水利水电工程专业毕业设计

黔西南民族职业技术学院水利电力工程系毕业设计说明及计算书题目：都匀市明英水电站枢纽布置设计专业：水利水电建筑工程班级：09水建〔1〕班姓名：学号：指导教师：李康宁、黄启敏、罗礼红2011年月日前言3工程特性表6第一章综合说明71.1流域概况71.2水文气象71.2.1水文及气象71.2.2水文气象及径流条件8第二章工程地质82.1地形地质82.1.1测区地质82.1.2工程区地质92.2区域及水库地质92.2.1地形地貌92.2.2地层92.2.3地质构造92.2.4水文地质92.2.5库区工程地质评价102.3库区工程地质102.3.1地形地貌102.3.2地层102.3.3地质构造112.3.4水文地质112.3.5库区工程地质评价112.4坝区工程地质122.5枢纽区工程地质122.6岩体力学参数132.7天然建筑材料132.8工程地质评价14第三章工程任务及规模15第四章工程布置及建筑物164.1坝轴线、坝型确实定164.1.1坝轴线确实定164.1.2坝型选择174.2非溢流重力坝的设计184.2.1剖面设计18实用剖面确实定194.2.2坝体强度和稳定承载能力极限状态验算214.3溢流重力坝的设计374.4进水口段确实定434.6.2主厂房的平面设计454.6.3副厂房的平面设计48第五章施工组织设计49第六章结束语50前言设计题目：水利水电工程枢纽毕业设计一、工程名称：都匀市明英水电站枢纽二、工程地点及建筑规模：都匀市明英水电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段。明英水电站工程等别为Ⅳ等，挡水坝为4级建筑物，次要建筑物为5级。三、设计要求1、设计者必须发挥独立思考能力，创造性的完成设计任务，在设计中应遵循技术标准，尽量采用国内外的先进技术与经验；2、设计者对待设计计算、绘图等工作，应具有严肃认真一丝不苟的工作作风，以使设计成果到达较高水平；3、设计计算要求方法先进、依据可靠、数据正确、结果可信；4、设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定的时间内圆满完成要求的设计内容，设计结果要有独特见解，有创新、有应用价值；5、设计成果包括：设计说明书和计算书一份、设计图纸7张1#—2#图。设计说明书和计算书要求格式标准、字迹工整、条理清楚、文字通顺、整齐美观，总字数至少在6000字以上，并有必要的图表。设计绘图，要求结构合理、工艺性好、表达完整清晰，要符合GB规定。四、设计内容1、本次毕业设计的重点为枢纽总体布置，大坝设计，水电站厂房布置设计；2、坝轴线、坝型选择和枢纽布置方案比拟与选择；3、大坝设计，包括非溢流坝和溢流坝设计；4、水电站厂房布置设计，包括发电进水口、压力管道、主厂房、副厂房、变压器场、开关站的布置设计；5、坝体细部构造设计与地基处理方案的初步拟定；6、施工组织设计；7、设计绘图，要求结构合理、工艺性好、表达完整清晰，符合GB规定。五、毕业设计的目的毕业设计是完成培养高级技术人才根本训练的最后一个重要环节,也是专业学习中非常重要的校内实践性教学环节。通过毕业设计,使学生所学的专业知识得到系统的梳理和稳固,并受到综合训练，培养并提高学生运用所学专业知识解决实际问题的能力。在毕业设计中,学生应该做到以下要求:1、对所学专业的知识进行全面、系统的复习和稳固；2、提高运用所学专业知识解决实际问题的能力；3、了解水利水电工程工程建设的全过程，熟悉各设计阶段的任务和内容；4、提高对设计资料分析的能力及使用各种标准的能力；5、学会通过图纸和设计说明书正确表达设计意图；6、提高利用计算机分析计算的能力及利用计算机制图的能力工程特性表序号及名称单位数量备注一、水文1.流域面积全流域km21164坝址以上km29832.利用水文系列年限a303.多年平均年径流量万m3710004.代表性流量多年平均流量m3/s22.5实测最大流量m3/s1700实测日期2000年6月8日调查历史最大流量m3/s2810发生日期1908年设计洪水流量(P=3.3%)m3/s2641校核洪水流量(P=0.5%)m3/s4114施工导流流量(P=20%)m3/s13.75.泥沙多年平均悬移质年输沙量万t0.39多年平均推移质年输沙量万t0.06二、水库1.水库水位校核洪水位m691.14设计洪水位m689.12正常蓄水位m683.30死水位m683.302.水库容积总库容(校核洪水位以下库容)万m3980.00正常蓄水位以下库容万m3431.70防洪库容万m3921.00防洪高水位至防洪限制水位调节库容万m30正常蓄水位至死水位兴利库容万m30死库容万m358.903.水量利用系数%87三、下泄流量及相应下游水位1.设计洪水位时最大泄量m3/s2231相应下游水位m665.52.校核洪水位时最大泄量m3/s3654相应下游水位m666.33.调节流量(P=%)m3/s38.7水电站满载发电流量相应下游水位m665.14.最小流量m3/s6.9基荷发电流量第一章综合说明1.1流域概况都匀市明英水电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段，为马尾河流域下游小水电梯级开发的五个电站之一，马尾河是长江流域沅江水系主干流清水江的上游河段。电站交通方便，有简易公路到达坝固镇，并经大坝通往右岸下游的甲丹等村寨。1.2水文气象水文及气象都匀市位于贵州省南部，苗岭南坡，东经107º47´，北纬25º51´～26º26´。东邻丹寨县、三都水族自治县，南抵独山县、平塘县，西接贵定县，北靠麻江县。马尾河是长江流域沅江水系主干流清水江的上游河段。马尾河的主流谷江河发源于苗岭中段最顶峰斗蓬山〔海拔1961m〕南麓，自贵定县摆洗村向东流约1km进入都匀市境内弯河寨，经谷江后称谷江河，流至陆家寨与杨柳街河及摆楠河集合后，由北向南贯穿都匀市区。市区河段又称剑江河，市区南端马尾以下称马尾河。该河段落差较大，宜建小型水电站，充分利用水资源，开展低能耗电力。都匀地区气候属中亚热带湿润气候，温和湿润，雨量充分。明英电站坝址以上流域内有都匀气象台，属国家根本站点，具有1958年～2001年共41年资料，资料工程齐全，代表性好。根据都匀气象台资料，都匀地区多年平均气温15.9℃，极端最高、最低气温为36.3℃〔1966年8月17日〕与-6.9℃(1977年1月30日)，月平均最高、最低气温为24.3℃(7月份)和流域内有文峰塔水文站，杨柳街、谷江、朗里、王司雨量站。朗里雨量站有1965～2000年共36年降水资料，多年平均降水量为1428.6mm，都匀市区上游4个雨量站〔含朗里雨量站〕多年平均降雨量为1422.7mm。在水资源调查评价中，将多年平均值乘以0.8的修正系数，以与周围各站协调。明英电站坝址下游下司水文站，控制流域面积2159km2，为桃花坝址以上流域面积的2.24倍。下司站有1959～1998年共39年〔缺1970年〕实测水文资料，资料整编质量及代表性较好，可用于水文水利计算。P=2%、1%、0.5%的洪峰流量为3030、3572、4114m3/s，枯季五年一遇施工洪水流量为194.5m3/s，年输沙量为2631m3,，泥沙浮容重6.5kN/m3，泥沙内摩擦角30o。水文气象及径流条件都匀地区气候属中亚热带湿润气候，温和湿润，雨量充分。根据都匀市气象站1958年至2001年实测统计，多年平均气温15℃，极端最高气温36℃，极端最低气温-6.9℃。多年平均降雨量14210.6mm，年最大降雨量1840mm，年最小降雨量960mm，日最大降雨量100mm。多年平均水温12℃，极端最高水温24℃水库控制流域面积983km2，多年平均径流量13.4m3/s，4月～10月为汛期，11月～3月为枯水期。明英水电站工程水工建筑物主要在枯水季节施工。明英电站坝址以上4.5km在建的桃花电站，集雨面积964km2，装机容量3×3000kW，调节库容为1792万m3。而明英电站集雨面积983km2，与桃花电站相差19km2，不到2%，区间没有大的支流及引水工程，故明英电站的水能计算，应以桃花电站调节后的径流量为根底推求水能参数。而桃花电站对明英电站的洪水没有影响。枯水期最大洪峰流量有桃花电站的控制，所以其枯水期最大洪峰流量为桃花电站发电机组尾水流量与明英电站到桃花电站区间径流量之叠加，对本工程的施工导流有所影响。第二章工程地质2.1地形地质测区地质测区位于贵州南部，是贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，主要山峰河谷的走向与背向斜轴向一致，背斜宽坦形成山岭，向斜狭窄形成河谷，为典型的隔槽式褶皱山区。本区发育的断层主要有①蔓洞逆断层：位于测区东北蔓洞至兴仁一带，走向北东，区内长约32km，产状129°∠60°，断距700～1000m；②造纸山断层：位于王司背斜南端，北起新场，南止于潘洞附近，长仅9.5km，产状97°∠60°,断层北端具有强烈的重晶室化、白云石化及微弱的硅化，两盘志留系页岩的拖曳小褶曲发育。这两个断层距离水库区均较远，对大坝的稳定及水库的渗漏根本无影响，此两断层在挽近无活动迹象，属稳定型地质构造。工程区地质工程区地处贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，左岸地形较为平坦，右岸多为陡岩，以中低山地貌为主，地面一般海拔800～1100m，相对高差100～300m。库区地貌以溶蚀类地貌为主，主要表现为丘峰浅洼地貌，河谷多为宽浅的“U”型横向谷，河流坡降4.2‰。岩层总体倾向右岸偏上游，致使左岸以顺向边坡为主，右岸以反向边坡为主；库区两岸坡度多在10°～20°之间，植被较发育。库区河流两岸有两级阶地分布，一级阶地高出水面1～4m，二级阶地5～7m。水库不存在可渗漏邻谷，库区内地下水向河流补给，有较好的水文地质条件，库区内库岸相对稳定，无大型固体径流源，不存在水库诱发地震的条件，工程地质条件较好。2.2区域及水库地质地形地貌库区地貌以溶蚀类地貌为主，主要表现为丘峰浅洼地貌，河谷多为宽浅的“U”型横向谷，河流坡降4.2‰。岩层总体倾向右岸偏上游，致使左岸以顺向边坡为主，右岸以反向边坡为主；库区两岸坡度多在10°～20°之间，植被较发育。库区河流两岸有两级阶地分布，一级阶地高出水面1～4m，二级阶地5～7m。地层库区出露地层为寒武系上统炉山组地层，可分为上下两段。地质构造库区范围无区域性地质构造通过，局部发育有次一级断裂，对水库稳定及库区蓄水无影响。水文地质库区河流流向近北东30°，地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主，岩性主要为厚层块状白云岩，地下水埋藏较浅，泉点出露高程均高于河流，两岸山体地下水向河流补给。水库周边无低矮邻谷，两岸山体宽厚，不存在邻谷和库区渗漏问题。库区工程地质评价库区两岸坡度多在10°～20°之间，植被较发育，库岸相对稳定。由于库区为宽谷型河谷，故不存在水库浸没问题。工程区地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主，地下水埋藏较浅，地下水位较高，两岸山体均有地下水出露，且均多高于河水水位，水库两岸山体雄厚，库区内又无大的垂直河床方向的构造发育，库区成库条件良好，无绕渗及邻谷渗漏之忧。总之，水库不存在可渗漏邻谷，库区内地下水向河流补给，有较好的水文地质条件，库区内库岸相对稳定，无大型固体径流源，不存在水库诱发地震的条件，工程地质条件较好。2.3库区工程地质地形地貌库区地貌以溶蚀类地貌为主，主要表现为丘峰浅洼地貌，河谷多为宽浅的“U”型横向谷，河流坡降4.2‰。岩层总体倾向右岸偏上游，致使左岸以顺向边坡为主，右岸以反向边坡为主；库区两岸坡度多在10°～20°之间，植被较发育。库区河流两岸有两级阶地分布，一级阶地高出水面1～4m，二级阶地5～7m。地层库区出露地层为寒武系上统炉山组地层，可分为上下两段。现由新到老分述如下：第四系〔Q〕：以坡积、冲积、崩积、残积层为主，成份为砂、粘土、砂卵石、碎石及块石等松散堆积物。厚0～10m。炉山组上段〔Є3l2〕：为浅灰、浅灰微带红色厚层粗晶白云岩，夹暗色白云岩，下部20～100m为含砾鲕状白云岩夹浅灰色白云岩，底部还有一层黄绿色粘土质砂砾岩。厚62～694m。炉山组下段〔Є3l1〕：为浅灰、灰白带肉红色厚层中晶白云岩，夹深灰色白云岩，底部常有含砾鲕状白云岩一层〔与中统分界的标志〕或多孔白云岩夹少量白云岩，白云岩中含被重结晶破坏过的白云岩砾石，向上每隔50～100m夹有含砾鲕状白云岩一层。厚421～826m。地质构造库区范围无区域性地质构造通过，局部发育有次一级断裂，对水库稳定及库区蓄水无影响。水文地质库区河流流向近北东30°，地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主，岩性主要为厚层块状白云岩，地下水埋藏较浅，泉点出露高程均高于河流，两岸山体地下水向河流补给。地下水一般流量10～90l/s，地下水径流模数3.01～6.43l/s﹒m2。库区工程地质评价库区范围无区域性地质构造通过，局部发育有次一级断裂，对水库稳定及库区蓄水无影响。库区两岸坡度多在10°～20°之间，植被较发育，库岸相对稳定。由于库区为宽谷型河谷，故水库浸没问题不严重。库区河流流向近北东30°，岩层走向主要为北东0°～10°，与河流流向大体一致。工程区地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主，地下水埋藏较浅，地下水位较高，两岸山体均有地下水出露，且均多高于河水水位，水库两岸山体雄厚，库区内又无大的垂直河床方向的构造发育，库区成库条件良好，无绕渗及邻谷渗漏之忧。总之，水库不存在可渗漏邻谷，库区内地下水向河流补给，有较好的水文地质条件，库区内库岸相对稳定，无大型固体径流源，不存在水库诱发地震的条件，工程地质条件较好。2.4坝区工程地质坝址区地形为近横向宽浅的不对称“U”型谷，右岸多为陡岩,左岸地形较为平坦，地形坡度约15°～25°，河流坡降4.2‰。坝区出露地层为第四系〔Q〕、寒武系上统炉山组上段〔Є3l2〕，现由新到老分述如下：第四系〔Q〕：为砂土、亚粘土、粘土夹碎石、卵砾石等。厚度0～5.0m。寒武系上统炉山组上段第四层〔Є3l2-4〕：出露岩石为浅灰带肉红色厚层到块状细—中晶白云岩,细小晶洞较发育,局部有硅化现象。厚度>100.0m。寒武系上统炉山组上段第三层〔Є3l2-3〕：出露岩石为深灰色中厚层至厚层粗晶白云岩，岩体节理裂隙较发育。厚75.0m。寒武系上统炉山组上段第二层〔Є3l2-2〕：出露岩石为浅灰色中厚层白云岩夹薄层灰质白云岩。厚34.0m。寒武系上统炉山组上段第一层〔Є3l2-1〕：出露岩石为灰白带肉红色中厚层至厚层微—细晶白云岩。厚度>100.0m。岩层总体倾向NE，倾向上游偏右岸，倾角24～31°。坝区构造较简单，无区域性断裂及褶皱发育，仅在大坝下游发育有两条规模较小的断层。2.5枢纽区工程地质坝区构造较简单，无区域性断裂及褶皱发育，仅在大坝下游发育有两条规模较小的断层，距离大坝较远，对水库蓄水及稳定均无影响。近坝区两岸山体雄厚，无低矮邻谷存在，坝区岩性以白云岩为主，岩体节理裂隙发育，岩溶弱发育，无深部根底渗漏之忧，局部沿裂隙或开挖破碎带渗漏，经根底固结及帷幕灌浆后，能到达稳定及防渗要求。坝后河床基岩裸露，岩体中至弱风化，未见断裂构造发育。岩体垂直弱风化深3～5m，节理裂隙发育，岩体完整性一般，岩体抗冲刷力一般。推荐值如下：白云岩：〔强风化〕a=1.6～1.9抗冲流速2m/s〔弱风化〕a=1.4～1.5抗冲流速3m/s2.6岩体力学参数坝区地层为寒武系上统岩炉山组上段地层，出露岩石为白云岩及灰质白云岩，岩体节理裂隙发育，且局部有细小晶洞发育，根据《水利水电工程地质手册》及《岩石力学参数手册》建议微—弱风化岩体物理力学参数如表3-3：表2-1岩石物理力学指标推荐值岩石类别白云岩灰质白云岩抗压强度〔Mpa〕枯燥5545饱和4530弹性模量(Gpa)枯燥5045饱和4740泊桑比μ0.22~0.240.22~0.24抗剪断强度指标fR,0.90.9C,(Mpa)0.50.5抗剪强度指标f0.750.75纯摩〔层面〕0.550.5抗冲刷系数1.452.7天然建筑材料大坝枢纽及厂房扩建工程共需砂石料约2.5万m3，为方便施工，减小投资，特选定以下两个料场：1、Ⅰ料场〔主料场〕：该料场位于大坝下游左岸，距大坝320m，需新建公路200m，；出露岩石为Є3l1地层灰白带肉红色厚层至块状细—中晶白云岩，局部有细小晶洞发育，岩体节理裂隙发育。物理力学性质参考值：密度(2.77g/cm3)、饱和抗压强度(50MPa)，其物理力学性质较好，储量相对较少，且距离大坝相对较远，可作为备用砂石料场。有用层储量约15.6万m3。2、Ⅱ料场〔备用料场〕：该料场位于大坝上游右岸，距约大坝310m，有简易公路通往；出露岩石为Є3l2地层浅灰带肉红色中厚层至厚层中—粗晶白云岩，岩体节理裂隙发育，局部为铁质浸染。物理力学性质参考值：密度(2.75g/cm3)、饱和抗压强度(45MPa)，其物理力学性质较好，交通方便，储量丰富且较易开采，是理想的砂石料场。有用层储量约179.6万m3。两个料场砂石料总有用层储量约195.2万m3，为大坝枢纽工程工程所需砂石料的10倍以上，储量丰富，完全能够满足工程所需。各料场的砂石储量如表2-2：表2-2砂石料储量表料场编号勘察精度建材类别岩(土)性产地名称产地高程〔m〕地形坡度产地面积(万m2)平均厚度有用层储量(万m3)无用层储量(万m3)运距及开采条件有用层〔m〕无用层〔m〕Ⅰ详查砂石料白云岩坝下游左岸680～72715-5000.819.53.115.62.5距大坝约320m，需新建公路200m，开采较方便Ⅱ砂石料白云岩坝上游右岸705～78625-3505.731.52.6179.614.8距大坝约310m，有简易公路，2.8工程地质评价坝址区地形为近横向宽浅的不对称“U”型谷，右岸多为陡岩,左岸地形较为平坦，地形坡度约15°～25°，两岸多为岩质边坡，边坡较稳定，河床段覆盖层厚约0～3m，主要为亚砂土夹岩屑、碎石、块石，砂卵砾石层等冲积、洪积、残坡积物。坝址两岸岩层产状91°～102°∠24°～31°，岩层倾上游偏右岸。坝区构造较简单，无区域性断裂及褶皱发育，仅在大坝下游发育有两条规模较小的断层，距离大坝较远，对水库蓄水及稳定均无影响。近坝区两岸山体雄厚，无低矮邻谷存在，坝区岩性以白云岩为主，坝肩、坝基岩体为Є3l2-4及Є3l2-3浅灰带肉红色厚层到块状细—中晶白云岩，及深灰色中厚层至厚层粗晶白云岩，岩体节理裂隙发育，岩溶弱发育，无深部根底渗漏之忧，局部沿裂隙或开挖破碎带渗漏，经根底固结及帷幕灌浆后，能到达稳定及防渗要求。坝后河床基岩裸露，出露地层为Є3l2-3地层，出露岩石为深灰色中厚层至厚层粗晶白云岩，岩层倾上游偏右岸，岩体节理裂隙发育，裂面均为砂泥质冲填，岩体中至弱风化，未见断裂构造发育。岩体垂直弱风化深3～5m，节理裂隙发育，岩体完整性一般，岩体抗冲刷力一般。推荐值如下：白云岩：〔强风化〕a=1.6～1.9抗冲流速2m/s〔弱风化〕a=1.4～1.5抗冲流速3m/s第三章工程任务及规模明英电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段，距离明英2.5km、坝固镇5km。为满足泄洪的要求，大坝按4级建筑物设计，设计洪水标准为30年一遇设计，非常校核洪水标准为200年一遇洪水标准校核，相应下泄流量分别为2231m3/s1和3654m3/s。第四章工程布置及建筑物4.1坝轴线、坝型确实定坝轴线确实定方案一：坝轴线取在上游692.10692.10如下图：上游坝轴线所处的河谷断面呈对称的“U”型河谷，地质属稳定型地质构造岩层总体倾向上游，致使左岸以顺向边坡为主，库区两岸坡度为10°—20°之间。植被较为发育，库区河流两岸有两级阶级分布。坝轴线较长，库容小，比拟开阔，开挖量大，工程本钱高，宜修重力坝，且筑坝的材料需求大。方案二：坝轴线取在中游692.10692.10如下图：上游坝轴线所处的河谷断面左右岸呈对称的“U”型河谷，岩层总体倾向上游，致使左岸以顺向边坡为主，库区两岸坡度为10°—20°之间。植被较为发育，库区河流两岸有两级阶级分布。库容相对较大，淹没耕地面积较小，右岸有悬崖局部层理破坏大，破碎带多，坝轴线适中，投资减少，工期缩短宜修重力坝。方案三：坝轴线取在下游692.10692.102.10如下图：上游坝轴线所处的河谷断面左右岸呈对称的“U”型河谷，岩层总体倾向上游，致使左岸以顺向边坡为主，库区两岸坡度为10°—20°之间。植被较为发育，库区河流两岸有两级阶级分布。下坝线左坝坝岸较长，工程量较大，左坝岸占有耕地，工程本钱高。综上所述：根据各坝线的位置进行综合性比拟，最终确定中坝线为坝轴线。坝型选择1、土石坝修筑土石坝，坝身不能溢流，必须修建溢洪道，导致建筑物分散，不利于管理。施工导流条件差，围堰时要修筑导水隧洞或明渠导流，工程本钱高。土料运输受气候的影响大，土石坝的填筑材料为散粒体结构，抗剪强度低，防渗处理工作大，颗粒间粘结力小，土石坝的抗冲能力低，颗粒间存在较大的孔隙，导致产生沉降。2、拱坝拱坝对地形的要求，需要坝址上游宽阔，左右岸对称，岸坡平顺无突变，该处是宽浅的不对称“U”型谷，不能修筑拱坝。3、重力坝重力坝对地形、地质条件适应性好，任何形状的河谷都可以修建重力坝，枢纽泄洪及导流问题容易解决，结构简单，体积大，有利于机械化施工，传力系统明确，便于分析与设计，运行期间的维护及检修工作量较少，建筑物布置集中便于管理。综上所述:根据重力坝，土石坝和拱坝的特点，进行综合性比拟，最终选择混凝土重力坝。4.2非溢流重力坝的设计剖面设计根本剖面的设计根据重力坝的荷载特点与工作特点，根本剖面为三角形，如图2-1所示。659659表2-1正常蓄水位时的各项参数上游水深H1下游水深H2上下游水位差H上游坝坡坡率n下游坝坡坡率m坝底宽度B扬压力折减系数α抗剪断参数f'抗剪断凝聚力c'24.30m6.50m17.80m00.830.08m0.251.11.0〔二〕实用剖面确实定.1坝底高程、坝底宽度确实定根据地形图资料得河底高程为668m，由地质资料可知该坝坝址覆盖层厚度为0-3m,弱风化层厚度为3-5m,所以开挖深度为5m,水深4m，河底高程664m。坝底高程为659m。根据工程实践经验，下游坝坡坡率m=0.6-0.8，取m=0.8。那么坝底宽度B=30.08m.2坝顶宽度确实定因为要考虑交通要求，所以宽度取6m。.3坝顶高程该工程属于小〔1〕型，坝的平安级别为4级。正常蓄水位时：hc取0.3校核洪水位时：hc取0.2坝顶高程：1〕设计洪水位时风速V=19.5m/s吹程D=1500m波高：波长：壅高：因为,所以，所以正常蓄水位对应的坝顶高程为684.86m。2〕校核洪水位时风速V=13.3m/s吹程D=1500m波高：波长：壅高：因为,所以，所以校核洪水位对应的坝顶高程为692.10m所以，相比之下，取校核洪水位对应的坝顶高程为692.10m为坝顶高程。.4细部结构帷幕灌浆：根据要求，帷幕中心线距上游坝面6.25m，设置一排帷幕，孔距4m廊道：选用城门洞形，宽3.5m，高4m。廊道底面距坝基面为4m,，廊道距上游面4m。坝体强度和稳定承载能力极限状态验算.1荷载组合计算11、荷载组合计算：1〕、坝体自重:2)、静水压力表2-2校核洪水位时的各项参数上游水深H1下游水深H2上下游水位差H上游坝坡坡率n下游坝坡坡率m坝底宽度B扬压力折减系数α32.14m7.30m24.84m00.830.080.25上游水压力：下游水压力：3〕、扬压力：4〕、淤沙压力：坝前泥沙淤积高度:淤沙的容重:淤沙的内摩擦角:那么淤沙压力:5)、浪压力：坝前水深，所以浪压力按深水波计算。浪压力：2、承载能力极限状态1〕、正常蓄水位〔根本组合〕时抗滑稳定性极限状态验算表2-4正常蓄水位时的荷载作用荷载符号大小(KN)作用方向作用点距坝基面形心距离〔m〕产生力矩〔KN.m〕力矩和〔KN.m〕自重W14766.40↓12.0457387.4631081.63W28697.70↓1.01-8813.67静水压力P12893.40→8.0-23436.55P2207.03←2.15448.55扬压力U11916.10↑00U2682.41↑0.9-1601.39U3209.33↑11.92-2729.64U4313.99↑12.98-4303.78浪压力PL187.64→33.10-4005.59淤沙压力PS130.00→3.3-433.33下游水重W165.62↓13.32-2203.85因为结构平安级别为3级，那么结构重要性系数，设计状况系数结构系数:作用效应函数:抗力函数:那么所以＜经过计算可知，该重力坝在校核洪水位情况下坝基面的抗滑稳定性满足要求。2〕、坝趾抗压强度极限状态因为结构平安级别为3级，那么结构重要性系数，设计状况系数结构系数作用效应函数:选用混凝土，抗压强度性能分项系数为1.5，那么设计值为：抗力函数：那么3〕、校核洪水位〔偶然组合〕时抗滑稳定性极限状态表2-3校核洪水位时的荷载作用荷载符号大小(KN)作用方向作用点距坝基面形心距离〔m〕产生力矩〔KN.m〕力矩和〔KN.m〕自重W14766.40↓12.0457387.46-3091.03W28697.70↓1.01-8813.67静水压力P15061.60→10.71-54226.61P2261.12←2.4635.39扬压力U12151.92↑00U2952.31↑0.97-2234.74U3292.12↑11.92-3809.22U4438.18↑12.98-6005.95浪压力Pl85.37→33.10-2569.24淤沙压力PS130.00→3.3-433.33下游水重W208.90↓13.11-2735.16因为结构平安级别为3级，那么结构重要性系数，设计状况系数，结构系数作用效应函数：抗力函数：那么所以＜经过计算可知，该重力坝在校核洪水位情况下坝基面的抗滑稳定性满足要求。4)、坝趾抗压强度极限状态因为结构平安级别为3级，那么结构重要性系数，设计状况系数，结构系数选用混凝土。作用效应函数:选用混凝土，抗压强度性能分项系数为1.5，那么设计值为：抗力函数：那么所以经计算，该重力坝在校核洪水位情况下坝趾抗压强度满足要求。5〕、上游坝踵不出现拉应力极限状态。因此上游坝踵不出现拉应力极限状态属于正常使用极限状态，故设计状况系数作用分项系数和材料性能分项系数都采用1.0。扬压力系数直接用标准值0.25代入计算，结构功能的极限值c=0..2坝体应力计算(一)正常蓄水位〔根本组合〕时坝体边缘应力计算表2-5正常蓄水位时的荷载作用荷载符号大小(KN)作用方向作用点距坝基面形心距离〔m〕产生力矩〔KN.m〕力矩和〔KN.m〕自重W14766.40↓12.0457387.4631081.63W28697.70↓1.01-8813.67静水压力P12893.40→8.0-23436.55P2207.03←2.15448.55扬压力U11916.10↑00U2682.41↑0.9-1601.39U3209.33↑11.92-2729.64U4313.99↑12.98-4303.78浪压力PL187.64→33.10-4005.59淤沙压力PS130.00→3.3-433.33下游水重W165.62↓13.32-2203.85表2-6正常蓄水位时的各项参数上游水深H1下游水深H2上下游水位差H上游坝坡坡率n下游坝坡坡率m坝底宽度B淤沙高程m扬压力折减系数α24．30m6．50m17．80m00.830．08669．000.251、不计扬压力上游面垂直正应力：下游面垂直正应力：上游面剪应力：下游面剪应力：上游面水平正应力：下游面水平正应力：上游面主应力：下游面主应力：2、计入扬压力时上游面垂直正应力：下游面垂直正应力：上游面剪应力：下游面剪应力：上游面水平正应力：下游面水平正应力：上游面主应力：下游面主应力：〔二〕、正常蓄水位时坝体内部应力的计图2-4坝内主应力计算简图1、坝内垂直正应力根据在水平截面上呈直线分布的假定可得距下游坝面x处的为：其中a、b由边界条件和偏心受压公式确定。当x=0时，当x=B时，2、坝内剪应力根据呈线性分布，由平衡条件可得出水平截面上剪应力呈二次抛物线分布，即：其中，、、由边界条件确定。所以：3、坝内水平截面正应力根据在水平截面呈二次抛物线分布，由平衡条件可得出水平正应力呈三次抛物线分布，即：其中、、、可由边界条件确定。由于的三次抛物线分布与直线相当接近。因此，可近似地作为直线分布，即：所以：4、坝内主应力、5、将坝底四等分，分别计算各等分点的主应力1〕、A点的应力：X=7.52m2〕、B点的应力：X=15.04m3〕、C点的应力：X=22.56m4〕、E点的应力：X=30.08m所以，经过计算，在正常蓄水位时坝体应力没有出现拉应力，满足应力要求。〔三〕、校核洪水位时坝体边缘应力的计算表2-7校核洪水位时的荷载作用荷载符号大小(KN)作用方向作用点距坝基面形心距离〔m〕产生力矩〔KN.m〕力矩和〔KN.m〕自重W14766.40↓12.0457387.46-3091.03W28697.70↓1.01-8813.67静水压力P15061.60→10.71-54226.61P2261.12←2.4635.39扬压力U12151.92↑00U2952.31↑0.97-2234.74U3292.12↑11.92-3809.22U4438.18↑12.98-6005.95浪压力Pl85.37→33.10-2569.24淤沙压力PS130.00→3.3-433.33下游水重W208.90↓13.11-2735.16表2-8校核洪水位时的各项参数上游水深H1下游水深H2上下游水位差H上游坝坡坡率n下游坝坡坡率m坝底宽度B淤沙高程m扬压力折减系数α32.14m7.30m24.84m00.830.08100.251、不计扬压力的情况上游面垂直正应力：下游面垂直正应力：上游面剪应力：下游面剪应力：上游面水平正应力：下游面水平正应力：上游面主应力：下游面主应力：2、计入扬压力的情况上游面垂直正应力：下游面垂直正应力：上游面剪应力：下游面剪应力：上游面水平正应力：下游面水平正应力：上游面主应力：下游面主应力：〔四〕校核洪水位时坝体内部应力的计算1、坝内垂直正应力根据在水平截面上呈直线分布的假定可得距下游坝面x处的为：其中a、b由边界条件和偏心受压公式确定。当x=0时，当x=B时，2、坝内剪应力根据呈线性分布，由平衡条件可得出水平截面上剪应力呈二次抛物线分布，即：其中，、、由边界条件确定。＝所以：3、坝内水平截面正应力根据在水平截面呈二次抛物线分布，由平衡条件可得出水平正应力呈三次抛物线分布，即：其中、、、可由边界条件确定。由于的三次抛物线分布与直线相当接近。因此，可近似地作为直线分布，即：所以：4、坝内主应力、5、将坝底四等分，分别计算各等分点的主应力1〕、A点的应力：X=7.52m2〕、B点的应力：X=15.04m3〕、C点的应力：X=22.56m4〕、C点的应力：X=30.08m经过计算，在校核洪水位时坝体应力满足要求4.3溢流重力坝的设计一、堰顶高程确实定〔一〕根本资料1、泄水方式的选择：为使水库有较好的超泄能力，采用开敞溢流式孔口。2、洪水标准确实定；本次设计的重力坝是4级建筑物，根据标准查山区、丘陵区水利工程建筑物洪水标准，采用30年一遇的洪水标准设计，200年一遇的洪水校核。3、设计资料：设计洪水位情况下，溢流坝的下泄流量为2231m3/s，电站引用流量6.9m3/s；校核洪水位情况下，溢流坝的下泄流量为3654m3/s，电站引用流量38.7m3/s4、初步拟定采用曲线型实用堰〔二〕计算1、计算公式通过溢流孔的下泄流量：初拟闸孔总净宽:设计闸孔总净宽：溢流前缘总长：〔m〕式中：——经过电站和泄水孔等的下泄流量；——系数，正常运用时取0.75～0.9，校核运用时取1.0。——单宽流量m3/s.m，对一般软弱岩石常取30～50m3/s.m左右，对地质条件好、下游尾水较深和采用消能效果较好的消能工，可以选取较大的单宽流量。——孔口数，孔口宽为b，那么孔口数，一般选用略大于计算值的整数。——闸墩的厚度，中间闸墩约为孔径的，边闸墩约为。——闸墩侧收缩系数，与墩头有关，根据标准SL282-2003中可取=0.90～0.95;——流量系数，曲线型实用堰的流量系数主要取决于上游眼高于设计水头之比、堰顶全水头与设计水头之比以及堰上游坡度。——重力加速度，9.81；——堰顶水头，m。2、计算表3-1设计洪水位和校核洪水位时的各项参数计算计算情况Q总〔m3/s〕Q溢设〔m3/s〕q〔m3/s.m〕b〔m〕设计L(m)n实际L(m)实际q〔m3/s.m〕L。〔m〕校核洪水36543615.30501572.3034581.3351设计洪水22312200.04501545.0034551.151取流量系数,侧收缩系数，那么根据可得1〕、设计洪水位时：那么设计洪水位时的堰顶高程为设计洪水位减去(689.12-8.12=681.00m).那么设计洪水位时的堰顶高程为：681.00m2〕、校核洪水位时：那么设计洪水位时的堰顶高程为设计洪水位减去(691.14-11.73=679.41m).那么校核洪水位时的堰顶高程为：679.41m所以取堰顶高程为：681.00m二、消能防冲设计通过溢流坝顶下泄的水流，具有很大能量，所以要采取有效的消能措施，保护下游河床免受冲刷。消能设计的原那么：消能效果好，结构可靠，防止空蚀和磨蚀，以保证坝体和有关建筑物的平安。设计时应根据坝址地形，地址条件，枢纽布置，坝高、下泄流量等综合考虑。溢流坝常用的消能方式是：挑流消能、底流消能、面流消能和消力戽消能。挑流消能是利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，将下泄急流抛向空中，然后落入离建筑物较远的河床，与下游水流相衔接的消能方式。挑流消能通过鼻坎可以有效地控制射流落入下游河床的位置、范围、和流量分布，对尾水变幅适应性强，结果简单，施工、维修方便。工程量小。但下游冲刷较严重，堆积物较多，尾水波动与雾化较大。挑流消能适用于基岩比拟巩固的中、高水头各类泄水建筑物，应用较广泛，较经济。底流消能：底流消能是通过水跃，将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流，以消除多余动能的消能方式。消能主要靠水跃产生的外表漩滚与底部主流间的强烈紊动、剪切和掺混作用。底流消能具有流态稳定、消能效果好、对地质条件和尾水变幅适应性强以及水流雾化很小等优点，多用于中、低水头。但护士坦较长，土石方开挖量和混凝土浇筑量一般都较大，与挑流消能比拟，底流消能在经济方面往往不利。综上所述：选用连续式挑流消能〔一〕、挑流鼻坎的设计挑流鼻坎的型式多样，采用连续坎。根据试验，鼻坎挑射角度一般采用，本次设计采用。鼻坎高程一般高出最大下游水位1～2m，所以鼻坎高程为：。鼻坎反弧半径一般采用，为鼻坎上水深(二)、水舌挑射距离和冲刷坑深度的计算1、水舌挑射距离按水舌外缘计算，其估算公式为：其中：为水舌挑射距离〔m〕；为重力加速度〔〕；为坎顶水面流速〔m/s〕，约为鼻坎处平均流速的1.1倍；为挑射角度；为坎顶平均水深h在铅直向的投影，；为坎顶至河床面的高差〔m〕。1〕、鼻坎处水流平均流速用水力学挑流消能的计算公式式中：堰面流速系数库水位至坎顶的高差因为，其中B为鼻坎处水面宽，h为坎顶平均水深所以所以反弧半径2〕、坎顶平均水深：3)、坎顶至河床面的高差：4〕、坎顶水面流速：2、冲刷坑深度的估算公式为:式中：为水垫厚度，即水面至坑底的距离〔m〕；q为单宽流量；H为上下游水位差〔m〕；为冲坑系数，对于坚硬较完整的基岩=0.9～1.2，坚硬但完整性较差的基岩=1.2～1.5。所以：那么最大冲坑深度：那么：>满足《混凝土重力坝设计标准》的规定要求，所以挑流形成的冲刷坑不会影响大坝的平安。三、溢流坝的剖面设计溢流坝的根本剖面为三角形，上游面为铅直，下游面倾斜。溢流面由顶部曲线段、中间直线段和反弧段三局部组成。〔一〕顶部曲线段为校核洪水位时对应的堰顶高程：堰顶的定型设计水头取：采用WES型溢流堰顶部曲线以堰顶为界分上游段和下游段两局部上游段曲线用三圆弧：下游段曲线，当坝体上游面为铅直时的计算公式为：所以：按上式的的坐标值如下表所示x(m)0123456789y(m)00.070.250.540.921.391.942.583.314.11图3-1WES型堰面曲线〔二〕反弧段的设计根据DL5108—1999《混凝土重力坝设计标准》规定：对于挑流消能，R=(4～10)h,为校核洪水闸门全开时反弧段最低点处的水深。当流速小于16m/s时取下限；流速较大时，宜采用较大值。取R=11(m)。〔三〕中间直线段中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同坡度的下游直线段CD与曲线OC相切与C点，C点坐标可如下求的：对堰面求一阶导数直线CD的坡度为：所以，反弧曲线的上端与直线CD相切于D点，下端与鼻坎末端相切与E点。D点、E点及反弧段曲线的坐标，可利用作图法或分析法确定1〕、确定反弧圆心点的坐标〔，〕及直线与反弧切点D〔，〕的坐标：圆心高程：所以：2〕、直线与反弧切点D为：所以：C〔14.34,9.34〕,D〔14.83,10.35〕,O〔23.52,3.53〕，A〔23.52,14.58〕。图3-2溢流坝剖面图4.4进水口段确实定进水口段包括：进水口、闸门室、通气孔、拦污栅、平压管和渐变段几局部。进水口高程确实定：校核洪水位691.14m设计洪水位689.12m正常蓄水位683.30m死水位683.30m正常蓄水位下的相应库容431.70万m3调节库容0万m3死库容58.90万m3水库死水位高程为683.30m，根据《水利水电工程进水口设计标准》SL285－2003，有压式进水口最小淹没深度，防止产生贯流式漏斗漩涡考虑，最小淹没深度可按下式估算：S=CVdS=CVd½=0.55×5×1.8½=3.69所以，进水口淹没深度为3.69m。进水口顶高程为=683.30-3.69=679.61m；进水口底板高程为=679.61-1.8=677.81m。进水口尺寸拟定：式中：=〔1～1.5〕D，取a=1×1.8=1.8,b=0.33×D=0.33×1.8=0.60所以：闸门段：1.1～1.5倍引水断面积，闸门高H=4m，宽B=1.8m渐变段：事故闸门后接一渐变段，渐变段施工复杂，所以不宜太长。但为使水流平顺，也不宜太短，一般采用洞身直径d的1.5~2.0倍。洞身直径d=1.8m，渐变段长度L=2×1.8=3.6m。渐变段长度由方形变为圆形。通气孔面积：式中：a为通气孔断面面积；为进水口进水流量，一般为最大引水流量量，；为通气孔允许风速，坝式进水口取70～80；=38.70÷80=0.48冲沙底孔：靠近进水口，施工前期的导流底孔可作为后期的冲沙底孔。4.5引水管道确实定本电站最大引用流量为38.7m3／s,厂房为坝后式厂房，采用从坝上直接引水，坝内埋管，后接明钢管引水至厂房机组。根据标准，我国一般采用以下标准：当作用设计水头在30-70m时，为3-6m／s,设计水头在70-100m时为5-7m／s，明钢管和地下埋管为4-6m／s，钢筋混凝土管为2-4m／s。本工程压力管道的设计流量为38.7÷3=12.9m3／s经济流速设计为3m／s，需要管道直径为D，根据公式计算：D=÷3=1.8m--压力管道的设计流量为38.70--经济流速，取5所以管道直径取1.8m4.6水电站厂房的布置设计电站的根本参数设计洪水位〔30年一遇〕，下游水深665.5m校核洪水位〔200年一遇〕，下游水深666.3m厂房机电设备装机容量3×1250KW水轮机20JP502-LH-1503台发电机SF1250-20／26003台调速器3台主厂房的平面设计.1主厂房的上部结构1位置的选择位置方案一、将厂房位置布置在右岸，通过地形可知它的开挖量大，且难以开挖，经济造价高，交通不便。方案二、将厂房位置布置在左岸，通过地形可知地形宽阔，它的开挖量小，上部现有公路，交通方便，可缩短工程期，且工程量小，经济造价相对较小。综合上述，比拟可得，按照方案二进行施工。2厂房的类型综合地质、地形条件可得，厂房选用坝后式厂房为益。且选择立式发电机组。.2主厂房长度确实定一、其中式子中——机组段长度；——为边机组段加长；——为装配场长度；〔1〕机组段长度确实定：式中——机组段+x方向的最大长度；——机组段-x方向的最大长度。蜗壳层：；；式中：蜗壳半径：尾水管层：发电机层：由厂家提供的机组资料知道，发电机风罩内径为3.00m。++蜗壳层2.40m+1.5m1.40m+1.5m3.9m+2.90m6.80m尾水管层2.14m+1.5m2.14m+1.5m3.64m+3.64m7.28m发电机层1.5m+1.5m+0.4m1.5m+1.5m+0.4m3.40m+3.40m6.80m由表中数据知：尾水管层的机组段长度最长所以L1=7.28m。〔2〕端〔边〕机组段加长确实定：端机组段长度可以根据下面公式求得：其中：按经验可知，一般在0.8-1.0m以上，△L=〔0.2～1〕×D1D1—水轮机转轮直径，D1=1.5m那么：△L=0.3～1.5m，此处取1.5m为益所以端机组段长度为：=7.28+1.5=8.78m〔3〕装配场长度确实定：装配场又称安装间，它是组装、检修设备的场所。装配场的位置与对外交通随厂房类型而异，一般位于厂房靠交通道的一端。在特俗情况下，当机组台数较多时，厂房两端都设装配场。在地下式厂房，也可以将装配场设在机组之间。装配场与主机室宽度相等，以便利用起重机沿主厂房纵向运行。确定装配场尺寸主要在于确定长度，一般约为机组段L1的1～1.5倍。本工程采用装配场长度为=1.5×7.28=10.92。所以主厂房总长度：=7.28+8.78+10.92=26.98m≈27m二、主厂房宽度确实定以机组中心线为界，厂房宽度B可以分为上游侧宽度和下游侧宽度两局部式中A——风罩外壁至上游墙内侧的净距，由上游侧电气设备和附属设备的布置及通道尺寸确定；——发电机风罩壁厚，一般取0.3—0.4m；——发电机风罩内径。1.5+0.4+2++0.6+1.5=6.0m本工程中=1.5+0.4+2==3.9m1.5+0.4+2++0.6+1.5=6.0m=6.0+3.9≈10.0m所以主厂房宽度为B=10.0m。.3主厂房的高程、高度设计1水轮机的安装高程中选用立轴轴流轴流式水轮机，其安装高程可用下