河床式水电站设计指南.doc
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1、H河床式水电站毕业设计一、设计任务根据已定的坝轴线与河床式左岸厂房布置方案,进行下述内容的分析与计算:1、水轮机选型,确定机组尺寸,进行蜗壳、尾水管水力计算,选择水轮发电机组;2、挡水坝和溢流坝剖面设计,按左岸厂房布置方案进行枢纽总体布置;3、进行河床式厂房主厂房的设计,确定主要尺寸与结构形式,并进行内部设备与结构布置;4、对所选用的施工导流方案进行分析和必要的论证;5、设计说明书1份,要求章节分明,文理通顺,字迹工整,内容应包括:进行这部分设计所采用的资料、考虑过的问题、论述处理这些问题的依据、主要成果的论述与分析。说明与计算书内应有计算数据、分析论证与必要的图表、具体计算过程;6、设计图4
2、张,要求图面饱满,绘制清晰而准确,尺寸齐全。第1张内容为设计的枢纽布置图,包括有挡水坝、溢流坝及厂房的横剖面图;第2、3、4张包括水电站厂房纵、横剖面及不同层的平面布置图、发电机层楼板布置图。二、基本资料(一)、流域概况与气候条件1、流域概况该水电站位于S河流的上游,电站坝址以上的流域面积为20 300km2,其上游38km处的水库末端为一个多年调节电站B电站。本电站属于该河流梯级电站中的一个。B电站10%频率的洪水泄量为5 250 m3/s,3.3频率的洪水泄量为6 000 m3/s,1%频率的洪水泄量为6 900m3/s,0.1%频率的洪水泄量为9 950 m3/s,保坝洪水泄量为17 0
3、00 m3/s。B电站到本电站之间的流域面积为1 300km2,有两条较大的支流汇入:第一条支流控制流域面积534 km2,第二条支流控制流域面积456km2。此二大支流占全区间面积的76%,且流经山谷之中,河道的平均比降6左右。流域内为山林区,植被尚好。由于两支流长度相近,暴雨后的洪水集流较快,区间流量较大。H电站地区流域概况图见图3-3。2、气候条件本电站处于高寒地区,冬季较长,积雪较深,夏秋季多雨。坝址处年降雨量变化在6001 100mm,多年平均雨量为854mm。夏秋季(69月)雨量约占全年雨量的60%70%,年蒸发量,变化在8501 174mm。从现有气象观测资料中统计,坝址处多年平
4、均气温为3,最低气温36.5,最高气温38(见表3-17),最大风速22.3m/s(风向西北),此时水库吹程4.6km。电站所处河段冰期较长,一般在10月中旬开始见冰,11月上旬开始流凌,11月下旬开始封冻,到次年4月上旬开江,4月中旬进入无冰期,整个冰期可达56个月。(二)、水文站与径流资料坝址附近有一水文站,位于坝址下游2km处,1936年建站,1945年1950年缺测,新中国成立后继续观测。上游的B电站水文站位于本电站坝址上游约38km处,1957年建站,一直连续观测。B水电站至本电站区间各支流均未设站进行观测。因此,区间的洪水参图3-3 S河上游流域概况图表3-17 坝址处气温统计表
5、(单位:)月份平均最高最低1月-19.24.0-36.52月-15.312.0-31.73月-5.419.0-28.64月4.927.0-10.85月13.131.6-10.86月17.633.03.07月31.637.09.48月21.037.00.89月13.036.0-2.010月5.327.0-12.011月-5.516.1-24.012月-15.28.5-33.5全年3.038.0-36.5数主要根据邻近地区河流的水文观测资料综合分析得出。由于B电站水库已经蓄水发电,本电站的天然来水将被调节,其年月径流主要是根据B电站水库调节后的径流和B电站坝址至本电站坝址区间的径流叠加而成。B电站
6、水文站的年月径流资料经插补延长可得1933年以来约40余年的径流系列,其多年平均流量为239m3/s。本电站的年月径流资料经插补延长亦可得到40余年,其多年平均径流量为258 m3/s。B电站至本电站间未进行过专门水文观测,仅有干流两站1957以后同步对应的观测资料,区间的径流由两站相减而得。(三)、设计洪水分析成果本水电站的设计洪水重点是研究区间的设计洪水。由于该区间未进行水文观测,而由上下游站相减所得的洪水资料精度太差,因此采用地区综合分析法,在本流域附近选用了六个参证站,进行统计分析,从而得出区间的洪水参数与设计成果,详见表3-18。表3-18 B电站至本电站区间设计洪水成果表项目各种频
7、率(P%)及对应流量值0.010.020.10.20.330.5123.351020洪峰流量4840445034503040274025002110172014601220872540三天洪量2.712.552.121.941.811.701.521.331.21.080.880.68注: 流量的单位为:m3/s,洪量单位:108m3。三天流量的均值为0.45m3/s,Cv=0.72,Cs/Cv=2.0。造成本电站以上流域的特大暴雨天气系统,主要是北上台风。其暴雨特点是降雨历程短,暴雨集中,强度较大,主要降雨历时集中在24h内。区间的洪水一般集中在3d内,因此设计洪水过程线以3d洪量为控制。根
8、据本电站暴雨洪水季节分布特点和施工情况,确定分期洪水为汛前期(4月15日7月15日),大汛期(7月15日9月15日),大汛后(9月15日封冻时)三个时段。施工洪水的计算方法与大汛期设计洪水相同,也是采用临近站作为参考综合分析出区间的施工洪水,其成果见表3-19。表3-19 分期洪水成果表时段4月15日7月15日9月15日封冻时P %5102051020Qp(m3.s-1)3082612081047757(四)、工程地质条件省地震局在本电站的地震基本烈度报告中认为,该电站靠近地震活动带,历史和近期均有地震发生,现今地震活动频繁,该区具有一定的发震构造条件,认为本电站地震烈度以7度为宜。水库两岸山
9、体雄伟高峻,无低凹哑口和单薄分水岭。构成库区的主要岩石为前震旦纪结晶岩类和少量后期穿插的岩层,均系不透水岩石。两岸玄武岩和地下水位分布高程均高于正常水位,故水库蓄水后无永久性渗漏的可能性。库区河谷狭窄,库边一般为基岩河岸,第四纪覆盖不厚,植被茂密,不致产生大的坍岸,固体径流来源有限。坝区河谷呈U形,河谷底宽300400m,平水期河床宽170m左右,水深12m。两岸分布有不对称的漫滩与阶地,谷坡2035。两岸山顶为玄武岩台地,比河床高200m250m左右。坝址上游右岸漫滩长约600m,宽约80m,高出江面水位0.51m。左岸漫滩宽约50m左右,一级阶地宽6070m,比河床高713m,阶面平坦,延
10、伸至上游250m左右趋于尖灭。构成坝区的主要岩石为前震旦纪混合岩,中生代岩脉穿插在其中,第四纪主要分布在河谷及两岸山体上。混合岩:灰白色,由伟晶质脉体和基体熔合而成。脉体成分有石英、钾长石、斜长石、黑云母等。基体由原岩黑云母片岩、斜长角闪岩组成。混合岩风化程度较低,岩石致密坚硬,抗风化能力强,但基体抗风化能力较差。中生代岩脉多次侵入,分布密度和变化均较大,主要有以下岩类:花岗岩(包括斜长花岗岩、花岗斑岩):此类岩石为坝区分布最多的岩脉,宽度一般210m,个别宽达3040m,一般为浅肉红色,主要矿物成分有正长石、斜长石、石英及角闪石、泥石等。斑状粗细粒结构(斑晶为正长石、斜长石等),块状结构构造
11、,岩石性脆易碎,单块岩石致密坚硬,抗风化能力强。花岗岩闪长岩:浅肉红色,中细粒花岗结构,块状结构构造,主要矿物成分有斜长石、角闪石、石英和黑云母等。煌斑岩:灰绿色或灰黑色,主要为细粒结构,略呈斑状,斑晶大部分为角闪石及少量辉石,基质以斜长石为主。暗色矿物多已蚀变成绿泥石化和碳酸盐化,岩石致密坚硬,脉细而密,穿插于上述岩石之中。第四纪坡残积层覆盖于两岸山坡,主要由亚砂土夹碎石和富含腐植质的表土组成,一般厚度15m,最厚者大约为1011m。构成左岸阶地的冲积层由上部的粉细砂(厚约15m)和下部砂砾石(厚度47m)组成。河床冲积的砂砾石层厚度为14m。主要岩石的物理力学性质,以及室内岩石与混凝土摩擦
12、试验结果见表3-20与3-21。坝区岩石经受多次构造运动作用,断层、裂隙、岩脉均较发育。混合岩片理方向变化不大,但总的走向近北东东向,倾向西北,倾角变化较大,一般为6070。坝区断层方向主要有三组,最发育的为走向北东520,以F6为代表,是斜穿河床通过坝基的断层,倾向下游,倾角一般为6085,有近水平与高角度两组擦痕为逆平推断层,宽度达915m,坝基部位宽度为1011m,该断层与坝线约成30锐角相交,通过坝基长约55m左右。断层是由23条0.30.8m宽的断层泥和片状、砂砾状、角砾状夹层表3-20 室内岩石与混凝土摩擦试验成果汇总表岩石名称剪切面性质指标名称项目混凝土/岩石抗剪强度摩擦系数tg
13、f剪 应 力 / kPa681012混合岩半风化粗磨面组 数5555算术平均值51.068.885.0104.40.86小值平均值45.064.070.096.00.76最 小 值45.056.070.090.00.70微风化细磨面组 数5555算术平均值54.054.475.4106.80.83小值平均值45.049.367.384.00.67最 小 值42.048.060.084.00.60表3-21 岩石物理力学性质试验成果汇总表岩石名称 指标计算值重度/(kN.m-3)重度/ (kN.m-3)孔隙率吸水率抗压强度/MPa烘干饱和烘干饱和冻后混合岩半风化组 数5555535算数平均值26
14、.826.827.40.950.19117.6119.2小值平均值26.426.427.00.360.17107.6100.1新鲜组 数22112221算数平均值27.427.427.51.090.14129.597.0128.8花岗岩半风化组 数33223131算数平均值25.926.226.93.710.73169.7161.650.8新鲜组 数22222222算数平均值26.026.227.14.060.70178.9169.1162.3煌斑岩半风化组 数22222算数平均值26.826.927.70.38131.4泥等物质组成的断裂破裂带,在深部仍胶结不好,虽系高角断层,对坝基变形及抗
15、滑稳定仍造成不利的影响。坝基岩石透水性微弱,坝下渗漏量极小。但由于渗透而产生的压力对坝基稳定将有一定的影响。根据岩石的渗透性质,一般在25m深以上单位吸水量大于0.03l/m.min,因而建议帷幕深度一般不小于2025m(由坝基岩面算起);对断层破碎带部位,帷幕应考虑适当加强。坝基范围内虽为抗风化的岩石,但由于构造复杂,断层、岩脉众多,纵横交错,节理发育。从钻孔中看,几乎是孔孔见岩脉、小断层和小破碎带,使岩体失去完整性,岩石风化程度相差悬殊。对坝区结合工程情况,将岩石风化状态分为全风化、半风化与新鲜岩石三类。坝基各地段岩石的风化深度参见表3-22。表3-22 坝基各地段岩石的风化深度表 (单位
16、:m) 地段风化状态左 岸山 坡左 岸阶 地河 床右 岸备注覆 盖 层6124.5110.540.55.5岩石风化深度从地面算起全风化岩石6.514614.50.551.78半风化岩石18211221613712.5从岩石的风化状态和岩石的强度来分析,作为高约40m的混凝土重力坝,建基面在半风化岩石的下部是可以的。这里所指的半风化岩石下部作为建基标准是要求岩石要具有一定的强度并较完整,节理裂隙基本无泥,通过固结灌浆岩石的完整性能得到显著改善。建议开挖深度从地面算起:右岸57m,河床45m,左岸阶地10m左右,左岸山坡1012m。参照已有的试验成果,结合本电站坝坡构造和岩石状态,建议坝基F6断层
17、以右,混凝土与半风化岩石摩擦系数采用0.65, 断层以左采用0.6,F6断层带采用0.45。(五)、建筑材料勘探了四个砂砾石料场,分别为加级河、加级河口、坝上、桥下江心料场,均为A2级精度,共计勘探储量149104m3。各料场质量均能满足要求,储量情况详见表3-23。这些料场分布在坝址上下游0.54km范围内,运输条件好。但这些料场地下水位较浅,一般均需水下开采,开采条件较差,洪水期间易被淹没。以上几个料场,加级河与加级河口两个料场,粗骨料中含玄武砾石较多,加级河料场砂子含泥量偏大,其它质量均能满足技术要求。坝下9km处的万良河料场可作为补充料场。土料场位于坝下34km,已做B级勘探,质量、储
18、量均可满足要求。表3-23 料场分布情况料场类型砂 砾 石 料土料料场名称坝上桥下江心加级河口加级河万良河本电站勘探级别A2A2A2A2A2B产地面积/(104m2)3.48.73.630.5892.026.0产地位置与距坝址距离坝上右岸滩地,距坝址0.5km坝址下游江心,距坝址约3km坝下左岸滩地,距坝址约3km坝下游左岸支流加级河,距坝址4km坝下游左岸支流万良河,距坝址9km坝下游右岸桥下阶地上,距坝址45km无效层平均厚度/m00.660.140.870.860.90有效层平均厚度/m3.712.862.863.232.252.40无效层储量/(104m3)07.640.0526.58
19、78.2有效层储量/(104m3)13.0126.5810.04100.0415.662.4水上储量/(104m3)05.501.1622.050.3水下储量/(104m3)13.0121.088.8878.0365.3产地概况系江边滩地,洪水期被淹没,需水下开采。质量较好,距坝址较近,交通运输方便,但位于坝上库内,需早期开发。系江心滩地,洪水期被淹没,大部分需水下开采。质量较好,交通运输条件好。系江心滩地,洪水期被淹没,需水下开采。局部砂砾表面含少量铁锈,交通运输条件好。河口滩地与阶地,阶地覆盖亚砂土或亚粘土,地下水埋藏较浅,大部分需水下开采,洪水期被淹没。场地开阔,均系耕地,砂子粘土杂质偏
20、大,运输条件好。系河口滩地与阶地,覆盖较厚。地下水埋藏较浅,基本上需水下开采。场地开阔,耕地面积大,交通运输条件好。场地开阔,开采条件好,储量大。天然含水量大,平均32.345%,粘土颗粒含量高,属砂质粘土。交通运输条件好。(六)、水利动能本电站的主要任务是发电。结合水库特性、地区要求可发挥养鱼等综合利用效益。电站建成后将同B水电站一起并入东北主网运行,担任系统调峰、调相及少量事故备用。水库下游河段内,无防洪要求,加上本电站库容小,不承担下游防洪任务。本地区对工农业用水、航运、过木、过鱼等均无要求。水库蓄水后提供了发展渔业的有利条件,需重点清库以利捕捞。B电站至本电站河段,河谷狭窄,沿江两岸无
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