某水电站枢纽布置设计

摘 要：勐乃水电站位于云南省槟榔江上, 开发任务为水力发电。本设计中大坝选定为混凝土重力坝，最大坝高为45.5m，坝轴线总长为161m。本枢纽的主体工程由非溢流坝段、溢流坝段、进水口坝段及其建筑物组成。非溢流坝主要是确定基本剖面，然后校核坝基面抗滑稳定和坝体强度是否满足要求，溢流坝主要确定了堰顶高程、孔口尺寸及堰面曲线，验算溢流坝段的泄流能力，并对底流消能做了设计。排架柱是设计深入部分，主要确定了柱的截面尺寸并对柱进行合理的配筋。另外，还对坝体的一些细部构造进行了设计。

Abstract: Mongnai power station is on the section of the Bing lang Jiang in Yunnan Province，development

tasks for the hydro-electric power The type of the Dam is concrete gravity dam. The largest dam height is 45.5m, the total length of dam is 161 m. The main part of this project is the non-overflow dam, the spillway, the intake section and their ancillary buildings. The non-spillway dam is usually used to affirm the fundamental cutaway section, and then check the dam foundation and dam stability against sliding surface meets the requirements of strength. The spillway dam mainly takes a main part in the process of identifying the top elevation weir, the size of the dam and the weir curve, reaffirming the leaking stream capability. It also makes a solution about how to get rid of the energy dissipation at the bottom. The Bent column which affirms the size of its cross section dimension and matches proper tendon with it is the deep part of the design. In addition to these, it also makes some design in detailed structures.

关键词：混凝土重力坝，非溢流坝，溢流坝，进水口，排架柱。

Keywords：Concrete Gravity Dam，Non-spillway dam，Spillway，inflow orifice，Column bent.

点评评语： 本设计采用AutoCAD绘图、Word编写设计说明书和外文资料译文，工作量饱满、内容规范系

统，达到了毕业设计阶段的相应深度和较高水平。设计成果反映出该生查阅所需文献资料及综合运用所学知识的能力较强，成果中的英文资料翻译较为流畅，设计说明书格式规范，逻辑清晰，计算公式引用准确。图纸的布局合理、截面选择恰当、质量较高，是一份优秀的毕业设计。 （点评教师： ）

1 工程设计资料

槟榔江为大盈江右岸一级支流，槟榔江勐乃水电站位于盈江县盏西乡境内的槟榔江中下游河段，电站距盈江县城88km，距昆明市786km。

槟榔江流域面积2310.69 Km2，全长120.2Km，河道平均比降6.82‰。槟榔江勐乃水电站坝址控制流域面积1086.4km2，多年平均流量65.0m3/s、多年平均径流量20.5亿m3。设计引用流量107m3/s。

图（一） 槟榔江勐乃水电站坝址设计洪水成果表（单位：m3/s） 项目 频率（％） 0.1 0.2 0.5 1 2 724 3.33 690 5 587 10 406 20 324 坝址流量 1474 1300 1072 898

因槟榔江勐乃水电站的坝址及厂址位置很接近，厂址径流面积为1086.4km2，厂址的洪水成果直接移用坝址的洪水成果。

勐乃水电站正常蓄水位1053m以下库容893.18万m3，死水位1033.5m，死库容221.57万m3。挡水建筑物最大坝高不超过50m，电站装机容量不超过25MW。根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）和《小型水力发电站设计规范》（GB50071-2002）规定，本工程为Ⅳ等小⑴型

工程。

主要建筑物（挡水建筑物、泄洪建筑物、引水发电建筑物）为4级。次要建筑物为5级。临时性建筑物为5级。混凝土坝设计洪水标准：30年一遇。混凝土坝校核洪水标准：200年一遇洪水。厂房设计洪水标准：30年一遇洪水。厂房校核洪水标准：100年一遇洪水。下游消能防冲洪水标准：20年一遇洪水。

2.枢纽布置设计

本工程是以发电为主的综合利用工程，溢流坝段应布置在主河槽处，。本枢纽的主体工程主要由非溢流坝段、溢流坝段、电站坝段及其建筑物组成，电站为坝后式。该重力坝由10个坝段组成，每个坝段的长度大约为15m，从左岸到右岸依次是1～3号坝段为左挡水坝段，4号为电站坝段，5号为挡水坝段，，6～7号为泄洪坝段，8～10号为右岸挡水坝段。该坝坝基面最低高程为1010m，坝顶高程为1055.5m，坝体总长度为161m。

非溢流坝段：右岸全长45m左岸全长80m，除4号坝段长20m外，其余坝段均长15m。下游面坡度为1：0.7，折坡点高程为1045.1m。

溢流坝段：该坝段全长36m，分2个坝段，每段长约18m，共分5孔。溢流堰顶高程为1046.2m。因为该流域雨季与旱季时间明显，故可在枯水期吊起闸门检修，所以堰顶只安装工作闸门，闸门宽×高=5.4×7。

电站坝段：电站的装机容量为21兆瓦，分两台机组，取水口坝段长20m，坝顶高程为1055.5m宽度为7m，。电站厂房采用坝后式，位于左岸非溢流坝后，厂房与坝之间用缝分开。

下面将介绍各个部分的设计过程。

2.1非溢流坝段剖面设计

非溢流坝段剖面尺寸的拟定，。根据《水工建筑物》两种工况下，水位与坝顶高差可按下式计算：

hh1%hzhc (1)

h1%——波高（波浪顶至波浪中心线的距离）。

hz——波浪中心线至校核洪水位的高差。 hc——安全超高。

由于为内陆峡谷水库，波浪要素宜按官厅公式计算：

5/41/3hl0.00166v0D (2)

L10.4(hl)0.8 (3)

取安全超高hc0.4m(设计)， 。（重力坝设计规范表8.1.1） hc0.3m（校核）

经过计算及比较，确定坝顶顶高程为：1055.5m。该坝属于低坝，结合坝轴线地质剖面图，确定开

挖高程为1010m。所以，坝高为：45.5m。

1055.500起坡点1045.100坝轴线 上游不起坡，下游坝坡为1：0.7 ，

.71:01010.000剖面如图所示。 图（二）非溢流坝剖面

2.2溢流坝段设计

首先要进行的是孔口的布置及尺寸拟定。由于采用的是开敞式溢流堰，先假设单宽流量，再计算出溢流孔的净宽。经计算，溢流孔净宽为20m,共分5孔，每孔4m。

3/2堰流公式： QcmsB2gHW （4）

经计算及比较，确定堰顶高程为1046.2m。

3/2最后，按公式QcmsB2gHw校核泄洪能力，并校核坝顶附近最小压力。

计算完孔口后，需确定溢流堰堰面曲线。堰顶上游面曲线采用的是三圆弧曲线，堰顶下游面曲线采用的是WES曲线。下游反弧段半径为17m。

根据下游河床地形地质条件，采用底流消能工。护坦厚度取2m，长度经计算，为45m。护坦上不设

校核水位1055.100(P=0.5%)设计水位1053.400(P=0.5%)正常蓄水位1053.000堰顶高程1046.2001062.800工作桥1055.5001048.275Y=0.093376x坝轴线.71:0R171025.0001:0.51026.000其他辅助消能工。

1015.000灌浆廊道3x3.51014.000排水孔伸缩缝11:11012.0001:

图（三） 溢流坝剖面

结论：当采用挑流消能时，经计算发现挑距很远，不利于布置，故采用底流消能 。

2.3稳定及应力校核

抗滑稳定分析采用的是刚体极限平衡法。重力坝应力分析采用材料力学法。具体步骤如下： 1、 荷载计算。需计算：自重W，水平静水压力PH，垂直静水压力pv，水平泥沙压力，垂直泥沙压力，

浪压力Pwk，扬压力U。由于，设计地震烈度为7级，所以无需考虑地震荷载。 2、抗滑稳定分析。选用抗滑稳定极限状态法。需满足下式

f1r0s(rGGk,rQQk,k)R(k,k) （5） r0——结构重要性系数，由于结构安全级别为II级，所以r01.0 。

rdrm ——设计状况系数，按持久状况设计，对应1.0 。 s(.)——作用效应系数。s(rGGk,rQQk,k)p

结论：经过计算，两种工况下坝基面的稳定均满足要求。 3、 应力验算

上游边缘正应力按公式σyu=(∑W´/B)+(6∑M/B2)计算； 下游边缘正应力按公式σyd=(∑W´/B)-(6∑M/B2)计算。 剪应力

τu=(pu-puu-σyu)n （6） d=(σyd + pud-pd)m （7） 水平正应力

σxu =( pu-puu)-τun （8） σxd =( pd-pud)+τdm （9） 主应力

σ1u =(1+ n2)σyu –n2(pu-puu) （10） σ2u= pu-puu （11） σ1d =(1+ m2)σyd - m2(pd-pud) （12） σ2d = pd-pud （13） σmax=(σ1 、σ2 )=（σx+σy）/2±〔(σy-σx)2/4+4τ2〕1/2 （14） φ=arctan〔1-2Xτ/(σy-σx)〕 （15） 结论:经过应力计算分析，坝体在设计洪水位和校核洪水位以两种工况下的考虑扬压力和不考虑扬压力两种情况下应力均满足强度要求，且坝踵不出现拉应力，坝趾处下游混凝土强度满足要求。

2.4地基处理

1、坝基的防渗处理

在基础灌浆廊道内钻设防渗帷幕及排水孔幕，防渗帷幕采用膨胀水泥做灌浆材料，其位置布置在靠近上游坝面的坝基和两岸。帷幕的深度取为10-30m，河床部位深，向两岸逐渐变浅，灌浆孔的直径取为80mm，方向为竖直，孔距为2m，设置一排。 2、 坝基排水 坝基的排水幕布置在防渗帷幕的下游，向下游倾斜，与灌浆帷幕的夹角为10，孔距取为3m，孔径为140mm，孔深为10-15m，沿坝轴线的方向设置一排。

02.5排架柱设计（深入设计） ㈠、荷载的估算

1、屋顶的荷载包括屋顶的粱格结构自重，保温隔热层等的自重，还有活荷载； 2、排架的自重荷载，楼板上的可变荷载； 3、侧向风荷载，吊车横向刹车制动力等 ㈡、刚架内力的计算及配筋

内力计算采用结构力学求解器计算。 1、截面配筋计算公式：

rdNe-fcsbho2 As′= （受压钢筋） （16）

fy(hoa)fcξbhofyAsrdNAs= （受拉钢筋） （17）

fy1V≦(Vcs+fyAsbsins)取s=45°（抗剪钢筋） （18）

rd2、结论：

经过截面配筋计算并进行最小配筋率验算和超筋与否的验算，刚架立柱（包括上柱、中柱和下柱）均满足配筋计算和抗剪强度的要求。 ㈢、牛腿的设计

1.牛腿截面尺寸的确定，牛腿与柱的宽同宽，取0.5m，高假定为h=1.4m，按下式进行验算：

Fvs≤（10.5Fhsftkbho) （19） Fvs0.5ahoFvs——由荷载标准值按荷载效应短期组合计算的作用于牛腿顶部的竖向力,取最大轮压319.806 KN ; Fhs——由荷载标准值按荷载效应短期组合计算的作用于牛腿顶部的水平拉力,取水平制动力95.28KN ;

——裂缝控制系数，取0.7； 2. 牛腿的钢筋配置公式

8φ8@100516 2542 1226 252 14FVaFAsrd1.2h0.85fhfo （20）

图（四）

结论：经计算，截面尺寸选取偏大，采用最小配筋率配筋即可满足要求。

3. 总结

这次毕业设计是对大学四年学习的一个最后总结，毕业设计不同于以往的课程设计，设计过程中要求综合运用大学四年所学到的知识，熟习AUTOCAD使用，学会编辑设计文件、使用规范、手册等。培养学生独立工作、独立思考并运用已学的知识解决实际工程技术问题的能力，掌握实际工程设计的基本步骤；探索创新的能力。本次设计中，沟通协作能力与团队精神也是一个重要因素。个人的力量再大，也只有发挥团队精神，互相协作、共同研究，才能有效率地解决问题 参考文献

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[2]水工设计手册 第六卷 泄水与过坝建筑物. 北京：中国水利水电出版社 [3]水工设计手册 第三卷 结构计算. 北京：中国水利水电出版社 [4]水工设计手册 第七卷 水电站建筑物 北京：中国水利水电出版社 [5]吴持恭. 水力学第三版（上册）. 高等教育出版社 [6]吴持恭. 水力学第三版（下册）.高等教育出版社 [7]马善定、汪如泽 水电站建筑物. 中国水利水电出版社 [8]麦家煊. 水工建筑物. 清华大学出版社 [9]高必仁. 水工建筑物. 中国水利水电出版社 [10]SL319-2005混凝土重力坝设计规范 [11]SL253-2000溢洪道设计规范 [12]SL266-2001水电站厂房设计规范

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