課件2014年注冊(cè)土木工程師水利水電工程執(zhí)業(yè)資格考前培訓(xùn)班水工結(jié)構(gòu)10章水電站建筑物14

1、第六章 水電站建筑物6.1 6.1 廠房廠房熟練掌握地面廠房廠區(qū)及廠房布置設(shè)計(jì)。熟練掌握地面廠房廠區(qū)及廠房布置設(shè)計(jì)。熟練掌握地面廠房整體穩(wěn)定分析及地基處理設(shè)計(jì)。熟練掌握地面廠房整體穩(wěn)定分析及地基處理設(shè)計(jì)。熟練掌握地下廠房位置選擇及布置設(shè)計(jì)。熟練掌握地下廠房位置選擇及布置設(shè)計(jì)。掌握地面廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求。掌握地面廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求。掌握燈泡貫流式機(jī)組廠房廠區(qū)及廠房布置設(shè)計(jì)。掌握燈泡貫流式機(jī)組廠房廠區(qū)及廠房布置設(shè)計(jì)。了解地下洞室圍巖穩(wěn)定分析方法。了解地下洞室圍巖穩(wěn)定分析方法。6.2 6.2 進(jìn)水口進(jìn)水口熟練掌握電站進(jìn)水口水力計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。熟練掌握電站進(jìn)水口水力計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。掌握電站進(jìn)水

2、口結(jié)構(gòu)布置及防沙、防污、防冰設(shè)掌握電站進(jìn)水口結(jié)構(gòu)布置及防沙、防污、防冰設(shè)計(jì)要求。計(jì)要求。6.3 6.3 壓力管道壓力管道熟練掌握壓力鋼管的選型、安全穩(wěn)定條件與構(gòu)造熟練掌握壓力鋼管的選型、安全穩(wěn)定條件與構(gòu)造要求。要求。掌握壓力鋼管水力計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。掌握壓力鋼管水力計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？?試 大 綱第六章 水電站建筑物6.4 6.4 調(diào)壓井調(diào)壓井了解調(diào)壓井選型基本要求。了解調(diào)壓井選型基本要求。6.5 6.5 邊坡處理邊坡處理掌握邊坡工程處理設(shè)計(jì)。掌握邊坡工程處理設(shè)計(jì)?？?試 大 綱第六章 水電站建筑物第一節(jié) 水電站廠房設(shè)計(jì)一、一、水電站廠房的組成（1 1）主廠房（3 3）主變壓器場（2 2）副廠房（

3、4 4）開關(guān)站從設(shè)備布置、運(yùn)行要求的空間可分為：二、二、水電站廠房型式 水電站廠房按結(jié)構(gòu)及布置特點(diǎn)可分為地面式（包括河床式、壩后式、岸邊式）、地下式（包括地下式、半地下式、窯洞式）、壩內(nèi)式、廠頂溢流式等型式。（一）地面式廠房（1）河床式廠房（2）壩后式廠房（3）岸邊式廠房（二）地下式廠房（1）地下式廠房（2）窯洞式廠房（三）其他型式廠房（1）壩內(nèi)式廠房（2）廠頂溢流式廠房地地 下下 廠廠 房房三、三、地面廠房廠區(qū)布置（一）廠區(qū)布置原則 （1）合理布置主廠房、副廠房、主變壓器場地、開關(guān)站、高低壓引出線、進(jìn)廠交通、發(fā)電引水及尾水建筑物等，使電站運(yùn)行安全、管理和維護(hù)方便。 （2）妥善解決廠房和其它建

4、筑物（包括泄洪、排沙、通航、過竹木和過魚等）布置及運(yùn)用的相互協(xié)調(diào)，避免干擾，保證電站安全和正常運(yùn)行。 （3）考慮廠區(qū)消防、排水及檢修的必要條件。 （4）綜合考慮施工程序、施工導(dǎo)流及首批機(jī)組發(fā)電投運(yùn)的工期要求，優(yōu)化各建筑物的布置。（二） 壩后式廠房的廠區(qū)布置（三）岸邊式廠房的廠區(qū)布置（四）尾水渠布置（五）主變壓器布置（六）開關(guān)站布置四、主廠房主要尺寸的確定（一）主長房長度的確定（1）機(jī)組間距L1（二）主廠房寬度的確定（三）主廠房高度的確定1）水輪機(jī)吸出高度Hs五、廠房內(nèi)部布置（一）發(fā)電機(jī)層布置（二）安裝間布置（三）水輪機(jī)層布置（四）蝸殼層及蝴蝶閥的布置（五）檢查（排水）廊道及水泵室的布置（六）副

5、廠房布置六、廠房結(jié)構(gòu)布置（一）伸縮縫布置伸縮縫布置（二）廠房水下結(jié)構(gòu)布置廠房水下結(jié)構(gòu)布置（三）廠房水上結(jié)構(gòu)布置廠房水上結(jié)構(gòu)布置七、地面廠房整體穩(wěn)定分析及地基應(yīng)力計(jì)算（一）荷載組合（二）荷載（三）整體穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)算（四）地面廠房的基礎(chǔ)處理八、地面廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）一般規(guī)定（二）尾水管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（三）水輪發(fā)電機(jī)機(jī)墩設(shè)計(jì)（四）蝸殼設(shè)計(jì)（五）水電站廠房吊車梁設(shè)計(jì)（六）水電站廠房排架設(shè)計(jì)九、燈泡貫流式機(jī)組廠房設(shè)計(jì)（一）廠區(qū)布置（二）廠房布置（三）廠房結(jié)構(gòu)計(jì)算十、水電站地下廠房設(shè)計(jì)（一）地下廠房布置特點(diǎn)地下廠房布置特點(diǎn)（1）首部式開發(fā)布置（2）中部式開發(fā)布置（3）尾部式開發(fā)布置（4）半地下式及窯洞式廠房

6、布置的特點(diǎn)（二）地下廠房樞紐布置1 . 廠房位置選擇1) 廠房位置的選擇原則2) 廠房埋置深度3) 洞口的選擇4) 洞室間巖體厚度2 . 廠房縱軸線方向的選擇1）洞室縱軸線走向，宜與圍巖的主要構(gòu)造弱面斷層、節(jié)理、裂隙、層面等呈較大夾角。同時(shí)，應(yīng)注意次要構(gòu)造面對(duì)洞室穩(wěn)定的不利影響。2）對(duì)于深埋的地下洞室，地應(yīng)力往往較大，此時(shí)洞室縱軸線走向不僅要考慮與構(gòu)造弱面的夾角，還應(yīng)考慮與地層主應(yīng)力的關(guān)系。3）洞室縱軸線走向還要考慮與上下游水道及調(diào)壓室位置等因素，避免水道過多轉(zhuǎn)彎甚至延長。3 . 主、副廠房內(nèi)部布置1) 主廠房主機(jī)間的控制尺寸2) 主閥布置3) 副廠房布置4) 安裝間布置4 .主變壓器和開關(guān)站

7、的布置1) 變電站布置在地面主閥布置2) 主變壓器布置在地下，開關(guān)站布置在地面3) 主變壓器及開關(guān)站都布置在地下4) 主變壓器布置在地下的型式5 .尾水布置1) 尾水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足SL266-2001水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)要求。2) 抽水蓄能電站的尾水洞一般較長，常用多機(jī)一洞布置，各機(jī)組后面設(shè)尾水閘門或閥門。6 .其它附屬洞室的布置1) 附屬通道布置2) 交通運(yùn)輸洞的布置3) 豎井布置4) 出線洞5) 安全交通道6) 排水廊道7 .通風(fēng)、防潮和排水布置1) 地下廠房通風(fēng)系統(tǒng)的布置應(yīng)遵循的原則2) 地下廠房、主變壓器室及高壓開關(guān)站等洞室的防滲、排水、防潮措施，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和工程布置

8、情況確定。（三）地下廠房洞室圍巖穩(wěn)定分析（三）地下廠房洞室圍巖穩(wěn)定分析1 .圍巖地質(zhì)條件2 .地下洞室形狀3 .地下洞室尺寸4 .地下洞群間距5 .地下洞室開挖與臨時(shí)支護(hù)6 .圍巖穩(wěn)定分析7 .地下洞室支護(hù)（四）巖壁吊車梁設(shè)計(jì)(1)地下廠房中除可采用常規(guī)的吊車梁、柱外，還可根據(jù)具體條件選用能縮小廠房開挖跨度的吊車梁。 (2) 巖壁式、巖臺(tái)式吊車梁的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)滿足的要求。第二節(jié) 進(jìn)水口設(shè)計(jì)一、進(jìn)水口類型及結(jié)構(gòu)布置1 .壩式進(jìn)水口2 .河床式進(jìn)水口3 .岸塔式進(jìn)水口（一） 進(jìn)水口類型4 . 豎井式進(jìn)水口5 .岸坡式進(jìn)水口6 .開敞式進(jìn)水口7 .塔式進(jìn)水口 （二）進(jìn)水口布置 在各級(jí)水位下，進(jìn)水口應(yīng)

9、水流平順、流態(tài)平穩(wěn)、進(jìn)流勻稱和盡量減少水頭損失，并按運(yùn)行需要引進(jìn)所需流量或中斷進(jìn)水。進(jìn)水口應(yīng)避免產(chǎn)生貫通式漏斗漩渦。否則，應(yīng)采取消渦措施。進(jìn)水口所需的設(shè)備應(yīng)齊全，閘門和啟閉機(jī)應(yīng)操縱靈活可靠，充水、通氣和交通設(shè)施應(yīng)暢通無阻。多泥沙河流上的進(jìn)水口，應(yīng)設(shè)置有效的防沙措施，防止泥沙淤堵進(jìn)水口，避免推移質(zhì)進(jìn)入引水系統(tǒng)。多污物河流上的進(jìn)水口，應(yīng)設(shè)置有效的導(dǎo)污、排污和清污措施，防止大量污物匯集于進(jìn)水口前緣堵塞攔污柵，影響電站運(yùn)行。 （三）進(jìn)水口防沙、防污、防冰 1 . 防沙 2 .防污 3 .防冰二、二、進(jìn)水口水力計(jì)算 水電站進(jìn)水口的水力計(jì)算應(yīng)根據(jù)進(jìn)水口型式進(jìn)行相應(yīng)的水力計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容包括：各式進(jìn)水口的水頭

10、損失；開敞式進(jìn)水口的引水流量；有壓進(jìn)水口的通氣面積；有壓進(jìn)水口的管道充水時(shí)間；豎井式進(jìn)水口豎井上游管道的水錘壓力。（一）水頭損失計(jì)算（1）有壓進(jìn)水口喇叭段最小斷面水頭損失（2）攔污柵損失（3）閘門槽水頭損失（4）漸變段（矩形斷面變圓）水頭損失（5）沿程損失（二）有壓進(jìn)水口的最小淹沒深度（1）從防止產(chǎn)生貫通式漏斗漩渦考慮，建議按戈登公式估算。（2）從防止產(chǎn)生負(fù)壓考慮，建議按式（6.2.2-8）估算。（三）開敞式進(jìn)水口流量開敞式進(jìn)水口流量按式(6.2.2-9)計(jì)算。三、三、進(jìn)水口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）開敞式進(jìn)水口布置及孔口尺寸擬定 1 .開敞式進(jìn)水口布置 從防沙考慮，應(yīng)充分利用河流彎道的環(huán)流作用，將進(jìn)水口

11、設(shè)在凹岸，引進(jìn)河流表層清水，將底沙挾帶到凸岸，以減輕泥沙對(duì)進(jìn)水口的威脅，減少入渠泥沙，同時(shí)避免回流引起漂浮物的堆積。進(jìn)水口位置應(yīng)設(shè)在彎道頂點(diǎn)以下水最深、單寬流量最大、環(huán)流作用最強(qiáng)的地方。這個(gè)地點(diǎn)距彎道起點(diǎn)的距離L可由式(6.2.3-1)初步確定。2 .開敞式進(jìn)水口的尺寸擬定1)進(jìn)水口底板頂面高程2）開敞式進(jìn)水口孔口尺寸（二）深式進(jìn)水口高程選擇及尺寸擬定 1 .深式進(jìn)水口高程選擇時(shí)需考慮的因素 1）進(jìn)水口頂部高程應(yīng)在水電站運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最低水位以下，并有一定的淹沒深度，以免產(chǎn)生漩渦而吸入空氣和漂浮物，引起振動(dòng)和噪音，減少流量，降低水輪機(jī)的出力。2）進(jìn)口底板高程必須在水庫設(shè)計(jì)淤沙高程以上，以免堵

12、塞進(jìn)水口。如無法滿足此項(xiàng)要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置沖沙設(shè)施，保證進(jìn)口門前不被淤積。3）考慮閘門結(jié)構(gòu)、啟閉設(shè)備及引水道的造價(jià)，進(jìn)口高程應(yīng)盡可能提高。4）進(jìn)口高程應(yīng)考慮綜合利用要求，如滿足灌溉、漁業(yè)、航運(yùn)、供水等要求。 2 . 進(jìn)口高程的選擇1）進(jìn)口底部高程進(jìn)口底部高程通常應(yīng)在水庫設(shè)計(jì)淤沙高程以上0.51.0m。當(dāng)設(shè)有沖沙設(shè)施時(shí)，應(yīng)根據(jù)排沙條件決定。2）進(jìn)口頂部高程 避免進(jìn)水口前出現(xiàn)吸氣漏斗和漩渦的臨界淹沒深度Sk，Sk可按式(6.2.3-3)計(jì)算。 避免壓力管道出現(xiàn)負(fù)壓，進(jìn)口閘門頂部在水庫最低水位下的最小安全距離s，可按式(6.2.3-4)計(jì)算， 3 .深式進(jìn)水口尺寸擬定 深式進(jìn)水口輪廓尺寸擬定時(shí)，要保證最

13、優(yōu)的水流條件，減少水頭損失，并滿足設(shè)備布置要求。此外，還要簡化結(jié)構(gòu)，便于施工。 1）進(jìn)口段 2）閘門段 3）漸變段 4）通氣孔 5） 進(jìn)人孔（三）深孔式進(jìn)水口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）進(jìn)水口應(yīng)進(jìn)行沿建基面整體抗滑穩(wěn)定與地基應(yīng)力計(jì)算。（2）隧洞式進(jìn)水口是在河岸巖石中開挖而成的，閘門設(shè)置在開挖豎井之中，故結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可完全按地下結(jié)構(gòu)（隧洞和豎井）考慮。（3）岸坡式進(jìn)水口緊靠在山巖之上，因進(jìn)水口長期浸在水中，進(jìn)水口背坡的穩(wěn)定性需要充分論證（包括地震力作用）。（4）塔式進(jìn)水口承受著冰壓力、風(fēng)浪壓力的作用，在地震區(qū)還要承受地震慣性力和地震動(dòng)水壓力的作用。（5）布置在混凝土重力壩上的壩式進(jìn)水口，結(jié)構(gòu)計(jì)算主要是計(jì)算壩體

14、開孔的孔口應(yīng)力和配置孔口的加強(qiáng)鋼筋，以及按空間剛架計(jì)算攔污柵支撐結(jié)構(gòu)等。 第三節(jié) 壓力鋼管設(shè)計(jì)一、概況（一） 壓力鋼管的分類（二）壓力鋼管的附件及其他設(shè)備（三）材料（四）壓力管道設(shè)計(jì)原則（五）壓力鋼管設(shè)計(jì)的一般步驟二、管線布置（一）壓力管道根數(shù)確定（二）管道線路（三）壓力鋼管的經(jīng)濟(jì)直徑三、壓力鋼管選型（一）地下埋管與明管的選擇（二）壩內(nèi)埋管與壩后背管的選擇四、水力計(jì)算（一）壓力鋼管的水頭損失（二）水錘計(jì)算 壓力鋼管的水力計(jì)算包括鋼管的水頭損失計(jì)算和水錘壓力計(jì)算。計(jì)算成果應(yīng)包括（1）最高壓力線；（2）最低壓力線；（3）水頭損失。五、壓力鋼管構(gòu)造要求（一）管壁厚度（二）焊縫布置（三）消除應(yīng)力要求（

15、四）伸縮節(jié)、預(yù)留環(huán)縫和湊合節(jié)（五）其他要求六、明管（一）布置特點(diǎn)布置特點(diǎn)1 . 地形、地質(zhì)條件地形、地質(zhì)條件2 2 . . 事故溢洪道事故溢洪道3 . 鎮(zhèn)、支墩鎮(zhèn)、支墩（二）結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)計(jì)算（三）構(gòu)造特點(diǎn)構(gòu)造特點(diǎn)1 . 鎮(zhèn)、支墩鎮(zhèn)、支墩2 2 . . 伸縮節(jié)伸縮節(jié)3 . 其他要求其他要求七、明管（一）布置特點(diǎn)（1）地形地質(zhì)條件（2）管線布置（3）排水系統(tǒng)（4） 壓力鋼管失穩(wěn)（二）結(jié)構(gòu)計(jì)算（1 1）地下埋管承受內(nèi)水壓力計(jì)算原則1）鋼襯與管外混凝土之間以及混凝土與巖石之間有縫隙。2）縫隙的存在，使鋼襯的工作分為兩個(gè)階段。3）認(rèn)為鋼襯與圍巖之間的混凝土已經(jīng)出現(xiàn)徑向裂縫。4） 認(rèn)為所有材料（鋼、混凝土

16、和圍巖）都在彈性階段內(nèi)工作，巖石被當(dāng)作各向同性材料。（2）結(jié)構(gòu)分析（三）構(gòu)造特點(diǎn)（1）灌漿 地下埋管灌漿包括回填灌漿、接觸灌漿和固結(jié)灌漿，可在同一孔中分序進(jìn)行，但在進(jìn)行固結(jié)灌漿時(shí)，必須設(shè)置封堵栓塞。鋼管壁上宜預(yù)留灌漿孔，并在管外焊接補(bǔ)強(qiáng)板。灌漿過程中，應(yīng)進(jìn)行檢測，防止鋼管發(fā)生失穩(wěn)事故。灌漿后，全部灌漿孔均應(yīng)嚴(yán)密封堵。（2）加勁環(huán)與阻水環(huán)（3）其它要求八、壩內(nèi)埋管（一）布置特點(diǎn)（二）結(jié)構(gòu)分析計(jì)算原則與混凝土開裂情況判別（1）結(jié)構(gòu)分析計(jì)算原則（2）混凝土開裂情況的判別（三）構(gòu)造特點(diǎn)（1）壩內(nèi)埋管安裝（2）阻水環(huán)（3）接觸灌漿九、壩后背管（一）布置特點(diǎn)（二）構(gòu)造特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)分析計(jì)算原則（2）混凝土

17、開裂情況的判別（三）構(gòu)造特點(diǎn)（1）壩內(nèi)埋管安裝（2）阻水環(huán)（3）接觸灌漿十、岔管（一）岔管的種類與選型（1） 三梁岔管（2）月牙肋岔管（3）球形岔管（4）無梁岔管（5）貼邊岔管（6）外包鋼筋混凝土岔管（7）鋼筋混凝土岔管（二）布置特點(diǎn)（1）岔管布置原則（2）布置型式（3）管底排水（4）體形參數(shù)（三）構(gòu)造特點(diǎn) 三梁岔管、月牙肋岔管和無梁岔管在錐管與錐管之間、錐管與球殼之間應(yīng)布置虛擬的公切球，使其相貫線成為平面曲線，簡化體型。第四節(jié) 調(diào)壓室設(shè)計(jì)一、水電站不穩(wěn)定工況 當(dāng)水電站的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與發(fā)電機(jī)的阻力矩失去平衡，引起機(jī)組轉(zhuǎn)速變化，調(diào)速器為了保持機(jī)組轉(zhuǎn)速恒定，必相應(yīng)地改變水輪機(jī)的

18、流量，從而在水電站的過水系統(tǒng)中引起非恒定流現(xiàn)象。（一）水錘及調(diào)節(jié)保證計(jì)算的任務(wù)（二）水錘基本方程（三）水錘計(jì)算（四）減小水錘壓強(qiáng)的措施二、水錘及調(diào)節(jié)保證計(jì)算 水錘由流量變化引起，引起流量改變的原因很多，歸納起來有兩類： 第一類：正常運(yùn)行情況下的負(fù)荷變化。 第二類：事故引起的負(fù)荷變化。（一）調(diào)壓室的功能三、調(diào)壓室的功能、要求和設(shè)置調(diào)壓室的條件 (1) 由調(diào)壓室自由水面反射水錘波，限制水錘波進(jìn)入引水道，減少壓力管道及水輪機(jī)的水錘壓力。 (2) 改善水輪機(jī)在負(fù)荷變化時(shí)的運(yùn)行條件及系統(tǒng)供電質(zhì)量。（二）調(diào)壓室的基本要求 (1)調(diào)壓室的布置應(yīng)盡量靠近廠房，以縮短壓力水管的長度。 (2)能較充分地反射壓力管

19、道傳來的水錘波。 (3)調(diào)壓室的頂部，應(yīng)滿足水庫最高設(shè)計(jì)水位當(dāng)電站在瞬時(shí)丟棄全部負(fù)荷時(shí)，水涌入調(diào)壓室所需的容積及高度。 (4)調(diào)壓室的工作必須滿足穩(wěn)定條件，即在任何情況下負(fù)荷變化時(shí)，引水道和調(diào)壓室中水體的波動(dòng)必須是逐漸衰減的。 (5)結(jié)構(gòu)安全可靠，施工簡單方便，造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理。（三）調(diào)壓室的設(shè)置條件（四）調(diào)壓室的基本類型 根據(jù)DL/T5058-1996水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)置調(diào)壓室，應(yīng)在機(jī)組調(diào)節(jié)保證計(jì)算和運(yùn)行條件分析的基礎(chǔ)上，考慮水電站在電力系統(tǒng)中的作用、地形地質(zhì)條件和壓力管道布置等因素，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。(1)引水調(diào)壓室(上游調(diào)壓室)(2)尾水調(diào)壓室(下游調(diào)壓室)(3)上下游雙調(diào)壓室系統(tǒng)(4)上游雙調(diào)壓室系統(tǒng)（五）調(diào)壓室的基本結(jié)構(gòu)型式 (1)(1)簡單圓筒式調(diào)壓室。簡單圓筒式調(diào)壓