土木在线论坛 \ 电气工程 \ 供配电技术 \ 小(2)型水电站工程挡水大坝设计

小(2)型水电站工程挡水大坝设计

发布于：2015-06-05 10:40:05 来自：电气工程/供配电技术 [复制转发]

1、工程概况
　　习水河杨家湾水电站位于贵州省赤水市官渡镇，电站坝址位于官渡镇上游12 km的习水河上，装机9 MW，为无调节径流式水电站。拦河大坝高14．77 m，采用M7．5浆砌条料石砌筑。发电引水隧洞长1200m，为无压引水隧洞。
　　本工程大坝高14．77 m，水库总库容15．5 x 10次4方立方米，电站装机9MW。根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL 5180---2003)规定，上坝线方案水库枢纽工程等别为五等，工程规模为小(2)型，工程等别为五等工程。
　　本工程主要建筑物有挡水大坝、泄洪建筑物(泄洪表孔)、冲沙底孔、发电引水系统建筑物(进水口、隧洞、压力前池、压力钢管)、发电厂房等按5级建筑物设计；相应的永久性次要建筑物如上坝公路、辅助及生产生活用房等均按5级建筑物设计；临时性水工建筑物如施工围堰、施工道路、临时房屋等均按5级建筑物设计。
　　2、坝体结构设计
　　大坝为重力坝，坝轴线方位角为N36度E，坝顶高程396．77m，上游面设防浪墙，墙高1．2m。坝底高程382．O0m。大坝采用M7.5浆砌条料石砌筑，其下部设0．5 m厚C15二级配常态混凝土垫层，坝高14．77 m，大坝顶宽3m，底宽12.1m，下游面395.0m高程以上为铅直，以下按1:0.7坡度放坡。大坝长131.0m，分为非溢流坝段和溢流坝段，桩号0+000m～0+037.O0 m段为右岸非溢流坝段，0+037.O0 m～0+097.O0 m段为溢流坝段，0+097.O0 m～0+131.O0 m段为作案非溢流坝段。
　　大坝上游面采取M1O水泥砂浆勾缝作为坝体的防渗层。坝基开挖至强风化线上部，基岩开挖边坡为1:0.5，覆盖层开挖边坡为1:1。坝基做固结灌浆，灌浆孔距4.0 m，孔深5.0 m。由于坝体工程规模小，坝基岩层为砂岩、泥岩、砂质泥岩相间分布，为良好的隔水层，压水实验显示 Lu<5，故不需做防渗帷幕灌浆。
　　3、设计计算
　　3．1 设计基本资料
　　3．1．1 水文资料
　　习水县气象站位于习水县东皇乡，建于1940年，是国家基本气象站。根据习水气象站观测，贵州省气候资料中心整编并刊布的统计资料，习水县多年平均气温13℃ ，最冷月一月平均气温2.6℃，最热月七月平均气温22.9 ℃，极端最低气温一8．6℃(1982年12月26日)，极端最高气温34.4℃(1972年8月27日)。年平均日照时数1124．3 h，日照百分率25％，以夏季为最多，冬季为少。年平均相对湿度85％，年平均雾日数25.7 d，大风日数0.7 d，冰雹日数O.7 d，雷暴日数46.3 d，降雪日数22.4 d。年平均风速1.5m／s，最大风速13．0 m／s，全年主导风向为W风，夏季盛行SE风，冬季盛行w风。
　　据习水气象站观测资料分析，多年平均降水量为1101.1mm(其中5—8月占58．1％，4— 月占76．8％)，日降水量P>10.1mm降水日数211.7d，P≥25．0 mm降水日数9.7d，P≥50．0 mm降水日数2.1d，年最大一日降水量发生在1968年5月22日，日降水量达178.8 mm。
　　3．1．2 地质资料
　　上下坝址岩石以泥岩、砂岩为主，软硬岩石相间产出，强度不高，根据试验统计，其容重为2.60—2.65g／cm立方，饱和吸水率0．O1～0．03。砂岩湿抗压强度标准值为45～65 MPa，岩块饱和弹性模量标准值24.OGPa，泊松比为0.28；泥岩湿抗压强度标准值为8.OMPa，岩块饱和弹性模量标准值8.2CPa，泊松比为0.30。据钻探揭露，坝址区表层砂岩强风化岩体因裂隙影响完整性较差，沿裂隙面无充填现象；弱风化基岩一般岩质较新鲜，锤击声脆，多数结合较紧密，岩体较完整。由于坝址区段软岩体强度<15 MPa，岩体为巨厚层状结构，结构面中等发育，属CⅣ类岩体。
　　3．2 坝顶高程确定
　　根据调洪计算成果，水库P=10％水位(设计水位)为395．22 m，水库P =5％水位(校核水位)为396．20 m，水库正常水位为390．60 m。计算公式为：

由表1可知，坝顶高程的控制工况为校核水位+风浪影响情况。经比较，取坝顶高程为396.77 m，最大坝高14.77 m，上游设防浪墙，墙顶高程397.97 m。
　　3．3 大坝应力和稳定分析
　　本工程坝体荷载包括水压力、扬压力、自重、浪压力和泥沙压力等，由于本工程所在地区地震烈度小于Ⅵ度，大坝为五级建筑物，不考虑地震作用力。大坝荷载组合分为正常工况(基本组合)和非正常工况(特殊组合)，正常工况对应正常水位、设计洪水位，非常工况对应校核洪水位。
　　1)正常工况(基本组合)：① 自重+水库正常蓄水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力；② 自重+水库设计洪水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力。
　　2)非常工况(特殊组合)：自重+水库校核洪水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力。
　　3．3．1 稳定分析
　　大坝稳定分析主要考虑沿坝基面的抗滑稳定计算，计算公式为：

综上所述，坝体在各工况下应力和稳定均满足规范要求。