【導(dǎo)讀】流域面積5473平方公里，占山湘流域面積的%。樞紐屬大型工程，以發(fā)電為主，兼有改善庫(kù)區(qū)航運(yùn)、發(fā)展旅游等綜合效益?？缀陀野斗且缌髦亓?。樞紐按五百年一遇洪水設(shè)計(jì)，兩千年一遇洪水校核。水庫(kù)正常蓄水位米，設(shè)計(jì)洪水位米，校核洪水位米。電站裝機(jī)2臺(tái)60MW，總裝機(jī)120MW。布置于引水壩段壩后，開關(guān)站布置于左岸山坡上。電站施工采用河床一次攔斷，右岸隧。洞導(dǎo)流方案，總工期33個(gè)月。的建筑物進(jìn)行了安全校核，保證建筑物的安全運(yùn)行。同時(shí)對(duì)水電站和施工導(dǎo)流進(jìn)行了簡(jiǎn)

　　

【正文】 水工建筑物級(jí)別 根據(jù) GB5020194《防洪標(biāo)準(zhǔn)》和 SL2522020《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》， 山湘 水電站工程等別屬Ⅱ等工程，水庫(kù)為大（ 2）型水庫(kù)，電站為中型電站。樞紐建筑物中的溢流壩、非溢流壩、混凝土閘和電站廠房等主要建筑物屬于 2 級(jí)建筑物，導(dǎo)墻、護(hù)岸等次要建筑物為 3級(jí)建筑物，臨時(shí)建筑物為 4 級(jí)建筑物。 防洪標(biāo)準(zhǔn) 各水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)見下表： 10 表 24 永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)表 水工建筑物 建筑物級(jí)別 建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn) p(%) 設(shè)計(jì) 校核 溢流壩 2 非溢流壩 2 電站廠房 2 導(dǎo)墻、護(hù)岸 3 2 調(diào)洪演算 調(diào)洪演算的目的 主要根據(jù)水位水利的相關(guān)資料，如水位～庫(kù)容曲線以及壩址設(shè)計(jì)洪水過程線，孔口尺寸、孔數(shù)以及堰頂高程，利用調(diào)洪演算來確定設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位，為后面壩頂高程和泄水建筑物的尺寸的確定奠定基礎(chǔ)。 調(diào)洪演算的基本原理和方法 ZV，以及用水力學(xué)公式計(jì)算 QZ 關(guān)系 q=mδε B（ 2g） 1/2H3/2 （ 21） 式中： q—— 過堰流量，單位為： m3/s； B—— 過水?dāng)嗝鎸挾?，單位?m； m—— 堰的流量系數(shù)； ε —— 局部水頭損失系數(shù)； H—— 堰頂全水頭，單位為 m。 南昌工程學(xué)院本（專）科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 ，起調(diào)水位。 《水資源規(guī)劃及利用》書中介紹的列表試算法計(jì)算，依據(jù)書中所給的水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)原理，采用水量平衡方程式 （ Q1+ Q2）Δ t/2（ q1+q2）Δ t /2=V2 V1=Δ V （ 22) q=f（ V） （ 23） 式中： Q Q2—— 計(jì)算時(shí)段初始，末段的入庫(kù)流量。 m3/s q q2—— 計(jì)算時(shí)段初始，末段的下泄流量。 m3/s V V2—— 入庫(kù)水量，下泄流量。 m3 Δ t—— 計(jì)算時(shí)端， s。，一般取 1～ 6小時(shí)，需化為秒數(shù)。 本設(shè)計(jì)調(diào)洪計(jì)算采用列表式算法，就是在已知入庫(kù)洪水流量和水 庫(kù)水位庫(kù)容關(guān)系曲線等情況下，推求下泄洪水過程線，攔蓄洪水的庫(kù)容和水庫(kù)水位的變化，求得最大下泄流量及其所對(duì)應(yīng)的最大庫(kù)容和校核洪水位。 列表式算法的步驟為： 根據(jù)已知的水位容積關(guān)系曲線 V=f（ Z）和泄洪建筑物方案，用式（ 31）求出下泄流量與庫(kù)容的關(guān)系曲線 q=f（ V）。 （ 2）選取合適的計(jì)算時(shí)段，以秒為計(jì)算單位。 （ 3）決定開始計(jì)算的時(shí)刻和此時(shí)刻的 V1， q1 值，然后列表計(jì)算，計(jì)算過程中，對(duì)每一計(jì)算時(shí)段的 V2， q2值都要進(jìn)行試算。 12 （ 4）將計(jì)算結(jié)果繪成曲線供查閱。 在計(jì)算過程中，每一時(shí)段的 Q1， Q2， q1,V1 均 為已知。先假定一個(gè)水位 2Z ，通過水位庫(kù)容曲線查出對(duì)應(yīng)的 V2，再由公式（ 32）查得對(duì)應(yīng)的下泄流量 q2。通過水量平衡方程（ 33）可以求得 V? 和 39。2V ，根據(jù)水位庫(kù)容曲線又可以反推出 39。2V 對(duì)應(yīng)的 39。2Z 。若 39。2Z 不等于2Z ，則要重新假定一個(gè) 2Z ，重復(fù)以上的試算過程，直至兩者相等或很接近為止。這樣多次演算求得的 222 , VqZ 值就 是下一時(shí)段的 111 , VqZ 值?？梢罁?jù)此值進(jìn)行下一時(shí)段的試算。逐時(shí)段依次試算的結(jié)果即為調(diào)洪計(jì)算的成果。 調(diào)洪的基本資料 1） 調(diào)洪演算方案 調(diào)洪演算方案擬定如下，共有三個(gè)方案，詳細(xì)情況列于表 ： 表 調(diào)洪演算方案表 堰頂高程 (m) 孔口尺寸 (m) 孔數(shù) 方案一 272 12 18 5 方案二 273 13 17 5 方案三 274 14 16 5 注： 12 18 表示孔口尺寸 (m)(寬高 )，即寬 12m，高 18m。 2） 計(jì)算工況 計(jì)算工況分校核和設(shè)計(jì)兩種，由設(shè)計(jì)規(guī)范可知：混凝土壩按 500 年一遇（ P=%）洪水設(shè)計(jì)， 2020 年一遇（ P=%）洪水校核。 南昌工程學(xué)院本（專）科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 3） 調(diào)洪演算 根據(jù)基本資料和限制條件，利用列表試算法調(diào)洪演算（詳細(xì)計(jì)算見計(jì)算書第 1章），將計(jì)算成果列于表 ： 表 26 調(diào)洪成果表 方案 孔口尺寸（ m） 起調(diào)水位 工況 Qmax（ m3） Vmax （ m3） Zmax（ m） 方案一 12 18 290 校核 設(shè)計(jì) 方案二 13 17 290 校核 設(shè)計(jì) 方案三 14 16 290 校核 設(shè)計(jì) 此次設(shè)計(jì)取堰凈寬 B=65m，設(shè)計(jì)洪水位為 校核洪水位為 。 14 第三章 樞紐布置、壩址選擇 壩址選擇 壩軸線的選擇 壩軸線選擇原則 石堤水電站預(yù)可行性研究報(bào)告審查意見中同意設(shè)計(jì)推薦的上壩址。壩軸線選擇時(shí)，按以下的原則進(jìn)行： 在選定的上壩址進(jìn)行壩線選擇。 水庫(kù)正常蓄水位 ，死水位 。 裝機(jī)規(guī)模為 60MW 2臺(tái)。 選定壩型為碾壓混凝土重力壩，樞紐泄洪為開敞式溢流表孔。 樞紐布置為左岸壩后式廠房。 壩軸線擬定 1） 壩軸線比選范圍 預(yù)可行性研究報(bào)告審查意見同意設(shè)計(jì)推薦的上壩址作為選定壩址，并要求進(jìn)一步查明各建筑物的工程地質(zhì)條件，通過對(duì)工程地質(zhì)條件、樞紐布置、施 工、工程量和投資等方面綜合比較，最終選定壩軸線。根據(jù)上述審查意見，結(jié)合地形地質(zhì)條件和樞紐布置要求，將壩軸線比選范圍定在上壩址上下游 順直河道范圍內(nèi)。 2） 壩軸線擬定 南昌工程學(xué)院本（專）科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 壩址兩岸地形和地質(zhì)條件是壩軸線選擇的關(guān)鍵因素之一。從地形上，應(yīng)滿足泄流前沿寬度和歸槽條件，同時(shí)應(yīng)兼顧施工導(dǎo)流和盡量節(jié)省工程量等因素。從地質(zhì)上，應(yīng)使兩岸壩基基巖的風(fēng)化深度盡可能淺，以盡量減小岸坡壩段的壩體長(zhǎng)度，降低岸坡壩段壩高，并盡量縮短帷幕線；河床壩段應(yīng)座落在較完整的弱風(fēng)化巖石上。為避免丟失寶貴的水頭，充分利用水能資源 ,壩軸線向上 游不能超過右岸上游側(cè)小沖溝。為改善下泄水流的出流條件，防止河道拐彎對(duì)水流的頂托，影響消力池水流流態(tài)，壩軸線向下游方向應(yīng)保證其消力池后有一定長(zhǎng)度的順直河道。 根據(jù)上述壩軸線布置原則，在確定的壩軸線比較范圍內(nèi)選取了上、下 2 條壩線進(jìn)行比較。上壩線即為預(yù)可階段推薦壩線，下壩線距上壩線下游 。 壩型選擇 溢流壩型選擇根據(jù)工程特點(diǎn)，經(jīng)比較分析，選擇開敞式有閘控制低堰型式，堰型為WES 實(shí)用堰。左右岸非溢流壩選擇重力壩壩型。筑壩材料經(jīng)分析比較，溢流壩，非溢流壩均采用混凝土壩。 16 第四章 壩體剖面設(shè)計(jì) 剖面設(shè)計(jì)原理 混凝土重力壩設(shè)計(jì)的原則是：①滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，保證大壩安全；②力求斷面較小，工程量??；③運(yùn)行方便；④便于施工。 基本剖面 重力壩的基本剖面是指壩體在重力、靜水壓力（水位與壩頂齊平）和揚(yáng)壓力 3 項(xiàng)主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，并使工程量最小的三角形剖面。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，上游壩坡常做成鉛直；下游壩坡坡率 m=～ ；底寬為壩高的 ～ 倍。在該工程中，下游壩坡坡率 m取 。 根據(jù)交通和運(yùn)行管理的要求，壩頂應(yīng)有足夠的寬度。為防波浪漫過壩頂，在靜水位以上還 應(yīng)留有一定的超高。 設(shè)計(jì)基本資料 特征水位及流量 校核水位（ P=%） = ； Z下游水位 = Qmax下泄 =設(shè)計(jì)水位（ P= %） = ； Z下游水位 = 南昌工程學(xué)院本（專）科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 Qmax下泄 = 水文氣象資料 1） 多年平均降水量為 ；多年平均氣溫為 ℃； 2） 極端最高氣溫為 ℃；極端最低氣 溫 ℃； 3） 多年平均最大風(fēng)速為 20m/s；吹程為 。 4） 泥沙：多年平均輸沙量為 179 萬 t。 5） 工程地質(zhì)參數(shù)：詳見本說明書第三章。 6） 地震動(dòng)峰值加速度小于 ，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期 ，相應(yīng)地震基本列度小于 6度。 7） 材料容重：混凝土γ c24KN/ m鋼筋混凝土γ 025KN/m3 、漿砌石塊 22KN/m3，水的容重γ 。 相關(guān)參數(shù)見下表 ： 表 水庫(kù)參數(shù)表 項(xiàng) 目 參 數(shù) 水位 正常蓄水位時(shí) （設(shè) 計(jì)洪水位） 上游水位（ m） 下游水位（ m） 校核洪水位時(shí) 上游水位（ m） 下游水位（ m） 泥沙 泥沙高程（ m） 泥沙內(nèi)摩擦角（176。） 16 泥沙浮容重（ KN/ m3） 11 重度 砼（ KN/ m3） 24 鋼筋砼（ KN/ m3） 25 漿砌石（ KN/ m3） 22 18 泥沙（ KN/ m3） 18 水（ KN/ m3） 滲透壓力強(qiáng)度系數(shù) 設(shè)防滲帷幕及排水孔（河床壩段） 設(shè)防 滲帷幕及排水孔（岸坡壩段） 設(shè)防滲帷幕及排水孔（排水管帷幕處） 非溢流壩段剖面設(shè)計(jì) 壩頂高程 壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱?，?yīng)高于防浪頂高程。防浪墻頂至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差 ?h，可按下式計(jì)算： ?h =h 1%+hz+hc （ 41） 式中： h 1%為累計(jì)頻率為 1%時(shí)的波浪高度， m。 hz 為波浪中心線高于靜水位的高度，對(duì)于山區(qū)水庫(kù)，波浪要素按官?gòu)d公式計(jì)算如下 : hl=（ 42） L= （ 43） hz =（π hl2/L） cth（ 2π H/L） （ 44） H為壩前水深， m。 hc為為安全加高。 V0—— 計(jì)算風(fēng)速， m/s，正常蓄水位和校核洪水位時(shí)宜用相應(yīng)洪水期多年平均 最大風(fēng)速的 ～ 倍。校核洪水位四宜用相應(yīng)洪水期的多年平均風(fēng)速 ,m/s； D—— 吹程。風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度 ； L—— 波長(zhǎng)， m； 南昌工程學(xué)院本（專）科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 表 安全加高表 荷載組合（運(yùn)用情況） 壩的級(jí)別 1 2 3 5 基本組合（正常情況） 特殊組合（校核情況） 本工程 hc取 壩頂高程（或壩頂防浪墻高程）按下式計(jì)算，并選用其中的較大值。 壩頂高程 =設(shè)計(jì)洪水位 +Δ h 設(shè) 壩頂高程 =校核洪水位 +Δ h 校 表 壩頂高程計(jì)算成果表 計(jì)算 情況 風(fēng)速 V m/s 波浪高度hl： m 波浪長(zhǎng)度L:m 風(fēng)壅水高h(yuǎn)z： m 安全加高h(yuǎn)c： m 靜水 超高 m 壩頂 高程 m 設(shè)計(jì) 情況 校核 情況 經(jīng)過比較可以得到壩頂或防浪墻頂高程為 ，故最大壩高為： = m 壩頂寬度 20 為了適用于運(yùn)用和 施工的需要，壩頂需要一定的寬度。一般地，壩頂寬度取最大壩高的 8%— 10%，并且不小于 3 米。同時(shí)，為了滿足設(shè)備布置、運(yùn)行、交通及設(shè)施的需要，經(jīng)過分析選取山湘水電站非溢流壩的壩頂寬度為 6m，其中向上游側(cè)外挑 1m，向下游側(cè)外挑 2m（總寬度為 9m）。 壩面坡度 壩址區(qū)的巖體質(zhì)量基本一致。河床與河谷兩岸的弱風(fēng)化巖體基本為Ⅲ級(jí)；一般強(qiáng)風(fēng)化巖體質(zhì)量在Ⅲ ~Ⅳ級(jí)之間；微風(fēng)化或新鮮巖體質(zhì)量為Ⅱ級(jí)。巖基較完整，堅(jiān)硬， f， c 值較大，可不借助上游壩面水重幫助壩體維持穩(wěn)定，故上游壩坡做成鉛直，上游邊坡系數(shù) n取 0， m 取 。 上游壩坡采用鉛直型，下游起坡點(diǎn)位置的選擇應(yīng)根據(jù)壩的實(shí)用剖面型式、壩頂寬度，結(jié)合壩的基本剖面計(jì)算而來 .根據(jù)計(jì)算下游起坡點(diǎn)的高程為 . 壩底寬度 由下游起坡點(diǎn)高程、坡度、邊坡系數(shù)以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等條件通過幾何關(guān)系可得壩底寬度為 ，在 ～