沙溪口水電站設(shè)計(jì)計(jì)算書

目 錄第一章 樞紐布置3第二章 重力壩擋水壩段設(shè)計(jì)42.1 剖面設(shè)計(jì)42.1.1 壩頂高程42.1.2 壩頂寬度52.1.3 廊道的布置52.1.4 剖面形態(tài)52.2 壩體穩(wěn)定分析和應(yīng)力校核62.2.1 設(shè)計(jì)蓄水位時(shí)（一臺(tái)機(jī)組滿發(fā)）62.2.1.1荷載計(jì)算62.2.1.2 擋水重力壩的穩(wěn)定分析72.2.1.3 應(yīng)力校核82.2.2 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)92.2.2.1 荷載計(jì)算92.2.2.2 擋水重力壩的穩(wěn)定分析102.2.2.3 應(yīng)力校核102.2.3 校核洪水位時(shí)112.2.3.1 荷載計(jì)算112.2.3.2 擋水重力壩的穩(wěn)定分析12第三章 重力壩溢流壩段設(shè)計(jì)153.1 溢流壩段空口尺寸擬定153.2 溢流壩段剖面設(shè)計(jì)153.2.1 堰頂高程163.2.2 堰面曲線163.2.3 上游曲線173.2.4 反弧段半徑的確定173.3 壩體穩(wěn)定分析和應(yīng)力校核173.3.1 設(shè)計(jì)蓄水位時(shí)（一臺(tái)機(jī)組滿發(fā)）173.3.1.1荷載計(jì)算173.3.1.2 溢流壩的穩(wěn)定分析183.3.1.3 應(yīng)力校核193.3.2 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)193.3.2.1 荷載計(jì)算193.3.2.2 溢流壩的穩(wěn)定分析213.3.2.3 應(yīng)力校核213.3.3 校核洪水位時(shí)223.3.3.1 荷載計(jì)算223.3.3.2 溢流壩的穩(wěn)定分析233.3.3.3 應(yīng)力校核24第四章 專題：下游消能設(shè)計(jì)264.1消能方式：264.1.1 采用底流消能264.2 消力護(hù)坦設(shè)計(jì)284.2.1 護(hù)坦長(zhǎng)度確定284.2.2 護(hù)坦厚度確定及抗浮穩(wěn)定校核284.3 護(hù)坦配筋304.4下游保護(hù)段30第五章 水電站建筑物設(shè)計(jì)315.1 特征水頭的選擇315.2 水電站水輪機(jī)組的選型345.3 渦殼和尾水管的計(jì)算405.4 發(fā)電機(jī)的選擇與尺寸估算435.4.1 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)主要尺寸估算435.4.2 發(fā)電機(jī)外形平面尺寸估算445.4.3發(fā)電機(jī)外形軸向尺寸計(jì)算455.4.4 發(fā)電機(jī)重量估算455.4.5 水輪機(jī)重量估算465.5 調(diào)速器與油壓裝置的選擇465.5.1 調(diào)速功計(jì)算465.5.2 接力器的選擇465.5.3 調(diào)速器的選擇475.5.4 油壓裝置485.6 廠房橋吊設(shè)備的選擇485.7 主廠房各層高程及長(zhǎng)寬尺寸的確定505.7.1 水輪機(jī)組安裝高程505.7.2 尾水管地板高程和廠房基礎(chǔ)開挖高程505.7.3 水輪機(jī)層地面高程515.7.4發(fā)電機(jī)樓板高程和安裝場(chǎng)高程515.7.5 吊車梁軌頂高程515.7.6 屋頂面高程515.7.7 廠房總高515.7.8 主廠房平面尺寸的設(shè)計(jì)515.9 水電站廠房的穩(wěn)定計(jì)算515.9.1 正常水位運(yùn)行工況525.9.2 校核洪水運(yùn)行工況535.9.3 機(jī)組大修工況5456 第一章 樞紐布置由沙溪口的水文地質(zhì)資料可知，壩址位置設(shè)計(jì)洪水位88.00m ，對(duì)應(yīng)下游水位可由下泄流量在流量與下游水位關(guān)系曲線查得 80.00m ,水頭為 8.00m 。校核洪水位 88.50m ,同理可查得下游水位 81.00m ，水頭為 7.50m ，汛期限制水位85.50 m ，設(shè)計(jì)低水位82.00m。水頭不高，水深較小，水頭在20m左右，水深不足40m，初步設(shè)計(jì)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(zhì)狀況一般，選擇重力壩擋水；考慮通航過木過竹需要，設(shè)置較高通航能力的船閘。經(jīng)綜合分析，確定了左岸船閘右岸廠房布置方案，和左岸廠房右岸船閘布置方案。左岸船閘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(fēng)化巖層需至48.00m高程左右，初步設(shè)計(jì)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(fēng)化巖層需至57.00m高程左右，初步設(shè)計(jì)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(duì)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(jìn)廠布置，將河床式廠房置于右岸，且右岸現(xiàn)有鐵路線沿河岸通過壩址。樞紐布置沿壩軸線從左岸至右岸的水工建筑物依次為：重力擋水壩、船閘、溢流壩、重力擋水壩、河床式廠房，開關(guān)站初步布置于河道右岸裝配廠下游。綜上，初步設(shè)計(jì)采用第一種方案，即左岸船閘右岸河床式方案，并采用重力壩擋水，溢流壩泄洪，消力戽消能。工程等別二等，主要建筑物級(jí)別二級(jí)，次要建筑物級(jí)別三級(jí)，臨時(shí)建筑物四級(jí)。第二章 重力壩擋水壩段設(shè)計(jì)基本設(shè)計(jì)參數(shù)：上游設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)洪水位：80.50m；下游校核洪水位：82.40m；正常蓄水位（一臺(tái)機(jī)組發(fā)電）：64.40m。壩底高程取未風(fēng)化巖石邊界開挖線57.00m?；炷林囟扔伤そㄖ锖奢d設(shè)計(jì)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(jiǎn)要說明中表7得巖石抗剪強(qiáng)度指標(biāo)建議值知，云母長(zhǎng)英片巖與混凝土邊界摩擦系數(shù)f=0.5，粘聚力c=0.6kg/c，K=3.0，K=1.052.1 剖面設(shè)計(jì)2.1.1 壩頂高程壩頂高程由靜水位+相應(yīng)情況下的風(fēng)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(jí)別和計(jì)算情況的安全超高，m；波浪要素要素由官?gòu)d水庫(kù)公式，得 設(shè)計(jì)情況：計(jì)算風(fēng)速v0取為30m/s；設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)洪水位+h=87.0+2.998=90.0m校核設(shè)計(jì)情況：計(jì)算風(fēng)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，橋下會(huì)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(shè)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(yīng)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(shè)基礎(chǔ)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(shù)較小，所以不能按常規(guī)壩體設(shè)計(jì)。按應(yīng)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(diǎn)為77m，下游折坡點(diǎn)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(yīng)力校核2.2.1 設(shè)計(jì)蓄水位時(shí)（一臺(tái)機(jī)組滿發(fā)）2.2.1.1荷載計(jì)算 自重W=240.5420+241034+240.51824=14304kN/m M=96013.3+81807-51844=49184kN/m,逆時(shí)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(shí)針揚(yáng)壓力 由于揚(yáng)壓力較大，壩體設(shè)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(yáng)壓力強(qiáng)度系數(shù)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(shí)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(shí)針2.2.1.2 擋水重力壩的穩(wěn)定分析采用分項(xiàng)系數(shù)法進(jìn)行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應(yīng)系數(shù)S（*）=PC=1.04182.2-1.0268.6+1.287.04=4000.64kN抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)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(yīng)力校核水平截面上的邊緣正應(yīng)力=5151.03 =13150.2kN B=32m 上游垂直正應(yīng)力=下游面垂直正應(yīng)力= 邊緣剪應(yīng)力上游邊緣剪應(yīng)力 下游邊緣剪應(yīng)力鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力上游面水平正應(yīng)力下游面水平正壓力邊緣主應(yīng)力上游面主應(yīng)力 下游面主應(yīng)力 應(yīng)力滿足要求2.2.2 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)2.2.2.1 荷載計(jì)算自重W=240.5420+241034+240.51824=14304kN/m M=96013.3+81607-51844=49184kN/m,逆時(shí)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(shí)針揚(yáng)壓力 由于揚(yáng)壓力較大，壩體設(shè)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(shí)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(shí)針2.2.2.2 擋水重力壩的穩(wěn)定分析采用分項(xiàng)系數(shù)法進(jìn)行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應(yīng)系數(shù)S（*）=PC=1.04414.5-1.02708.79+1.287.04=1810.16kN抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)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(yīng)力校核水平截面上的邊緣正應(yīng)力=16076.27 =12821.9kN B=32m 上游垂直正應(yīng)力 =下游面垂直正應(yīng)力= 邊緣剪應(yīng)力上游邊緣剪應(yīng)力 下游邊緣剪應(yīng)力鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力上游面水平正應(yīng)力 下游面水平正壓力邊緣主應(yīng)力上游面主應(yīng)力 下游面主應(yīng)力 應(yīng)力滿足要求2.2.3 校核洪水位時(shí)2.2.3.1 荷載計(jì)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(shí)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(shí)針揚(yáng)壓力 由于揚(yáng)壓力較大，壩體設(shè)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(shí)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(shí)針2.2.3.2 擋水重力壩的穩(wěn)定分析采用分項(xiàng)系數(shù)法進(jìn)行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應(yīng)系數(shù)S（*）=PC=1.04866.99-1.03164.51+1.222.86=1729.91kN抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)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(yīng)力校核水平截面上的邊緣正應(yīng)力=16060.85 =12607.27kN B=32m 上游垂直正應(yīng)力=下游面垂直正應(yīng)力= 邊緣剪應(yīng)力上游邊緣剪應(yīng)力 下游邊緣剪應(yīng)力鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力上游面水平正應(yīng)力下游面水平正壓力.邊緣主應(yīng)力上游面主應(yīng)力 下游面主應(yīng)力 應(yīng)力滿足要求第三章 重力壩溢流壩段設(shè)計(jì)3.1 溢流壩段空口尺寸擬定設(shè)計(jì)洪水流量21500 m3/s，校核洪水流量27500 m3/s?？紤]水電站發(fā)電用水（4Qmax2361.44 m/s）及過船泄水等影響，取Q0=3500 m3/s,考慮壩址下游處河床巖石的巖性，巖體較為完整，抗沖刷能力尚可，故取單寬流量q=80m2/s。 設(shè)計(jì)工況下， 取=0.8 Q=21500 m3/s則Q=Q- Q 0=20500-0.83500=18700 m3/s校核工況下， 取=1.0 Q=27500 m3/s則Q=Q- Q 0=27500-1.03500=24000 m3/s則溢流前緣總凈寬L=Q/q=24000/80=300 m3/s取孔數(shù)n為16孔，溢流壩孔口形式采用初步設(shè)計(jì)采用開敞式溢流堰，則每空凈寬b=L/n=300/16=18.75m，取19.0m 。溢流堰閘門采用橫軸弧形閘門，考慮將橫縫布置在閘孔中間，則閘墩厚度可取稍薄一些，取d=3m。則溢流前沿總凈寬L0=L+(n-1)d=nb+(n-1)d=1619+153=349m。3.2 溢流壩段剖面設(shè)計(jì)溢流壩基本剖面的確定原則與非溢流壩相同，剖面除應(yīng)滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)條件外，其外形尚需考慮水流運(yùn)動(dòng)要求。通常它也是由基本三角形剖面修改而成，內(nèi)部與非溢流壩段相同。溢流面由頂部溢流段、中部直線段及鼻坎組成，上游面為直線或折線。圖3-13.2.1 堰頂高程由 ，得初擬m = 0.49 =0.92 ，則可列表計(jì)算如下：表3-1計(jì)算情況流量Q側(cè)收縮系數(shù)淹沒系數(shù)流量系數(shù)m堰上水頭H0堰頂高程設(shè)計(jì)情況187000.920.9910.499.9177.09校核情況240000.9209900.4911.7176.79取兩種情況堰頂高程較小者，取76.79m。3.2.2 堰面曲線我國(guó)現(xiàn)行采用的為WES曲線，其曲線方程為：y=Hd為定型設(shè)計(jì)水頭。因?yàn)樾：撕樗?8.5m，堰頂高程為76.79m，所以， Hd=9.5；k、n為上游堰面坡度有關(guān)的系數(shù)。采用WES5型曲線。k=1.873，n=1.776 。得：3.2.3 下游曲線下游曲線由曲線及直線段組成，直線段斜率取1：0.75。3.2.4 反弧段半徑的確定由規(guī)范混凝土壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL319-2005對(duì)于底流消能計(jì)算祥見專題，反弧段半徑計(jì)算：X=，R=0.305=0.305，取為16m。3.3 壩體穩(wěn)定分析和應(yīng)力校核 由于溢流壩段在一個(gè)壩段中既有溢流堰部分，又有閘墩部分，壩段之間分縫在溢流堰中間。故在壩體穩(wěn)定分析和應(yīng)力校核中應(yīng)考慮整個(gè)壩段的聯(lián)合受力，應(yīng)以一個(gè)壩段為整體進(jìn)行分析。3.3.1 設(shè)計(jì)蓄水位時(shí)（一臺(tái)機(jī)組滿發(fā)）3.3.1.1荷載計(jì)算自重W=1012024（堰重）+175324（墩重）+152024（橋重）+209.81（機(jī)械設(shè)備中）= 193920+50400+7200+196.2=251716.2kNW/20=12585.81kN/mM=(1939206.93+504002.2+720020.8+196.28)/20=80303.76kNm,逆時(shí)針上下游水壓力上游水壓力PX1=1/2(86.2-57)29.81=4182.20kN/mPY1=0下游水壓力PX2=1/2(64.40-57)29.81=268.60kN/m PY2=0V=9.812.911=312.94kN/m M=-4182.29.73+268.62.74-312.9413.5=-44254.054kN/mm順時(shí)針動(dòng)水壓力由于設(shè)計(jì)蓄水位時(shí)開閘出水時(shí)單寬流量較小，故未考慮設(shè)計(jì)蓄水位時(shí)的動(dòng)水壓力。揚(yáng)壓力由于揚(yáng)壓力較大，壩體設(shè)有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)。P1=P2=P3=P4=U=(286.45+71.61)5/2+(71.61+36.30)5/2+36.3018+(36.30+72.60)6/2=895.15+269.78+653.4+544.5=2362.83kN/mM=-895.1517-269.7811.77+54414.56=-10467.36kN/mm順時(shí)針浪壓力壩前水深Hm=24.5mlm/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=-334.324.6+247.2623.77=-2346.4kN/mm順時(shí)針3.3.1.2 溢流壩的穩(wěn)定分析采用分項(xiàng)系數(shù)法進(jìn)行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應(yīng)系數(shù)S（*）=PC=1.04182.2-1.0268.6+1.287.04=4018.048kN/m抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)= =1.3 =3 W=12585.81kN/m kN/m /m 滿足穩(wěn)定要求3.3.1.3 應(yīng)力校核水平截面上的邊緣正應(yīng)力=80303.76-44254.05-10467.36-2346.4=23235.95 =10535.92kN B=34m 上游垂直正應(yīng)力=下游面垂直正應(yīng)力= 邊緣剪應(yīng)力上游邊緣剪應(yīng)力 下游邊緣剪應(yīng)力鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力上游面水平正應(yīng)力下游面水平正壓力邊緣主應(yīng)力上游面主應(yīng)力 下游面主應(yīng)力 應(yīng)力滿足要求3.3.2 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)3.3.2.1 荷載計(jì)算自重W=10142024+1754324+152024+209.81=193920+50400+7200+196.2=251716kNW/20=12585.81kN/mM=(1939206.93+504002.2+720020.8+196.28)/20=80303.76kNm,逆時(shí)針上下游水壓力上游水壓力PX1=1/23029.81=4414.5kN/me=10mPY1=0下游水壓力PX2=1/223.529.81=2708.79kN/m e=7.83m PY2=0V=9.811/2(3.71+19)33=3675.95kN/m e=6.2mM=2708.797.83-3675.956.2-4414.510=-45737.07kNm 順時(shí)針動(dòng)水壓力1=550 2=350 hc= e=3.5mM=132.703.5=464.45kN/mm順時(shí)針 e=6.1mM=-379.966.1=-2317.76kN/mm順時(shí)針揚(yáng)壓力由于揚(yáng)壓力較大，壩體設(shè)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+115.2718+(115.27+230.54)6/2=1135.83+688.25+2074.86+1729.05=5627.99kN/mM=-1135.8316.75-688.2511.64+1729.0514.56=-1861.41kN/mm 順時(shí)針浪壓力壩前水深Hm=24mlm/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=-334.327.1+247.2626.27=-2555.1kN/mm順時(shí)針3.3.2.2 溢流壩的穩(wěn)定分析采用分項(xiàng)系數(shù)法進(jìn)行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應(yīng)系數(shù)S（*）=1.04414.5-1.02708.79+1.287.04-1.1132.7=1664.188kN/m抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)= =1.3 =3 W=1.012585.81+1.1379.96+1.03675.95-1.11824.08-1.23803.91=10108.54kN/m kN/m /m 滿足穩(wěn)定要求3.3.2.3 應(yīng)力校核水平截面上的邊緣正應(yīng)力=80303.76+464.45-2317.76-45737.07-1861.41-2555.1=36296.87 =16641.72kN B=34m 上游垂直正應(yīng)力=下游面垂直正應(yīng)力=邊緣剪應(yīng)力上游邊緣剪應(yīng)力 下游邊緣剪應(yīng)力鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力上游面水平正應(yīng)力下游面水平正壓力邊緣主應(yīng)力上游面主應(yīng)力 下游面主應(yīng)力 應(yīng)力滿足要求3.3.3 校核洪水位時(shí)3.3.3.1 荷載計(jì)算自重W=12585.81kN M=80303.76 kN/m上下游水壓力上游水壓力 PX1=1/231.529.81=4867.0kN/me=10.50mPY1=0下游水壓力PX2=1/225.429.81=3164.51kN/m e=8.47m PY2=0V=9.811/2(5.61+20.9)33=4291.04kN/m e=8.47mM=-4867.010.5+3164.518.47-4291.045.67=-48627.76kNm 順時(shí)針動(dòng)水壓力1=550 2=350 hc= e=3.5m e=6.2mM=-5637.86kN/mm順時(shí)針揚(yáng)壓力由于揚(yáng)壓力較大，壩體設(shè)有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)。P1=P2=P3=P4=U=(309.0+170.69)5/2+(170.69+124.59)5/2+124.5918+(124.59+249.17)6/2=1199.23+738.2+2242.62+1868.8=6048.85kN/mM=-1199.2316.74-738.211.63+1868.814.56=-1459.01kN/mm 順時(shí)針浪壓力壩前水深Hm=24.5mlm/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)3.55/2-9.813.552/2 =22.86kN/m M=-84.6829.57+61.8227.13=-703.2kN/mm 順時(shí)針3.3.3.2 溢流壩的穩(wěn)定分析采用分項(xiàng)系數(shù)法進(jìn)行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應(yīng)系數(shù)S（*）=1.04867-1.03164.51+1.222.86-1.1178.06=1534.06kN/m抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)= =1.3 =3 W=1.012585.81+1.11009.85+1.04291.04-1.11937.43-1.24111.42=10922.81kN/m kN/m /m 滿足穩(wěn)定要求3.3.3.3 應(yīng)力校核水平截面上的邊緣正應(yīng)力=23875.93 =11837.85kN B=34m 上游垂直正應(yīng)力=下游面垂直正應(yīng)力=邊緣剪應(yīng)力上游邊緣剪應(yīng)力 下游邊緣剪應(yīng)力鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力上游面水平正應(yīng)力下游面水平正壓力邊緣主應(yīng)力上游面主應(yīng)力下游面主應(yīng)力 應(yīng)力滿足要求第四章 專題：下游消能設(shè)計(jì)4.1消能方式：根據(jù)沙溪口水利樞紐溢流壩泄洪流量大，落差相對(duì)較小，泄洪頻繁，下游水位變幅大和河床基巖抗沖能力低的特點(diǎn)，壩后的消能方式選擇底流消能方案。4.1.1 采用底流消能 a).設(shè)計(jì)洪水位單寬流量：下游堰高：堰上水頭： 行近流速：上游有效總水頭：臨界水深： 由表10.1選取堰的流速系數(shù)。由及查附錄得:則： 由及，查附錄可得則：判別水躍形式下游水深：因?yàn)椋韵掠伟l(fā)生淹沒水躍。b).校核洪水位.單寬流量：下游堰高：堰上水頭：行近流速：上游有效總水頭：臨界水深： 由表10.1選取堰的流速系數(shù)。由及查附錄得: 則:由及，查附錄可得: 則：判別水躍形式下游水深：因?yàn)?，所以下游發(fā)生淹沒水躍。4.2 消力護(hù)坦設(shè)計(jì)由于發(fā)生淹沒水躍，故只需設(shè)置水平護(hù)坦消力池。4.2.1 護(hù)坦長(zhǎng)度確定設(shè)計(jì)洪水位： 校核洪水位： 故，護(hù)坦長(zhǎng)度取兩者中較大值，取4.2.2 護(hù)坦厚度確定及抗浮穩(wěn)定校核由規(guī)范得抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，要求 1.1 ，錨固力和設(shè)置排水孔所減小的揚(yáng)壓力作為安全儲(chǔ)備計(jì)算時(shí)可忽略。初取護(hù)坦厚度b=1.5m。抗浮穩(wěn)定校核： 1).設(shè)計(jì)洪水位.水重： 護(hù)坦重：揚(yáng)壓力： 抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)： 滿足抗浮穩(wěn)定要求。2).校核洪水位.水重： 護(hù)坦重：揚(yáng)壓力： 抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)： 滿足抗浮穩(wěn)定要求。3).正常蓄水位.水重： 護(hù)坦重：揚(yáng)壓力： 抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)： 滿足抗浮穩(wěn)定要求。綜上，護(hù)坦厚度取，長(zhǎng)度取，滿足要求。4.3 護(hù)坦配筋互坦可按構(gòu)造采用雙層雙向鋼筋網(wǎng)配筋，詳見消能設(shè)計(jì)圖紙。4.4下游保護(hù)段由于河床抗沖能力較弱，在護(hù)坦段后設(shè)置的保護(hù)段。保護(hù)段構(gòu)造詳見消能設(shè)計(jì)圖紙。第五章 水電站建筑物設(shè)計(jì)5.1 特征水頭的選擇裝機(jī)容量： N=27萬kw，單機(jī)容量（機(jī)組臺(tái)數(shù)4臺(tái)）6.75萬kw。1） 設(shè)計(jì)洪水位87.00m ，由上下水尺水位流量關(guān)系曲線可查得對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)洪水流量為21500 m/s時(shí)的下游水位為80.5m，則此時(shí)水頭為6.50m 。2） 校核洪水位 88.50m , 由上下水尺水位流量關(guān)系曲線可查得對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)洪水流量為27500 m/s時(shí)的下游水位為82.40m，則此時(shí)水頭為 6.10m 。3） 正常蓄水位時(shí)，四臺(tái)機(jī)組發(fā)電。假設(shè)四個(gè)下瀉流量Q，從水位流量關(guān)系圖上查出相應(yīng)的下游水位。由（其中取86%）可得QN關(guān)系曲線。Q=1000m/s N=176MWQ=1500m/s N=256MWQ=2000m/s N=333MW.圖5-1由圖得正常蓄水位，四臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)Q=1610 m/s,對(duì)應(yīng)H=20.0m,Z下=66.2m4） 正常蓄水位時(shí)，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電。假設(shè)四個(gè)下瀉流量Q，從水位流量關(guān)系圖上查出相應(yīng)的下游水位。由（其中取86%）可得QN關(guān)系曲線。Q=200m/s N=37.9MWQ=300m/s N=56.1MWQ=400m/s N=73.8MW圖5-2由圖得正常蓄水位，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)，Q=365 m/s,對(duì)應(yīng)H=21.80m,Z下=64.40m5） 設(shè)計(jì)低水位時(shí)，四臺(tái)機(jī)組發(fā)電。假設(shè)四個(gè)下瀉流量Q，從水位流量關(guān)系圖上查出相應(yīng)的下游水位。由（其中取86%）可得QN關(guān)系曲線。Q=1500m/s N=215.0MWQ=2000m/s N=278.8MWQ=2500m/s N=338.0MW圖5-3由圖得設(shè)計(jì)低水位，四臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)，Q=1930 m/s,對(duì)應(yīng)H=16.50m,Z下=66.5m6） 設(shè)計(jì)低水位時(shí)，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電。假設(shè)四個(gè)下瀉流量Q，從水位流量關(guān)系圖上查出相應(yīng)的下游水位。由（其中取86%）可得QN關(guān)系曲線。Q=300m/s N=47.9MWQ=400m/s N=62.9MWQ=500m/s N=77.8MW圖5-4由圖得設(shè)計(jì)低水位，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)，Q=435m/s,對(duì)應(yīng)H=18.40m,Z下=64.60m由以上水頭值可得：最大水頭H=21.80m最小水頭 H=6.10m加權(quán)平均水頭為H= H60%+ H40%=21.80.6+6.10.4=15.52m設(shè)計(jì)水頭 H=0.9 H=13.97m5.2 水電站水輪機(jī)組的選型在水輪機(jī)型普表查得可選水輪機(jī)有： HL310，ZZ560， 兩種型號(hào)，下面進(jìn)行選型比較計(jì)算。 ZZ560水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇1） 轉(zhuǎn)輪直徑D1 D1=式中：Nr水輪發(fā)電機(jī)額定出力（kW） Nr=6.75/0.96=7.03萬kw Hr設(shè)計(jì)水頭（m），取13.97m。設(shè)計(jì)流量（m/s），它是限制工況下的Q1p值，查表3-7得2.00m/s 。原型水輪機(jī)的效率（%），由限制工況下的模型水輪機(jī)的效率修正可得，由于轉(zhuǎn)輪直徑未知，為知，可先估算效率修正值=5.5%，限制工況下的模型水輪機(jī)的效率為 =81.0%，= +=81.0%+5.5%=86.5%。D1= =8.91m根據(jù)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑模型水輪機(jī)尺寸系列的規(guī)定，由上述計(jì)算出的轉(zhuǎn)輪直徑，選用比計(jì)算值稍大的轉(zhuǎn)輪直徑值。D1=9.0m2）選擇水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速n =56.90r/min水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速一般采用發(fā)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，選擇與上述計(jì)算值相近的發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速n=60r/min，磁極對(duì)數(shù)P=50。3）效率及單位參數(shù)的修正=0.46m, =3.0m, =9.0m, H=13.97m, 代入上式可求得：葉片在不同轉(zhuǎn)角時(shí)的可由模型綜合特性曲線查得，從而可求出相應(yīng)值的原型水輪機(jī)的最高效率當(dāng)選用效率的制造工藝影響修正值=1，即可計(jì)算出不同轉(zhuǎn)角時(shí)效率修正值，其結(jié)果如下：表5-1水輪機(jī)效率的修正葉片轉(zhuǎn)角-10-50+5+10+15+20+2387.688.589.188.487.385.983.379.092.292.793192.692.091.189.586.8-4.64.24.04.34.75.26.27.83.63.23.03.33.74.25.26.8ZZ560水輪機(jī)最優(yōu)工況的模型效率為=89.0，由于最優(yōu)工況接近于等轉(zhuǎn)角線，故采用=3.0作為修正值，從而原型最高效率為=89.0+3.0=92.0限制工況的=81.0，=2000L/s，則 =2025，由內(nèi)插得=5.8，從而該工況下原型水輪機(jī)效率=81.0+5.8=86.8與假定值86.5%相近。4）單位轉(zhuǎn)速、單位流量的修正n1 = n10M （-1）Q1 =Q10M （-1）式中： n10M 模型水輪機(jī)最優(yōu)工況下的轉(zhuǎn)速值（r/min）。Q10M 模型水輪機(jī)最優(yōu)工況下的流量值（m/s）。n1 / n10M =-1=-1=2.9% Q1 / Q10M =-1=-1=2.9%所以單位轉(zhuǎn)速、單位流量均可不加修正。由此可見，以上選用的D1=9.0m，n=60r/min是正確的。5）水輪機(jī)的流量Q1max=1.95m/s則水輪機(jī)最大引用流量為：Qmax=Q1max D12 =1.9592=590.36 m/s電站機(jī)組臺(tái)數(shù)為4臺(tái)，所以，電站最大引用流量為4Qmax=4590.36=2361.44m/s6）工作范圍檢驗(yàn)與特征水頭Hmin 、Hmax 、Hmin 、Hr對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為： n1max =nD1/= 609/=218.64r/min n1min =nD1/= 609/=115.66 r/min n1r =nD1/ = 609/=144.48 r/min在 ZZ560水輪機(jī)模型綜合特性曲線上繪出Q1max=1.95m/s，n1max=218.64r/min，n1min=115.66r/min的直線，其所圍的區(qū)域?yàn)樗啓C(jī)的工作區(qū)域，圖中陰影部分包括了該特性區(qū)域的大部分高效區(qū)域。7）吸出高度HsHs=10/900(+)H式中： 水輪機(jī)安裝高程（m），取64.4m。氣蝕系數(shù)，由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況參數(shù)n1r =144.48r/min，Q1M =1.95m/s 查ZZ560水輪機(jī)模型綜合特性曲線可得，取0.75。 氣蝕系數(shù)修正值，取0.06 Hs=10/900(+)H=10-64.4/900-(0.75+0.06) 13.97=-1.394m HL310型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇1） 轉(zhuǎn)輪直徑D1 D1=式中：Nr水輪發(fā)電機(jī)額定出力（kW） Nr=6.75/0.96=7.03萬kw Hr設(shè)計(jì)水頭（m），取13.97m。設(shè)計(jì)流量（m/s），它是限制工況下的Q1p值，查表3-6得1400 l/s=1.4m/s 。原型水輪機(jī)的效率（%），由限制工況下的模型水輪機(jī)的效率修正可得，由于轉(zhuǎn)輪直徑未知，為知，可先估算效率修正值=5.5%，限制工況下的模型水輪機(jī)的效率為 =82.6%，= +=82.6%+4.4%=87.0%。D1= =10.62m根據(jù)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑模型水輪機(jī)尺寸系列的規(guī)定，由上述計(jì)算出的轉(zhuǎn)輪直徑，選用比計(jì)算值稍大的轉(zhuǎn)輪直徑值。D1=12.0m2）選擇水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速n 查表3-