压力钢管分岔管结构设计

目录

目录..................................................................................1

第1章枢纽布置、挡水及泄水建筑物............................................3

1.1混凝土非溢流坝...........................................................3

III3

1.1.2本社-y卜'2)}^5^木亥6

1.2混凝土溢流坝...........................................................23

1.2.1溢流坝孔口尺寸的确定........................................................23

1.2.2溢流坝堰顶图程的确定.......................................................24

1.2.3闸门的选择..................................................................25

1.2.5溢流坝稳定验算.............................................................27

1.2.7消能与防冲..................................................................34

第2章个电立占厂房................................................................36

2.1.1特征水头的选择..............................................................36

2.1.2水轮机型号选择.............................................................38

2.2.4速系统，速设备选择.......................................................46

2.3主厂房尺寸及布置......................................................49

2.3.1长度......................................................................49

232'宽}50

第3章引工建党:二.............................................................53

3.1细部构造...............................................................53

3.1.2隧洞进口段..................................................................53

3.2调压室.................................................................55

3.2.1设置调压室的条件............................................................55

323计算托马断面56

3.2.4计算最高涌波引水道水头损失.................................................60

I

狄青水电站（压力钢管分岔管结构设计专题）

3.2.6调压室方案比较..............................................................65

第四章岔管专题设计..............................................71

4.1结构设计......................................................................71

4.1.1管壁厚度的计算..............................................................71

4.1.2岔管体形设计...............................................................71

4.1.3肋板计算....................................................................74

2

第1章枢纽布置、挡水及泄水建筑物

1.1混凝土非溢流坝

1.1.1剖面设计

1.1.1.1基本剖面

1.1.1.1.1坝高的确定

(1)按基本组合(正常情况)计算：

Hm=▽设计一▽底=235.5-112=123.5m

gD9.81x2200i八〜

—=-------=42.63由(1x)向1h§%—1.057m

22

v022.5

由(2)得Lm=10.92m

由《水工建筑物》表2—12查得兽=1.95.-.hm=0.542m

n,„

3=2.42

,-.h|0A=2.42x0.542=1.31m

hm

Tih.o，",271H71X1.312,2兀X123.5

=­L^cth-----------cth---------=0.49m

LmmL10.9210.92

大坝级别1级正常情况儿=0.7m

Ah=2h+h+h.=2x1.31+0.49+0.7=3.81m

i汉；＞1/0|0/LC

坝顶高程=设计洪水位+Ah设=235.5+3.81=239.3Im

⑵按特殊组合（校核情况）计算：

叫=▽校核一▽底=238-112=126m

3

狄青水电站（压力钢管分岔管结构设计专题）

『卡3。1由⑴得h5—64m

由(2)得Ln,=7.3()m

由《水工建筑物》表2—12查得兽=L95.-.hm=0.328m

叱=2.42.♦.%%=2.42x0.328=0.79m

hm

=叽%2271Hm=兀xOW271x126

-'-hzcthcth=0.27m

LmLm7.37.3

大坝级别1级非正常情况'=0.5m

Ah叹=12ZOh|0/L+h+Ch=2x0.79+0.27+0.5=2.35m

坝顶高程=校核洪水位+Ah校=238+2.35=240.35m

综上：坝顶高程取为240.35m。

1.1.1.1.2坝底宽的确定

由于电站形式为引水式，故坝上游侧无有压进水口，上游坝坡坡度不受限制,

取上游面坡度％=。，同时用应力条件和稳定条件公式确定坝底的最小宽度。

（1）按应力条件确定坝底最小宽度

B___________1_________

V/o

4为上游坡度，取几=0时可以得到：B=/H

V三o

式中：B---坝底宽度，m；

H基本剖面坝高，m

4

3

yc——坝体材料容重取值23.5KN/m

7。——水容重10KN/m3

%一—扬压力折减系数，按规范坝基面取0.3

(2)按稳定条件确定坝底最小宽度

假定上游库水位与三角形顶点平齐，上游水深=坝高=240.35m,下游无水

坝的荷载只考虑上游水平水压力P，坝体自重G及扬压力U

荷载设计值：

重力设计值：0=1.0x128.35x23.5x128.35mx%=193.566x103mKN

扬压力设计值：U=1.2x%x0.25x128.35x128.35机x10=24.711x10?mKN

静水压力设计值：P=1.0x%x128.35?x10=82.368x1()3.

由《水工建筑物》表4—1查得1级水工建筑物K=1.10

f(LW-U)

IX.-------------

ZP

,]]/68(193.566-24.711)js

82.368

所以坝底宽由稳定控制

取m=0.79fB=101.4

1.1.1.2实用剖面

1.1.1.2.1坝顶宽度

坝顶宽度6=(8%〜10%)H=10.268m~12.835m,且不小于2m。

本设计取12m

1.1.1.2.2剖面形态

由上可知，稳定条件为限制条件，所以采用上游坝面上部铅直、而下部呈倾

斜，这样可利用部分水重来增强坝的稳定性。折坡点起点位置应结合引水、挡水

5

狄青水电站（压力钢管分岔管结构设计专题）

建筑物的进水高程来选定，一般为把高的1/3~1/2（42.78-85.57）,取折坡高程为

112+48=160.0m,坡度为1:0.15

坝底总宽=0.15x48+101.4=108.6加

1.1.2稳定与应力校核

1.1.2.1设计状况：

基本组合：（持久状况）（上游为正常蓄水位，下游水位为0）

坝基面：

图1-1非溢流坝荷载计算简图（坝基面）

荷载计算简式：

自重：

G,=1x7.2x48x23.5

G2=12X128.35X23.5

G3=1X89.4X113.16X23.5

水压力:

6

1,

f!=-xlOxll82

'2

P,=<(70+118)x7.2x10

扬压力：

=10x0.25x118x16.2

t/2=1x10x0.25x118x(108.6-16.2)

[/3=1x00x118-10x0.25x118)x16.2

浪压力：

1in921092

Pl}=-xl0x-^Z±(1.31+0.49+

“222

1J0.92

p=—xliOnx(------)v

L222

表1-1计算表格

垂:水T力臂力矩

编

荷载

号T->一m正向逆向

①406149.5201009

|"1

1②3619541.11487602

重

③1050455.3556738

水

①6962039.32738387

压

2

力

②676851.0220790345168

①477946.299422

扬

压

②

3力136297.3362222

③707448.922793

浪①198.2115

4Hi

力/p>

7

狄青水电站(压力钢管分岔管结构设计专题)

承载能力极限状态：

①抗滑稳定：

/0=1.1e=1.0(持久状况)//=1.2CR，=1.2x10、kPa

匕,,C4')=L3九,©')=3.0九=12

S(*)=69620+1.2X(198.2-149.1)=69679AW

Z唯=4060.8+36197.4+105045+6768-1.2(4779+13629+7407.4)=121090.02kN

1212x1O3

R(*)=fTW+CJAR=—X121090.02+-———xl08.6xl=155215.4kPa

RRRR1.33.0

1552154

7o°S(*)=1.1x1.0x69679=76646.9女尸n<？•=129346.2A4

满足要求

②坝址抗压强度

2%=121090.02ZN

EMR=201009.6+1487602.2+556738.5-2738386.7+345168-1.2(220789.8+

99491.7+362221.9+22793-17051.1)=—973762.8M-m

108.63

TR=54.3mJ106735.3/=0.79

R12

S(*)=(2一迎)(1+帚)=(⑵09。.。2二973762副54%+0792)=2664

ARJr108.6106735.3

/?(*)=fc=1350QkPa

f13500

九夕5(*)=1.1x1.0x2615.4=2877攵&<=——=5000

YdYm>-8x1.5

满足要求

正常使用极限状态：

①长期组合下坝踵拉应力验算：(运行期)

2唯=4060.8+36194.7+105045+6768-4779-13629-7407.4=126253.1AN

EMR=201009.6+1487602.2+556738.5-2738386.7+345168-220789.8

-99491.7-362221.9-22793+17051.1--836\\3.7kN-m

8

2%EMH126253.1-836113.7x54.3…八

a=~工+——以=---------+----------------=1372kPa>0

ARR108.6106735.3

满足要求

②短期组合下坝址拉应力验算：（完建期）

z%=4060.8+36194.7+105045=145300.5ZN

ZMR=201009.6+1487602.2+556738.5=2245350.3M•利

ZW；EM3145300.52245350.3x54.3^

b=------+———=----------+-----------------=-195.(ykPa<i1OnOn;knPa

AKJK108.6106735.3

满足要求

折坡面：

图1-2非溢流坝荷载计算简图（折坡面）

荷载计算简式：

自重：

G,=23.5x12x80.35

G2=23.5x1x65.16x51.48

水压力:

9

狄青水电站（压力钢管分岔管结构设计专题）

1,

P=10x-x702

2

扬压力：

(/,=10x0.25x70x6

[/2=1x10x0.25x70x57.48

=1x10x(70-0.25x70)x6

浪压力：

1in921092

P,JxlOx上空(1.31+0.49+~^)

“222

P1J0.92,2

L222

表1-2计算表格

垂直水平力臂力矩

编

荷载

号

?-»一m正向逆向

自①2265925.74583235

1

重

②313942.5880996

水

压

2①2450023.33571585

力

扬①105028.7430177

压

3②50296.5833094

力

③151729.7446841

浪

压①19866.9613272

4

力

②14966.369894

承载能力极限状态：

①坝址抗压强度

/0=1.1*=1.0(持久状况)%'=1.3C/=1.3xlO^Pa

/„,(/«>1.3/„,(C/)=3.0为=1.2

10

=22658.7+31393.8-1.2(1050+5029.5+1575)=44867.MN

ZMR=583234.9+80996.0-571585.0-1.2(30177.0+33094.1+46840.5+13271.5

一9894.3)=-43540.7M.

〃=31.74m4=1^=21317.2/=0.79

半一迎(448^_-4354O7x3L74J9=1253.2

%4263.4821317.2

/?(*)=力=135OOZ&

f13500

九95(*)=1.1x1.0x1253.2=13185kPa<=—■=5000da

YdY.,.1-8x1.5

满足要求

正常使用极限状态：

①长期组合下坝踵拉应力验算：(运行期)

2WR=22658.7+31393.8-1050-5029.5-1575=46398ZN

EMR=583234.9+80996.0-571585.0-30177.0-33094.1-46840.5-13271.5

+9894.3=—20842.9M加

ZWREM/46398-20842.9x31.74……

(T=~&+——u=-------+---------------------=699.9kPa>0

为JR63.4821317.2

满足要求

②短期组合下坝址拉应力验算：(完建期)

Z%=22658.7+31393.8=54052.5AN

EMR=583234.9+80996.0=664230.9^-m

Z%YMRTR54052.5664230.9x31.74onctin

AKRJKR63.4821317.2

满足要求

1.1.2.2设计状况:

基本组合：(短暂状况)

II

狄青水电站（压力钢管分岔管结构设计专题）

上游为设计洪水位，下游为设计洪水最大下泄流量500（b〃3/s（发电流量作为安全

储备）对应的下游水位132.6-112=20.6加

坝基面：

图1-3非溢流坝荷载计算简图（坝基面）

荷载计算简式：

自重：

G=gx7.2x48x23.5

G2=12x128.35x23.5

G,=-x89.4xll3.16x23.5

32

水压力：

1,

P=-xl0xl23.52

12

1,

P,=-xl0x20.62

22

6=((75.5+123.5)x7.2x10

12

E=-x20.6xl6.3xl0

2

扬压力：

U,=10x20.6xl08.6

U2=10x0.25x(123.5-20.6)x16.2

U3=10x0.25x(123.5-20.6)x92.4x1

U4=10X[123.5-20.6-25.7]X16.2X0.5

浪压力：

P=lx10x-^^(1.31+0.49+-^^)

“222

《JxlOx(竺马2

L-22

表1-3计算表格

垂直水平力臂力矩

编

荷载

号4<-m正向逆向

①406149.5201009

自

1②3619541.11487602

重

③1050455.3556738

①7626141.23141966

水

②21226.914640

压

2力

③716451.0365364

④167948.982098

①22372000

3②416846.2192539

③118857.386761

13

狄青水电站（压力钢管分岔管结构设计专题）

④625148.9305684

浪

①86120.510360

压

4

力

②67119.97983

承载能力极限状态：

①抗滑稳定：

/0=1.1e=0.95（短暂状况）/'=1.2G/=L2xl0MPa

>1-370=3.0/12

S（*）=76261.3-2121.8+1.2（86-66.6）=74162.8KN

EWR=4060.8+36197.4+105045+7164+1678.9-22371.6-1.2（4167.5+11885

+6251.2）=105007.4kN

i212x1O3

R（*）=fTW+CJAR=—x105007.4+x108.6x1=140369.9kPa

RRRR1.33.0

140369-9

y0（pS（*）=1.1x0.95x74162.8=77500.\kPa<=16974.9^

Yd12

满足要求

②坝址抗压强度

=105007.4ZW

303541.3^-m

TR=54.3/w4=^^-=106735.3”网=0.79

S（*）=（迦_2）（l+M）=（3d「13O354L3x54.3）（］+o7吟=2647.4

AKJk108.6106735.3

/?（*）=£=135OOZPa

拉13500

708s（*）=1.1x0.95x2647.4=27665kPa<=5000枕4

YdYmL8xl.5

满足要求

14

正常使用极限状态：

①长期组合下坝踵拉应力验算：（运行期）

£唯=4060.8+36194.7+105045+7164+1678.9-22371.6-4167.5-11885

一6251.2=109468.LWV

EMR=201009.6+1487602.2+556738.5-3141965.6+14640.4+365364-82098.2

-192538.5-86760.5-305683.7-10359.7+7982.7=-1186068.8ZN•m

ZWREM/109468.1-1186068.8x54.3仙一…、八

<y=—区+——…=-------+---------------=404.6H>0

ARJR108.6106735.3

满足要求

②短期组合下坝址拉应力验算：（完建期）

2%=4060.8+36194.7+105045=145300.5ZN

EMR=201009.6+1487602.2+556738.5=2245350.3^-m

Z%EM江R145300.52245350.3x54.3^

cr=-----圾+——…=---------+---------------------=-1in9c5<6/kDPa<i1nOnQ/DkPa

ARJR108.6106735.3

满足要求

折坡面：

图1-4非溢流坝荷载计算简图（折坡面）

15

狄青水电站（压力钢管分岔管结构设计专题）

荷载计算简式：

自重：

G,=23.5x12x80.35

G,=23.5x1x65.16x51.48

22

水压力：

1

P=10x-x75.592

2

扬压力：

=10x0.25x75.5x6

C/2=1x10x0.25x75.5x57.48

[/3=1x10x(75.5-0.25x75.5)x6

浪压力：

in9?in92

P..=-xl0x^^(1.31+0.49+

"222

10.92、2

=-xl0x(—y

L222

表1-4计算表格

垂直水平力臂力矩

编

荷载

号

T->一m正向逆向

①2265925.74583235

I-J

1

重313942.5880996

水

2压①2850125.17717378

力

扬①113328.7432548

压

②

3力54256.5835694.5

③169929.7450522

浪

压①8672.466232

4力

6771.864786

16

承载能力极限状态:

①坝址抗压强度

/0=1.1e=0.95(短暂状况)。'=1.3C/=1.3xlO^Pfl

匕,,(%’)=13九,©')=3.0九=12

2M=22658.7+31393.8-1.2(1132.5+5424.7+1698.8)=44145.3女N

EMR=583234.9+80996.0-717377.7-1.2(32548.1+35694.5+50522.3+6231.7

-4785.9)=-197399.64^-m

7；=31.74〃？4=6*=21317.2〃:丐=0.79

汕_迎包”「197399.64x31.74]6。6.8

ARJR-63.4821317.2

/?(*)=<=13500狂力

/o/S(*)=1.1X0.95X1606.8=1679.UPa<=------=5000AP。

L8x1.5

满足要求

正常使用极限状态：

①长期组合下坝踵拉应力验算：(运行期)

2%=22658.7+31393.8-1132.5-5424.7-1698.8=45796.5加

EMR=583234.9+80996.0-717377.7-32548.1-35694.5-50522.3-6231.7

+4785.9=-173357.5攵Mm

2%EMJR45796.5-173357.5x31.74八

ARJR63.4821317.2

满足要求

②短期组合下坝址拉应力验算：(完建期)

2唯=22658.7+31393.8=54052.5ZN

ZMR=583234.9+80996.0=664230.9^•m

17

狄青水电站（压力钢管分岔管结构设计专题）

2%YMT54052.5664230.9x31.74

a=---工+——RR=---------+-------------=8o7n.c5i\JkPna<1OOkPa

AfK\JKR63.4821317.2

满足要求

1.1.2.3校核状况:

特殊组合：（偶然状况）

上游为校核洪水位，下游为校核洪水最大下泄流量7000加/s（发电流量作为安全

储备）对应的下游水位134.8-112=228〃

坝基面：

图1-5非溢流坝荷载计算简图（坝基面）

荷载计算简式：

自重：

G.=-x7.2x48x23.5

'2

G?=12x128.35x23.5

G3=^X89.4X113.16X23.5

18

水压力：

1,

/^=-xl0xl262

12

P、=-xl0x22.82

22

^=1(78+126)x7.2x10

4=3x22.8x18x10

扬压力：

t/,=10x22.8x108.6

t/2=10x0.25x(123.5-22.8)x16.2

[/3=10x0.25x(123.5-22.8)x92.4x1

t/4=10x[l23.5-22.8-30.8]xl6.2x0.5

浪压力；

17373

P..=-x10x—(0.79+0.27+—)

“222

1,„/7.3、2

n=—xlOx(——)-

1222

表1-5计算表格

垂直水平力臂力矩

编

荷载

号

->一m正向逆向

①406149.5201009

自

1②3619541.11487602

重

③1050455.3556738

①7938042.03333960

水

压

2②7.619754

力2599

③734451.0374397

19

狄青水电站（压力钢管分岔管结构设计专题）

④205248.399111.6

①24761000

扬

②418046.2193098

压

3

力

③119207.387013

④626948.9306574

浪

①86123.910657

压

4

力

②67123.68230

承载能力极限状态：

①抗滑稳定：

3

/0=1.1°=0.85（偶然状况）//=1.2CR'=1.2xWkPa

九(/£')=L3几G')=3Q九=12

S(*)=79380-2599.2+1.2(86-66.6)=76804.1KN

EWR=4060.8+36197.4+105045+7344+2052-24760.8-1.2(4179.6+11919.6

+6269.4)=103093.4kN

k2xl

R(*)=fR'ZWR+CR'AR=—xl03093.4+0-xl08.6xl=l38603.1kPa

RRRR1.33.0

138603.1

/o°S(*)=1.1x0.85x76804.1=71811.8^==115502.6V%

Yd1.2

满足要求

②坝址抗压强度

=1（）3O93.4M

ZMR=201009.6+1487602.2+556738.5一3333960+19753.9+374397.1-99111.6

-1.2(193097.5+87013.1+306573.1+10657.1-8229.8)=-1500504.2^-m

TR=54.3mJR==1067353/=0.79

20

S（*）=（汕一迎）"W）=（幽吆.T500504.2x54.3X]+07昨278L5

ARJr108.6106735.3

H（*）=A=13500女尸〃

f13500

Yo/S（*）=1.1x0.85x2781.5=2600.7ZP。＜==5000ZP。

1.8xl,5

满足要求

正常使用极限状态：

①长期组合下坝踵拉应力验算：（运行期）

Z唯=4060.8+36194.7+105045+7344+2052-24760.8-4179.6-11919.6-

6269.4=107567.

2MR=201009.6+1487602.2+556738.5-3333960+19753.9+374397.1-99111.6

-193097.5-87013.1-306573.7-10657.1+8229.8=-138268l.9kN-m

2叱，EM3107567.1-1382681.9x54.3

a=—比+——4=-------------+----------------=287.1后Pa20n

4鼠108.6106735.3

满足要求

折坡面：

图1-6非溢流坝荷载计算简图（折坡面）

21

狄青水电站（压力钢管分岔管结构设计专题）

荷载计算简式：

自重：

G,=23.5x12x80.35

G,=23.5x1x65.16x51.48

22

水压力：

P=10X-!-X782

2

扬压力：

Ui=10x0.25x78x6

C/2=1X10X0.25X78X57.48

[/3=1x10x(78-0.25x78)x6

浪压力：

17373

=-xl0x—(0.79+0.27+—)

222

173

=-xl0x(—)2

£222

表1-6计算表格

垂直水平力臂力矩

编

荷载

号

T<-m正向逆向

①2265925.74583235

1

重②313942.5880996

水

2压①3042026790920

力

扬①117028.7433626

压

②5604

3力6.5836876

③175529.7452194

浪

压①8675.926529

4力

②6775.575033

22

承载能力极限状态：

①坝址抗压强度

/0=1.1e=0.85(短暂状况)。'=1.3C/=1.3xlO^Pfl

匕,,(%’)=13九,©')=3.0九=12

E%=22658.7+31393.8-1.2(1170+5604.3+1755)=43817.3ZN

ZMR=583234.9+80996.0-790920-1.2(33625.8+36876.3+52193.7+6529.1

一5033)=-275719.4ZN加

7；=31.74〃？4=6*=21317.2〃:丐=0.79

438173

S(*)=(^--叫丁)(1+和2)=(--275719.4x31.74+Qjg2)=1787.8

ARJR'63.4821317.2

/?(*)=<=13500狂力

/o/S(*)=l.lx0.85X1787.8=1671.6APa<=-1350°-=5QGQkPa

L8X1.5

满足要求

正常使用极限状态：

①长期组合下坝踵拉应力验算：(运行期)

Z%=22658.7+31393.8-1170-5604.3-1755=45523.2&N

ZMR=583234.9+80996.0-790920-33625.8-36876.3-52193.7-6529.1+5033

=-25088W-w

2%EM江口45523.2-250881x31.74、八

ARJR63.4821317.2

满足要求

1.2混凝土溢流坝

1.2.1溢流坝孔口尺寸的确定

1.2.1.1下泻流量的确定

23

狄青水电站(压力钢管分岔管结构设计专题)

按千年一遇设计，假设最大下泄流量全部从溢流坝顶过流，可能遭遇检修或

其他应急情况，故发电流量作为安全储备

Q=5000〃?3/S(设计)2=7000m3/5(校核)

1.2.1.2孔口尺寸

设计情况：

取单宽流量为q=90m3/s

溢流前沿总净宽L=2=光”=55.56机

q90

按规范闸墩取为3.Om(1.4+0.8X2),边墩取为2.0m

=nb+(,n-l)d+2dl

式中：Lo---溢流段总宽度

n---孔数

b---没孔净宽

d——闸墩宽度

d1---边墩宽度

4=5x12+(5-1)x3+2x2=767〃

校核情况：

取单宽流量为4=90'//S

溢流前沿总净宽L=义=四四=77.78〃？

q90

按规范闸墩取为3.0m(1.4+0.8x2),边墩取为2.0m

4=7x12+(7—1)x3+2x2=106/?!

故按校核情况设计

1.2.2溢流坝堰顶高程的确定

设计情况：

Q=

24

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

0.49-0.50；

侧收缩系数，与闸墩形状，尺寸有关，一般为0.90~0.95；

g——重力加速度;

H。——坝顶溢流的堰顶水头，m

Q=5x12x0.9x0.49x,2x9.81x=5000=12.21m

4=130x(235.5-112)=16055，/

e=^ooo=O31m/v

°&16055

2zx々12

H=Hn-^-=12.21-^—=12.2m

2g2g

堰顶高程=设计洪水位-H=235.5-12.2=233.3m

校核情况：

Q=7x12x0.9x0.49xJ2x9.81x"0%=7000=12.21m

4=130x(238-112)=16380m2

Q7000

=0.427/??/5

4-16380

v204272

H=H«--"=12.21-=12.2m

2g2g

堰顶高程=校核洪水位-H=238-12.2=225.8m

故堰顶高程取为223.3m

1.2.3闸门的选择

闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+安全超高

=230-223.3+0.3=7.0m

选择平面闸门，按规范所给值，又闸孔净宽=12m,所以闸门取为13mx7.0m。

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

25

狄青水电站（压力钢管分岔管结构设计专题）

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