沙溪口水電站設計說明書

摘 要沙溪口水電站計劃建在福建省南平市上游的西溪上，是閩江流域的一個梯級電站，屬于河床式水電站。本電站主要組成建筑物有溢流壩、非溢流壩、廠房和船閘。壩體型式為混凝土重力壩，溢流壩段布置于河床中部，廠房布置在河床右岸，船閘布置在左岸。水庫正常蓄水位為86.20m，設計洪水位為87.00m，校核洪水位為88.50m，死水位為83.00m。非溢流壩壩頂高程90.00m，上游面坡度為1:0.2，下游面坡度1:0.75，溢流壩堰頂高程76.79m。溢流壩段全長349m，設有16孔溢流孔，每孔凈寬取為19.00 m，沿主河槽宣泄絕大部分洪水。電站設計水頭為13.97 m，總裝機容量為270MW，安裝有4臺軸流式水輪發(fā)電機組，每臺裝機容量為67.5MW。水輪機型號均為ZZ560-LH-900，轉輪直徑為9.0m，水輪機安裝高程66.69m，發(fā)電機層高程82.71m，取安裝場高程與發(fā)電機層同高。下游校核洪水位82.40m，主廠房頂高程為104.00 m， 220kV及300kV開關站布置在尾水平臺右側。船閘閘室100m13m2.5m（長寬最小水深），位于溢流壩左側。沙溪口水電站具備發(fā)電，航運，過木等的綜合效益，是福建電網的骨干電廠。關鍵字沙溪口水電站 河床式廠房 重力壩 溢流壩 水輪機 發(fā)電機 抗滑穩(wěn)定性 軸流式水輪機 揚壓力 發(fā)電機層結構設計AbstractShaxikou Hydropower Station is prepared to built at Xixi stream, upstream the city of Nanping in Fujian Province. It is one of the cascade development in the Minjiang river basin. It is a riverbed hydropower station.The main structures of Shaxikou Hydropower Station is consist of overflow spillway dam, non-overflow spillway dam, powerhouse and lock. The dams are concrete gravity dams. The overflow spillway dam lies in the centre of the riverbed. The powerhouse lies on the right, and the lock is located on the left. The normal water lever of the reservoir is 86.20 meters,while the design flood water level of the reservoir reaches at 87.00 meters. The checking flood water level is about 88.50 meters. And the dead water level is only 83.00 meters.The top of the non-spillway dam is at an elevation of 90.00 meters. The upstream of the dam is vertical, the lower slope degree is 1:0.2,and the upper slope degree is 1:0.75. the crest of the weir is at an elevation of 76.79 meters. The overflow spillway dam is about 349 meters long in total, with 16 openings each of 19meters wide, discharging most of the flood flow along the main river channel.The design cross-head is 13.97 meters. The project has a total installed capacity of 300MW. It houses four axial-flow turbines coupled with generators 70MW each. The type of the turbine is ZZ560-LH-900. The diameter of the turbine is9.00 meters. The runner setting is at an elevation of 66.69 meters. The generator floor is at an elevation of 82.71meters. And it is the same with the service or erection bay. However, the checking tailwater lever is 82.40 meters. The top of the powerhouse is at an elevation of 104.00meters,220KV anf 300KV switchyard is located on the platform at the right side of downstream tailrace.The lock with the dimension of 100m13.5m2.5m (LWMin.water depth) is located on the left side of the spillway.Shaxikou Hydropower Station has the comprehensive benefits of generating electricity,shipping transportation， navigation afloating woods and etc. It has a very important position in the electricity network of Fujian Province.Keywords:Shaxikou Hydropowerstation power house in river channel concrete gravity dam over flow dam combinatory hydro-generator stability against slidingaxial flow type turbine uplift pressure structure design of generator floor 目 錄前言1第一章 水文地質情況與樞紐布置11.1 流域概況11.2 水文氣象條件11.3 水庫地質41.4 壩址工程地質條件及壩軸線選定41.5 建筑材料81.6 綜合利用81.7 樞紐布置8第二章 重力壩擋水壩段設計102.1 剖面設計102.1.1 壩頂高程102.1.2 壩頂寬度112.1.3 廊道的布置112.1.4 剖面形態(tài)112.2 壩體穩(wěn)定分析和應力校核122.2.1 設計蓄水位時（一臺機組滿發(fā)）122.2.1.1荷載計算122.2.1.2 擋水重力壩的穩(wěn)定分析132.2.1.3 應力校核142.2.2 設計洪水位時152.2.2.1 荷載計算152.2.2.2 擋水重力壩的穩(wěn)定分析162.2.2.3 應力校核162.2.3 校核洪水位時172.2.3.1 荷載計算182.2.3.2 擋水重力壩的穩(wěn)定分析19第三章 重力壩溢流壩段設計213.1 溢流壩段空口尺寸擬定213.2 溢流壩段剖面設計213.2.1 堰頂高程223.2.2 堰面曲線223.2.3 上游曲線233.2.4 反弧段半徑的確定233.3 壩體穩(wěn)定分析和應力校核233.3.1 設計蓄水位時（一臺機組滿發(fā)）233.3.1.1荷載計算233.3.1.2 溢流壩的穩(wěn)定分析243.3.1.3 應力校核253.3.2 設計洪水位時253.3.2.1 荷載計算253.3.2.2 溢流壩的穩(wěn)定分析273.3.2.3 應力校核273.3.3 校核洪水位時283.3.3.1 荷載計算283.3.3.2 溢流壩的穩(wěn)定分析293.3.3.3 應力校核30第四章 專題：下游消能設計324.1消能方式：324.1.1 采用底流消能324.2 消力護坦設計344.2.1 護坦長度確定344.2.2 護坦厚度確定及抗浮穩(wěn)定校核344.3 護坦配筋364.4下游保護段36第五章 水電站建筑物設計375.1 特征水頭的選擇375.2 水電站水輪機組的選型405.3 渦殼和尾水管的計算465.4 發(fā)電機的選擇與尺寸估算495.4.1 水輪機發(fā)電機主要尺寸估算495.4.2 發(fā)電機外形平面尺寸估算505.4.3發(fā)電機外形軸向尺寸計算515.4.4 發(fā)電機重量估算515.4.5 水輪機重量估算525.4.6 水輪機重量估算525.5 調速器與油壓裝置的選擇525.5.1 調速功計算525.5.2 接力器的選擇525.5.3 調速器的選擇535.5.4 油壓裝置545.6 廠房橋吊設備的選擇555.7 主廠房各層高程及長寬尺寸的確定565.7.1 水輪機組安裝高程565.7.2 尾水管地板高程和廠房基礎開挖高程575.7.3 水輪機層地面高程575.7.4發(fā)電機樓板高程和安裝場高程575.7.5 吊車梁軌頂高程575.7.6 屋頂面高程575.7.7 廠房總高575.7.8 主廠房平面尺寸的設計575.9 水電站廠房的穩(wěn)定計算585.9.1 正常水位運行工況585.9.2 校核洪水運行工況595.9.3 機組大修工況61參考文獻6466第一章 水文地質情況與樞紐布置1.1 流域概況閩江西溪為福建省最大河流上游的西支，流經福建省十四個縣市，與閩江北支建溪匯合于南平市。西溪全長349公里，邵武至順昌段河道坡降0.9%，已建安沙水電站位于沙溪中游末端，控制集水面積5184平方公里。富屯溪干流全長285公里，邵武至順昌段河道坡降1.3%。其最大支流為金溪，全長253公里，地形更為陡峻，河道坡降高達1.5%，已建池潭水電站位于金溪中游，控制集水面積為4766平方公里。沙溪口水電站位于沙溪和富屯溪匯合口下游6公里的西溪上，控制集水面積25562平方公里制，占閩江流域總面積的42%，流域內森林茂盛，覆蓋良好，有較好的水土保持條件。1.2 水文氣象條件1). 水文氣象情況西溪的降水量觀測，解放前從1935年開始，但站點少，資料斷續(xù)不全，精度較差。1952年起陸續(xù)增設雨量站，到1978年已達162處，平均158平方公里設有一個雨量站。蒸發(fā)量觀測都是解放后開始，本流域共有16個觀測站。樞紐區(qū)所需的氣溫，濕度，水溫，風向，風力等氣象要素的統(tǒng)計，是利用距壩區(qū)下游14公里的南平站。水文測驗：西溪最早于1938年7月在沙溪的沙縣。永安設站觀測水位和流量，1939年相繼在寧化清流設水位站。富屯溪以洋口建站最早，于1944年5月設立，其他各站點均在解放前增設。一般都有二十年以上的實測資料。至1978年沙溪沙縣站已積累三十年資料，富屯溪洋口站也有三四十年的實測資料。西溪的花竹站，距沙溪，富屯溪匯合口下游約4公里，1953年11月設站。1957年停測，1960年9月恢復策流至1966年12月撤消，1979年恢復觀測水位，汛期測流。花竹站是西溪控制站，是本水電站水文計算的主要依據站，但僅有9年實測流量資料，而沙縣控制站，控制集水面積9922平方公里，洋口站控制集水面積12669平方公里，兩站總面積已控制壩址總面積的89%左右，其間無大支流匯入，為花竹站水文資料插補展延提供了良好的條件。天然河道水位流量關系曲線，1979年3月在花竹站下游約1.5公里鯉魚洲壩段社壩址上下水尺。同年青洲、萊舟與梯級開發(fā)可能的官蟹，照口設水尺，觀測水位，至9月停測。壩址水尺與花竹站相關，青州，官蟹兩組水尺和萊舟，照口兩組水尺分別與沙縣站和洋口站相關，高水位歷史洪水資料控制又分別按集水面積比的0.67次方作相應水尺的區(qū)間加入水量，接著以史提文撕法外延求得。2). 降水特性福建閩江西溪流域屬亞熱帶季風氣候，雨量充沛，暴雨頻繁，由于地形的影響，富屯溪上游為閩北高雨區(qū)，沙溪屬于閩中低雨區(qū)，金溪與富屯溪中下游為兩者的過度帶。降雨量地區(qū)分布有自東南向北遞增的趨勢?；ㄖ褚陨狭饔驅崪y最小和最大年降水量在12362348毫米之間，多年平均降水量1776毫米，六月降水最多，約占全年總降水量37%左右。高風西風槽和地面鋒系列相伴出現(xiàn)成鋒面雨，是本流域雨季最主要的天氣形勢，也是暴雨的主要成因，一般臺風雨對本流域影響不顯著，但強臺風與其他天氣系統(tǒng)相遇時，容易晾成洪患。3). 氣象要素簡述（1）氣溫壩區(qū)年平均氣溫為19.3度，月平均氣溫在9度以上，最高氣溫35.0度的日數，全年平均為40.4天，其中以七八月份為最多。壩區(qū)最低氣溫0度的天數，全年平均為7.6天，以一月份出現(xiàn)的機會最多。壩區(qū)極端最高氣溫41.0，出現(xiàn)在1953年8月1 日，極端最低氣溫-5.8，發(fā)生在1955年1月11日和1963年1月8日。（2）濕度和水溫本流域氣候濕潤，壩區(qū)年平均相對濕度為79%，月平均最大達83%，發(fā)生在六月，月平均為78%，出現(xiàn)在七月。壩區(qū)多年平均水溫為20.8度，極端最高水溫達35度，極端最低水溫為5.7度。（3）蒸發(fā)西溪花竹以上流域蒸發(fā)量以邵武，延寧，將樂，清流，永安，沙縣六站觀測資料為計算的依據，根據19521978年資料求得，多年平均水面蒸發(fā)量970.3mm，年最大蒸發(fā)量1092.9mm，年最小蒸發(fā)量888.6mm，年內各月蒸發(fā)量以七月最大，為144.2mm，二月最小為38.5mm，陸地蒸發(fā)量按水量平衡原理推求，多年平均為792.7mm。（4）風向風力壩區(qū)年平均風速僅為1.0秒米，全年各月東北風占優(yōu)勢，定時最大風速實測記錄大于20m/s，出現(xiàn)在1962年的6月，相應的風向為西南風，發(fā)生大風日數以79月的頻次較多。沙溪口大壩的設計最大風速建議值采用2530秒米。4). 徑流本流域徑流形成至降水，花竹站具有19541956及19611966年實測資料，根據九年實測資料與上下游的沙縣，洋口，南平，七里街各站點流時資料，建立了四種同期上下游年月平均流量的相關圖，經比較選用最大誤差較小，且較為簡單的插補計算花竹站年月日平均流量，并將花竹站查補延伸而得1939到1978年工的40年徑流系列。考慮支池潭徑流系列較短，自1954年起才同步，故壩址多年平均流量采用花竹站19511978年流量系列計算得778秒立方米，徑流模數30.4萬立方米/秒平方公里?；ㄖ裾緩搅髂陜确峙浜懿痪鶆颍瑥囊辉逻f增，六月最大，占全年流量24.5%，然后逐月的遞減，最小為12月，只占全年流量的2.7%，最大與最小月份比達9倍，花竹徑流年內分配可見見表1。表1-1 花竹站徑流年內分配表名稱一二三四五六七八九十十一十二全年月平均徑流267407618108017302290946606470379288253778占年內比例（%）2.864.366.611.018.315.510.148.495.844.805.892.71100花竹站最小流量可以根據沙縣及洋口站19501978年實測資料進行插補計算得，最小值在1968年，僅為78.8m3/s。5). 洪水 西溪洪水由暴雨形成，特大洪水發(fā)生在46月，尤其以六月發(fā)生機會最多，每年五，六月份由于高空西風槽，低渦特別的活躍，地面低壓鋒系出現(xiàn)較為頻繁，西南方向來的暖濕氣流又加強，當兩氣團在流域上空交匯時，將形成靜止鋒，不僅降水持久且強度大，這是造成本流域大范圍降水主要的天氣系統(tǒng)，也是洪水主要成因，本流域距臺風源地較遠，東南面受博平等山脈的阻擋，一般臺風對本流域的影響不大，若強臺風與其它天氣系統(tǒng)相遇也將會造成洪災。根據30年來的實測資料分析，較大洪水形成原因以及歷史特大洪水大部分均屬與鋒雨造成。本流域洪水歷時一次可達5至10天，一般5至7天可以包括最大洪量，鋒型以C復峰及多峰居多。對于入庫的洪水，通過計算入庫洪峰與天然洪峰的相對增值在0.25%至1%之間，可見影響甚微，建議本水電站直接采用霸址設計洪水。壩址洪水過程線，考慮將沙溪與富屯溪的洪水相組合。6). 泥沙，壩址沒有實測的資料，采用洋口與沙縣兩站實測懸移質輸沙率多年平均值，經過年徑流比進行推算，以洋口與沙縣兩站多年平均侵蝕模數綜合分析的成果比較推得壩址懸移質年輸沙量約為0.094公斤/立方米。推移質由于閩北地區(qū)無實測資料，可參照新安江羅桐埠站分析成果，按懸移質的30%進行估計，推得多年平均總輸沙量為302萬噸。1.3 水庫地質庫區(qū)位于閩西北的華夏地區(qū)，地層以前震旦第建歐群一變質巖和燕山花崗巖體為主。庫區(qū)地層褶皺多呈復式，以向半構造為主習峰期褶皺形態(tài)較復雜，次數褶皺較發(fā)育，華力近即光期屬于燕山期，大體可分成北東北北東向。北西向和南北向三組，北東向斷層多屬壓性，但也有彈性的，北西向斷層多屬張性。南北向斷層，則是以壓性為主。電站所在地區(qū)地震基本烈度定位6度。滲漏：庫區(qū)群山環(huán)抱，地下分水嶺高于水庫設計蓄水位。庫岔中無碳酸鹽類巖石分布，故無滲漏之慮。礦產淹沒：未發(fā)現(xiàn)有工業(yè)價值的礦產，因此不會影響水庫的興建。庫岸穩(wěn)定：已查明，不穩(wěn)定或滑塊體有沙溪口公路上游600米右岸及沙溪口公路橋上游的一塊，規(guī)模估計總計約數萬立方米。此兩處距壩址約為7公里，縱使坍滑對電站也無影響。在綠水坑上游側2200米處，巖層有侏羅系有順坡向斷層構成滑動面。經推算，認為不論是現(xiàn)在或蓄水以后都應該是穩(wěn)定的。原上壩址右岸距電站廠房約為500米，邊坡地形較平緩，120米高程以上坡積層經過多次滑動，已經趨于穩(wěn)定，下部巖體風化較發(fā)育，T4和附近巖體張開松弛，拉裂，T4的緩傾角結構面末出坡腳，高程80米以下的基巖出露與河庫風華巖無露頭，片理結構均可延續(xù)，邊坡下部不存在滑裂面，蓄水后不可能在坡腳長生脆性破裂，釀成嚴重滑坡。1.4 壩址工程地質條件及壩軸線選定1 壩址選擇在西溪的花竹，鯉魚州河段選定兩個比較壩址，相距約500米，稱為上下壩址，選壩會議認為：從地質條件上比較，上下壩址無質的差別，均可修建50米左右混凝土重力壩，相對下壩址好。并要求對下壩址兩岸壩頭穩(wěn)定條件及河庫傾角軟弱夾層分布和力學性質作進一步查明，以分析其對壩基穩(wěn)定的影響。綜合其它條件，選定下壩址作為沙溪口水電站的壩址。2選定壩址的工程地質條件壩址地層是由石英片巖、長英片巖和云母片巖所組成，左岸、左河床由石英片巖與云母長英片巖組成。河床礁灘部分及右岸則為云母長英片巖，夾石英片巖和云母片巖。巖性以石英片巖最為堅硬，長英片巖次之，云母片巖最軟，但其抗壓強度一般也有500kg/cm2。巖層走向為北東向，傾向下游偏右岸。壩址位于鯉魚洲向斜的西北翼，構造線以北東北北東為主，被向斜構造多呈小型復式褶皺，背斜較緊密，向斜較舒緩。揉褶多發(fā)育在云母片巖之中，斷裂以北東北東向較為發(fā)育，北北東，北西，北西西次之，斷層寬度在0.133.0米，規(guī)模最大的北西，北西西向F50斷層通過左河槽，寬為1015米。斷層帶由膠結角礫巖壓碎巖組成，對工程地質條件影響不大。F50斷層寬30米，需作防滲處理。左右岸均無深層滑動可能，左岸控制其過坡穩(wěn)定的滑動面的為片理面，在壩肩開挖后，壩肩上下游局部地區(qū)片理面和順層撞壓帶，可能會引起邊坡失穩(wěn)。左岸各種巖面的穩(wěn)定坡角若坡高為2030米，可用4560。右岸大部由全風化和強風化所組成，其穩(wěn)定坡角建議為4045。壩基下游不存在臨空地形條件，也沒有發(fā)現(xiàn)有較緩傾角泥化層和貫穿河床的緩傾角結構面，可以認為基礎是穩(wěn)定的。壩基巖面屬于裂隙性的含水層，受構造斷裂影響，方向性明顯，局部斷裂帶和斷裂影響帶為較嚴重的透水帶，經推算繞壩滲漏和壩基滲漏量約為500立方米/一晝夜，相對降水層的埋深不大。綜上所述，可認為本壩址對于徑流式水電站來說是比較理想的壩址。3壩軸線選定選定壩址后，對于原擬訂三條勘探線的勘1，因上游臨近左河床深潭，潭底最底高程為44.0米，同時1，2勘線之間河床深槽存在F50，F(xiàn)6等斷裂聚匯帶；3勘線下游右岸靠近沖溝。為此放棄勘2線的上游和勘1線的下游作為壩軸線比較范圍。將壩軸線比較范圍限在勘2線勘1線之間，且增設4線加密勘探，結果認為4勘線兩岸新鮮基巖利用面較高，尤其右岸在4線附近的巖體新鮮堅硬完整，可作為齒墻基礎，因此從地質條件分析，認為勘4線作為壩軸線是最合適的。4 巖石物理力學性質壩基各類巖石的室內物理性能實驗成果見表1-2。表1-2 巖石室內物理性能實驗成果巖石名稱數量容重（g /cm3）比重吸水率（%）孔隙率（%）近似垂直面抗壓強度（kg/cm2）軟化系數實驗組數干濕干濕石英片巖最大值最小值平均值2.742.722.732.742.732.742.782.762.770.240.110.170.810.720.531992717.21478.81358611.91078.20.860.610.768云母長英片巖最大值最小值平均值2.732.692.712.742.702.722.82.762.780.240.200.220.240.810.521428.11157.71261.2993.2762.2909.40.780.660.727云母片巖最大值最小值平均值2.742.682.712.752.72.742.842.832.840.560.250.390.30.520.411680.5925.81303.2519.9511.2515.60.550.310.422注：1.石英片巖近似平行于理面的兩組干抗壓強度平均值為841.2公斤/平方厘米。2. 云母片近似平行于理面的一組干抗壓強度值為296.7公斤/平方厘米。壩基是由三種巖性所組成。在壩體結構及裂隙發(fā)育程度并考慮軟化系數較低情況建議利用區(qū)內巖石抗壓強度1/10，其值可表5。巖石與巖石，巖石與混凝土之間抗剪強度實驗，選取河床微風化新鮮巖石，制備202020厘米試樣確定，其成果可見表6.根據室內單點法實驗組，結合壩基得地形地質條件分析，摩擦系數可采用算術平均值，乘上折減系數0.85，粘聚力建議可采用算術平均值的1/5，見表7。建筑物部位的分段混凝土/巖摩擦系數建議值 右岸擋水段 f =0.5 船閘 f=0.45 溢流段 f=0.51 廠房段 f=0.50各類巖石變形的模具量建議值如下： 新鮮石英片巖 20104公斤/厘米2 新鮮云母長英片巖 15104公斤/厘米2 新鮮云母片巖 10104公斤/厘米2表1-3 壩基巖石承載能力列舉數值巖 性建議數據（公斤/厘米2）垂直片理巖平面片理巖微風化新鮮的石英片巖10055微風化新鮮的云母長英片巖9045微風化新鮮的云母片巖5010表1-4 巖石室內實驗成果表巖性實驗條件抗 剪組數算術平均值圖解法最小而乘法tgYCtgYCtgYC云母片巖巖/巖0.511.020.512.050.482.2718混/巖0.572.720.553.10.513.429云母長英片巖巖/巖0.532.700.532.770.513.1411混/巖0.553.02石英片巖混/巖0.582.820.563.16備注分析中舍去少數偏大的成果表1-5 巖石抗剪強度指標建議值巖石名稱邊界條件 建 議 值摩擦系數粘聚力（C）公斤/厘米2云母片巖巖/巖0.430.38云母長英片巖巖/巖0.450.54云母片巖混/巖0.480.54云母長英片巖混/巖0.500.6長英片巖混/巖0.550.6F4巖/巖巖/巖混/巖0.40/1.5 建筑材料在壩址附近缺少沙石料。土料在壩址的上下游范圍內均有分布。1. 涉沙凈沙料場，沙的質量良好，初步估計儲量為1520萬立方米，運輸條件較好，可供工程前期施工使用。2. 二公里半道口采石場巖石為燕山早期花崗巖，無論質量儲量均可滿足要求，唯需人工沙作實驗論證。3. 土料最優(yōu)開采地段為下壩址的右岸，高程在120170米，儲量5060萬立方米以上，質量可滿足圍堰施工強度要求。1.6 綜合利用本工程以發(fā)電為站為主兼顧航運過木，投產后將接入福建省點系統(tǒng)運行。開發(fā)本電站主要目的是適應福建省工農用電需要。沙溪口水電站位于閩北電網中心，電站開發(fā)主要是向福州，三明，南平等地區(qū)供電，其范圍主要在閩北，參加全省電力平衡，考慮水口電站投產后，福建華東聯(lián)網，本電站負擔適當的調峰任務。有通航要求，估計近期過壩貨運量為3060萬噸。木材過壩量1990年為20萬立方米，2000年為50萬立方米。毛竹500600萬株。要求樞紐設置船閘，滿足過木及通航要求。樞紐建成后，因水庫小無力承擔下游防洪，下游無灌溉要求。1.7 樞紐布置由沙溪口的水文地質資料可知，壩址位置設計洪水位87.00m ，對應下游水位可由下泄流量在流量與下游水位關系曲線查得 80.50m ,水頭為 6.50m 。校核洪水位 88.50m ,同理可查得下游水位 82.40m ，水頭為 6.10m ，汛期限制水位86.20 m ，設計低水位83.00m。本電站水頭不高，水深較小，水頭在20m左右，水深不足40m，初步設計選擇采用河床式廠房發(fā)電；洪水期下泄流量較大，河床較寬，可以選擇溢流壩表孔泄洪；兩岸山體不高，地質狀況一般，選擇重力壩擋水；考慮通航過木過竹需要，設置較高通航能力的船閘。經綜合分析，確定了左岸船閘河床中部溢流壩右岸廠房布置方案，和左岸廠房河床中部溢流壩右岸船閘布置方案進行比選。左岸船閘中部溢流壩右岸廠房布置方案考慮主河槽位于左河床靠近左岸3050m之間，開挖至弱風化巖層需至48.00m高程左右，初步設計布置船閘易于通航需求；沿壩軸線自此至右岸500600m之間，開挖至弱風化巖層需至57.00m高程左右，初步設計選擇布置溢流壩和河床式廠房，考慮溢流壩洪水期泄洪不對電廠發(fā)電造成影響，其間用重力擋水壩銜接；考慮河流右岸交通便利，山坡較緩，易于出線進廠布置，而將河床式廠房置于右岸。綜上，初步設計采左岸船閘河床中部溢流壩右岸廠房方案，并采用重力壩擋水，溢流壩泄洪，底流消能。本工程按水利水電樞紐工程等級劃分設計標準，確定工程等別為二等，主要建筑物級別二級，次要建筑物級別三級，臨時建筑物級別為四級。第二章 重力壩擋水壩段設計基本設計參數：上游設計洪水位：87.00m；校核洪水位：88.50m；正常蓄水位（汛期限制水位）86.20m；下游設計洪水位：80.50m；下游校核洪水位：82.40m；正常蓄水位（一臺機組發(fā)電）：64.40m。壩底高程取未風化巖石邊界開挖線57.00m。混凝土重度由水工建筑物荷載設計規(guī)范取=24.0 KN/ , 水的重度=9.81 KN/，由沙溪口水電站基本情況簡要說明中表7得巖石抗剪強度指標建議值知，云母長英片巖與混凝土邊界摩擦系數f=0.5，粘聚力c=0.6kg/c，K=3.0，K=1.052.1 剖面設計2.1.1 壩頂高程壩頂高程由靜水位+相應情況下的風浪涌高和安全超高。即：=靜水位+h式中：h=hl%+hz+hc 式中：hl%累積頻率為1%的波浪高度，m；hz波浪中心線高出靜水位的高度，m；hc取決于壩的級別和計算情況的安全超高，m；波浪要素要素由官廳水庫公式，得 設計情況：計算風速v0取為30m/s；設計洪水位下吹程D為2. 00km；得hm=mLm=hm/Hm=1.467/(88.0-64)=0.069 由荷載設計規(guī)范查表得hp5%/ hm=1.90, hp1%/ hm=2.32所以hp1%=2.32/1.90hp5%=2.32/1.90hm=1.79mhz= hc=0.5mh=h1%+hz+hc=1.79+0.708+0.5=2.998m壩頂高程=設計洪水位+h=87.0+2.998=90.0m校核設計情況：計算風速v0取為15m/s；校核洪水位下吹程D為2. 00km；得hm=mLm=hm/Hm=0.617/(88.5-64)=0.022 由荷載設計規(guī)范查表得hp5%/ hm=1.92, hp1%/ hm=2.89 所以hp1%=2.89/1.92hp5%=2.89/1.92hm=0.93mhz= hc=0.4m 則h=h1%+hz+hc=0.93+0.383+0.4=1.713m壩頂高程=校核洪水位+h=88.5+1.713=90.21m壩頂橋梁采用裝配式鋼筋混凝土結構，橋下會有過流，為使工作橋與水流保持一定距離。并考慮其他因素，取重力壩壩頂高程取91.00m2.1.2 壩頂寬度壩高=91.0-57=34.0m，非溢流壩的壩頂寬度一般可取為壩高的8%10%（即2.723.4），且不小于3m。為了滿足設備布置和雙線交通的要求，取壩頂寬度為10m。2.1.3 廊道的布置灌漿廊道上游壁到上游壩面的距離應不小于0.050.10倍水頭，且不小于45m，取5m，寬度2.53m，取2.50m。高度34m，取3.75m。壩體縱向排水檢查廊道考慮壩高較小，只設基礎排水廊道，高取2.25m，寬取1.50m。灌漿廊道距離基巖面距離不宜小于1.5倍底寬，即4.5m，取5m。2.1.4 剖面形態(tài)因本水利樞紐壩址摩擦系數較小，所以不能按常規(guī)壩體設計。按應力條件確定壩底最小底寬上游 =0.125，則， 其中，河床底高程，H=91.0-57=34.0m按穩(wěn)定條件確定壩底最小底寬，其中，K=1.05，f=0.5,其余同上。取壩底寬度32m。取上游折坡點為77m，下游折坡點為81.0m高程處。 上游坡n=0.2，下游坡m=0.75圖2-1 擋水壩段剖面圖2.2 壩體穩(wěn)定分析和應力校核2.2.1 設計蓄水位時（一臺機組滿發(fā)）2.2.1.1荷載計算 自重W=240.5420+241034+240.51824=14304kN/m M=96013.3+81807-51844=49184kN/m,逆時針上下游水壓力上游水壓力 PX1=1/2(86.2-57)29.81=4182.2kNPY1=9.81(9.2+29.2)4/2=753.4kN/m 下游水壓力 PX2=1/2(64.4-57)29.81=268.6kN/m PY2=9.81(64.4-57)20.75/2=201.45kN/m M=-4182.29.87+753.414.35+268.62.47-201.4514.15= -32654.1kN/m順時針揚壓力圖2-2 擋水壩段揚壓力分布示意圖 由于揚壓力較大，壩體設有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)，由規(guī)范DL5077-1997，壩基面滲透壓力揚壓力強度系數為：=0.25 =0.20 =0.50H1=0.2529.2=7.3m2H2=0.57.4=3.7mU=(29.2+7.3)5/2+(7.3+3.7)5/2+3.714+(3.7+7.4)8/29.81=2108.66kN/m M=(-91.2514-27.58.77+51.81+44.412.44)9.81=-8971.63 kN/m順時針浪壓力壩前水深Hm=29.2mlm/2=14.2/2=7.1m，為深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2- r0（Lm/2）2 =9.81(7.1+1.79+0.708)7.1/2+9.817.17.1/2 =334.3-247.46=87.04kN/m M=-334.325.3+247.2624.47=-2407.34kN/m逆時針2.2.1.2 擋水重力壩的穩(wěn)定分析采用分項系數法進行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應系數S（*）=PC=1.04182.2-1.0268.6+1.287.04=4000.64kN抗滑穩(wěn)定抗力系數R(*)= =1.3 =3 W=1.014100+1.0725.9+1.0243.0-1.11304.1-1.2769.1=12711.5kN kN 滿足穩(wěn)定要2.2.1.3 應力校核水平截面上的邊緣正應力=5151.03 =13150.2kN B=32m 上游垂直正應力=下游面垂直正應力= 邊緣剪應力上游邊緣剪應力 下游邊緣剪應力鉛直截面上的邊緣正應力上游面水平正應力下游面水平正壓力邊緣主應力上游面主應力 下游面主應力 應力滿足要求2.2.2 設計洪水位時2.2.2.1 荷載計算自重W=240.5420+241034+240.51824=14304kN/m M=96013.3+81607-51844=49184kN/m,逆時針上下游水壓力上游水壓力 PX1=1/2(87-57)29.81=4414.5kNPY1=9.81(10+30)4/2=784.81kN/m 下游水壓力 PX2=1/2(80.5-57)29.81=2708.79kN/m PY2=9.81(80.5-57)20.75/2=2031.59kN/m M=-4414.510+784.814.33+2708.797.83-2031.5910.125=-32258.84kN/m順時針揚壓力 由于揚壓力較大，壩體設有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)。P1=P2=P3=P4=U=(294.3+160.03)5/2+(160.03+115.27)5/2+115.2714+(115.27+230.54)8/2=919.69+465.98+1579.41+1334.16=4299.2kN/mM=-919.6914-465.988.32+1579.411+1334.1612.43=1410.48kN/m逆時針浪壓力壩前水深Hm=28.5mlm/2=14.2/2=7.1m，為深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2- r0（Lm/2）2 =9.81(7.1+1.79+0.708)7.1/2+9.817.17.1/2 =334.3-247.46=87.04kN/m M=-334.323.6+247.2622.77=-2259.37kN/m順時針2.2.2.2 擋水重力壩的穩(wěn)定分析采用分項系數法進行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應系數S（*）=PC=1.04414.5-1.02708.79+1.287.04=1810.16kN抗滑穩(wěn)定抗力系數R(*)= =1.3 =3 W=1.014304+1.0784.8+1.02031.59-1.11385.67-12913.57=12099.87kN kN 滿足穩(wěn)定要求2.2.2.3 應力校核水平截面上的邊緣正應力=16076.27 =12821.9kN B=32m 上游垂直正應力 =下游面垂直正應力= 邊緣剪應力上游邊緣剪應力 下游邊緣剪應力鉛直截面上的邊緣正應力上游面水平正應力 下游面水平正壓力邊緣主應力上游面主應力 下游面主應力 應力滿足要求2.2.3 校核洪水位時2.2.3.1 荷載計算自重W=240.5420+241034.5+241/21822.5+241/21822.5=14100kN/m M=96013.3+81607-51844=49184kN/m,逆時針上下游水壓力上游水壓力 PX1=1/2(88.5-57)29.81=4866.99kNPY1=9.81(11.5+31.5)4/2=843.67kN/m 下游水壓力 PX2=1/2(82.4-57)29.81=3164.51kN/m PY2=9.81(82.4-57)20.75/2=2373.38kN/m M=-4866.9910.5+843.6714.31+3164.518.47-2373.389.65=-35130.19kN/m順時針揚壓力 由于揚壓力較大，壩體設有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)。P1=P2=P3=P4=U=(309.02+170.7)5/2+(170.7+124.59)5/2+124.5914+(124.59+249.17)8/2=1160.8+683.0+1577.8+1352.4=4774kN/mM=-965.813.99-504.728.3+2373.381+1495.0412.44=2632.14kN/m逆時針浪壓力壩前水深Hm=31.5mlm/2=7.1/2=3.55m，為深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2- r0（Lm/2）2=9.81(3.55+0.93+0.383)/23.55-9.813.553.55/2 =83.55-60.69=22.86kN/m M=-84.6825.1+61.8224.27=-625.1kN/m逆時針2.2.3.2 擋水重力壩的穩(wěn)定分析采用分項系數法進行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應系數S（*）=PC=1.04866.99-1.03164.51+1.222.86=1729.91kN抗滑穩(wěn)定抗力系數R(*)= =1.3 =3 W=1.014100+1.0843.67+12373.38-1.11470.52-1.23239.26=11812.37kN kN 滿足穩(wěn)定要求2.3.3 應力校核水平截面上的邊緣正應力=16060.85 =12607.27kN B=32m 上游垂直正應力=下游面垂直正應力= 邊緣剪應力上游邊緣剪應力 下游邊緣剪應力鉛直截面上的邊緣正應力上游面水平正應力下游面水平正壓力.邊緣主應力上游面主應力 下游面主應力 應力滿足要求第三章 重力壩溢流壩段設計3.1 溢流壩段空口尺寸擬定溢流壩既是泄水建筑物，又是擋水建筑物，既要滿足穩(wěn)定強度要求，又要滿足水力條件要求。要有足夠的下泄能力，使水流平順的流過壩面，避免產生振動和空蝕。應使下泄水流對河床不產生危