建溪水力发电枢纽工程重力坝设计.doc

1 -建溪水力发电枢纽工程重力坝设计信息与工程技术学院 农业水利工程专业 田 洪(指导教师：吴晓强 副教授)摘 要 重力坝是水电枢纽工程的主要挡水建筑物本设计按照《混凝土重力坝设计规范》从建溪实际情况出发，对非溢流坝段和溢流坝段进行设计非溢流坝段采用工作可靠、结构简单、施工导流容易的实体重力坝，并分多种荷载组合情况进行稳定验算和应力分析，从而得到既安全又经济的最优剖面；溢流坝段下游采用 WES 曲线挑流消能该坝的修建将在发电、防洪、灌溉等方面发挥致关重要的作用，对促进当地的工农业发展及解决电力系统供电紧张问题也具有十分重要的意义！关键词 重力坝 非溢流坝段 溢流坝段The Design of Gravity Dam of Jianxi Hydropower ProjectAbstract: The gravity dam is important blocking water building of Hydropower Project. It has designed the overflowing forbidden dam section and overflowing dam section according to “the Norm of Concrete Gravity Dam Designing“ and the actual conditions of Jianxi. The overflowing forbidden dam section is an entity dam which works reliable, has simple structure and can divert the flow easily in construction time. And it makes steady checking computations and stress analyze in several situation, so that it gets the most excellent dam section; The overflowing dam section adopts WES curve to relief the hydro energy. The construction of this dam will play important function in generating electricity , preventing flood , irrigation and so on. And it will improve the developing of local industry and agriculture, besides, it will have very important meanings to supply power in solve the power system!Key words: The Gravity Dam The Overflowing Forbidden Dam The Overflowing dam绪绪 论论建溪是闽江上的一条南北向大支流，河流长 294 公里，流域面积 16396 平方公里，约占闽江流域面积的27%。

流域形状略呈菱形，上下游狭窄，中游宽大，河道坡陡流- 2 -急，具有暴涨暴落的特性本枢纽工程以发电为主，兼顾防洪、灌溉，同时可以解决航运和木材筏运问题水库总库容 22.6 亿立方米，装机容量 24.8 万千瓦，灌溉上游农田130 万亩，确保减小南平市和福州市及其附近 50 万亩农田洪灾危险建溪由崇溪、南浦溪、及松溪三条主要支流组成，南浦溪发源于浦城东北，南流至丰镇与崇溪会合，流至建兴县又与松溪会合后才称建溪，建溪南流至南平市注入闽江建溪地形自南向北倾斜，海拔 3000m 以下的盆地和丘陵地带多分布在河流两岸，约为流域面积的 8%300～500m 的丘陵多分布在河流中部，约占流域面积的 36%，500m 以上的山地多分布在流域边缘，约占流域面积的 56%，流域内森林茂盛，覆盖良好，森林面积约占 35%，耕地大部分属于山丘水田，约占 10%，够成较好的水土保持条件建溪地图如图1-1 所示：由于建溪当地煤炭储量较少，而河流水力资源丰富，因而决定大力开发水电多年来建溪的工农业已有很大发展，但目前发电设备容量已远远落后于用电的需要，为了促进沿岸工农业的发展及解决电力系统供电紧张的局面，兴建建溪水电站具有十分重要的意义。

3 -本流域洪水流量较大，加之河道坡陡流急，具有暴涨暴落的特性，以及洪峰可能与下游各河的洪水相遇，故下游时常造成水灾枢纽的修建应同时减免下游福州市及其附近 50万亩农田和南平市的洪灾本人承担设计的重力坝是整个枢纽工程中的核心主体工程之一，它在发电、灌溉、工业引水、放空水库、冲沙、施工导流等环节发挥了重大作用1 1 设计方案评价设计方案评价1.1 原始资料1.1.1 水文资料枢纽上游已建有七里街水文站，距坝址最近，它控制了坝址以上流域面积的 93%，是水文推算的主要测站该水文站经水文、水利调洪演算确定出重力坝设计的主要数据如表1-1 所示：图 1 建溪地图表 1 重力坝设计主要数据表发电正常水位 215.5m相应下游水位 163.88m死水位 200.15m泥沙淤积高程 174.6m淤沙浮容重=8.71 KN/m3孔隙率 n=0.45 内摩擦角为 φ=15o设计洪水位 216.22m相应下游水位 169.02m通过溢洪道下泄流量 5327.70m3/s校核洪水位 217.14m相应下游水位 169.52m通过溢洪道下泄流量 6120.37 m3/s电站进水口底板高程为 186.20m（坝式进水口）1.1.2 气象资料- 4 -综合考虑建溪当地的气候、湿度、降水量、蒸发量、风向风力等因素得出相应洪水季节50 年重现期最大风速的多年平均值为 17.3m/s，相应设计洪水位时吹程 2.54km，相应校核洪水位时吹程 2.66km。

1.1.3 地质勘测资料该河道河谷为壮年期类型，浅滩深渊交替，河道稳定，断面冲淤极微，河谷断面形状除上游和峡谷地区多呈“V”形外，中下游一带均为浅槽形或梯形，坝址区域多为花岗岩，完整性较好，覆盖层及风化层均较薄坝址处河床地面高程为 146.10m，河床可利用基岩高程为 140m，坝与基岩之间摩擦系数为 0.7，基岩允许抗压强度为 6.3Mpa ,坝基渗透系数（扬压力折减系数或剩余水头系数）α1，α2可分别取 0.25，0.341.1.4 建筑材料有关数据按照《混凝土重力坝设计规范》 ，使用强度等级 C15，允许抗压强度为 4.3Mpa 的混凝土，其养护龄期为 90 天1.1.5 为了兴建建溪电站在坝址附近拟建 3 个主要砂石料场，这样可以节省工程投资：房村料场位于坝上游右岸 22 公里处，与公路边小山丘相连，附近河岸地形开阔，可供加工堆存之用，分布呈长方形，长 1350m，宽 234m，表土层 3～4m，露出水面 0～7m张湖料场位于坝址下游 62 公里的江中靠右岸，附近有铁路干线的某一小车站，料场全长 1580m，宽 390m，露出水面 0～9m南浠料场位于坝址下游 58 公里江中靠右岸，全长 1900m，宽 300m，露出水面0～5m。

1.1.6 土料分布于坝址上下游一公里范围内，分布高程为 170～350m，有效储量达 150 万 m3，其平均剥土层约 1.5m 左右，开采运输也方便1.1.7 石料及水泥掺和料石料在坝址上下游一公里范围内，花岗岩储量丰富，且石质坚硬良好，但覆盖风化层厚，采料时剥土工作量大无效储量与有效储量之比约 1﹕7.4；水泥掺和料在坝址区10 公里范围内，可用者有风化后的灰质页岩及泥煤前者活性高，储量亦大，后者层薄，难开采，并含有少黄铁矿1.2 其他有关资料根据国家建筑委员会所颁布的地震烈度图，本地区应属 6 度地震区，坝区设防烈度建议为 7 度坝顶有交通要求，行车宽度不少于 8m1.3 方案比较- 5 -根据以上情况综合分析如下：拱坝方案：河谷面宽浅，不是“V”字形，两岸不对称，没有适宜的地形条件，故该方案不可取；土石坝方案：坝址附近没有适宜的地方修建溢洪道，若开挖溢洪道则工程量较大，且当地土料含量不丰富，故该方案也不可取；重力坝方案：混凝土重力坝和浆砌石重力坝都能充分利用当地的自然条件，泄洪问题易于解决，施工导流容易浆砌石重力坝虽然可以节约水泥用量，但当地石料比较缺乏，而且此坝型不能实现机械化施工，速度慢，施工质量难以控制，故不可取。

混凝土重力坝可以采用机械化施工，施工方便快捷，故本工程宜采用混凝土重力坝2 2 设计方法设计方法2.1 工程综合说明2.1.1 工程分等与建筑物分级根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》 （山区、丘陵区部分）结合本工程的效益，库容确定本枢纽属于Ⅱ等工程，其主要建筑物为 2 级，次要建筑物为 3 级，临时建筑物为 4 级2.1.2 枢纽布置本工程是以发电为主的综合利用工程，溢流坝段布置在主河槽处，冲沙孔布置在电站进水口附近本枢纽的主体工程由挡水坝段、溢流坝段、泄水底孔坝段、电站坝段及其建筑物组成，电站为坝后式该重力坝由 18 个坝段组成，每个坝段的长度大约为 20m，从左岸到右岸依次是 1～6 号坝段为右岸挡水坝段，7～9 号为溢流坝段，10 号 11 号为底孔坝段，12～18 号为左岸挡水坝段该坝坝基面最低高程为 140m，坝顶高程为 217.8m，坝体总长度为 370m非溢流坝段：右岸全长 120m，左岸全长 190m，除 11 号坝段长 30m 外，其余坝段均长 20m坝顶宽度为 10m，坝顶两侧各设一宽 1m 的人行道坝顶的上游侧设置高 1.2m 宽0.5m 的钢筋混凝土结构防浪墙，下游设置栏杆。

沿坝轴线方向每隔 20m 设置一个照明灯坝上游面为折线面，起坡点高程为 185m，坡度为 1﹕0.2，下游面坡度为 1﹕0.7，折坡点高程为 202.85m溢流坝段：该坝段全长 60m，分 3 个坝段，每段长 20m，共分 3 孔溢流堰顶高程为201.07m堰顶安装工作闸门和检修闸门，闸门宽×高=15×15工作闸门为平面钢闸门，- 6 -采用坝顶门机启闭工作桥面与非溢流坝顶一致堰顶设有两个中墩，其厚度为 4.5m 边墩厚 3m，缝设在闸孔中间溢流堰面采用 WES 曲线，过堰水流采用连续式鼻坎挑流消能，坎顶高程为 170.52m，反弧半径为 20m，挑射角为 25o，边墩向下游延伸成导水墙，其高度为 4m，断面为梯形，顶宽为 0.5m 底边为 3m，需分缝，缝距为 15m电站坝段：电站的装机容量为 4×6.2＝24.8 万千瓦，坝段总长 30m，坝顶高程为217.14m 宽度为 20m，坝顶人行道与挡水坝段一致，门机与溢流坝段一致，上游突出 2m为拦污闸槽，引水口中心线高程为 160.07m，孔径为 6m，进口为三向收缩的喇叭口，进口前紧贴坝面布置拦污栅，进口处设置事故闸门和工作闸门，均为平面闸门。

在进口闸门后设置渐变段，渐变段为圆角过渡，长度为 12m电站厂房采用坝后式，位于左岸非溢流坝后，由主厂房、副厂房等组成副厂房在主厂房的上游侧，厂房与坝之间用缝分开枢纽工程布置简图如图 2 所示：(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(10)(9)(8)(7)(6)(5)(4)(3)(2)(1)溢流坝段泄水孔坝段左岸非溢流坝段副厂房主厂房1:0.71:0.21:0.21:0.7右岸非溢流坝段开关站20000200002000020000200002000020000200002000020000200001:0.71:0.7(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(10)(9)(8)(7)(6)(5)(。