沙溪口水電站設(shè)計(jì)及發(fā)電機(jī)層樓板設(shè)計(jì)-PAGE2--PAGE1-前言中文摘要沙溪口水電站計(jì)劃建在福建省南平市上游的西溪上，是閩江流域的一個(gè)梯級(jí)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。非溢流壩壩頂高程91.5m，上游面坡度為1:0.2，下游面坡度1:0.80，溢流壩堰頂高程77.62m。溢流壩段全長(zhǎng)320m，設(shè)有16孔溢流孔，每孔凈寬取為17.0m，沿主河槽宣泄絕大部分洪水。水庫(kù)正常蓄水位為85.50m，設(shè)計(jì)洪水位為88.00m，校核洪水位為88.50m，死水位為82.00m。電站設(shè)計(jì)水頭為16.44m，總裝機(jī)容量為300MW，安裝有4臺(tái)軸流式水輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)裝機(jī)容量為7.5MW。水輪機(jī)型號(hào)均為ZZ560-LH-850，轉(zhuǎn)輪直徑為8.5m，水輪機(jī)安裝高程66.10m，發(fā)電機(jī)層高程82.00m，取安裝場(chǎng)高程與發(fā)電機(jī)層同高。下游校核洪水位81.00m，主廠房頂高程為103.00m，廠房總長(zhǎng)156.5m，寬77.0m。220kV及110kV開(kāi)關(guān)站布置在尾水平臺(tái)右側(cè)。船閘閘室100m×12.5m×2.5m（長(zhǎng)×寬×最小水深），位于溢流壩左側(cè)。沙溪口水電站具備發(fā)電，航運(yùn)，過(guò)木等的綜合效益，是福建電網(wǎng)的骨干電廠。關(guān)鍵詞沙溪口水電站、河床式廠房、重力壩、溢流壩、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、抗滑穩(wěn)定性、揚(yáng)壓力、軸流式水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)AbstractShaxikouHydropowerStationispreparedtobuiltatXixistream,upstreamthecityofNanpinginFujianProvince.ItisoneofthecascadedevelopmentintheMinjiangriverbasin.Itisapowerhouseinriverchannel.ThemainstructuresofShaxikouHydropowerStationisconsistofoverflowspillwaydam,non-overflowspillwaydam,powerhouseandlock.Thedamsareconcretegravitydams.Theoverflowspillwaydamliesinthecentreoftheriverbed.Thepowerhouseliesontheright,andthelockislocatedontheleft.Thetopofthenon-spillwaydamisatanelevationof91.50meters.Theupstreamofthedamisvertical,thelowerslopedegreeis1:0.2,andtheupperslopedegreeis1:0.80.thecrestoftheweirisatanelevationof77.26meters.Theoverflowspillwaydamisabout320meterslongintotal,with16openingseachof17meterswide,dischargingmostofthefloodflowalongthemainriverchannel.Thenormalwaterleverofthereservoiris85.50meters,whilethedesignfloodwaterlevelofthereservoirreachesat88.00meters.Thecheckingfloodwaterlevelisabout88.50meters.Andthedeadwaterlevelisonly82.00meters.Thedesigncross-headis16.44meters.Theprojecthasatotalinstalledcapacityof300MW.Ithousesfouraxial-flowturbinescoupledwithgenerators75MWeach.ThetypeoftheturbineisZZ560-LH-850.Thediameteroftheturbineis8.50meters.Therunnersettingisatanelevationof66.10meters.Thegeneratorfloorisatanelevationof82.00meters.Anditisthesamewiththeserviceorerectionbay.However,thecheckingtailwaterleveris81.0meters.Thetopofthepowerhouseisatanelevationof104.6meters.Andthepowerhouseisabout156.5meterslongand77.0meterswide.220KVanf110KVswitchyardislocatedontheplatformattherightsideofdownstreamtailrace.Thelockwiththedimensionof100m×12.5m×2.5m(L×W×Min.waterdepth)islocatedontheleftsideofthespillway.ShaxikouHydropowerStationhasthecomprehensivebenefitsofgeneratingelectricity,shippingtransportation，navigationafloatingwoodsandetc..IthasaveryimportantpositionintheelectricitynetworkofFujianProvince.KEYWORDSShaxikouHydropowerstation，powerhouseinriverchannel，concretegravitydam，overflowdam，combinatory，hydro-generator，stabilityagainstsliding，upliftpressure，axialflowtypeturbine，structuredesignofgeneratorfloor，目錄TOC\h\z\t"畢設(shè)標(biāo)題1,1,畢設(shè)標(biāo)題2,2,畢設(shè)標(biāo)題3,3"前言 1目錄 3第一章水文地質(zhì)情況與樞紐布置 61.1流域概況 61.2水文氣象條件 61.3水庫(kù)地質(zhì) 91.4壩址工程地質(zhì)條件及壩軸線選定 91.5建筑材料 121.6綜合利用 131.7樞紐布置 13第二章 重力壩擋水壩段設(shè)計(jì) 142．1剖面設(shè)計(jì) 152．1．1壩頂高程 152．1．2壩頂寬度 162．1．3廊道的布置 172．1．4剖面形態(tài) 172．2壩體穩(wěn)定分析和應(yīng)力校核 182．2．1設(shè)計(jì)蓄水位時(shí)（一臺(tái)機(jī)組滿發(fā)） 182．2．2設(shè)計(jì)洪水位時(shí) 202．2．３校核洪水位時(shí) 23第三章重力壩溢流壩段設(shè)計(jì) 263．1溢流壩段孔口尺寸擬定 263．2溢流壩段剖面設(shè)計(jì) 273．2．1堰頂高程 273．2．2堰面曲線 283．2．3上游曲線 283．2．4反弧段半徑的確定 283．3壩體穩(wěn)定分析和應(yīng)力校核 283．3．1設(shè)計(jì)蓄水位時(shí)（一臺(tái)機(jī)組滿發(fā)） 293．3．2設(shè)計(jì)洪水位時(shí) 313．3．3校核洪水位時(shí) 34第四章消能建筑物設(shè)計(jì) 374．1戽角 374．2反弧半徑 384．3戽底高程和戽池長(zhǎng)度 384．4戽坎高度 384．5尾坎 38第五章水電站建筑物設(shè)計(jì) 395．1特征水頭的選擇 395．2水電站水輪機(jī)組的選型 425．２．１ZZ460水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇 42５．２．２ZZ560水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇 45５．２．３HL310型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇 495．3蝸殼和尾水管的計(jì)算 535．4發(fā)電機(jī)的選擇與尺寸估算 555．4．1水輪機(jī)發(fā)電機(jī)主要尺寸估算 555．4．2發(fā)電機(jī)外形平面尺寸估算 565．4．3發(fā)電機(jī)外形軸向尺寸計(jì)算 575．4．4發(fā)電機(jī)重量估算 575．4．5水輪機(jī)重量估算 585．4．6變壓器選擇及布置 585．5調(diào)速器與油壓裝置的選擇 585．5．1調(diào)速功計(jì)算 595．5．2接力器的選擇 595．5．3調(diào)速器的選擇 605．5．4油壓裝置 615．6廠房起吊設(shè)備的選擇 615．7主廠房各層高程及長(zhǎng)寬尺寸的確定 625．7．1水輪機(jī)組安裝高程 625．7．2尾水管地板高程和廠房基礎(chǔ)開(kāi)挖高程 635．7．3水輪機(jī)層地面高程 635．7．4發(fā)電機(jī)樓板高程和安裝場(chǎng)高程 635．7．5吊車梁軌頂高程 645．7．6屋頂面高程 645．7．7廠房總高 645．7．8主廠房平面尺寸的設(shè)計(jì) 645．8水電站副廠房布置 655．8．1位置的確定 655．8．2高程及平面尺寸的確定 655．9水電站廠房的穩(wěn)定計(jì)算 685．9．1正常水位運(yùn)行工況 685．9．1校核洪水運(yùn)行工況 715．9．2機(jī)組大修工況 72第六章專題——發(fā)電機(jī)層樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 736．1設(shè)計(jì)資料 736．2設(shè)計(jì)依據(jù) 746．4．1梁格布置 756．4．2各構(gòu)件截面尺寸初估 766．4板的計(jì)算 776．4．1荷載計(jì)算 776．4．2S1區(qū)樓板計(jì)算 786．4．3S3區(qū)樓板計(jì)算 816．4．4S4區(qū)樓板計(jì)算 836．4．5S6區(qū)樓板計(jì)算 846．4．6雙向板另一方向計(jì)算 866．4．7S2、S5、S7區(qū)樓板配筋 876．5非框架梁的計(jì)算 876．5．1L1梁計(jì)算 876．5．2L4梁計(jì)算 906．5．3L5梁計(jì)算 926．5．4L8次梁計(jì)算 956．5．5其余非框架梁配筋 976．5．6非框架梁裂縫寬度驗(yàn)算 976．5．7非框架梁撓度驗(yàn)算 986．6框架梁的計(jì)算 996．6．1KL1梁計(jì)算 996．6．2KL2梁計(jì)算 1046．6．4KL6次梁計(jì)算 1096．6．5其余框架梁配筋 1116．6．6框架梁裂縫寬度驗(yàn)算 1116．6．7框架梁撓度驗(yàn)算 1126．8構(gòu)造配筋設(shè)計(jì) 1136．8．1分布鋼筋 1136．8．2箍筋 1136．8．3腰筋及拉筋 1146．8．4鋼筋支座錨固長(zhǎng)度 1146．8．5分離式配筋 1146．8．6板與主梁及風(fēng)罩間附加鋼筋 1146．8．7小次梁配筋 1156．8．8主次梁間附加鋼筋 115結(jié)語(yǔ) 117第一章水文地質(zhì)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(jīng)福建省十四個(gè)縣市，與閩江北支建溪匯合于南平市。西溪全長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)253公里，地形更為陡峻，河道坡降高達(dá)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(nèi)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(cè)，解放前從1935年開(kāi)始，但站點(diǎn)少，資料斷續(xù)不全，精度較差。1952年起陸續(xù)增設(shè)雨量站，到1978年已達(dá)162處，平均158平方公里設(shè)有一個(gè)雨量站。蒸發(fā)量觀測(cè)都是解放后開(kāi)始，本流域共有16個(gè)觀測(cè)站。樞紐區(qū)所需的氣溫，濕度，水溫，風(fēng)向，風(fēng)力等氣象要素的統(tǒng)計(jì)，是利用距壩區(qū)下游14公里的南平站。水文測(cè)驗(yàn)：西溪最早于1938年7月在沙溪的沙縣。永安設(shè)站觀測(cè)水位和流量，1939年相繼在寧化清流設(shè)水位站。富屯溪以洋口建站最早，于1944年5月設(shè)立，其他各站點(diǎn)均在解放前增設(shè)。一般都有二十年以上的實(shí)測(cè)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(shí)測(cè)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(shè)站。1957年停測(cè)，1960年9月恢復(fù)策流至1966年12月撤消，1979年恢復(fù)觀測(cè)水位，汛期測(cè)流。花竹站是西溪控制站，是本水電站水文計(jì)算的主要依據(jù)站，但僅有9年實(shí)測(cè)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(wú)大支流匯入，為花竹站水文資料插補(bǔ)展延提供了良好的條件。天然河道水位流量關(guān)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(jí)開(kāi)發(fā)可能的官蟹，照口設(shè)水尺，觀測(cè)水位，至9月停測(cè)。壩址水尺與花竹站相關(guān)，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(guān)，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(yīng)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?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)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(guò)渡帶。降雨量地區(qū)分布有自東南向北遞增的趨勢(shì)。花竹以上流域?qū)崪y(cè)最小和最大年降水量在1236~2348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(fēng)西風(fēng)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(shì)，也是暴雨的主要成因，一般臺(tái)風(fēng)雨對(duì)本流域影響不顯著，但強(qiáng)臺(tái)風(fēng)與其他天氣系統(tǒng)相遇時(shí)，容易晾成洪患。3).氣象要素簡(jiǎn)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(shù)，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(shù)，全年平均為7.6天，以一月份出現(xiàn)的機(jī)會(huì)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(rùn)，壩區(qū)年平均相對(duì)濕度為79%，月平均最大達(dá)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(dá)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(lè)，清流，永安，沙縣六站觀測(cè)資料為計(jì)算的依據(jù)，根據(jù)1952~1978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(nèi)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(fēng)向風(fēng)力壩區(qū)年平均風(fēng)速僅為1.0秒米，全年各月東北風(fēng)占優(yōu)勢(shì)，定時(shí)最大風(fēng)速實(shí)測(cè)記錄大于20m/s，出現(xiàn)在1962年的6月，相應(yīng)的風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，發(fā)生大風(fēng)日數(shù)以7~9月的頻次較多。沙溪口大壩的設(shè)計(jì)最大風(fēng)速建議值采用25~30秒米。4).徑流本流域徑流形成至降水，花竹站具有1954~1956及1961~1966年實(shí)測(cè)資料，根據(jù)九年實(shí)測(cè)資料與上下游的沙縣，洋口，南平，七里街各站點(diǎn)的流時(shí)資料，建立了四種同期上下游年月平均流量的相關(guān)圖，經(jīng)比較得選用最大誤差較小，且較為簡(jiǎn)單的插補(bǔ)計(jì)算花竹站年月日平均流量，并將花竹站查補(bǔ)延伸而得1939到1978年間的40年徑流系列。考慮支池潭徑流系列較短，從1954年起才同步，故壩址多年平均流量采用花竹站1951~1978年流量系列計(jì)算得為778秒立方米，徑流模數(shù)為30.4萬(wàn)立方米/秒×平方公里。花竹站徑流年內(nèi)分配很不均勻，從一月遞增，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(dá)9倍，花竹徑流年內(nèi)分配可見(jiàn)見(jiàn)表1。表1-1花竹站徑流年內(nèi)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(nèi)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(jù)沙縣及洋口站1950~1978年實(shí)測(cè)資料進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)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4~6月，尤其以六月發(fā)生機(jī)會(huì)最多，每年五，六月份由于高空西風(fēng)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(lái)的暖濕氣流又加強(qiáng)，當(dāng)兩氣團(tuán)在流域上空交匯時(shí)，將形成靜止鋒，不僅降水持久且強(qiáng)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(tái)風(fēng)源地較遠(yuǎn)，東南面受博平等山脈的阻擋，一般臺(tái)風(fēng)對(duì)本流域的影響不大，若強(qiáng)臺(tái)風(fēng)與其它天氣系統(tǒng)相遇也將會(huì)造成洪災(zāi)。根據(jù)30年來(lái)的實(shí)測(cè)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(shí)一次可達(dá)5至10天，一般5至7天可以包括最大洪量，鋒型以C復(fù)峰及多峰居多。對(duì)于入庫(kù)的洪水，通過(guò)計(jì)算入庫(kù)洪峰與天然洪峰的相對(duì)增值在0.25%至1%之間，可見(jiàn)影響非常小，建議本水電站直接采用壩址設(shè)計(jì)洪水。壩址洪水過(guò)程線，考慮將沙溪與富屯溪的洪水相組合。6).泥沙壩址沒(méi)有實(shí)測(cè)的資料，考慮采用洋口與沙縣兩站實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙率多年平均值，經(jīng)過(guò)年徑流比推算，以洋口與沙縣兩站多年平均侵蝕模數(shù)綜合分析的成果比較推得壩址懸移質(zhì)年輸沙量約為0.094公斤/立方米。推移質(zhì)由于閩北地區(qū)無(wú)實(shí)測(cè)資料，可參照新安江羅桐埠站的分析成果，按懸移質(zhì)的30%進(jìn)行估計(jì)，推得多年平均總輸沙量為302萬(wàn)噸。1.3水庫(kù)地質(zhì)庫(kù)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(zhì)巖和燕山花崗巖體為主。庫(kù)區(qū)地層褶皺多呈復(fù)式，以向半構(gòu)造為主習(xí)峰期褶皺形態(tài)較復(fù)雜，次數(shù)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?gòu)埿浴Ｄ媳毕驍鄬樱瑒t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(kù)區(qū)群山環(huán)抱，地下分水嶺高于水庫(kù)設(shè)計(jì)蓄水位。庫(kù)岔中無(wú)碳酸鹽類巖石分布，故無(wú)滲漏之慮。礦產(chǎn)淹沒(méi)：未發(fā)現(xiàn)有工業(yè)價(jià)值的礦產(chǎn)，因此不會(huì)影響水庫(kù)的興建。庫(kù)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(jì)總計(jì)約數(shù)萬(wàn)立方米。此兩處距壩址約為7公里，縱使坍滑對(duì)電站也無(wú)影響。在綠水坑上游側(cè)2200米處，巖層有侏羅系有順坡向斷層構(gòu)成滑動(dòng)面。經(jīng)推算，認(rèn)為不論是現(xiàn)在或蓄水以后都應(yīng)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(jīng)過(guò)多次滑動(dòng)，已經(jīng)趨于穩(wěn)定，下部巖體風(fēng)化較發(fā)育，T4和附近巖體張開(kāi)松弛，拉裂，T4的緩傾角結(jié)構(gòu)面末出坡腳，高程80米以下的基巖出露與河庫(kù)風(fēng)華巖無(wú)露頭，片理結(jié)構(gòu)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(zhǎng)生脆性破裂，釀成嚴(yán)重滑坡。1.4壩址工程地質(zhì)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(gè)比較壩址，相距約500米，稱為上下壩址，選壩會(huì)議認(rèn)為：從地質(zhì)條件上比較，上下壩址無(wú)質(zhì)的差別，均可修建50米左右混凝土重力壩，相對(duì)下壩址好。并要求對(duì)下壩址兩岸壩頭穩(wěn)定條件及河庫(kù)傾角軟弱夾層分布和力學(xué)性質(zhì)作進(jìn)一步查明，以分析其對(duì)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(zhì)條件壩址地層是由石英片巖、長(zhǎng)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(zhǎng)英片巖組成。河床礁灘部分及右岸則為云母長(zhǎng)英片巖，夾石英片巖和云母片巖。巖性以石英片巖最為堅(jiān)硬，長(zhǎng)英片巖次之，云母片巖最軟，但其抗壓強(qiáng)度一般也有500kg/cm2。巖層走向?yàn)楸睎|向，傾向下游偏右岸。壩址位于鯉魚洲向斜的西北翼，構(gòu)造線以北東北北東為主，被向斜構(gòu)造多呈小型復(fù)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0.13~3.0米，規(guī)模最大的北西，北西西向F50斷層通過(guò)左河槽，寬為10~15米。斷層帶由膠結(jié)角礫巖壓碎巖組成，對(duì)工程地質(zhì)條件影響不大。F50斷層寬30米，需作防滲處理。左右岸均無(wú)深層滑動(dòng)可能，左岸控制其過(guò)坡穩(wěn)定的滑動(dòng)面的為片理面，在壩肩開(kāi)挖后，壩肩上下游局部地區(qū)片理面和順層撞壓帶，可能會(huì)引起邊坡失穩(wěn)。左岸各種巖面的穩(wěn)定坡角若坡高為20~30米，可用45~60°。右岸大部由全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化所組成，其穩(wěn)定坡角建議為40~45°。壩基下游不存在臨空地形條件，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有較緩傾角泥化層和貫穿河床的緩傾角結(jié)構(gòu)面，可以認(rèn)為基礎(chǔ)是穩(wěn)定的。壩基巖面屬于裂隙性的含水層，受構(gòu)造斷裂影響，方向性明顯，局部斷裂帶和斷裂影響帶為較嚴(yán)重的透水帶，經(jīng)推算得繞壩滲漏和壩基滲漏量約為500立方米/一晝夜，相對(duì)降水層的埋深不大。綜上所述，可認(rèn)為本壩址對(duì)于徑流式水電站來(lái)說(shuō)是比較理想的壩址。3壩軸線選定選定壩址后，對(duì)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(shí)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(shè)4線加密勘探，結(jié)果認(rèn)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(jiān)硬完整，可作為齒墻基礎(chǔ)，因此從地質(zhì)條件分析，認(rèn)為勘4線作為壩軸線是最合適的。4巖石物理力學(xué)性質(zhì)壩基各類巖石的室內(nèi)物理性能實(shí)驗(yàn)成果見(jiàn)表1—2表1-2巖石室內(nèi)物理性能的實(shí)驗(yàn)成果巖石名稱數(shù)量容重（g/cm3）比重吸水率（%）孔隙率（%）近似垂直面抗壓強(qiáng)度（kg/cm2）軟化系數(shù)實(shí)驗(yàn)組數(shù)干濕干濕石英片巖最大值最小值平均值2.742.722.732.742.732.742.782.762.770.810.720.531992717.21478.81358611.91078.20.860.610.768云母長(zhǎng)英片巖最大值最小值平均值2.732.692.712.742.702.722.82.762.720.240.810.521428.11157.71261.2993.2762.2909.40.780.660.727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(qiáng)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(qiáng)度值為296.7公斤/平方厘米。壩基是由三種巖性所組成的。在壩體結(jié)構(gòu)及裂隙發(fā)育程度并考慮軟化系數(shù)較低情況建議利用區(qū)內(nèi)巖石抗壓強(qiáng)度1/10，其值可表1—3。巖石與巖石，巖石與混凝土之間抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，選取河床微風(fēng)化~新鮮巖石，制備20×20×20厘米試樣確定，其成果可見(jiàn)表1—4。根據(jù)室內(nèi)單點(diǎn)法實(shí)驗(yàn)組，結(jié)合壩基得地形地質(zhì)條件分析，摩擦系數(shù)可采用算術(shù)平均值，乘上折減系數(shù)0.85，粘聚力建議可采用算術(shù)平均值的1/5，見(jiàn)表1—5。建筑物部位的分段混凝土/巖摩擦系數(shù)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20×104公斤/厘米2新鮮云母長(zhǎng)英片巖15×104公斤/厘米2新鮮云母片巖10×104公斤/厘米2表1-3壩基巖石承載能力列舉數(shù)值巖性建議數(shù)據(jù)（公斤/厘米2）垂直片理巖平面片理巖微風(fēng)化~新鮮的石英片巖10055微風(fēng)化~新鮮的云母長(zhǎng)英片巖9045微風(fēng)化~新鮮的云母片巖5010表1-4巖石室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成果表巖性實(shí)驗(yàn)條件抗剪組數(shù)算術(shù)平均值圖解法最小二乘法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(zhǎng)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(shù)偏大的成果表1-5巖石抗剪強(qiáng)度指標(biāo)建議值巖石名稱邊界條件建議值摩擦系數(shù)粘聚力（C）公斤/厘米2云母片巖巖/巖0.430.38云母長(zhǎng)英片巖巖/巖0.450.54云母片巖混/巖0.480.54云母長(zhǎng)英片巖混/巖0.500.6長(zhǎng)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(nèi)均有分布。1.涉沙凈沙料場(chǎng)，沙的質(zhì)量良好，初步估計(jì)儲(chǔ)量約為15~20萬(wàn)立方米，運(yùn)輸條件較好，可供工程前期施工時(shí)使用。2.二公里半道口采石場(chǎng)巖石為燕山早期花崗巖，無(wú)論質(zhì)量?jī)?chǔ)量均可滿足要求，唯需人工沙作實(shí)驗(yàn)論證。3.土料最優(yōu)開(kāi)采地段為下壩址的右岸，高程在120~170米左右，儲(chǔ)量為50~60萬(wàn)立方米以上，質(zhì)量可滿足圍堰施工強(qiáng)度要求。1.6綜合利用本工程以發(fā)電為站為主兼顧航運(yùn)過(guò)木，投產(chǎn)后將接入福建省點(diǎn)系統(tǒng)運(yùn)行。開(kāi)發(fā)本電站主要目的是適應(yīng)福建省工農(nóng)用電需要。沙溪口水電站位于閩北電網(wǎng)中心，電站開(kāi)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(chǎn)后，福建華東聯(lián)網(wǎng)，本電站負(fù)擔(dān)適當(dāng)?shù)恼{(diào)峰任務(wù)。有通航要求，估計(jì)近期過(guò)壩貨運(yùn)量為30~60萬(wàn)噸。木材過(guò)壩量1990年為20萬(wàn)立方米，2000年為50萬(wàn)立方米。毛竹500~600萬(wàn)株。要求樞紐設(shè)置船閘，滿足過(guò)木及通航要求。樞紐建成后，因水庫(kù)小無(wú)力承擔(dān)下游防洪任務(wù)，下游無(wú)灌溉要求。1.7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85.50m，設(shè)計(jì)低水位82.00m。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(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(guò)木過(guò)竹需要，設(shè)置較高通航能力的船閘。考慮河床式水電站樞紐布置特點(diǎn)，為保證洪水季節(jié)泄水安全迅速，保證水流流態(tài)平穩(wěn)，防止產(chǎn)生回流，初步將泄水建筑物即溢流壩布置在河床中間。經(jīng)綜合分析，確定了(Ⅰ).左岸船閘河床中部溢流壩右岸廠房布置方案，和(Ⅱ).左岸廠房河床中部溢流壩右岸船閘布置方案進(jìn)行比選。(Ⅰ).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30~50m之間，開(kāi)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500~600m之間，開(kāi)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，而將河床式廠房置于右岸，且右岸現(xiàn)有鐵路線沿河岸通過(guò)壩址，將廠房布置在右岸有利于利用鐵路在工程施工時(shí)建筑材料的轉(zhuǎn)運(yùn)及機(jī)電設(shè)備安裝時(shí)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)輸。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(kāi)關(guān)站初步布置于河道右岸裝配廠下游。(Ⅱ).左岸廠房中部溢流壩右岸船閘布置方案由于廠房布置在左岸原主河槽處，廠房施工時(shí)需開(kāi)挖土石方較第一種方案小，相對(duì)節(jié)省工程投資。但由于開(kāi)關(guān)站布置在河岸處，需要大量塊石護(hù)岸，所以廠房施工開(kāi)挖所產(chǎn)生的石料可用于開(kāi)關(guān)站地基鋪填，因此，在開(kāi)挖問(wèn)題上兩種方案實(shí)際工程費(fèi)用相差不大。綜上，初步設(shè)計(jì)采用(Ⅰ).方案，即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，消力戽消能。本工程按水利水電樞紐工程等級(jí)劃分設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定工程等別為二等，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)建筑物級(jí)別為四級(jí)。重力壩擋水壩段設(shè)計(jì)沙溪口水利樞紐河床較寬，初步選擇用重力壩擋水，由于重力壩壩體與地基的接觸面積大，受揚(yáng)壓力的影響也大。揚(yáng)壓力的作用會(huì)抵消部分壩體重量的有效壓力，對(duì)壩的穩(wěn)定和應(yīng)力情況不利，故需采取各種有效的防滲排水措施，以消減揚(yáng)壓力，節(jié)省工程量。沙溪口水利樞紐在洪水季節(jié)上下游水位均較高揚(yáng)壓力較大，初步設(shè)計(jì)壩型不能采用基本壩型剖面，需做一定調(diào)整。此外，沙溪口壩址處巖石抗剪性能較差，應(yīng)注意大壩的抗滑穩(wěn)定分析的研究。基本設(shè)計(jì)參數(shù)：a).水位。上游設(shè)計(jì)洪水位：88.00m；校核洪水位：88.50m；正常蓄水位（汛期限制水位）85.50m；下游設(shè)計(jì)洪水位：80.00m；下游校核洪水位：81.00m；正常蓄水位（一臺(tái)機(jī)組發(fā)電）：64.87m。b).壩底高程。壩底高程取未風(fēng)化巖石邊界開(kāi)挖線57.00m。c).材料重度。混凝土重度可由《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》取大體積混凝土結(jié)構(gòu)γ=24.0KN/,水的重度取γ=9.81KN/。d).巖石抗剪強(qiáng)度。由《沙溪口水電站基本情況簡(jiǎn)要說(shuō)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：壩頂高程▽=靜水位+Δh式中：Δh=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，可用hz=計(jì)算，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hl%由官?gòu)d水庫(kù)公式計(jì)算，得式中：hm——波浪高，當(dāng)=20～250時(shí)，為累計(jì)頻率5%的波高；當(dāng)=250～1000時(shí)，為累計(jì)頻率10%的波高； V0——計(jì)算風(fēng)速，m/s； D——風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，即吹程，可由壩前水域形狀確定，m；圖2—1沙溪口水電站吹程確定圖a).設(shè)計(jì)蓄水位情況：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%=2.32/1.90×hp5%=2.32/1.90×hm=1.79mhz==hc=0.5m則Δh=h1%+hz+hc=2.998m壩頂高程=正常蓄水位+Δh=85.5+2.998=88.5mb).校核洪水情況：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=H m/Hm=0.617/(88.5-64)=0.029由荷載設(shè)計(jì)規(guī)范查表得hp5%/hm=1.92,hp1%/hm=2.89所以hp1%=2.89/1.92×hp5%=2.89/1.92×hm=0.93mhz==hc=0.4m則Δh=h1%+hz+hc=1.713m壩頂高程=正常蓄水位+Δh=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(guò)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91.50m2．1．2壩頂寬度非溢流壩的壩頂寬度一般可取為壩高的8%~10%（即2.72~3.4），且不小于3m。由本水利樞紐非溢流壩壩高=91.5-57=34.5m可初步取壩頂寬度為4m，為了滿足設(shè)備布置和雙線交通的要求，最終選定壩頂寬度為10m。2．1．3廊道的布置壩體內(nèi)灌漿廊道上游壁到上游壩面的距離應(yīng)不小于0.05~0.10倍水頭，且不小于4~5m，取4m，寬度2.5~3m，取2.5m。高度3~4m，取3m。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2m，寬取1.5m。灌漿廊道距離基巖面距離不宜小于1.5倍底寬，即1.5×2.5=3.75m，取4m。2．1．4剖面形態(tài)因本水利樞紐壩址處泄洪時(shí)上下游水位較高，產(chǎn)生較大揚(yáng)壓力，而由《沙溪口水電站基本情況簡(jiǎn)要說(shuō)明》知巖石抗強(qiáng)度系數(shù)較小，所以不能按常規(guī)壩體設(shè)計(jì)，應(yīng)采用較為安全的方法確定剖面尺寸。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=91.5-57=34.5m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79.5m高程處。上游坡n=0.2，下游坡m=0.8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ΣW=24×0.5×4×20+24×10×34.5+24×1/2×18×22.5+24×1/2×18×22.5=14100kN/m↓ΣM=960×13.3+8280×7-4860×4=51288kN/m·m,逆時(shí)針上下游水壓力 上游水壓力 PX1=1/2×(85.5-57)2×9.81=3984.1kN→ PY1=9.81×(8.5+28.5)×4/2=725.9kN/m↓ 下游水壓力 PX2=1/2×(64.87-57)2×9.81=303.8kN/m← PY2=9.81×(64.87-57)2×0.8/2=243.0kN/m↓ΣM=-3984.1×9.5+725.9×14.36+303.8×2.623-243.0×13.90=-30753.5kN/m·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：α=0.25α=0.20α=0.50αH1=0.25×28.5=5.7mα2H2=0.5×7.84=3.92mΣU=[(28.5+5.7)×5/2+(5.7+3.92)×5/2+3.92×14+(3.92+7.84)×8/2]×9.81=2036.06kN/m↑ΣM=(-85.5×14.056-24.05×8.654+54.88×1+47.04×12.444)×9.81=-7550.5kN/m·m順時(shí)針浪壓力壩前水深Hm=28.5m≥lm/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+9.81×7.1×7.1/2=334.3-247.46=87.04kN/m→ΣM=-334.3×24.6+247.26×23.77=-2346.41kN/m·m順時(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（*）=ΣPC=1.0×3984.1-1.0×303.8+1.2×87.04=3784.7kN/m抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)==1.3=3∑W=1.0×14100+1.0×725.9+1.0×243.0-1.1×1304.1-1.2×769.1=12711.5kN/mkN/m/m滿足穩(wěn)定要求2．2．1.3應(yīng)力校核

水平截面上的邊緣正應(yīng)力=13032.84=10637.6kNB=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

自重由前計(jì)算得ΣW=14100kN/m↓ΣM=51288kN/m·m,逆時(shí)針上下游水壓力 上游水壓力 PX1=1/2×(88.0-57)2×9.81=4713.7kN→ PY1=9.81×(11+31)×4/2=824.0kN/m↓下游水壓力PX2=1/2×(80.0-57)2×9.81=2594.7kN/m← PY2=9.81×(80.0-57)2×0.8/2=2075.8kN/m↓ΣM=-4713.7×10.33+824.0×14.31+2594.7×7.67-2075.8×9.867=-37473.8kN/m·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)。圖2-2擋水壩段揚(yáng)壓力分布示意圖P1=P2=P3=P4=ΣU=(303.8+160.5)×5/2+(160.5+112.7)×5/2+112.7×14+(112.7+225.4)×8/2=1160.8+683.0+1577.8+1352.4=4774kN/m↑ΣM=-1160.8×13.76-683×8.646+1577.8×1+1352.4×12.44=-3476.17kN/m·m順時(shí)針浪壓力壩前水深Hm=28.5m≥lm/2=14.2/2=7.1m，為深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2-r0（Lm/2）2=87.04kN/m→ΣM=-2346.41kN·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（*）=ΣPC=1.0×4713.7-1.0×2594.7+1.2×87.04=2223.4kN/m抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)==1.3=3∑W=1.0×14100+1.0×824.0+1.0×2075.8-1.1×1843.8-1.2×2930.2=11537.8kN/m/mkN/m/m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=7991.6kN·m=12338.5kNB=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

自重由前計(jì)算得ΣW=14100kN/m↓ΣM=51288kN/m·m,逆時(shí)針上下游水壓力 上游水壓力 PX1=1/2×(88.5-57)2×9.81=4867.0kN→ PY1=9.81×(11.5+31.5)×4/2=843.67kN/m↓下游水壓力PX2=1/2×(81.0-57)2×9.81=2825.3kN/m← PY2=9.81×(81.0-57)2×0.8/2=2260.2kN/m↓ΣM=-4867.0×10.5+843.67×14.31+2825.3×8-2260.2×9.867=-38729kN·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=ΣU=(308.7+165.38)×5/2+(165.38+117.6)×5/2+117.6×14+(117.6+235.2)×8/2=1185.2+707.45+1464.4+1411.2=4950.25kN/m↑ΣM=-1185.2×13.75-07.45×8.641+1646.4×1+1411.2×12.444=-3202.2kN·m順時(shí)針浪壓力壩前水深Hm=31.5m≥lm/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)×3.55/2-9.81×3.55×3.55/2=22.86kN/m→ΣM=-84.68×30.07+61.82×29.63=-714.6kN·m順時(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（*）=ΣPC=1.0×4867.0-1.0×2825.3+1.2×22.86=2064.9kN/m抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)==1.3=3∑W=1.0×14100+1.0×843.67+1×2260.2-1.1×1892.65-1.2×3057.6=11454.6kN/m/mkN/m/m滿足穩(wěn)定要求2．2．3．3應(yīng)力校核

水平截面上的邊緣正應(yīng)力=8641.7=12253.6kNB=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溢流壩段孔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(qiáng)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(guò)壩面，避免產(chǎn)生振動(dòng)和空蝕。應(yīng)使下泄水流對(duì)河床不產(chǎn)生危及壩體安全的局部沖刷，不影響樞紐中其他建筑物的正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)洪水流量20500m3/s，校核洪水流量22500m3/s。有泄水空或其他建筑物分擔(dān)一部分泄洪任務(wù)，則通過(guò)溢流孔的Q為Q=Q-αQ0式中Q——通過(guò)樞紐下泄流量； Q0——通過(guò)泄水孔、水電站及其他建筑物的下泄流量； α——系數(shù)，正常運(yùn)用時(shí)取0.75至0.9，校核情況取為1.0。考慮沙溪口水電站發(fā)電用水（4Qmax≈2200m/s）及過(guò)船泄水和排沙孔泄水等影響，取Q0=3500m3/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=70m2/s。設(shè)計(jì)工況下，取α=0.8Q=20500m3/s則Q=Q-αQ0=20500-0.8×3500=18100m3/s校核工況下，取α=1.0Q=22500m3/s則Q=Q-αQ0=22500-1.0×3500=19500m3/s則溢流前緣總凈寬L=Q/q=19500/70=278.5m3/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(kāi)敞式溢流堰，則每空凈寬b=L/n=271.4/16=16.96m，取17.0m。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=16×17+15×3=317m。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基本相同，剖面除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求、穩(wěn)定要求和經(jīng)濟(jì)條件外，其外形尚需滿足水流運(yùn)動(dòng)的要求。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。其形狀應(yīng)具有較大的流量系數(shù)，泄流順暢，把面部發(fā)生空蝕。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2-2溢流壩剖面示意圖3．2．1堰頂高程由堰流公式，可得初擬m=0.49=0.92，則可列表計(jì)算如下：計(jì)算情況流量Q側(cè)收縮系數(shù)淹沒(méi)系數(shù)流量系數(shù)m堰上水頭H0堰上水深H堰頂高程設(shè)計(jì)情況181000.920.9910.4910.4210.3677.64校核情況195000.9209900.4910.9510.8877.62取兩種情況堰頂高程較小者，取77.62m。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77.62m，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上游曲線 上游曲線由曲線及直線段組成，曲線段由堰面曲線確定，直線段斜率取1：1。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)于戽流消能，反弧段半徑R與流能比有關(guān)，其中E——自戽底算起的總能頭，88.5-60=28.5m，q——單寬流量，為66m3/s，。由規(guī)范E/R與K的相關(guān)曲線查得E/R=2.4,則R=E/2.4=28.5/2.4=11.875m,則R=12m。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ΣW=476×17×24（堰重）+1255.8×3×24（墩重）+15×20×24（橋重）+20×9.81（機(jī)械設(shè)備中）=194208+90417.6+7200+196.2=292021.8kN↓ΣW/20=14601.1kN/mΣM=(194208×6.93+90417.6×2.2+7200×20.8+196.2×8)/20=84805.5kN·m,逆時(shí)針上下游水壓力 上游水壓力 PX1=1/2×(85.5-57)2×9.81=3984.1kN/m→ PY1=0下游水壓力 PX2=1/2×(64.87-57)2×9.81=303.8kN/m← PY2=γ0V=9.81×4.87×18=859.9kN/m↓ΣM=-3984.1×9.5+303.8×2.623-859.9×11.8=-47199.0kN/m·m順時(shí)針動(dòng)水壓力 由于設(shè)計(jì)蓄水位時(shí)開(kāi)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=ΣU=(279.59+69.90)×5/2+(69.90+38.60)×5/2+38.60×21.6+(38.60+77.40)×10/2=873.73+271.25+833.76+580=2558.74kN/m↑ΣM=-873.73×18.80-271.25×13.54-833.76×0+580×16.36=-10610.0kN/m·m順時(shí)針浪壓力壩前水深Hm=21.5m≥lm/2=14.2/2=7.1m，為深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2-r0（Lm/2）2=87.04kN/m→ΣM=-334.3×24.6+247.26×23.77=-2346.4kN/m·m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（*）=ΣPC=1.0×3984.1-1.0×303.8+1.2×87.04=3784.7kN/m抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)==1.3=3∑W=1.0×14601.1-1.1×1144.98-1.2×1413.76+1.0×859.9=12505.1kN/m/mkN/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=84805.5-47199.0-10610.0-2346.4=24650.1=12902.26kNB=41.6m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ΣW==292021.8kN↓ΣW/20=14601.1kN↓ΣM=(194208×6.93+90417.6×2.2+7200×20.8+196.2×8)/20=84805.5kN/m·m逆時(shí)針上下游水壓力上游水壓力 PX1=1/2×(88-57)2×9.81=4713.7kN/m→ e=10.33mPY1=0下游水壓力 PX2=1/2×(80-57)2×9.81=2594.7kN/m←e=7.67m PY2=γ0V=9.81×1/2×(2.38+20)×36.6=4017.7kN/m↓e=7.3mΣM=-58120.4kN·m順時(shí)針動(dòng)水壓力φ1=450φ2=350hc=←e=3m↓e=12.8mΣM=-9257.7kN/m·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=ΣU=(304.11+160.64)×5/2+(160.64+112.82)×5/2+112.82×21.6+(112.82+225.63)×10/2=1161.9+683.7+2436.9+1692.3=5974.8kN/m↑ΣM=-1161.9×18.56-683.7×13.44+2436.9×0+1692.3×16.36=-3067.8kN/m·m順時(shí)針浪壓力壩前水深Hm=24m≥lm/2=14.2/2=7.1m，為深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2-r0（Lm/2）2=87.04kN/m→ΣM=-334.3×27.1+247.26×26.27=-2555.1kN/m·m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（*）=1.0×4713.7-1.0×2594.7+1.2×87.04-1.1×64.6=2152.4kN/m抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)==1.3=3∑W=1.0×14601.1-1.1×738.4+1.0×4017.7-1.1×1845.6-1.2×4129.2=12445.8kN/mkN/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=11804.5=13382.4kNB=41.6m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ΣW==292021.8kN↓ΣW/20=14601.1kN↓ΣM=(194208×6.93+90417.6×2.2+7200×20.8+196.2×8)/20=84805.5kN/m·m逆時(shí)針上下游水壓力上游水壓力PX1=1/2×(88.5-57)2×9.81=4867.0kN/m→ e=10.50mPY1=0下游水壓力PX2=1/2×(81-57)2×9.81=2825.3kN/m←e=8m PY2=γ0V=9.81×1/2×(3.38+21)×36.6=4376.8kN/m↓e=6.91mΣM=-58744.8.4kN·m順時(shí)針動(dòng)水壓力 φ1=450φ2=350hc=←e=3m↓e=12.8mΣM=-10234.3kN/m·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=ΣU=(309.0+165.54)×5/2+(165.54+117.72)×5/2+117.72×21.6+(117.72+235.44)×10/2=1186.4+708.15+2542.8+1765.8=6023.2kN/m↑ΣM=-1186.4×18.55-708.15×13.44+2542.8×0+1765.8×16.36=-2636.8kN/m·m順時(shí)針浪壓力壩前水深Hm=24.5m≥lm/2=7.1/2=3.55m，為深水波則浪壓力為PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2-r0（Lm/2）2=22.86kN/m→ΣM=-84.68×29.57+61.82×29.13=-703.2kN/m·m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（*）=1.0×4867-1.0×2825.3+1.2×22.86-1.1×71.45=1990.5kN/m抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)==1.3=3∑W=1.0×14601.1-1.1×816.3+1.0×4376.8-1.1×1894.6-1.2×4308.6=12621.5kN/mkN/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=12486.4=13691.1kNB=41.6m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)力滿足要求第四章消能建筑物設(shè)計(jì)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戽池式消能方案，即在消力戽戽坎后增設(shè)一道尾坎，并在戽坎和尾坎之間按產(chǎn)生淹沒(méi)戽躍要求進(jìn)行必要開(kāi)挖，形成戽池進(jìn)行消能。池內(nèi)流態(tài)應(yīng)盡可能保持穩(wěn)定的“三滾一浪”流態(tài)，保證消能效果。圖4-1消力戽消能工尺寸及池內(nèi)流態(tài)示意圖4．1戽角根據(jù)已建工程經(jīng)驗(yàn)，戽角過(guò)大將造成過(guò)高涌浪，從而下游將產(chǎn)生過(guò)大水面波動(dòng)，使下游岸坡和河床造成較大沖刷，而戽角過(guò)小消力戽內(nèi)表面旋滾會(huì)趨于沖出戽外，易出現(xiàn)潛底混合流態(tài)，從而達(dá)不到最佳消能效果。經(jīng)多方面比較選擇戽角為35。4．2反弧半徑由《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)于戽流消能，反弧段半徑R與流能比有關(guān)，上式中E為自戽底算起的總能頭，E=88.5-60=28.5m，q為單寬流量，取設(shè)計(jì)洪水位時(shí)泄洪的單寬流量66m3/s，則,由規(guī)范E/R與K的相關(guān)曲線查得E/R=2.4,則R=E/2.4=28.5/2.4=11.875m,則R=12m。4．3戽底高程和戽池長(zhǎng)度為保證下泄各級(jí)洪水流量時(shí)均能產(chǎn)生穩(wěn)定的淹沒(méi)戽流流態(tài)，戽底高程取60m，但下游河床右岸為灘地，高程62m到65m，僅左岸低于60m高程。因此，要穩(wěn)定出流，坎后高程高于60m時(shí)需經(jīng)開(kāi)挖到此高程。為保證三滾一浪均在消力戽戽底和坎后戽池范圍內(nèi)，根據(jù)其他水利樞紐經(jīng)驗(yàn)，選用戽池長(zhǎng)度40m。4．4戽坎高度在以上反弧半徑和戽角確定的情況下，戽坎高度由下式求得,4．5尾坎尾坎頂高程較低，將使戽池內(nèi)形不成淹沒(méi)戽流流態(tài)，因此不能取的過(guò)小，本電站尾坎頂高程選擇64.0m。消力池具體尺寸見(jiàn)溢流壩橫剖大圖及樞紐平面布置大圖所示。第五章水電站建筑物設(shè)計(jì)水電站建筑物的尺寸是由水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的主要尺寸來(lái)決定的，初步設(shè)計(jì)要首先選擇水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的型號(hào)，確定其安裝高程。機(jī)組臺(tái)數(shù)型號(hào)選定后，先擬定廠房下部塊體結(jié)構(gòu)布置，并估計(jì)以上各層的各種要求，訂出主廠房各層及副廠房的高程及布置。5．1特征水頭的選擇裝機(jī)容量：N=30萬(wàn)kw，單機(jī)容量（機(jī)組臺(tái)數(shù)4臺(tái)）7.5萬(wàn)kw。設(shè)計(jì)洪水位88.00m，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20500m/s時(shí)的下游水位為80.0m，則此時(shí)水頭為8.00m。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22500m/s時(shí)的下游水位為80.0m，則此時(shí)水頭為7.50m。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Q～N關(guān)系曲線。Q=1900m/sZ下=67.06mH=18.44mN=295.60MWQ=2000m/sZ下=67.16mH=18.34mN=309.47MWQ=2100m/sZ下=67.26mH=18.24mN=323.17MWQ=2200m/sZ下=67.34mH=18.16mN=337.08MW由圖得正常蓄水位，四臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)Q=1935m/s,對(duì)應(yīng)H=18.38m,Z下=67.12m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Q～N關(guān)系曲線。Q=420m/sZ下=64.86mH=20.64mN=73.14MWQ=430m/sZ下=64.88mH=20.62mN=74.81MWQ=440m/sZ下=64.90mH=20.60mN=76.47MWQ=450m/sZ下=64.92mH=20.58mN=78.14MW由圖得正常蓄水位，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)，Q=431m/s,對(duì)應(yīng)H=20.63m,Z下=64.87m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Q～N關(guān)系曲線。Q=2300m/sZ下=67.42mH=14.58mN=282.93MWQ=2400m/sZ下=67.48mH=14.52mN=294.01MWQ=2500m/sZ下=67.56mH=14.44mN=304.58MWQ=2600m/sZ下=67.66mH=14.34mN=314.58MW由圖得設(shè)計(jì)低水位，四臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)，Q=2460m/s,對(duì)應(yīng)H=14.45m,Z下=67.55m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Q～N關(guān)系曲線。Q=510m/sZ下=65.08mH=16.92mN=72.80MWQ=520m/sZ下=65.12mH=16.88mN=74.06MWQ=530m/sZ下=65.20mH=16.80mN=75.12MWQ=540m/sZ下=65.24mH=16.76mN=76.36MW由圖得設(shè)計(jì)低水位，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)，Q=529m/s,對(duì)應(yīng)H=16.80m,Z下=65.20m由以上水頭值可得：最大水頭H=20.63m最小水頭H=14.45m加權(quán)平均水頭為H=H1×50%+H×30%+H×20%=18.38×0.5+20.63×0.3+14.45×0.2=18.27m(其中H1為正常蓄水位四臺(tái)機(jī)組滿發(fā)時(shí)的水位)設(shè)計(jì)水頭H=0.9H=16.44m5．2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：ZZ460，ZZ560，HL310四種型號(hào)，下面進(jìn)行選型比較計(jì)算。5．２．１ZZ460水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇1）轉(zhuǎn)輪直徑D1D1=式中：Nr——水輪發(fā)電機(jī)額定出力（kW）Nr=7.5/0.97=7.732萬(wàn)kwHr——設(shè)計(jì)水頭（m），取16.44m。——設(shè)計(jì)流量（m3/s），它是限制工況下的Q1p值查表3-7得1.75m3/sη——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6%，限制工況下的模型水輪機(jī)的效率為=79.0%，+η=85.0%。代入計(jì)算得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==55.09r/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，P=50。3）效率及單位參數(shù)的修正=0.195m,=15.0m,=9.0m,H=16.44m,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+2066.079.683.684.782.881.278.878.987.389.890.589.388.386.8-8.04.2ZZ460水輪機(jī)最優(yōu)工況的模型效率為=85.0，由于最優(yōu)工況接近于等轉(zhuǎn)角線，故采用=4.8作為修正值，從而原型最高效率為=85.0+4.8=89.8限制工況的=79.0，=1750L/s，則=10~15，由內(nèi)插得=6.1，從而該工況下原型水輪機(jī)效率=79.0+6.1=85.1與假定值85.0%相近。4）單位轉(zhuǎn)速、單位流量的修正n’1=n’10M（-1）Q’1=Q’10M（-1）式中：n’10M——模型水輪機(jī)最優(yōu)工況下的轉(zhuǎn)速值（r/min）。Q’10M——模型水輪機(jī)最優(yōu)工況下的流量值（m3/s）。n’1/n’10M=-1=-1=2.78%<3%Q’1/Q’10M=-1=-1=2.78%<3%所以單位轉(zhuǎn)速、單位流量均可不加修正。5）水輪機(jī)的流量Q’1max===1.715m3/s則水輪機(jī)最大引用流量為：Q’max=Q’1maxD12=1.715×9.02×=563.25m3/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4Q’max=4×563.25==2253.0m3/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：1maxnD1/=60×9.0/=142.06r/min1minnD1/=60×9.0/=118.89r/min1rnD1/=60×9.0/=133.18r/min在ZZ460水輪機(jī)模型綜合特性曲線上繪出Q’1max=1.715m3/s，1max=142.06r/min，1min=118.89r/min的直線，其所圍的區(qū)域?yàn)樗啓C(jī)的工作區(qū)域，圖中陰影部分基本上包括了該特性區(qū)域的高效區(qū)。圖5-5ZZ460轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線7）吸出高度HsHs=10–▽/900–(σ+σ)H式中：▽－－水輪機(jī)安裝高程（m），取65.0m。σ－－氣蝕系數(shù)，由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況參數(shù)n’1r=133.18r/min，Q’1M=1.715m3/s查ZZ460水輪機(jī)模型綜合特