【導(dǎo)讀】HL240型水輪機(jī)及ZZ44型水輪機(jī)兩種方案的比較………………………

　　

【正文】 .④ 建筑材料壩址附近有足夠數(shù)量符合質(zhì)量要求的天然建筑材料,對于材料分布埋置深度,開采條件以及施工期淹沒等問題都應(yīng)認(rèn)真考慮.⑤ 綜合效益對于不同壩址要綜合考慮防洪灌溉發(fā)電航運(yùn)旅游等各個方面的經(jīng)濟(jì)效益.綜上所述,并結(jié)合本設(shè)計情況,確定選用上壩線.根據(jù)資料選兩條壩線進(jìn)行比較，上下壩線相距200300，地質(zhì)條件基本相同，但下壩線右岸地形更單薄，左岸巖石完整性較差呈片狀破碎風(fēng)化也較深而上壩線左岸比較完整河谷部分上壩線處巖石風(fēng)化比下壩線輕許多故采用上壩線作為最終方案 壩型選擇(1)重力壩對地形、地址條件要求試用性強(qiáng)，,壩內(nèi)應(yīng)力較低,筑壩材料強(qiáng)度高,耐久性好,樞紐泄洪問題容易解決,便于施工導(dǎo)流.(2)拱壩拱壩壩體輕韌,彈性較好,是一種很優(yōu)越的壩型,但對地形條件和地質(zhì)條件要求嚴(yán)格,地形要求左右兩岸對稱,在平面上向下游收縮的峽谷段,地質(zhì)條件要求巖基較均勻,右岸較緩且下游擴(kuò)大,因不宜修建拱壩.(3)土石壩可就地,就近取材,適應(yīng)于不同地形,但土壩的泄洪需修溢洪道、泄洪洞，從而提高了工程造價.鑒于上述比較,壩型選用重力壩更為經(jīng)濟(jì)合理。 泄洪方式選擇及調(diào)洪演算根據(jù)重力壩要求和其自身特點選擇表孔泄流和底孔泄流相結(jié)合，溢流壩泄流泄量大，可減小孔口尺寸，閘門上壓力小操作方便，且其經(jīng)濟(jì)性最好。而底孔的運(yùn)用便于施工導(dǎo)流，在運(yùn)用中可兼作排沙以減少水庫淤積，同時也可更大程度放空水庫便于檢修。通過調(diào)洪演算得下泄方案：設(shè)計洪水情況下表孔下泄流量11100m3/s，底孔泄洪流量920 m3/s。校核洪水情況下表孔下泄流量16200 m3/s，底孔下泄流量1000 m3/s，表孔凈寬B1為168，底孔為四孔4 樞紐布置合理安排樞紐中各個水工建筑物的相互位置為樞紐布置，其應(yīng)遵循的一般原則：①壩址、壩及其重要建筑物的形式選擇和樞紐布置做到：施工方便，工期短，造價低。②樞紐布置應(yīng)當(dāng)滿足各個建筑物在布置上的要求，保證其在任何工作條件下正常工作。③在滿足建筑物強(qiáng)度和穩(wěn)定條件下，降低樞紐總造價和年運(yùn)行費(fèi)用。④樞紐中各建筑物布置緊湊、盡量將同一工種的建筑物布置在一起以減少聯(lián)結(jié)建筑。⑤盡可能使樞紐中的部分建筑物早期投產(chǎn)，提前發(fā)揮效益。⑥樞紐外觀應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)在條件下注意美觀。（1）溢流壩段：布置在河床中斷主流位置以利于泄洪，其中泄洪孔初設(shè)14孔每孔12m閘墩及分縫：中孔分離閘孔并支承閘門工作橋其厚一般取3～5取4共七座邊墩：除支承上部結(jié)構(gòu)外還起分隔溢流及非溢流壩段的作用厚取4m兩座縫墩：考慮不均勻沉降影響將縫設(shè)在閘墩中間,縫寬20共六座溢流壩段總長度：L=1214+24+134=228m 樁號 0+260～0+488（2）底孔壩段：孔數(shù)采用4孔尺寸為4 B2=44=16布置采用兩孔一組，中間隔墩為8邊墩為4總寬度L=44+8+44=40 樁號為0+220～0+260（3）非溢流壩段布置在兩岸，樁號為0+000～0+220，0+488～0588混凝土重力壩級別Ⅱ級，混凝土容重為24KN/m3，水容重為10 KN/m3壩基巖石容許壓應(yīng)力為壩基落在較完整的半風(fēng)化巖石上把體與基巖摩擦系數(shù)f=計算方法：穩(wěn)定計算用抗剪公式，應(yīng)力計算用材料法，設(shè)計流量12400m3/s,，校核流量17500 m3/s,下游水位172，風(fēng)速v=16m/s，吹程D= ，建基面高程160 擋水壩剖面設(shè)計 擋水壩壩頂高程的確定（1）校核洪水位情況：波浪高度 波浪長度 波浪中心線到靜水面的高度 安全超高按Ⅱ級建筑物查《水工建筑物》表111得=壩頂高出水庫靜水位+=（2）設(shè)計洪水情況：風(fēng)速～16=波浪高度 波浪長度 波浪中心線到靜水位面的高度 安全超高查表得 =壩頂高出靜水位+= 擋水壩的剖面尺寸確定1）根據(jù)交通與運(yùn)行管理的需要及啟閉機(jī)移動工作時的需要，壩頂應(yīng)有足夠的寬度。一般取壩高的8%10%，且小于2。當(dāng)壩頂布置移動式啟閉機(jī)時，壩頂寬度應(yīng)滿足安裝門機(jī)軌道的要求，本設(shè)計取 82）壩高：最大壩高為壩頂高程建基面高程==3）基本剖面：根據(jù)工程經(jīng)驗，上游壩坡系數(shù)常采用n＝0～，常做成鉛直上部或下部傾向上游，下游壩坡系數(shù)采用m＝～，～。本設(shè)計采用直線坡，上游面坡率為0，： 溢流壩面曲線設(shè)計定型設(shè)計水頭 Hs =(－)75～95%取Hs=12 Hs/Hzmax=12/=查表得: 3，故滿足要求．1）堰頂上游側(cè)采用四分之一橢圓曲線，其方程為：其中a= 由a/b=+3a 解得b=(aHs)2= bHs= (bHs)2=曲線方程為： 156m～。2） 溢流剖面堰型采用WES曲線 由《水工建筑物》表210查得=n= 曲線方程為 即3）直線段與WES曲線相切，坡率m=（xc,yc）由有 解得x=, y=則切點（x c,yc）為（，）(1)消能方式的選擇消能方式的選擇主要取決于水利樞紐的具體條件，施工條件消能效果與經(jīng)濟(jì)比較選用，壩下消能防沖設(shè)計原則；應(yīng)盡量利用水體內(nèi)部撞擊摩阻的消能效果，盡量減小水體對固體邊界的沖刷磨蝕作用，限制下池水流對下游河床的沖刷范圍，使其不危及壩體，壩下建筑物的安全，不引起岸坡的塌坍和河床的過度沖刷。巖基上溢流重力壩消能設(shè)施型式可分為底流式，挑流式，面流式和消力戽四種。① 底流消能底流消能是在壩下設(shè)置消力池等消能設(shè)施，通過水躍將池水建筑物泄出的急流轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚?，以消除多殺能的消能方式，底流消能是具有流態(tài)穩(wěn)定，消能效果好，對地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)，可適用于高中低水頭，大中小流量的各類泄水建筑物，多用于低水頭，大流量的溢流重力壩。底流消能的主要問題在于，護(hù)坦板較厚較長，開挖量大，投資較大，斷面落差H值大，水頭較多時，護(hù)坦的前部承受較高的流速，易于發(fā)生空蝕及磨損，動水作用力及脈幼荷載問題也較突出。② 挑流消能泄水建筑物的末端設(shè)置挑流鼻坎，利用集中急流的動能，把水股向下游河床的位置，范圍和流量分布對尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，施工維修方便，耗資省。其問題在于對下游產(chǎn)生同部沖刷，對工程和岸坡的穩(wěn)定產(chǎn)生威脅且水花飛濺及霧化影響較大。適用于尾水位較深，地質(zhì)條件較好的中高水頭各類池水建筑物，是運(yùn)用非常廣泛的一種消能。③ 面流消能利用鼻坎將高速水流挑至尾水表面，在主流表面河床之間形成反漩流，使高速不流與河床隔開，避免了對臨近壩址處河床的沖 ，一般不需做護(hù)坦。其問題在于，要防止反向漩流挾帶石塊磨蝕壩址地基，以及下池水流沖刷作用的危害，對下游水位和下池流量變幅的限制較嚴(yán)，下游水流在較長距離內(nèi)不夠平穩(wěn)，影響發(fā)電和航運(yùn)。適用于下游尾水較深，（大于躍后水深），水位變幅不大，下池流量變化范圍不大，河床和兩岸有較高的抗沖能力。④ 消力戽消能，挑流鼻坎潛沒在水下，形成自由水面，水流在戽內(nèi)產(chǎn)生漩滾徑鼻坎將高速水流的挑至表面，可減輕對河床的沖刷，不需要做護(hù)坦。其問題與面流消能大體相同。適用于尾水較深（大于躍后水深）且下游水位和下泄流量的變幅較小。依據(jù)消能工作設(shè)計原則與各消能方式的特點，結(jié)合本電站具體情況，太平哨電站下游尾水位深，壩址巖基為黑云母混合片麻巖，河床及兩岸抗沖能力較強(qiáng)，選用連續(xù)式消力戽消能方式。(2) 連續(xù)式消力戽的尺寸選擇① 挑射角度的選擇目前已建成的大多數(shù)工程采用450，當(dāng)值較大時，發(fā)生穩(wěn)定戽流的下游水范圍較大。但涌浪的曲率和高度都較大，且戽坎下游的水深范圍較大，但涌浪的曲率和高度都圈套，且戽坎下游的入水角也較大，沖刷能力較強(qiáng)，當(dāng) 值較小時，則形成穩(wěn)定戽流的下游水深范圍較小，海浪稍平緩，下游局部沖刷問題稍輕。本電站工程下游地質(zhì)條件良好，綜合考慮適用=450，② 戽底高程一般取與下游河床同高，厚則上要保證在各吸流量和下游水位條件均能發(fā)生穩(wěn)定戽流，戽底高程確定的較高時易形成挑流流態(tài)，太低時將增加開挖量，本設(shè)計取與下游河床同高即戽底高程為161。③ 反弧半徑R的確定消力戽戽底反弧半徑R 愈大，壩上水流的出流條件愈好，同時增加戽內(nèi)旋滾水體，對消能也有利；但當(dāng)反弧半徑R大于某一值時，R的增大對出流狀況的影響不大，而且戽體工程加大。參照國內(nèi)外二十七項工程的實際尺寸點出的 關(guān)系圖，查用《水力計算手冊》P254消能比式中：q——單寬流量 H——從戽底起算的上游水頭，戽底取與原河床齊平高程161mH==將已知代入上式，得：查圖得：多數(shù)工程采用戽斗的反弧半徑介于12~20之間(《水工設(shè)計手冊》P6376)本設(shè)計采用R=12④ 戽坎高度a的確定為了防止泥沙或石塊卷入戽內(nèi)，戽壩頂高于河床，對于戽端無切線延長時，有a=R(1cos),一般尾水深的1/6，高度不夠的可用切線延長加高（《水工設(shè)計手冊》）a=12x(1cos450)=尾水位=（）=。溢流壩壩面曲線如下圖 洪水下泄流量校核在擬定的孔口尺寸下利用公式 校驗泄洪能力1）在通過設(shè)計洪水時 淹沒系數(shù)=1 H0== m為流量系數(shù)查《水力學(xué)》 H0/Hd= 為側(cè)收縮系數(shù) 當(dāng)孔為中孔時b/B=12/16= ==當(dāng)孔為邊孔時 = b/B=12/20==11100滿足泄洪要求2）當(dāng)通過校核洪水時 =1 H0== H0/Hd=，m= 17500 滿足泄洪要求 底孔過流能力驗算底孔設(shè)計流量920 校核流量1000 孔口尺寸4 采用孔口出流公式 底孔包括喇叭口段，門槽，閘門及出口部分存在局部損失 設(shè)計洪水情況下 =239 四孔泄量=4239=956 〉920 滿足泄洪要求校核洪水情況下 四孔泄量=4257=1028 ，滿足泄量要求。 閘門閘墩及工作橋設(shè)考慮經(jīng)濟(jì)使用因素本設(shè)計采用弧形閘門作工作閘門，用平板閘門作檢修閘門平板門采用1212，寬為孔寬12，弧形門半徑R按規(guī)范R/H=～,=支鉸位置一般在1/2～3/4倍門高處即6～+8=弧形門最低點位置距堰頂靠后一段布置以保證水流沿堰面下泄牛腿距堰頂水平距離L= =閘墩的作用 ：① 將溢流壩分成若干孔，以便控制水流。② 用來支承和引導(dǎo)堰頂，控制閘門及承受水壓力。③ 支承壩頂?shù)墓ぷ骱徒煌?，閘墩的尺寸和外形均需按這些要求設(shè)計。閘墩中檢修門門槽寬 （cm）=門槽深 閘門長度按各部分要求大致設(shè)為25m 頭部使用半圓形，尾部使用流線型閘墩寬4m尾部尺寸r== L== 其簡圖如下工作橋墩頂高程：弧形閘門全開時最高點高程+安全超高 計算說明 計算內(nèi)容1）抗滑穩(wěn)定計算2）壩基最小、最大應(yīng)力計算3）壩基面上下游邊緣主應(yīng)力計算 計算工況只做正常蓄水位情況下的基本組合計算 計算單元與計算截面取最大剖面出1m計算單元 擋水壩穩(wěn)定及應(yīng)力分析 荷載計算選擇工況為正常蓄水位情況自重：W1==1/2241=W2=1/28241=靜水壓力：p1=1/210=p2=1/210112=605揚(yáng)壓力：重力壩建成后在上，下游水位差的作用下，水流繞過壩體，壩基和兩岸壩頭向下游滲透，在某個截面上，由于滲透引起的水壓力稱為滲透壓力，由下游水深引起的水壓力稱為浮托力，滲透壓力與浮托力之和稱為揚(yáng)壓力。見下圖U1=浪壓力 由L= ， H1= ，H1L/2屬深水波h=波浪高度/2+h0=+=垂直力水平力力臂力矩向上向下向右向左正負(fù)自重W151618W28287水壓力P11049613P26052523揚(yáng)壓力U13014U2457U35599U41739U55850U60浪壓力pl13264400730 抗滑穩(wěn)定分析 水工建筑物時220式中：f——為接觸面摩擦系數(shù)——為壩基面以上的總鉛直力——為壩基面上的總水平力U——為作用在壩基面上的揚(yáng)壓力由水工建筑物表28查得本壩基本組合容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)[K]=[]滿足抗滑穩(wěn)定要求 應(yīng)力分析1) 未記入揚(yáng)壓力情況壩基面上垂直正應(yīng)力為，剪應(yīng)力為， 水平正應(yīng)力，主應(yīng)力，及，2)記入揚(yáng)壓力情況水平正應(yīng)力由以上計算看出不計揚(yáng)壓力時 小于基巖的抗壓強(qiáng)度,滿足規(guī)范要求主應(yīng)力 小于基巖的抗壓強(qiáng)度滿足規(guī)范要求記入揚(yáng)壓力時 滿足規(guī)范要求。6 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計 壩體分區(qū)及標(biāo)選擇壩體各部分的工作條件不同,對混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍、抗沖刷、抗裂等性能的要求也不同．為了節(jié)約和合理利用水泥．通常把壩體按不同部件和不同工作條件分區(qū)，采用不同標(biāo)號的混凝土。Ⅰ區(qū)—為上下游最高水位以上壩體表層混凝土，在寒冷地區(qū)多采用2～3的抗凍混凝土，標(biāo)號一般為C15，S4，D150土本設(shè)計采用3的C15混凝土Ⅱ區(qū)—為上下游水位變化區(qū)的壩體表層混凝土都采用厚3～5的抗?jié)B抗凍并具有抗侵蝕性的混凝土，標(biāo)號一般為C15，S8，D200。設(shè)計用3的 C15混凝土Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)—分別為上下游最低水位以下壩體表層混凝土和靠近地基的基礎(chǔ)混凝土，對抗?jié)B強(qiáng)度和低熱要求較高，多采用2～3，標(biāo)號C20,S12,D200,對于Ⅳ區(qū)還要求為低熱混凝土Dw. 本設(shè)計采用3的C15混凝土Ⅴ區(qū)—為壩體內(nèi)部混凝土，都采用低標(biāo)