1应力计算.- 48 -7.3.2调压室配筋.- 51 -第一章 设计基本资料1.1 地理位置乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附近流入衢江，全长 170 公里，流域面积 2623 平方公里。 流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面

6、积小，土层薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床比降为 1/1000，水能蕴藏量丰富。1.2 水文气象1.2.1 水文条件湖南镇坝址断面处多年平均径流量为 83.0m3/s。表 1-1 坝址断面处山前峦水位流量关系曲线水位（m）122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5流量（m3/s）105010020050010002000水位（m）130.1132.6135.3137.6139.8141.8流量（m3/s）300050007500100001250015000表 1-2 电站厂房处获青水位流量关系曲线水位（m）115115.

7、17115.39115.57115.72115.87116流量（m3/s）1020406080100120水位（m）116.13116.25116.37116.47117.05117.9118.5流量（m3/s）1401601802004007001000水位（m）119.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8流量（m3/s）15002000300040006000800010000水位流量关系曲线12012513013514014505000100001500020000流量水位系列11.2.2 气象条件乌溪江流域属副热带季风气候，多年平均气温 10.4，月平均

8、最低气温 4.9，最高气温 28；7、8、9 月份会受台风过境影响，时有台风暴雨影响。1.3 工程地质本工程曾就获青、项家、山前峦三个坝址进行地质勘测工作，经分析比较，选用了山前峦坝址。山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽 110m 左右，两岸地形对称，覆盖层较薄，厚度一般在 0.5m 以下，或大片基岩出露，河床部分厚约 24m。岩石风化普遍不深，大部分为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层仅 1m 左右，半风化带厚约 212m，坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状以西北和北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米。坝址主要工程地质问题为左岸顺坡裂隙、发育，差不多普及整个山

9、坡，其走向与地形地线一致，影响边坡岩体的稳定性。坝址地下水埋置不深，左岸为 1126m，右岸 1534m。岩石透水性小，相对抗水层（条件吸水量 0.01l/dm）埋深不大，一般在开挖深度范围内，故坝基和坝肩渗透极微，帷幕灌奖深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用。坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸 1012m，右岸 69m，河中68m，坝体与坝基岩石的摩擦系数采用 0.68。引水建筑物沿线为流纹斑岩分布。岩石新鲜完整，地质条件良好。有十余条挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重。厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构造较单一。有两小断层，宽 0.50.8

10、m，两岸岩石完好。本区地震烈度小于 6 度。1.4 交通状况坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路。1.5 设计控制数据a .校核洪水位：240.8m，校核最大洪水下泄流量 8510.0m3/s.b .设计洪水位：239.0m，设计洪水最大下泄流量 4800.0m3/sc .设计蓄水位：232.5md .设计低水位：192.0me .装机容量： 36.0 万 kw第二章 水轮机2.1 特征水头2.1.1 hmin的确定 2.1.1.1 校核洪水位 校核洪水位 240.80m 下 3 台机组满发 ，z上=240.80m，发电机出力n=6.0 万千瓦则即水轮机出力为436.010n =97%

11、 水 水 根据 n=9.8qh ，水电站的效率一般为 93%即 =93%表 2-1 试算过程 q（）sm3z（m）上z(m)下(万 kw)水n2000240.80128.5022.46500240.80125.405.7715024 240.8012 123.7817.55 由 nq 关系曲线，n=43 6.0 1093% 97% kwq=180sm3 z下=123.90m hmin =( z上- z下)97% =113.39m2.1.1.2 设计洪水位 设计洪水位，3 台满发时 z上=239.00m 发电机出力 n=18.0 万千瓦则即水轮机出力为水n= 43 6.0 1097% ，根据 n

12、=9.8qh ，水电站的效率一般为 93%即 =93%表 2-2 试算过程q（）sm3z（m）上z(m)下(万 kw)水n500239.00125.405.68200239.00124.042.30180239.00123.8721.29由 nq 关系曲线，n= kwq=185 z=123.92m43 6.0 1093% 97%sm3下hmin =( z- z)97% =111.64m上下2.1.1.3 正常蓄洪水位 正常蓄洪水位 232.5m 时，3 台机组满发，发电机出力 n=18.0 万千瓦则即水轮机出力为水n=43 6.0 1097% kw，根据 n=9.8qh ，水电站的效率一般为

13、93%即 =93%表 2-3 算过程q（）sm3z（m）上z(m)下(万 kw)水n200232.5124.0421.69180232.5123.9019.58190232.5124.0020.62 由 nq 关系曲线，n=kwq=190 z=124.00m43 6.0 1093% 97%sm3下hmin=( z- z)97% =105.25m上下2.1.1.4 设计低水位设计低水位 192.00m 设计低水位 192.00m 3 台机组满发时发电机出力n=18.0 万千瓦则即水轮机出力为= kw，根据 n=9.8qh ，水n43 6.0 1097%水电站的效率一般为 93%即 =93%表 2

14、-4 算过程q（）sm3z（m）上(万 kw)水n350192.0023.56300192.0020.25320192.0021.59由 nq 关系曲线，n=kwq=190 z=124.52m43 6.0 1093% 97%sm3下hmin=( z- z)97% =65.46m上下综合以上得校核洪水位 240.8m 3 台机组满发时，hmin=123.90 m；设计洪水位 239.0 m ， 3 台机组满发时，hmin=111.64 m；设计蓄水位 232.2 m 3 台机组满发时，hmin=105.25 m；设计低水位 192.0m，3 台机组满发时，hmin=65.46 m； 所以 hmi

15、n=65.46 m2.1.2 hmax的确定2.1.2.1 校核洪水位校核洪水位 240.80m 下 1 台机组满发 (另外 2 台机组停机) ，z=240.80m 发电机出力 n=6.0 万千瓦则即水轮机出力为= 上水n，根据 n=9.8qh ，水电站的效率一般为 93%即 =93%43 6.0 1097%表 2-5 试算过程q（）sm3z（m）上z(m)下(万 kw)水n100240.80128.5011.7350240.80125.405.8875 24 240.8012 123.788.81 由 nq 关系曲线，n= kwq=60 z=123.20m43 6.0 1093% 97%sm

16、3下hmax =( z- z)97% =114.72m上下2.1.2.2 设计洪水位设计洪水位+1 台满发(另外 2 台机组停机)， z=239.00m 发电机出上力 n=6.0 万千瓦则即水轮机出力为= ，根据 n=9.8qh ，水水n43 6.0 1097%电站的效率一般为 93%即 =93%表 2-6 试算过程q（）sm3z（m）上z(m)下(万 kw)水n100239.00123.511.5560239.00 123.206.9550239.0012 123.155.79 由 nq 关系曲线，n= kwq=65 z=123.91m43 6.0 1093% 97%sm3下hmax =(

17、z- z)97% =112.33m上下2.1.2.3 正常蓄洪水位正常蓄洪水位 232.5m 时，1 台机组满发(另外 2 台机组停机) ，发电机出力 n=6.0 万千瓦则即水轮机出力为= kw，根据 n=9.8qh 水n43 6.0 1097%，水电站的效率一般为 93%即 =93%表 2-7 算过程q（）sm3z（m）上z(m)下(万 kw)水n200232.5124.0421.69500232.5125.45.3650232.5123.155.47 由 nq 关系曲线，n=kwq=190 z=123.25m43 6.0 1093% 97%sm3下hmax=( z- z)97% =105.

18、97m上下2.1.2.4 设计低水位设计低水位 192.00m 设计低水位 192.00m 1 台机组满发(另外 2 台机组停机) 发电机出力 n=6.0 万千瓦则即水轮机出力为= kw，根水n43 6.0 1097%据 n=9.8qh ，水电站的效率一般为 93%即 =93%表 2-4 算过程q（）sm3z（m）上(万 kw)水n200192.0013.59100192.006.85110192.007.53 由 nq 关系曲线，n=kwq=190 z=123.50m43 6.0 1093% 97%sm3下hmin=( z- z)97% =66.45m上下由以上可知:校核洪水位 240.8m

19、 ，1 台满发，另外 2 台停机时，hmax=114.07 m设计洪水位 239.0 m ，1 台满发，另外 2 台停机时 hmax=112.33 m；设计蓄水位 232.2 m ，1 台满发，另外 2 台停机时，hmax=105.97 m；设计低水位 192.0m， 1 台满发，另外 2 台停机时，hmax=66.45 m；综合上述，hmax=114.07 m 2.1.3 hav的确定hav =h，其中 =1取 hav =0.5（hmax + hmin）=0.5（114.07 m+65.46 m）=89.77 m对于引水式电站 hav = hr =89.77 m2.2 选型比较根据水头工作范

20、围和设计水头查资料选择水轮机型是为 hl200 或 hl180hl200 水轮机方案的主要参数选择1转轮直径 d1查表水电站3-6 得限制工况下单位流量 qim=950l/s=1.15m3/s 效率m89.4，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量 qi qin=0.95m3/s,效率 90.7水轮机额定力 nr=6.0104 kw97设计水头 hr=hav=90.84 m=2.93m hr81. 91hrqinrd 89.779.81 0.95 89.7789.77 取之相近而偏大的标称直径 d13.0m2转速 n 计算hl200 最优工况下 mmax=90.7%,模型转轮直径 d1m=

21、0.46m，单位转速n110m=68.0prm，水轮机转速 n：10m1nhavn= d =68.0 89.773.0=214.7 prm，选择与之相近的同步转速n=214.3 prm，磁极对数 p=14.3效率及单位参数修正hl200 型水轮机在在最优工况下的模型最高效率 mmax=90.7%，模型转轮直径 d1 m=0.46m，max= =92.3%，mmax1 mmax1(1-)d=1- d (1-97%) 0.461- 3.0 则效率修正系数为 =92.3%-90.7%=1.6%。考虑到原型与模型在制造工艺质量上的差异，常在 中减去一个修正值 ，现取 =0.6%，则可得效率修正值 =1

22、%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为：max=mmax+=90.7%+1.0%=91.7%=m+=89.4+1.0%=90.4%（与上述假设相同）n= 则=1.44%3.0%110mmaxmmaxn/-1 max110mmmaxn =-1n 91.7%-190.7%按规定，单位转速可不加修正，同时，流量也不加修正，故 d1=3.0 m. n=214.3 prm 4、工作范围检验在 hr,nr条件下, q11max=nr/（9.81 d12hr1.5）=0.908 m3/ s0.950 m3/ s则水轮机的最大引用流量 qmax= q11max d12 hr0.5=77.43 m

23、3/ s与特征水头 hmax hmin hr相对应的单位转速为n111 min= =60.195 prm1n dhmax214.3 3.0114.07 n111max= =79.46 prm1n dhmin214.3 3.065.46 n111r= =67.85 prm1n dh r214.3 3.089.77 在 hl200 型水轮机模型综合特性曲线上分别绘出 q11max=0.908 3/ s，n111max=79.46 prm，n111 min=60.195 prm 3 条直线所围成的水轮机工作范围基本上包括了该特性曲线的高效率区，因此，所选 hl200 型水轮机d1=3.0m，n=21

24、4.3 prm 是合理的！5、吸出高度 hs 计算)(9000 .10mmhs 由水轮机设计工况参数 n111r= 67.85 prm，q11max=0.908 m3/ s 查表 3-6（水电站教材）得 hl200 的气蚀系数为 m=0.088，查得气蚀修正系数m=0.02, 取多年平均尾水位 123.4m, = =0.168 m)(9000 .10mmhs123.4090010.0(0.0880.02) hs=0.168 m-4.0 m 吸出高度满足要求hl180 方案主要参数选择1、转轮直径 d1查表水电站得限制工况下单位流量 qim=860l/s=0.86m /s3模型效率 m89.5%

25、,初步假定 92%=3.061m 与之相近且19.81hrdqihrhr 89.779.81 0.86 89.7789.77 偏在标称直径 d13.3m2、转速 n 计算最优工况下 n10m67.or/min, 假定 n10n10m=212.84 prm,10m1nhavn= d 6789.773.3 取与之相近且偏大的同步转速 n214.3prm 3、效率修正及单位参数修正max=mmax+=92.0%+2.5%=94.5%=m+=889.5+2.5%=92.0%（与上述假设相同）n= 则=2.7%3.0%110mmaxmmaxn/-1 max110mmmaxn =-1n 94.5%-192

26、%按规定，单位转速可不加修正，同时，流量也不加修正，故 d1=3.3 m, n=214.3 prm4、工作范围检验n111max= =87.416 prm1minn dh214.3 3.365.46 n111r= =76.44 prm1n dh r214.3 3.389.77 5、吸出高度 hs 确定=0.62m-4.0 m 故吸出高度满足要求！)(9000 .10mmhshl200 和 hl180 方案比较方案参数对照表：（31）项 目hl200hl180模型参数推荐用水头范围（m）最优单位转速n10（r/min）最优单位流量 q10（l/s）最高效率 bmmax(%)气蚀系数9012568

27、80090.7%0.088 9012567 720 92% 0.083原 型工作水头（m）转轮直径 d1（m）转速 n(r/min)额定出力 nr(kw)最大引用流量 qmax(m3/s)吸出高度（m）65.46114.073.0214.36.0106/97%77.430.17 65.46114.07 3.3 214.36.0106/97% 76.35 0.62比较之后选择机型 hl180水轮机安装高程zshs0.5bo 其中zs 水轮机安装市程；设计水尾位 123.40；bo 导叶高度 0.66；hs 吸出高度；求得 zs124.35m3.3 调速系统1、调速功计算a=（6.988.73）1

28、05n.m30000n.mmax1200250q h d属大型调速器,接力器和调速器需要分别进行计算和选择.2、接力器选择 a. 接力器直径 ds=489mm10max1ds= d b h / d 0.0290.032 标准正曲率导叶（取中间值 0.031 计算）=0.031=489mm10max1ds= d b h / d 0.66 114.073.3 选择与之相近且偏大的 ds=500mm 的标准接力器b 最大行程 smax smax=(1.41.8)a0maxa0max水轮机导叶最大开度 (5-1)0 mmax000max0m0mad za= d z查模型综合特性曲线得 a0 mmax=

29、27 mm，d1m=460 mm z0m=24，则=108.8 mm0 mmax000max0m0mad za= d z273300 14460 24 smax=(1.41.8)a0max=(1.41.8) 108.8 mm=152.32195.84 mmc 接力器容积计算v v s s= = = =77l77l2maxds s2 2489 500 2 (5-2)1.13/ss mdvt v 选用 ts=4s vm=4.5m/s计算得=74 mm，故选用 dt-80 型电气1.13/ss mdvt v 771.134 4.5 液压型调速器3、油压装置vk=（1820）vs=1.3861.540

30、m3，选用组合式油压装置 yz-1.6图5-3 油压装置示意图3.4 水轮机转轮流道尺寸：图5-2 水轮机转轮示意图3.4.1 蜗壳尺寸水轮机直径 d1=3.3m，压力钢管各分管直径 d11=d12=d13=4.27 m，由于设计水头 hr=89.77 m40 m,混凝土结构不能承受过大的内水压力，采用金属蜗壳，座环内径 db=4400 mm da= 5200mm，导叶高度 b0=660 mm，查得蜗壳进口断面平均流速为 7.4m/s。hl180 型水轮机最大引用流量为 qmax= 76.35 m3/sq i=qmaxi/360 ra = da/2=2600 mm rb=db/2=2200 m

31、m表 3-2 涡壳计算表格从蜗壳鼻端至断面i 的包角（）i断面半径（m）i断面中心距(m)ia断面外半径(m)ir3452.0644.6646.7283001.9254.5256.4502551.7754.3756.1502101.6114.2115.8221651.4284.0285.4561201.2183.8185.036750.9633.5634.526300.6093.2093.8183.4.2 尾水管尺寸hl180，d3=1.06d1, d1d3，采用标准混凝土肘管,尺寸如下：=2.6，h=3.32.6=8.56m；1hd=4.5，l=3.34.5=14.85m；1ld=2.72,

32、 b5=3.32.72=8.976m；51bd=1.35, d4=3.31.36=4.455m；41dd=1.35, h 4=3.31.35=4.455m；41h d=0.675, h 6=3.30.675=2.228m；61h d=1.82，l1=3.31.82=6.006m;11l d=1.22, h 5=3.31.22=4.026m.51hd尾水管尺寸详见附图中！第三章发电机发电机选型：选用 sf5060/9900 型，悬式，尺寸 4.5m1.4m重量:gd =142 t gz=298 t 总重量 gf=647 ts f (kva)62500 n f (kw)50000 功率因数 cos

33、=0.85转速：额定 n =250r/min 飞逸 nf=560r/min 飞轮力矩 gd2=2000 t.m22推力轴承负 p：1766（t） 钉子铁芯主要尺寸：定子内径 da=990cm 外径 di=933cm 长度 lt=120 cm 定子机座高度：h1=2600mm 上机架高度：h2=2750mm 推力轴高度：h3=21400mm 励磁机高度：h4=1488mm 副励磁机高度：h5=1195mm 永磁机及转子继电器高度：h6=808mm定子支承面至下机架支承面距离：h8=1000mm下机架支承面至法兰底面距离：h9=-50mm转子磁轮轴向高度：h10=1918mm发电机主轴高度：h11

34、=8434mm定子水平中心至法兰盘底面距离：h12=2150mm法兰盘底面至发电机顶部高度：h=11063 mm 定子支承面至发电机地板高度：h=5350 mm 机座外径：d1=11350 mm 风罩内径：d2=14000mm 转子外径：d3=9300mm 下机架最大跨度：d4=8300mm 水轮机坑直径：d4=8150mm 水轮机转轮流道尺寸：图5-2 水轮机转轮示意图第四章 混凝土重力坝 4.1 枢纽布置4.1.1 枢纽布置形式因坝址附近河道蜿蜒曲折，多年平均径流量 83.0m3/s，较小；河床坡度比降 1/1000，故根地形条件选用有压引水式地面厂房方案。上游山前峦断面布置挡水建筑物及泄

35、水建筑物，大坝右岸上游约 150m 处有天然凹口，在此布置引水隧洞进水口。下游获青处布置地面厂房，开关站等建筑物，具体位置见枢纽布置图。4.1.2 坝轴线位置根据已知资料，山前峦坝址地形图，选择两条坝轴线。a 线沿东西向与河道垂直，纵坐标 76341，b 线也沿东西向，纵坐标 76370。a 线总长462m，穿过左岸部分裂隙；b 线总长 470m，避开左岸裂隙。由于坝轴线较短，穿过裂隙不多可作地基处理故选择 a 线方案。4.2 挡泄水建筑物4.2.1 坝顶高程确定根据水电站装机 20.8 万 kw，水库总库容 2043.54108m3，取工程规模为大（1）型，主要建筑物级别：1 级，次要建筑物

36、：2 级，临时建筑物：4级。4.2.1.1 坝顶超出静水位高度hh = 2hl+ho+hc 41)2hl累计频率为 1%的波浪涌高（m）ho波浪中线高出静水位高度（m）hc取决于坝的级别和计算情况的安全超高（m）根据查资料，采用计算风速 v0 =14.0m/s.在枢纽布置图上量得吹程d=575 m采用官厅水库公式：= (42)20gl mv2g d-1/2.151/3.75v00.331 v0() 故 l m=4.75 m，l m为平均波高由 (43)2gtml m=2 得 tm=1.74s又由 (44) mmgl = 13.9 g hv0得 hm=0.154 m 所以=0.154/（239-

37、125）=1.3510-3，查表（2-12）mhh得 hm/ h=2.4，所以 h1=2.40.154=0.370 mh z= =3.140.3702/4.75=0.090 m (45)m22h1 c t hl ml h hc-查水工建筑物 （上）河海大学出版社 p53表 2-8基本组合： hc=0.7m，特殊组合 hc=0.5m 设计洪水位+h 设=239+0.372+0.09+0.7=240.35 m坝顶高程= h max校核洪水位+h 校=240.8+0.372+0.09+0.5=242.13 m取坝顶高程为 242.20m查坝轴线工程地质剖面图，得出可利用基岩最低点高程 115.0m，

38、由此知大坝实际高度为 242.20-115.0=127.20m4.2.2 挡水建筑物砼重力坝4.2.2.1 基本剖面由于电站形式为引水式，故坝上右侧无有压进水口，上游坝坡坡度不受限制，同时用应力条件和稳定条件公式确定坝底的最小宽度，如（如图 2-1）所示：坝底高程115.00bb-b1:m1:n设设计计洪洪水水位位2 23 39 9. .0 0 （图 2-1） b/h= (46)1)2()(/1c 联立 b= (4-) )(1fkhb 坝底宽度;h实际坝高（基本剖面 h=239.0-115.0=124.0m）;坝体材料容重;c 水的容重;o 扬压力折减系数;k基本组合安全系数;计算得：入=0

39、，b=94.66mn=00.2,下游坡 m=0.60.85,坝顶宽约为坝高的 0.70.9，故取n=0.1，m=0.763 b/h 满足要求，此时 b=98.61m 详见（图 2-2） 折坡点高程155.01 1: :0 0. .7 76 63 3坝坝底底高高程程1 11 15 5. .0 0设设计计洪洪水水位位2 23 39 9. .0 0（图 2-2）4.2.2.2 实用剖面坝顶宽度=8%10%h=10m，灌浆廊道距坝底 6m，廊道宽高=3 m4m4.2.2.3 设计情况下稳定计算w w3 3w w2 2w w1 1p2下下游游水水位位1 13 32 2. .4 4p p1 1坝坝顶顶高高

40、程程2 24 40 0. .2 21 1: :0 0. .7 76 63 3坝坝底底高高程程1 11 15 5. .0 0设设计计洪洪水水位位2 23 39 9. .0 0 计算简图自重 gg1=0.523.5401=1880kn 方向铅直向下力臂 b1=46.64 m 力矩 m1= g1b1=188046.64=87683 knm 方向逆时针g2=10127.2123.5=29892 kn 方向铅直向下力臂 b2=40.13 m力矩 m2= g2b2=2989240.13=1204946.52 knm 方向逆时针g3=0.59.81【（98.61-14）（98.61-14）/0.763】=1

41、1024.45 kn 方向铅直向下力臂 b3=7.10 m力矩 m3= g3b3=11024.4577.10=82735.60 knm 方向逆时针b 水平静水压力 pp1=0.59.81(98.61-14)2/0.763=75419.28kn 方向水平向右力臂 b1=41.33 m 力矩 m1= p1b1=75419.2841.33= 3117078.84 knm 方向顺时针p2=0.59.81（132.4-115）=1485.04 kn 方向水平向右力臂 b2=5.80 m力矩 m2= p2b2=1485.04 kn5.80 m=8613.23 knm 方向顺时针c可利用水重 ww1=49.

42、81（239-155）=3296.16 kn 方向铅直向下力臂 b1=47.31 m力矩 m1= w1 b1=3296.16 kn47.31 m=155941.33knm 方向逆时针w2=0.59.8(155-115)=784.80 kn 方向铅直向下力臂 b2=47.98 m力矩 m2= w2b2 =784.8047.98=39224.30 knm 方向逆时针w3=0.59.81(132.4-115)2/0.763=1946.31 kn 方向铅直向下力臂 b3=41.20 m力矩 m3= w3 b3=1946.3141.20 =81180.59 knm 方向顺时针d.扬压力 u u1 =98

43、.61(132.4-115)9.81=16832.4 kn 方向铅直向上力臂 b1=0力矩 m1=0u2 =0.20（127.2-17.4）(98.61-11) 9.810.5=9436.81kn 方向铅直向上力臂 b2=9.10 m力矩 m2= u2 b2=9436.819.10=85874.93 knm 方向顺时针u3=0.29.8111(127.2-17.4)=2369.70 kn 方向铅直向上力臂 b3=43.81 m力矩 m3= u3b3=2369.7043.81=103816.71 kn 方向铅直向上u4=4739.41 力臂 b4=45.64 m力矩 m4= u4 b4=4739

44、.4145.64=216306.67 knm 方向顺时针浮托力系数 1.0，渗透力系数 1.1，静水压力系数 1.0，水工建筑物安全级别为级，故结构重要系数 0为 1.1=-1502284.95knmm =124312.17 knw-u =（75419.28-1485.04）knp =333.68 kn/ m22w-uw-ubb6y 118595.956118595.956698.41298.41 =2187.6 kn/ m2y 2w-uw-ubb6y 118595.956118595.956698.41298.41 所以满足应力要求！k= =1.141.1 满足抗滑稳定要求！puwf)(折坡

45、面校核p p1 1坝坝顶顶高高程程2 24 40 0. .2 21 1: :0 0. .7 76 63 3折折坡坡点点高高程程1 11 15 5. .0 0设设计计洪洪水水位位2 23 39 9. .0 0折坡面计算简图a.自重 gg1=1023.5(242.2-155) =20492 kn 方向铅直向下力臂 b1=27.046m 力矩 m1=554226.632 knm 方向逆时针g2=0.523.554.0922/0.763 =45058.78kn 方向铅直向下力臂 b2=4.015m 力矩 m2=180926.021knm 方向逆时针b 水平静水压力 pp=0.59.81(242.2-1

46、55)2=37296.021kn 方向水平向右力臂 b=28 m 力矩 m= pb=1044311.38 knm 方向顺时针c扬压力 uu1 =64.09217.49.81=10940.12 kn 方向铅直向上力臂 b1=0力矩 m1=0u2 =3730.344kn 方向铅直向上力臂 b2=6.018 m力矩 m2= u2 b2=22449.21 knm 方向顺时针u3=914.684kn 方向铅直向上力臂 b3=28.564 m力矩 m3= 26110.57 knm 方向顺时针u4=1829.369 kn力臂 b4=29.713 m力矩 m4=5435.431 knm 方向顺时针m=-422

47、365.459knmw-u=52237.706 kn=198.18 kn/ m22w-uw-ubb6y =1431.97 kn/ m22w-uw-ubb+6y 折坡面足应力要求校核情况下（校核水位 240.8 m0）校校核核洪洪水水位位2 24 40 0. .8 8w w3 3w w2 2w w1 1p2下下游游水水位位1 13 36 6. .4 4p p1 1坝坝顶顶高高程程2 24 40 0. .2 21 1: :0 0. .7 76 63 3坝坝底底高高程程1 11 15 5. .0 0 计算简图a重 g (同设计水位)b水平静水压力 pp1=77624.78 kn 方向水平向右力臂 b

48、1=41.93 m矩 m1= 3254807.03 knm 方向顺时针p2=2246.294 kn 方向水平向右力臂 b2=7.13 m力矩 m2=16023.564 knm 方向顺时针c.可利用水重 ww1=3366.92 kn 方向铅直向下力臂 b1=47.31 m力矩 m1= 159282.93 knm 方向逆时针w2=784.8 kn 方向铅直向下力臂 b2=47.98 m力矩 m2= 39224.30 knm 方向逆时针w3=5141.7656 kn 方向铅直向下力臂 b3=43.867 m力矩 m3= 22555.22 knm 方向顺时针d.扬压力 u u1 =20701.592

49、kn 方向铅直向上力臂 b1=0力矩 m1=0u2 =8358.2 kn 方向铅直向上力臂 b2=9.10 m力矩 m2= 76059.64 knm 方向顺时针u3=2253.16 kn 方向铅直向上力臂 b3=43.81 m力矩 m3= 98710.975 kn 方向铅直向上u4=4506.322 kn 方向铅直向上b4=45.64m力矩 m4=205668.52 knm 方向顺时针=-1175791.184knmm =96881.950 knwu =64071.713 knp =256.974 kn/ m2y 2w-uw-ubb6y =1707.980 kn/ m22w-uw-ubb+6y

50、 所以满足应力要求！k= =1.0280.95，所以满足抗滑稳定要puwf)(0.65 96881.950 64071.713 求！第五章 溢流坝5.1 泄水建筑物砼溢流坝5.1.2 堰顶高程已知设计洪水位为 239.0 m 时，对应的下泄流量为 4800m3 / s,由于坝基岩较好，取校核状况下的单宽流量 q=70m3 / sm，校核时发电用水流量q0=180 m3 / s ,则通过溢流前缘的流量 q 为： (2-8)s0q=q - q q 过溢流前缘的泄流量（m3 / s）;q s通过枢纽下泄的总流量（m3 / s）;q0通过泄水孔，水电站发电，及其其它建筑物下泄的流量（m3 / s）;取

51、 1.0 计算;q=4800-1.0180=4620 m3 / s故溢流前缘净宽=66 m，取 5 孔，每孔净宽 b=14 m，闸墩0ql = q4620 70厚度取 d=2.0m，则溢流前缘总宽 l= l0+（n-1）d=70+25=80 m计算堰上水头 （校核状况 q 下） (2-9)3/20 2gh0q= mb 其中：淹没系数，取 1.0 计算；侧收缩系数，=0.90 到 0.95 之间，取 0.90 计算；m流量系数，设计水头下取 m=0.5 计算；b0溢流前缘净宽， （m）则=，计算得 h0=10.34 m3/2q2gh0b0= mq 03/21.0 0.90 0.52gh 所以堰顶

52、高程为 239.0-10.34=228.66 m，239.00-228.66+闸门安全超高（1 到 2 m）=11.44 m，取闸门高为 12.00 m.b=3.24l l2 2l l1 1e eca ad dyx x o o堰堰顶顶高高程程2 22 28 8. .6 66 61 1: :0 0. .7 76 63 35.1.3 溢流坝实用剖面设计设计堰上水头hd=11.50 m.a . 本次设计溢流面采用 wes 曲线，已知 wes 曲线方程为xn=khdn-1yhd定型设计水头kn 与上游坝面坡度有关的系数和指数（查手册知 k=2.0, n=1.85）l1: x1.85=2h d 0.85

53、 y (2-10)l2: (2-11)10.763yxb l3: (2-12)10.763yx 把 l1 定在原点 o（即从溢流坝顶开始作 wes 曲线，分别对曲线 l1l2 关于 x 求导得：l1：y=0.0631.85 x0.85 (2-15)l2: y=1/0.763 (2-16)由于两直线扎起 a 点相切，故有：0.0631.85 x0.85=1/0.763，解得：x=17.24，y=12.22ad=12.22 m，ca=7.92 m 上游反弧段为三段圆弧：r1=0.5 hd=0.511.50=5.75 m,.a=2.01 mr2=0.2 hd=0.211.50=2.30 m，b=0.

54、282 hd=3.24 m考虑到倒悬部分不容易安装模板，施工也不方便，故把反弧段向下游平移。如下图所示1 1: :0 0. .1 19 98 8. .6 64 4堰堰顶顶高高程程2 22 28 8. .6 66 61 1: :0 0. .7 76 63 3下游反弧段设计1 13 3. .0 00 01 14 41 1. .5 55 5115.001 13 35 5. .2 26 61 13 37 7. .4 40 0feghao1 1: :0 0. .7 76 63 3 (2-17)222hcogqhtoco其中：to总有效水头（m）;h c o临界水深（m）;流速系数，试算如下：h c o

55、左 边 右 边 2 to =240.8-136.4=104.4 67.723 to =240.8-136.4=104.4 32.211 to =240.8-136.4=104.4 263.891.5 to =240.8-136.4=104.4 118.34试算得 h c o =1.6试算得：h c o=1.60 m，反弧段半径 r=（6-10）h c o=(9.6-16) m,取r=16 m，校核情况下游尾水位为 136.4 m，从安全角度考虑，如果下游水淹没坝顶，水流的挑射将受到影响，故挑流坎坎顶应高于下游最高尾水位 1-2 m，取 1 m，则坎顶高程为 137.4 m，挑射角 一般取 15

56、0-300，为较好的挑射水流，采用较大挑射角，本设计采用 =300，作图后可知，反弧段与直线相切点高程为 141.55 m，反弧段最低点高程为 135.26 m，ab=12.72 m，gf=20.72 m,ge=20.25 m,ef=0.47 m.故溢流坝坝段坝底宽度为 102.35 m。5.2 溢流坝稳定应力计算5.2.1 设计洪水位（239.0）设计洪水位239.00校核洪水位240.80折坡点高程155.00坝底高程115.00p3w2w1p2p11 1: :0 0. .1 1堰堰顶顶高高程程2 22 28 8. .6 66 61 1: :0 0. .7 76 63 3a 自重自重 gg

57、=147535.10 kn 方向铅直向下力臂 b=14.55 m力矩 m= 2146664.81 knm 方向逆时针b 扬压力 uu1 =17470.53 kn 方向铅直向上力臂 b1=0力矩 m1=0u2 =7993.60 kn 方向铅直向上力臂 b2=9.72 m力矩 m2=77697.79 knm 方向顺时针u3=1925.11 kn 方向铅直向上力臂 b3=45.68 m力矩 m3= 87939.02 knm 方向顺时针u4=3850.23 kn 方向铅直向上力臂 b4=47.51 m力矩 m4=182924.43 knm 方向顺时针c 水平静水压力 pp1=11529.15 kn 方

58、向水平向右力臂 b1=56.83 m力矩 m1=655201.59 knm 方向顺时针p2=63365.71 kn 方向水平向右力臂 b2=37.89 m力矩 m2=2400926.75 knm 方向顺时针p3=14850.38 kn 方向水平向左力臂 b3=5.8 m力矩 m3=86132.20 knm 方向逆时针d 利用水重 ww1=2890.42 kn 方向铅直向下力臂 b1=49.18 m力矩 m1= 142150.86 knm 方向逆时针w2=784.8 kn 方向铅直向下力臂 b2=48.51 m力矩 m2= 38070.65 knm 方向逆时针 =-1026527.184 knm

59、w =118595.956 knw-u =60044.48 knp =507.77 kn/ m22w-uw-ubb6y =1859.956 kn/ m22w-uw-ubb+6y 满足应力要求！k= =1.343091.1，满足抗滑稳定要求！puwf)(0.65 118595.95660044.48 5.2.2 校核情况下（240.8 m）设计洪水位239.00校核洪水位240.80折坡点高程155.00坝底高程115.00p3w2w1p2p11 1: :0 0. .1 1堰堰顶顶高高程程2 22 28 8. .6 66 61 1: :0 0. .7 76 63 3a 自重 g 同设计情况下）b

60、 扬压力 uu1 =21486.74 kn 方向铅直向上力臂 b1=0力矩 m1=0u2 =7796.45 kn 方向铅直向上力臂 b2=9.72 m力矩 m2=75781.49 knm 方向顺时针u3=1877.63 kn 方向铅直向上力臂 b3=45.68 m力矩 m3= 85770.14 knm 方向顺时针u4=3755.27 kn 方向铅直向上力臂 b4=47.51 m力矩 m4=178412.88 knm 方向顺时针c 水平静水压力 pp1=13536.16 kn 方向水平向右力臂 b1=56.83 m力矩 m1=769259.97 knm 方向顺时针p2=63365.71 kn 方