1、江宁河宁溪水利枢纽设计 1前言本次毕业设计根据根据教学要求，对水利水电专业本科毕业生进行的最后一项教学环节。本毕业设计内容为江北宁溪水利枢纽工程，它基本包括了一般水利枢纽所需进行的水工初步设计的全过程。其基本内容包括枢纽总述，坝型选择及枢纽布置，主要建筑物设计，细部构造及地基处理等。根据设计总要求，设计内容偏重于坝型选择与主要建筑物的设计，而对建筑物中电站厂房坝段的设计及施工导流设计两部分设计进行比较简单。其中很多内容设计者采用了各种图表，力求做到设计清晰明了。本次设计时设计者经过三个多月的辛劳而完成的，在此过程中得到了水工教研室何金平老师的悉心指导，同时也得到了水工教研室以及其他教研室各位老
2、师的关心和帮助，在此对它们表示衷心的感谢。由于时间限制和设计者缺乏实际的工作经验，设计的缺点及错误在所难免，敬请读者予以指正。江宁河宁溪水利枢纽设计 2内容摘要本设计分为设计说明书和计算说明书两部分。设计说明书共有十章，分别是枢纽概况，设计资料，枢纽布置，主要建筑物的设计，细部构造及地基处理，副坝设计等。本枢纽主要任务是防洪发电。其正常高水位为 345 米，发电死水位 333 米，装机容量 2.7 万千万。经过调洪演算得到其设计洪水位 346.72 米，校核洪水位 349.88 米，本枢纽主要建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物、发电建筑物、放空建筑物组成。主要建筑物为二级，次要建筑物为三级。坝型选
3、用混凝土实体重力坝。厂房坝段包括三个机组段和一个安装场段，厂房采用坝内埋管式。施工导流选用两期两段的导流方法，一期由束窄河床泄流，二期由导流底孔泄流。其他具体设计详见设计说明书，另外除了设计说明书和计算说明书外，还有反映本次设计成果的五张图纸。关键词：重力坝 溢流坝段 地基处理 方案选择 初步设计 枢纽布置AbstractThe design work is for the Ningxi water project, which has been carefully introduced. The work is divided into two parts: the designing an
4、d the calculating.The work of designing includes ten chapters altogether .They are the general introduction of the project ,the basic material, layout of the project, desgning of the major constructure and etc.Generating electricity and flood control is the main task of the pivot. Normal high water
5、level is345,extreme water level of generating electricity is333,installed capacity 27000kw.Through adjust big to perform and can be regarded as design flood its location 346.72 meters, check the flood 349.88 metres of location. This pivot main building blockd water building,sluice building ,generate
6、 electricity building ,set the empty building free make up.The main building is two grade, and the secondary building is tertuart. The dam type is gravity dam ,entity of 江宁河宁溪水利枢纽设计 3concrete. Factory building dam section includes three aircrew section and one install field section and the factory b
7、uilding adopts the type in the dam .Water diversion selects two section of water conserewancy diwersion methods for sue ,lets out and flows from one bunchof narrow riverbeds while being the first stage of, let out and shed by water conservancy diversion under port while being the second stage of des
8、ign.The details of the design instruction are in the manual of the desing and there five drawings to reflect the desing achievement still.Key words gravity dam overflow section ground-handling scheme option preliminary design project layout江北宁溪水利枢纽工程设计第一部分 设计说明书1.基本资料：1.1 枢纽概况：江北河为我国某一大河的一条支流，全长约 17
9、0 公里，中、上游河道曲折，流经于山地之间，两岸高地环列，到坝址处缩窄成瓶口，河宽仅百余米，坝址至下游六公里一段，河床窄，水流急，再经 3 公里以后，河槽渐宽水流渐缓，又经7 公里以后，河道又转陡，自坝址至下游 50 公里，落差达 150 米，且集中于三处，为本河流梯级开发创造了有利条件，宁溪水利枢纽即列为第一梯级。下游至河口河长 20 公里左右为河口平原。流域面积共 3200 平方公里，共计人口 65 万人，中上游地处山脉丘陵地带，大部分以农业为主，在流域内无主要的矿产和工业城市。仅在河口有一中等城市，江宁河宁溪水利枢纽设计 4有轻工业及加工业，离坝址 90 公里处之珞城，是我国一主要工业城
10、市，所发电力与珞城、河口及附近小的电站组成电力系统。本枢纽主要任务为发电，兼作防洪之用。1.2 水文气象资料：河流特征：本河流域以降雨为洪水之成因，一般在五月间即开始涨水。最大洪水量多发生在七月，每年 5、6、7 三月降水占全年的 48%，比较集中，洪水期为 510 月，13 月为最枯水期，P=50%洪水量仅为 120 立方米/秒，p=10洪水流量为 85 立方米/秒；114 月同 P=5%的洪水流量为 420 立方米/秒，p=10%的洪水流量为 360 立方米/秒。洪峰流量:根据水文分析，各频率下的洪水流量列于下表：表 1 各频率下的洪水流量表频率 p% 2 1 0.2 0.1 0.05流量
11、m3/s3150 4050 6100 7000 7900依据观测资料，推测五天历时的洪峰单位过程线列于下表:表 2 五天历时的洪峰单位过程线表 时段（天） 0 1 1.06 2 3 4 5流量（%） 10 89 100 57 32.5 19 12多年平均降雨天数、中水年月流量表 3 多年平均降雨天数、中水年月流量表项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12中水年月流量20 70 60 180 470 790 810 800 320 530 200 160多年平均降雨天数1.2 3 1 .3 3 5 5 6 5 4 4 3.2 3.2坝址处水位流量关系:江宁河宁溪水利枢纽设计 5
12、表 4 项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12中水年月流量20 70 60 180 470 790 810 800 320 530 200 160多年平均降雨天数1.2 3 1 .3 3 5 5 6 5 4 4 3.2 3.2库水位面积；库水位容积曲线”:表 5 水位（m） 315 320 325 330 335 340 345 350面积（km 2） 6.3 12.8 23.5 31.7 40.9 57.5 68.5容积（亿 m3） 0.158 0.342 0.762 1.66 2.89 4.63 7.15 9.99气温情况:本流域气候属于温和地区，植物全年均可生长，甚少
13、降雪，冬季平均温度为8.5，河水无冰冻现象，夏季平均气温为 27.4，7、8 月最高平均为 28.6，各月温度见下表：表 6 气温情况表月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12多年平均温度 7.9 9.9 13.4 18.6 23.2 25.3 29.7 39.8 25.4 19.3 14.7 0.1最高温度 19.5 25.0 30.0 38.0 38 39.7 42.2 44.0 42.0 38.8 30.1 19.0最低温度 -0.3 -2.5 0.5 4.5 12.9 15.5 16 15.0 13.5 7.5 0.8 0.0其它资料:a.河流较清、淤沙较少，含沙量仅
14、为流量的 0.9%。b.水库最大吹程：10 公里。多年平均风速：16 米/秒。其它资料见蓝图。2 坝址及地形情况：坝址处河床较窄，其宽度仅为 160 米（普通洪水流量时）死水滩，坝址附近河床坡度甚陡，水流湍急，有小瀑布，右岸地势较高，有起伏之山头。坝址处为震旦纪砂岩，右岸风化严重，深达 34 米，且夹有页岩。水层岩岩层为向斜之一翼为倾向上游。坝址处水流急，故无砂卵石等淤积物。无侵蚀地下水。江宁河宁溪水利枢纽设计 6基岩的机械、物理性质：砂岩：r c=2150 吨/立方米；比重：G=2.7 ；极限抗压强度：（干燥时）1300公斤/ 平方厘米；f=0.62；渗透系数 k=1.010-5 厘米/ 秒
15、砂质页岩:r c=255 吨/立方米；比重 G=2.75；渗透系数 k=1.210-5 厘米/秒；极限抗压强度（干）=700 公斤/平方厘米， （湿）=350 公斤/平方厘米坝基岩经过水实验，吸水率均低于 0.05 公斤/分砂岩与页岩间磨擦系数 f=0.451.3 筑坝资料及施工动力、机械、劳动力情况：1.3.1 筑坝资料:当地材料勘测结果:砂：河砂 A，在坝址下游 35 公里处，颗粒较粗，其主要颗粒在 10.5 毫米间，d50=0.65mm,不均匀系数 =d 60/d30=21。砂均在正常河水位附近，含泥量均3.5%，沿河有公路可通。河砂 B：在坝址下游 20 公里处，粒径较小，d 50=0
16、.32mm,不均匀系数 =20。石料：有泥盆石英砂岩，位置见附图，蕴藏量 480 万方，平均覆盖层 2.5 米厚。岩石机械物理性质为：比重 2.65干抗压极限强度 1400kg/cm 2饱和抗压极限强度 1050 kg/cm 2经过 25 次冻融后抗压极限强度 1050 kg/cm 2土料：有粘土、沙壤土及山皮土风化料，其分布及储量见蓝图，其性质见下表：表 7 建筑材料性能表土壤名称土壤特性河砂 A 河砂 B 粘土 砂壤土 山皮土土壤干容重（吨/立方米） c 1.60 1.60 1.70 1.66 1.60空隙率 g n 0.45 0.42 0.35 0.38 0.398内摩擦系数（自然含水量
17、）f 0.60 0.55 0.35 0.30 0.60江宁河宁溪水利枢纽设计 7内摩擦系数（饱和含水量）f 0.60 0.55 0.24 0.28 0.50粘着力（公斤/平方厘米） C 0 0 1.00 1.00 0渗透系数 （厘米/秒） K 210-3 610-3 410-7 110-5 110-3天然含水量 % 20 17最优含水量 % 19 18 22.5压缩模量（公斤/平方厘米）E 120 100卵石：在本支流入干流河口处有卵石 80 万方，粒径在 120 厘米，质地良好，可做混凝土骨料。外来材料：水泥：水库下游珞城有一大水泥厂，可供给本工程以足量的水泥。钢筋：可取自珞城，其它钢材则由
18、千里之外之城市运来。木材：具工地 70 公里之专区，可大量供应。交通情况：本支流由于险滩阻隔，无法通行较大船，但有公路可达干流河口，而干流可通过大船直达珞城，与铁路相联系，很方便。1.3.2 施工动力、机械、劳动力情况：坝址下游 20 公里，有火电站，可供应足够的动力。施工可考虑半机械化：土料上坝、碾压可使用机械，砂料开采，混凝土的制作、运输、捣固、石料的加工可以使用机械化，土料的运输、石料开采、土料开挖、用人工或简单机械。当地民工比较多，尤以农闲时为甚，但技术工人则要从珞城调用。2 坝型选择2.1 枢纽等别和建筑物级别的确定为了贯彻执行国家的技术和经济政策，达到既安全又经济的目的，应该对水利
19、枢纽按其规模和效益的大小进行分等，对枢纽中的建筑物再按其作用和重要性的大小进行分级，并对不同级别的建筑物规定有不同的要求，根据中华人民共和国行业标准 SL252-2000 水利水电工程等级划分及洪水标准工 工 程 水 库 防洪 治涝 灌溉 供水 发电江宁河宁溪水利枢纽设计 8程等别规 模 总库容（10 8m3）保护城镇及工矿企业的重要性保 护 农 田 （10 4亩）治 涝 面 积 （10 4亩）灌 溉 面 积 （10 4亩）供 水 对 象 重要性装 机 容 量（10 4kw） 大（2）型101.0 重要 500100 20060 15050 重要 12030 中 型1.00.10 中等 100
20、30 6015 505 中等 305 小（1）型0.100.01一般 305 153 50.5 一般 51结合枢纽任务（发电、防洪、库容） ，考虑发电装机容量，枢纽为等;考虑防洪要求（保护中等城市） ，枢纽为等；考虑库容（最大为 9.99 亿立方米）枢纽定为等，综合考虑三者，枢纽定为等。根据表 2 永久性水工建筑物级别，本枢纽为等，其主要建筑物（大坝、溢洪道）属于 2 级，次要建筑物（导流墙、工作桥、护岸等）属于三级，临时性建筑物（围堰、导流隧洞等）属于 4 级。根据枢纽等别和建筑物级别，对照规范，见附录一表 3 山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准，确定设计洪水标准为 100 年
21、一遇，校核洪水标准为1000 年一遇。2.2 枢纽组成根据枢纽任务，本枢纽由挡水建筑物，泄水建筑物，发电建筑物和放空建筑物组成。2.3 坝型的初步选择坝址附近土料极少，可以首先排除土石坝。根据坝址地形图 3，假设坝顶高程为 350m，那么坝高约为 350-300=50m， （考虑基础开挖） ，而此时河谷宽度为 2500*28=70000cm=700m2500 为比例尺，28 为图上所测距离） ，即此时宽高比为 L/H=700/50=14，远远大于 4.5，拱的作用已经很小，故不江宁河宁溪水利枢纽设计 9能修建拱坝。对于碾压混凝土坝，由于考虑坝体泄洪，因此坝体泄洪设施和廊道等坝内结构较复杂又难以
22、避免，也一般不应用。大头坝比之重力坝 ，虽能克服材料不能充分利用的缺点，但施工复杂，同时还有抗震性差的缺点及侧向稳定和弹性稳定问题。对于堆石坝，堆石坝虽然对自然条件有广泛的适应性，可以就地取材，在经济上有较大的优越性，可以承受水头不大的坝顶漫流，但是堆石坝毕竟属于散粒体，对溢洪道的泄洪能力要求较高、泄洪设施的造价比重较大，导流问题比较难解决，所以也不宜修堆石坝。混凝土重力坝虽有坝体体积大，材料强度不能充分利用的缺点，但是同样优点也很明显：坝身可以开孔泄流，不需另建泄洪建筑物，导流方便，断面形状简单，混凝土浇筑简易，便于机械化施工，模板数量少，地基要求低，同时设计制造的经验比较丰富，工作可靠，使
23、用年限长，养护费用低。而且从材料来讲，本支流入河口有卵石80 万方，粒径 120，质地较好，可以作混凝土骨料，外来材料水泥、钢筋、木材等都很方便。 2.4 坝型的进一步选择宽缝重力坝施工复杂，本地技术人员不足，同时模板用量较大，且宽缝设置不好容易产生裂缝。空腹重力坝有也有施工复杂，钢筋用量较多的缺点。预应力重力坝也是如此。因此实体重力坝是最佳选择。2.5 主要建筑物的型式选择 2.5.1 泄水建筑物：首先，泄水隧洞是在山体中开凿的一种水流通道，可用于引水、排水、排砂、预泄洪水、施工导流，虽然隧洞比较节约地方，有时也可以“一洞多用” ，即导流、泄洪、放空、发电等综合利用一条隧洞，比较经济，但是它
24、也有不少工作特点 受力方 1面：山体开洞，围岩变形，需要支护 水流方面：不仅有外水压力，而且有内水压力， 2还存在高速水扰 施工方面，场地狭窄，工序多，干扰大，事故可能性大，加固检修 3困难，该地区坝址处为震旦纪砂岩，左岸风化较严重，地质条件并非很好，不太适宜修泄水隧洞。其次，河岸泄水道实用于两种情况坝型为土石坝，因为土石坝一般不允许坝身过水，多数情况是在地形较好的地方如垭口处修河岸泄水道来泄水。坝型为重力坝，但河谷狭窄，布置坝身泄水道有困难时。江宁河宁溪水利枢纽设计 10本工程坝型已选为重力坝，并且设大量泄洪要求，河谷也较宽阔，不需要采用河岸泄水道的形式。虽然在所选主坝址附近有一垭口，但在那
25、里修一土石副坝，在主坝处采用坝身泄水道更经济、更有效。2.5.2 电站建筑物：因坝址河段坡降并不大，不适宜用引水式厂房；水电站水头较大，流量不大，也不宜采用河床式厂房，综合考虑，用坝挡水，将厂房置于坝后，采用坝后式厂房。2.5.3 放空建筑物：放空建筑物是为了防洪和检修等目的要放空水库而布置的建筑物，有深孔、隧洞和涵管等。 隧洞因其施工量大，施工难度大，速度慢，施工场地狭窄，容易出现事故，且施工和材料的费用巨大，一般情况下尽量不采用隧洞的放空建筑物的形式，而且隧洞对地质条件要求较高，需要坚硬的地质条件下才能施工。 涵管一般用于土石坝中，它是将涵管埋在土石坝的河床底部，以避免高速水流冲刷，且涵管
26、费用较高，安装困难。本工程河床比较宽阔，经过初步估计能够布置下深孔放空建筑物和电站坝段，而且我们已经拟订了实体重力坝的坝型方案，重力坝中预留空洞，前期可作导流洞，后期作放空洞，这样是比较经济的。3 调洪演算：3.1 调洪演算的目的：无论在水库的规划阶段还是在已建水库的管理运用阶段,水库的调洪计算总是必须的.不过,由于不同阶或同一阶段所遇到的具体情况不同,其计算目的是不同的.水库在规划阶段,往往是根据水库的设计洪水,拟订若个泄洪措施方案,通过调洪计算,分别求出下泄洪水过程、防洪特征库容、特征水位、坝顶高程以及投资、效益等,然后在通过综比较,选择技术上可行且经济合理的水库、泄洪建筑物及下游防洪工程的规模和有关参数;而在水库的运用管理阶段,库容和泄洪建筑物的尺寸是定值,这时的调洪计算是根据某种频率的入库洪水或预报的入库洪水,在不同防洪限制水位时,求出水库的洪水位与最大下泄流量 Qmax,为编制防洪调度规程、制订防洪措施提供科学依据,既要尽可能满足下游防洪要求,又要保证水工建筑物的安全.
