hnz大壩畢業(yè)設計 （未完成） 2

1、第1章 總論1.1 設計基本資料1.1.1 地理位置wx江屬qj支流，發(fā)源于閩、浙、贛三省交界的仙霞嶺，于衢縣樟樹潭附近流入q江，全長170公里，流域面積2623平方公里，本次設計的hnz水電站距離黃壇口水電站25公里。流域內除黃壇口以下屬qj平原外，其余均屬山區(qū)、森林覆蓋面積小，土層薄，地下滲流小，沿江兩岸巖石露頭，洪水集流迅速，從河源至黃壇口段，河床比降為1/1000，水能蘊藏量豐富。1.1.2 水文與氣象1.1.2.1 水文條件hnz壩址控制流域面積為2197，年平均降水量為1770mm，斷面處多年平均徑流量為83.0。表1-1 壩址斷面處山前巒水位流量關系曲線水位（m） 122.711

2、23.15123.5124.04125.4126.6128.5流量（m3/s） 105010020050010002000水位（m） 130.1132.6135.31 37.6139.8141.8流量（m3/s） 300050007500100001250015000表1-2 電站廠房處獲青水位流量關系曲線水位（m）115115.17115.39115.57115.72115.87116流量（m3/s）1020406080100120水位（m）116.13116.25116.37116.4717.05117.9118.5流量（m3/s）1401601802004007001000水位（m）11

3、9.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8流量（m3/s）150020003000400060008000100001.1.2.2 氣象條件wx江流域屬副熱帶季風氣候，多年平均氣溫10.4，月平均最低氣溫4.9，最高氣溫28；7、8、9月份會受臺風過境影響，時有臺風暴雨影響。水面上空10m高度處10min平均風速的年最大值為11m/s，水庫最大風區(qū)長度（吹程）為d=2km。1.1.3 工程地質本工程曾就獲青、項家、山前巒三個壩址進行地質勘測工作，經(jīng)分析比較，選用了山前巒壩址。山前巒壩址河谷狹窄，河床僅寬110m左右，兩岸地形對稱，覆蓋層較薄，厚度一般在0.5m 以

4、下，或大片基巖出露，河床部分厚約24m。巖石風化普遍不深，大部分為新鮮流紋斑巖分布，局部全風化巖層僅1m左右，半風化帶厚約212m，壩址地質構造條件一般較簡單，經(jīng)壩基開挖僅見數(shù)條擠壓破碎帶，產(chǎn)狀以西北和北西為主，大都以高傾角發(fā)育，寬僅數(shù)厘米至數(shù)十厘米。壩址主要工程地質問題為左岸順坡裂隙、發(fā)育，差不多普及整個山坡，其走向與地形地線一致，影響邊坡巖體的穩(wěn)定性。壩址地下水埋置不深，左岸為1126m，右岸1534m。巖石透水性小，相對抗水層（條件吸水量0.01l/dm）埋深不大，一般在開挖深度范圍內，故壩基和壩肩滲透極微，帷幕灌獎深度可在設計時根據(jù)揚壓力對大壩的影響考慮選用。壩址的可利用基巖的埋置深度

5、，左岸1012m，右岸69m，河中68m，壩體與壩基巖石的摩擦系數(shù)采用0.68。根據(jù)已知資料，山前巒壩址地形圖，選擇兩條壩軸線。a線沿東西向與河道垂直，縱坐標76341，b線也沿東西向，縱坐標76370。a線總長462m，穿過左岸部分裂隙；b線總長470m，穿過左岸裂隙。巖石等級為級，基巖抗壓強度為6000kpa。本區(qū)地震烈度小于6度。壩體巖體力學參數(shù)：為壩基面上的抗剪斷凝聚力，為壩基面上的抗剪斷摩擦系數(shù)。參考書本水工建筑物（p45）中表3-5，由巖石等級級查得=1.20mpa，=1.2。1.1.4 交通狀況壩址至q縣的交通依靠公路，q縣以遠靠浙贛鐵路。1.1.5 工程的任務 （1）防洪：根據(jù)

6、工程下游防洪要求，為保護縣城的重要工廠，兩岸75萬畝農(nóng)田和40萬人的生命財產(chǎn)的安全，在設計洪水條件下安全泄量為4800m3/s，在校核洪水條件下安全泄量為8500m3/s。根據(jù)上游城鎮(zhèn)、礦山高程及減少農(nóng)田淹沒損失的要求，建議非常洪水位在242高程以下。 （2）發(fā)電：為了解決該流域銅、銀、鋅、鎂、鋁等礦藏開發(fā)用電和補充縣城用電不足，故發(fā)電為修建該工程另一主要任務。擬建電站裝機容量為56kw，2臺機組，每臺最大引用流量50m3/s。1.1.6規(guī)劃設計控制數(shù)據(jù)根據(jù)各用水部門要求，經(jīng)過技術經(jīng)濟比較，確定如下規(guī)劃控制數(shù)據(jù)：水電站裝機容量256=112mw；設計蓄水位232.0米，設計低水位192.0米，

7、校核洪水位240.0m，設計洪水位238米。最大水頭為116.4米，最小水頭為75米，設計水頭和平均水頭為95.7米。校核最大洪水下泄流量8500m3/s，相應的水庫庫容2043.54108m3；計洪水最大下泄流量5200m3/s。1.2 工程綜合說明第2章 樞紐布置2.1 工程等級確定2.1.1 根據(jù)樞紐的任務確定樞紐組成建筑物根據(jù)hnz水庫樞紐的主要任務，hnz水庫的效益主要是發(fā)電和防洪，故需的永久建筑物包括擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、開關站。為便于施工，還需要導流建筑物、施工圍堰等臨時建筑物。2.1.2確定建筑物等級根據(jù)已知條件：水電站裝機容量256=112mw；設計蓄水位232

8、.0米，設計低水位192.0米，校核洪水位240.0m，設計洪水位238米。最大水頭為116.4米，最小水頭為75米，設計水頭和平均水頭為95.7米。校核最大洪水下泄流量8500m3/s，相應的水庫庫容2043.54108m3；計洪水最大下泄流量5200m3/s。按表2-1知該水庫屬，取工程規(guī)模為大（1）型，主要建筑物級別：1級，次要建筑物：3 級，臨時建筑物：4級。2.2壩軸線選擇根據(jù)已知資料，山前巒壩址地形圖，選擇兩條壩軸線。a線沿東西向與河道垂直，縱坐標76341，b線也沿東西向，縱坐標 76370。a線總長462m，穿過左岸部分裂隙；b線總長470m，避開左岸裂隙。由于將河床中裂隙處置

9、于壩體中上部，以防止尾水沖刷造成壩體不穩(wěn)定，且壩軸線適中，選擇b 線方案。 表2-1 水利水電樞紐工程的分等指標工程等別工程規(guī)模 分等指標水庫總庫容（億米） 防洪灌溉面積（萬畝）水電站裝機容量（萬千瓦）保護城鎮(zhèn)及工礦區(qū)保護農(nóng)田面積（萬畝） 一大（1）型 10特別重要城市、工礦區(qū) 500 150120 二大（2）型 101 重要城市、工礦區(qū)5001001505012030 三中 型 10.1 中等城市、工礦區(qū)10030505305 四小（1）型 0.10.01 一般城鎮(zhèn)、工礦區(qū)30550.551 五?。?）型0.00.00150.512.3 壩型確定由基本資料知壩址設計洪水條件下安全泄量為480

10、0m3/s，在校核洪水條件下安全泄量為8500m3/s，洪水來量大，要求泄水建筑物有較大的過水能力，由于本水庫除滿足防洪標準外，尚需要承擔下游防洪任務，所以單寬流量不宜過大，必須有足夠的溢流前緣寬度。壩區(qū)水文氣象和工程地質條件具備了修建1001500m,壩高及成庫條件，特別是壩址處河床狹窄，其寬度僅為110m左右，兩岸地形對稱，覆蓋層較薄，厚度一般在0.5m 以下，或大片基巖出露，河床部分厚約24m。巖石風化普遍不深，大部分為新鮮流紋斑巖分布，局部全風化巖層僅1m左右，半風化帶厚約212m，壩址地質構造條件一般較簡單，經(jīng)壩基開挖僅見數(shù)條擠壓破碎帶，產(chǎn)狀以西北和北西為主，大都以高傾角發(fā)育，寬僅數(shù)

11、厘米至數(shù)十厘米。壩址處水流急，故無砂卵石等淤積物，無侵蝕地下水。首先考慮重力壩、土石壩、拱壩三種基本壩型。（1） 從地質來看，重力壩是用混凝土或石料等材料修筑、主要依靠壩身自重保持穩(wěn)定的壩，對地形、地質適應性強。任何形狀的河谷都可以修建重力壩。在土基上也可修建高度不高的重力壩。拱壩壩體的穩(wěn)定主要依靠兩岸拱段的反力作用，不像重力壩那樣依靠自重維持穩(wěn)定。因此拱壩對壩址的地形、地質條件要求較高，對地基處理要求也較嚴格。再者由于左岸順坡裂隙、發(fā)育，差不多普及整個山坡，其走向與地形地線一致，影響邊坡巖體的穩(wěn)定性，不適于建拱壩。土石壩能適應不同的地形、地質和氣候條件。除極少數(shù)例外，幾乎任何不良地基，經(jīng)處理

12、后均可修建土石壩。但因洪水泄量及導流和渡汛流量大的特點，不適合修建土石壩。故考慮地質條件以修建混凝土壩較為適宜。（2） 地形條件。河谷狹窄，地質條件良好，適宜修建拱壩；河谷寬闊，地質條件較好，可選用重力壩或支墩壩；河谷寬闊、河床覆蓋層深厚或是地質條件較差，且土石、沙礫等當?shù)夭牧蟽α控S富，適宜修建土石壩。由于壩址處河床狹窄但地質條件較差，且左右岸巖性不均一，左岸順坡裂隙、發(fā)育，差不多普及整個山坡，其走向與地形地線一致，不適于建拱壩。同時在高山峽谷區(qū)布置水利樞紐，應盡量減少高邊坡開挖。因洪水泄量及導流和渡汛流量大的特點，壩址處不適宜修建土石壩。故此處修建重力壩最為適宜。經(jīng)綜合考慮，選定重力壩。再考

13、慮以下幾種重力壩壩型：常態(tài)混凝土重力壩、碾壓混凝土重力壩、混凝土寬縫重力壩、混凝土空腹重力壩。（1）因全河道泄洪，溢流壩堰頂會定的很低，空腹重力壩和寬縫重力壩節(jié)省投資有限，且這兩種壩型結構復雜，鋼筋和模板用量較多，施工難度大，渡汛過水較困難，故放棄這兩種壩型。（2）因為本工程洪水泄量大，所以非溢流壩段長度較小，溢流壩段長度所占比例較大，且堰頂高程較低，除去基礎部位和壩體外部的常態(tài)混凝土以外，碾壓混凝土的方量較少，如采用此壩型，還需要增設碾壓施工設備，拌和樓的容量也要擴大，就近又沒有粉煤灰，經(jīng)比較，放棄此壩型。（3）常態(tài)混凝土重力壩相對以上壩型，壩身泄洪安全可靠，壩體結構簡單，施工期便于過水渡汛

14、，施工速度快。綜上，根據(jù)烏溪壩址的地形、地質及洪水特點，選則常態(tài)混凝土重力壩比較合適。2.4 樞紐布置 因壩址附近河道蜿蜒曲折，多年平均徑流量 83.0m3/s，較??；河床坡度比降1/1000，故根地形條件選用有壓引水式地面廠房方案。上游山前巒斷面布置擋水建筑物及泄水建筑物，大壩右岸上游約 150m 處有天然凹口，在此布置引水隧洞進水口。下游獲青處布置地面廠房，開關站等建筑物，具體位置見樞紐布置圖。 第3章 擋水、泄水建筑物設計3.1擋水建筑物設計3.1.1 壩體剖面尺寸的擬定3.1.1.1壩高確定根據(jù)水電站裝機256=112mw，水庫總庫容2043.54108m3，取工程規(guī)模為大（1）型，主

15、要建筑物級別：1級，次要建筑物：3 級，臨時建筑物：4級。 防浪墻頂至正常蓄水位或校核洪水位的高差為h (2-1) 式中： 波高（m）； 波浪中心線至正?；蛐：撕樗坏母卟睿╩）； 安全超高，按規(guī)范sl319-2005表8.1.1采用。該水庫緣地勢高峻，由官廳公式（20m/s及dl/2 = 10.4/2 =5.2 浪壓力（ ）按深水波計算浪壓力標準值. l/2 = = 176.0 ( ) l/2 圖3-4 浪壓力分解示意圖 = =132.6 ( )b、校核洪水位情況壩前水深h=130l/2 = 6.16/2 =3.08 浪壓力（ ）按深水波計算浪壓力標準值. = = 55.6 kn ( ) =

16、 = 46.5 kn ( ) 荷載 （分項系數(shù)） 作用標準值 作用設計值力臂 (m) 力矩標準值(kn.m) 力矩設計值(kn.m)順時針逆時針順時針逆時針 自重（kn） （1.0）4320.04320.048.2208224.0208224.037785.637785.640.21518981.11518981.1119439.4119439.45.4644972.8644972.8水平水壓力 （kn）1.080363.580363.542.73431521.53431521.52549.82549.87.619378.519378.5豎直水壓力 （kn） 1.04002.54002.549

17、.2196923.0196923.01765.81765.850.288643.288643.21912.41912.446.588926.688926.6 揚 壓 力 (kn)1.023350.923350.9000001.23354.04024.845.716177.819413.411790.714148.88.7102579.1123094.95031.16037.347.9240989.7289187.6 浪壓力 (kn) 1.2176.0211.2130.322932.827519.4132.6159.1129.717198.220637.8合計125699.077857.1121

18、663.977865.81208806.71281903.0 荷載 （分項系數(shù)） 作用標準值 作用設計值力臂(m)力矩標準值(kn.m) 力矩設計值(kn.m)順時針逆時針順時針逆時針 自重（kn） （1.0）4320.04320.048.220822420822437785.637785.640.21518981.11518981.1119439.4119439.45.4644972.8644972.8水平水壓力 （kn）1.082894.582894.543.33589331.93589331.93367.03367.08.729292.929292.9豎直水壓力 （kn） 1.04120

19、.24120.249.2202713.8202713.81765.81765.850.288643.288643.22525.22525.245.7115401.6115401.6 揚 壓 力 (kn)1.026833.126833.1000001.23309.43971.345.7151240.0181488.011633.813960.68.7101214.1121456.94964.15956.947.9237780.4285336.5 浪壓力 (kn) 1.255.666.7131.27294.78753.646.5 55.8131.06091.57309.8合計123215.8795

20、36.6119234.379538.41503343.41601630.93.1.3 擋水建筑物的抗滑穩(wěn)定分析 重力壩的抗滑穩(wěn)定分析按單一安全系數(shù)法和分項系數(shù)極限狀態(tài)設計進行計算和驗算?？够€(wěn)定分析的目的是核算壩體沿壩基面或沿地基深層軟弱結構面抗滑穩(wěn)定的安全度?？够€(wěn)定計算時取單寬作為計算單元。正常蓄水位情況和地震情況按單一安全系數(shù)法驗算，設計洪水位情況和校核洪水位情況按承載能力極限狀態(tài)驗算。1. 單一安全系數(shù)法： 因壩體混凝土與基巖接觸良好，本次設計單一安全系數(shù)法采用抗剪斷強度計算公式進行穩(wěn)定分析，計算公式如下： （2-8） 式中 ： 按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； 壩體混凝土與壩基接

21、觸面的抗剪斷摩擦系數(shù) ， =1.20 ； 壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力， =1200 kpa ； a 壩基接觸面截面積， ； 作用于壩體上全部荷載（包括揚壓力）對滑動平面的法向分值,kn； 作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，kn 。按抗剪斷強度公式（ 3- 18 ）計算的壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 值應不小于表3-4的規(guī)定。 表3-4 壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)荷載組合 基本組合 3.0特殊組合 （1） 2.5 （2） 2.3a、 設計洪水位情況=3滿足規(guī)范要求。b、校核洪水位情況=2.5滿足規(guī)范要求。2、分項系數(shù)極限狀態(tài)設計法： 承載能力極限狀態(tài)設計式 (3-9) 式中：為作用效應函

22、數(shù)； 為抗力函數(shù)； 為結構重要性系數(shù)，1級建筑物的結構安全級別為級，取=1.1； 為設計狀況系數(shù)，基本組合取持久狀況的設計狀況系數(shù)=1.0，,特殊組合取偶然 狀況的設計狀況系數(shù)=0.85； 為結構系數(shù)，1.2。（1）抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)作用效應函數(shù)為 （3-10），壩基面上全部切向作用之和 , 即作用設計值水平方向的代數(shù)和 。（2）抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)抗力函數(shù) （3-11）查材料性能分項系數(shù)表得的分項系數(shù)為1.3，的分項系數(shù)為3.0 ，則壩基面抗剪斷系數(shù)設計值= 0.9壩基面抗剪斷黏聚力設計值=400kpa下面對不同荷載組合情況下大壩抗滑穩(wěn)定進行分析。a、 設計洪水位情況抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)計算 =778

23、65.8kn =0.9121663.9+400104.4=151257.5kn持久狀況（基本組合）設計狀況系數(shù)=1.0 ；結構重要性參數(shù)=1. 1； 基本組合結構系數(shù) =1.2 。根據(jù)式 = 1.11.077865.8=85652.4kn 85652.4kn 126047.9kn計算結果表明，重力壩在設計洪水位情況下滿足承載能力極限狀態(tài)下的抗滑穩(wěn)定要求。 b、校核洪水位情況抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)計算 =79538.4kn =0.9119234.3+400104.4=149070.9kn偶然狀況（特殊組合）設計狀況系數(shù)=0.85；結構重要性參數(shù)=1. 0 ； 基本組合結構系數(shù) =1.2 。根據(jù)式 =

24、1.10.8579538.4=74368.4kn 74368.4kn 0壩踵鉛直應力沒有出現(xiàn)拉應力，符合規(guī)范要求。 壩趾鉛直應力小于壩基容許壓應力，符合規(guī)范要求。 壩體最大主應力按下游邊緣最大主應力計算： =小于混凝土的容許壓應力,滿足要求。b、校核洪水位情況 偶然狀況，只需采用承載能力極限狀態(tài)法 判別大壩是否滿足強度要求。 荷載及力矩設計值及相應計算結果見附表，由附錄一附表查得各分項系數(shù) 。（1）計算作用效應函數(shù) （2）驗算抗壓強度 偶然狀況（特殊組合）設計狀況系數(shù)= 0.85；結構重要性參數(shù) =1. 1 ； 抗壓基本組合結構系數(shù)=1. 2 。根據(jù)式 =0.9119234.3+400104.

25、4=149070.9kn 380.5kn 124225.8kn滿足強度要求。3.2 泄水建筑物混凝土溢流壩設計3.2.1 溢流孔口設計3.2.1.1溢流堰形式的選擇 溢流重力壩既要擋水又要泄水，不僅要滿足穩(wěn)定和強度要求，還要滿足泄水要求。因此需要有足夠的孔口尺寸、較好體型的堰型，以滿足泄水的要求；且使水流平順，不產(chǎn)生空蝕破壞。重力壩的泄水主要方式有開敞式和孔口式溢流，開敞溢流式的堰除了有較好的調節(jié)性能外，還便于設計和施工，同時這種形式的堰在我國應用廣泛，有很多的工程實踐經(jīng)驗。根據(jù)比較，本設計采用開敞溢流式孔口形式和河床式溢洪道。3.2.1.2 洪水標準確定根據(jù)水工建筑物p83山區(qū)、丘陵水利水電

26、樞紐工程水工建筑洪水標準規(guī)范要求，采用500年一遇洪水設計，2000年一遇洪水校核。 表3-6 山區(qū)、丘陵水利水電工程水工建筑物洪水標準（重現(xiàn)期：年）3.2.1.3單寬流量q的確定單寬流量是確定孔口尺寸的重要依據(jù)，單寬流量大，溢流孔口的寬度可以縮短。有利于樞紐的布置，但增加下游消能的困難，下游的局部沖刷可能更嚴重。反之，單寬流量小，有利于下游消能，但溢孔口的寬度增大，對樞紐的布置不利。因此，一個 經(jīng)濟而安全的單寬流量必須綜合地質條件、下游河水深、樞紐布置、消能等各種困難。經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定。工程實踐證明對于軟弱夾層巖石常取。中等堅硬的巖石取。特別堅硬的巖石。因壩址巖基狀況良好，故本設計取。

27、3.2.1.4 溢流孔口尺寸的確定（1）孔口凈寬的計算 (3-17) 式中：b 孔口凈寬，m； q 相應洪水位時的下泄流量，； q 單寬流量，。設計洪水位與校核洪水位情況的孔口凈寬計算如下表： 表3-7 孔口凈寬計算表 計算情況 下泄流量單寬流量 孔口凈寬m設計情況5200 50100 52104校核情況8500 50100 17085根據(jù)以上計算取溢流壩孔口凈寬90m，假設每孔凈寬為10m，孔數(shù)為9。 3.2.1.5 溢流壩總長度確定根據(jù)工程經(jīng)驗，擬定閘墩的厚度，初擬中墩厚d=3m，邊墩厚t=2m，則溢流壩總長度為： =nb+(n-1)d+2t=910+(9-1)3+22=118m 3.2.

28、1.6 堰頂高程的確定 根據(jù)公式 (3-18)式中： m流量系數(shù)，設計水頭下取0.502； 側收縮系數(shù)，與有關，初擬時取0.9； g重力加速度，9.81； 淹沒系數(shù)，假設為自由出流，取1；忽略行進流速水頭，故堰頂高程即為設計洪水位減去堰上水頭h。試算得設計情況和校核情況的堰頂高程如下表： 表3-8 堰頂高程計算表計算情況 流 量 側收縮 系數(shù)孔口凈寬m流量系數(shù) 堰上水頭m水位高程 m堰頂高程 m設計情況52000.9900.5029.4238228.6校核情況85000.9900.50213.1240226.9根據(jù)以上計算取堰頂高程為226.9m。3.2.1.7 閘門高度的確定考慮安全超高，取

29、0.7m。 門高=設計蓄水水位-堰頂高程+0.7 = 232-226.9+0.7 = 5.8m按規(guī)范取門高6m，10/6=2，滿足閘門寬高比1.52.0。3.2.1.8 定型設計水頭的確定堰上最大水頭的確定。 = 校核洪水位-堰頂高程 = 240 - 226.9 =13.1 m 定型設計水頭為=(75%95%)=9.812.4 (m) 取 =12m，=12/13.1=0.0.92，查表知壩面最大負壓為：0.16=1.92（m），小于規(guī)定的允許值(不超過36m水柱)。 表3-9 堰面可能出現(xiàn)的最大負壓參考表0.750.7750.800.8250.850.8750.900.951.0最大負壓值（m

30、）0.50.450.40.350.30.250.20.103.2.1.9 泄流能力校核由水力學側收縮系數(shù)公式 式中：n溢流孔數(shù)； b每孔凈寬； 堰頂水頭； 閘墩形狀系數(shù)； 邊墩形狀系數(shù)； 3.2.2 溢流壩實用剖面設計 溢流曲線由頂部曲線段、中間直線段和底部反弧段三部分組成。設計要求 ： （1）有較高的流量系數(shù)，泄流能力大； （2）水流平順，不產(chǎn)生不利的負壓和空蝕破壞； （3）體形簡單，造價低，便于施工。 本設計采用的溢流壩的基本剖面為三角形。其上游面為折線面，其起坡點的高度和坡率與非溢流壩的保持一致，即取上游的坡率為n=0.2，溢流面由頂部曲線段、中間直線段、底部反弧段三部分組成。3.2.2.1壩頂曲線段 溢流壩頂部采用曲線形式，頂部曲線的形式很多，常用的有克奧曲線和wes 曲線。本工程選用 wes 曲線。首先繪出壩頂部的曲線，取堰頂部最高點為坐標原點。wes