沙溪口水電站設計及發電機層樓板設計說明書

沙溪口水電站設計及發電機層樓板設計-PAGE2--PAGE1-前言中文摘要沙溪口水電站計劃建在福建省南平市上游的西溪上，是閩江流域的一個梯級電站，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320m，設有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。水庫正常蓄水位為85.50m，設計洪水位為88.00m，校核洪水位為88.50m，死水位為82.00m。電站設計水頭為16.44m，總裝機容量為300MW，安裝有4臺軸流式水輪發電機組，每臺裝機容量為7.5MW。水輪機型號均為ZZ560-LH-850，轉輪直徑為8.5m，水輪機安裝高程66.10m，發電機層高程82.00m，取安裝場高程與發電機層同高。下游校核洪水位81.00m，主廠房頂高程為103.00m，廠房總長156.5m，寬77.0m。220kV及110kV開關站布置在尾水平臺右側。船閘閘室100m×12.5m×2.5m（長×寬×最小水深），位于溢流壩左側。沙溪口水電站具備發電，航運，過木等的綜合效益，是福建電網的骨干電廠。關鍵詞沙溪口水電站、河床式廠房、重力壩、溢流壩、水輪機、發電機、抗滑穩定性、揚壓力、軸流式水輪機、發電機層結構設計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"畢設標題1,1,畢設標題2,2,畢設標題3,3"前言 1目錄 3第一章水文地質情況與樞紐布置 61.1流域概況 61.2水文氣象條件 61.3水庫地質 91.4壩址工程地質條件及壩軸線選定 91.5建筑材料 121.6綜合利用 131.7樞紐布置 13第二章 重力壩擋水壩段設計 142．1剖面設計 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 172．2壩體穩定分析和應力校核 182．2．1設計蓄水位時（一臺機組滿發） 182．2．2設計洪水位時 202．2．３校核洪水位時 23第三章重力壩溢流壩段設計 263．1溢流壩段孔口尺寸擬定 263．2溢流壩段剖面設計 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壩體穩定分析和應力校核 283．3．1設計蓄水位時（一臺機組滿發） 293．3．2設計洪水位時 313．3．3校核洪水位時 34第四章消能建筑物設計 374．1戽角 374．2反弧半徑 384．3戽底高程和戽池長度 384．4戽坎高度 384．5尾坎 38第五章水電站建筑物設計 395．1特征水頭的選擇 395．2水電站水輪機組的選型 425．２．１ZZ460水輪機方案的主要參數選擇 42５．２．２ZZ560水輪機方案的主要參數選擇 45５．２．３HL310型水輪機方案的主要參數選擇 495．3蝸殼和尾水管的計算 535．4發電機的選擇與尺寸估算 555．4．1水輪機發電機主要尺寸估算 555．4．2發電機外形平面尺寸估算 565．4．3發電機外形軸向尺寸計算 575．4．4發電機重量估算 575．4．5水輪機重量估算 585．4．6變壓器選擇及布置 585．5調速器與油壓裝置的選擇 585．5．1調速功計算 595．5．2接力器的選擇 595．5．3調速器的選擇 605．5．4油壓裝置 615．6廠房起吊設備的選擇 615．7主廠房各層高程及長寬尺寸的確定 625．7．1水輪機組安裝高程 625．7．2尾水管地板高程和廠房基礎開挖高程 635．7．3水輪機層地面高程 635．7．4發電機樓板高程和安裝場高程 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計 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水電站廠房的穩定計算 685．9．1正常水位運行工況 685．9．1校核洪水運行工況 715．9．2機組大修工況 72第六章專題——發電機層樓板結構設計及計算 736．1設計資料 736．2設計依據 746．4．1梁格布置 756．4．2各構件截面尺寸初估 766．4板的計算 776．4．1荷載計算 776．4．2S1區樓板計算 786．4．3S3區樓板計算 816．4．4S4區樓板計算 836．4．5S6區樓板計算 846．4．6雙向板另一方向計算 866．4．7S2、S5、S7區樓板配筋 876．5非框架梁的計算 876．5．1L1梁計算 876．5．2L4梁計算 906．5．3L5梁計算 926．5．4L8次梁計算 956．5．5其余非框架梁配筋 976．5．6非框架梁裂縫寬度驗算 976．5．7非框架梁撓度驗算 986．6框架梁的計算 996．6．1KL1梁計算 996．6．2KL2梁計算 1046．6．4KL6次梁計算 1096．6．5其余框架梁配筋 1116．6．6框架梁裂縫寬度驗算 1116．6．7框架梁撓度驗算 1126．8構造配筋設計 1136．8．1分布鋼筋 1136．8．2箍筋 1136．8．3腰筋及拉筋 1146．8．4鋼筋支座錨固長度 1146．8．5分離式配筋 1146．8．6板與主梁及風罩間附加鋼筋 1146．8．7小次梁配筋 1156．8．8主次梁間附加鋼筋 115結語 117第一章水文地質情況與樞紐布置1.1流域概況閩江西溪為福建省最大河流上游的西支，流經福建省十四個縣市，與閩江北支建溪匯合于南平市。西溪全長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253公里，地形更為陡峻，河道坡降高達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，解放前從1935年開始，但站點少，資料斷續不全，精度較差。1952年起陸續增設雨量站，到1978年已達162處，平均158平方公里設有一個雨量站。蒸發量觀測都是解放后開始，本流域共有16個觀測站。樞紐區所需的氣溫，濕度，水溫，風向，風力等氣象要素的統計，是利用距壩區下游14公里的南平站。水文測驗：西溪最早于1938年7月在沙溪的沙縣。永安設站觀測水位和流量，1939年相繼在寧化清流設水位站。富屯溪以洋口建站最早，于1944年5月設立，其他各站點均在解放前增設。一般都有二十年以上的實測資料。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測資料。西溪的花竹站，距沙溪，富屯溪匯合口下游約4公里，1953年11月設站。1957年停測，1960年9月恢復策流至1966年12月撤消，1979年恢復觀測水位，汛期測流?；ㄖ裾臼俏飨刂普?，是本水電站水文計算的主要依據站，但僅有9年實測流量資料，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，其間無大支流匯入，為花竹站水文資料插補展延提供了良好的條件。天然河道水位流量關系曲線，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、萊舟與梯級開發可能的官蟹，照口設水尺，觀測水位，至9月停測。壩址水尺與花竹站相關，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，高水位歷史洪水資料控制又分別按集水面積比的0.67次方作相應水尺的區間加入水量，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屬亞熱帶季風氣候，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，沙溪屬于閩中低雨區，金溪與富屯溪中下游為兩者的過渡帶。降雨量地區分布有自東南向北遞增的趨勢。花竹以上流域實測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。高風西風槽和地面鋒系列相伴出現成鋒面雨，是本流域雨季最主要的天氣形勢，也是暴雨的主要成因，一般臺風雨對本流域影響不顯著，但強臺風與其他天氣系統相遇時，容易晾成洪患。3).氣象要素簡述（1）氣溫壩區年平均氣溫為19.3度，月平均氣溫在9度以上，最高氣溫≥35.0度的日數，全年平均為40.4天，其中以七八月份為最多。壩區最低氣溫≤0度的天數，全年平均為7.6天，以一月份出現的機會最多。壩區極端最高氣溫41.0℃，出現在1953年8月1日，極端最低氣溫-5.8℃，發生在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，壩區年平均相對濕度為79%，月平均最大達83%，發生在六月，月平均為78%，出現在七月。壩區多年平均水溫為20.8度，極端最高水溫達35度，極端最低水溫為5.7度。（3）蒸發西溪花竹以上流域蒸發量以邵武，延寧，將樂，清流，永安，沙縣六站觀測資料為計算的依據，根據1952~1978年資料求得，多年平均水面蒸發量970.3mm，年最大蒸發量1092.9mm，年最小蒸發量888.6mm，年內各月蒸發量以七月最大，為144.2mm，二月最小為38.5mm，陸地蒸發量按水量平衡原理推求，多年平均為792.7mm。（4）風向風力壩區年平均風速僅為1.0秒米，全年各月東北風占優勢，定時最大風速實測記錄大于20m/s，出現在1962年的6月，相應的風向為西南風，發生大風日數以7~9月的頻次較多。沙溪口大壩的設計最大風速建議值采用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年實測資料，根據九年實測資料與上下游的沙縣，洋口，南平，七里街各站點的流時資料，建立了四種同期上下游年月平均流量的相關圖，經比較得選用最大誤差較小，且較為簡單的插補計算花竹站年月日平均流量，并將花竹站查補延伸而得1939到1978年間的40年徑流系列?？紤]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年流量系列計算得為778秒立方米，徑流模數為30.4萬立方米/秒×平方公里?；ㄖ裾緩搅髂陜确峙浜懿痪鶆?，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9倍，花竹徑流年內分配可見見表1。表1-1花竹站徑流年內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沙縣及洋口站1950~1978年實測資料進行插補計算得，最小值在1968年，僅為78.8m3/s。5).洪水西溪洪水由暴雨形成，特大洪水發生在4~6月，尤其以六月發生機會最多，每年五，六月份由于高空西風槽，低渦特別的活躍，地面低壓鋒系出現較為頻繁，西南方向來的暖濕氣流又加強，當兩氣團在流域上空交匯時，將形成靜止鋒，不僅降水持久且強度大，這是造成本流域大范圍降水主要的天氣系統，也是洪水主要成因，本流域距臺風源地較遠，東南面受博平等山脈的阻擋，一般臺風對本流域的影響不大，若強臺風與其它天氣系統相遇也將會造成洪災。根據30年來的實測資料分析，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。本流域洪水歷時一次可達5至10天，一般5至7天可以包括最大洪量，鋒型以C復峰及多峰居多。對于入庫的洪水，通過計算入庫洪峰與天然洪峰的相對增值在0.25%至1%之間，可見影響非常小，建議本水電站直接采用壩址設計洪水。壩址洪水過程線，考慮將沙溪與富屯溪的洪水相組合。6).泥沙壩址沒有實測的資料，考慮采用洋口與沙縣兩站實測懸移質輸沙率多年平均值，經過年徑流比推算，以洋口與沙縣兩站多年平均侵蝕模數綜合分析的成果比較推得壩址懸移質年輸沙量約為0.094公斤/立方米。推移質由于閩北地區無實測資料，可參照新安江羅桐埠站的分析成果，按懸移質的30%進行估計，推得多年平均總輸沙量為302萬噸。1.3水庫地質庫區位于閩西北的華夏地區，地層以前震旦第建歐群一變質巖和燕山花崗巖體為主。庫區地層褶皺多呈復式，以向半構造為主習峰期褶皺形態較復雜，次數褶皺較發育，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，北西向斷層多屬張性。南北向斷層，則是以壓性為主。電站所在地區地震基本烈度定位6度。滲漏：庫區群山環抱，地下分水嶺高于水庫設計蓄水位。庫岔中無碳酸鹽類巖石分布，故無滲漏之慮。礦產淹沒：未發現有工業價值的礦產，因此不會影響水庫的興建。庫岸穩定：已查明，不穩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，規模估計總計約數萬立方米。此兩處距壩址約為7公里，縱使坍滑對電站也無影響。在綠水坑上游側2200米處，巖層有侏羅系有順坡向斷層構成滑動面。經推算，認為不論是現在或蓄水以后都應該是穩定的。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過多次滑動，已經趨于穩定，下部巖體風化較發育，T4和附近巖體張開松弛，拉裂，T4的緩傾角結構面末出坡腳，高程80米以下的基巖出露與河庫風華巖無露頭，片理結構均可延續，邊坡下部不存在滑裂面，蓄水后不可能在坡腳長生脆性破裂，釀成嚴重滑坡。1.4壩址工程地質條件及壩軸線選定1壩址選擇在西溪的花竹，鯉魚州河段選定兩個比較壩址，相距約500米，稱為上下壩址，選壩會議認為：從地質條件上比較，上下壩址無質的差別，均可修建50米左右混凝土重力壩，相對下壩址好。并要求對下壩址兩岸壩頭穩定條件及河庫傾角軟弱夾層分布和力學性質作進一步查明，以分析其對壩基穩定的影響。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條件壩址地層是由石英片巖、長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英片巖組成。河床礁灘部分及右岸則為云母長英片巖，夾石英片巖和云母片巖。巖性以石英片巖最為堅硬，長英片巖次之，云母片巖最軟，但其抗壓強度一般也有500kg/cm2。巖層走向為北東向，傾向下游偏右岸。壩址位于鯉魚洲向斜的西北翼，構造線以北東北北東為主，被向斜構造多呈小型復式褶皺，背斜較緊密，向斜較舒緩。揉褶多發育在云母片巖之中，斷裂以北東—北東向較為發育，北北東，北西，北西西次之，斷層寬度在0.13~3.0米，規模最大的北西，北西西向F50斷層通過左河槽，寬為10~15米。斷層帶由膠結角礫巖壓碎巖組成，對工程地質條件影響不大。F50斷層寬30米，需作防滲處理。左右岸均無深層滑動可能，左岸控制其過坡穩定的滑動面的為片理面，在壩肩開挖后，壩肩上下游局部地區片理面和順層撞壓帶，可能會引起邊坡失穩。左岸各種巖面的穩定坡角若坡高為20~30米，可用45~60°。右岸大部由全風化和強風化所組成，其穩定坡角建議為40~45°。壩基下游不存在臨空地形條件，也沒有發現有較緩傾角泥化層和貫穿河床的緩傾角結構面，可以認為基礎是穩定的。壩基巖面屬于裂隙性的含水層，受構造斷裂影響，方向性明顯，局部斷裂帶和斷裂影響帶為較嚴重的透水帶，經推算得繞壩滲漏和壩基滲漏量約為500立方米/一晝夜，相對降水層的埋深不大。綜上所述，可認為本壩址對于徑流式水電站來說是比較理想的壩址。3壩軸線選定選定壩址后，對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1，2勘線之間河床深槽存在F50，F6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4線加密勘探，結果認為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硬完整，可作為齒墻基礎，因此從地質條件分析，認為勘4線作為壩軸線是最合適的。4巖石物理力學性質壩基各類巖石的室內物理性能實驗成果見表1—2表1-2巖石室內物理性能的實驗成果巖石名稱數量容重（g/cm3）比重吸水率（%）孔隙率（%）近似垂直面抗壓強度（kg/cm2）軟化系數實驗組數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。在壩體結構及裂隙發育程度并考慮軟化系數較低情況建議利用區內巖石抗壓強度1/10，其值可表1—3。巖石與巖石，巖石與混凝土之間抗剪強度實驗，選取河床微風化~新鮮巖石，制備20×20×20厘米試樣確定，其成果可見表1—4。根據室內單點法實驗組，結合壩基得地形地質條件分析，摩擦系數可采用算術平均值，乘上折減系數0.85，粘聚力建議可采用算術平均值的1/5，見表1—5。建筑物部位的分段混凝土/巖摩擦系數建議值右岸擋水段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值巖性建議數據（公斤/厘米2）垂直片理巖平面片理巖微風化~新鮮的石英片巖10055微風化~新鮮的云母長英片巖9045微風化~新鮮的云母片巖5010表1-4巖石室內實驗成果表巖性實驗條件抗剪組數算術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偏大的成果表1-5巖石抗剪強度指標建議值巖石名稱邊界條件建議值摩擦系數粘聚力（C）公斤/厘米2云母片巖巖/巖0.430.38云母長英片巖巖/巖0.450.54云母片巖混/巖0.480.54云母長英片巖混/巖0.500.6長英片巖混/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均有分布。1.涉沙凈沙料場，沙的質量良好，初步估計儲量約為15~20萬立方米，運輸條件較好，可供工程前期施工時使用。2.二公里半道口采石場巖石為燕山早期花崗巖，無論質量儲量均可滿足要求，唯需人工沙作實驗論證。3.土料最優開采地段為下壩址的右岸，高程在120~170米左右，儲量為50~60萬立方米以上，質量可滿足圍堰施工強度要求。1.6綜合利用本工程以發電為站為主兼顧航運過木，投產后將接入福建省點系統運行。開發本電站主要目的是適應福建省工農用電需要。沙溪口水電站位于閩北電網中心，電站開發主要是向福州，三明，南平等地區供電，其范圍主要在閩北，參加全省電力平衡，考慮水口電站投產后，福建華東聯網，本電站負擔適當的調峰任務。有通航要求，估計近期過壩貨運量為30~60萬噸。木材過壩量1990年為20萬立方米，2000年為50萬立方米。毛竹500~600萬株。要求樞紐設置船閘，滿足過木及通航要求。樞紐建成后，因水庫小無力承擔下游防洪任務，下游無灌溉要求。1.7樞紐布置由沙溪口的水文地質資料可知，壩址位置設計洪水位88.00m，對應下游水位可由下泄流量在流量與下游水位關系曲線查得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，設計低水位82.00m。本電站水頭不高，水深較小，水頭在20m左右，水深不足40m，初步設計選擇采用河床式廠房發電；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，地質狀況一般，選擇重力壩擋水；考慮通航過木過竹需要，設置較高通航能力的船閘?？紤]河床式水電站樞紐布置特點，為保證洪水季節泄水安全迅速，保證水流流態平穩，防止產生回流，初步將泄水建筑物即溢流壩布置在河床中間。經綜合分析，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，開挖至弱風化巖層需至48.00m高程左右，初步設計布置船閘易于通航需求；沿壩軸線自此至右岸500~600m之間，開挖至弱風化巖層需至57.00m高程左右，初步設計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電廠發電造成影響，其間用重力擋水壩銜接；考慮河流右岸交通便利，山坡較緩，易于出線進廠布置，而將河床式廠房置于右岸，且右岸現有鐵路線沿河岸通過壩址，將廠房布置在右岸有利于利用鐵路在工程施工時建筑材料的轉運及機電設備安裝時機電設備的運輸。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，開關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，廠房施工時需開挖土石方較第一種方案小，相對節省工程投資。但由于開關站布置在河岸處，需要大量塊石護岸，所以廠房施工開挖所產生的石料可用于開關站地基鋪填，因此，在開挖問題上兩種方案實際工程費用相差不大。綜上，初步設計采用(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劃分設計標準，確定工程等別為二等，主要建筑物級別二級，次要建筑物級別三級，臨時建筑物級別為四級。重力壩擋水壩段設計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，受揚壓力的影響也大。揚壓力的作用會抵消部分壩體重量的有效壓力，對壩的穩定和應力情況不利，故需采取各種有效的防滲排水措施，以消減揚壓力，節省工程量。沙溪口水利樞紐在洪水季節上下游水位均較高揚壓力較大，初步設計壩型不能采用基本壩型剖面，需做一定調整。此外，沙溪口壩址處巖石抗剪性能較差，應注意大壩的抗滑穩定分析的研究?；驹O計參數：a).水位。上游設計洪水位：88.00m；校核洪水位：88.50m；正常蓄水位（汛期限制水位）85.50m；下游設計洪水位：80.00m；下游校核洪水位：81.00m；正常蓄水位（一臺機組發電）：64.87m。b).壩底高程。壩底高程取未風化巖石邊界開挖線57.00m。c).材料重度?；炷林囟瓤捎伞端そㄖ锖奢d設計規范》取大體積混凝土結構γ=24.0KN/,水的重度取γ=9.81KN/。d).巖石抗剪強度。由《沙溪口水電站基本情況簡要說明》中表7得巖石抗剪強度指標建議值知，云母長英片巖與混凝土邊界摩擦系數f=0.5，粘聚力c’=0.6kg/c㎡，K’=3.0，K=1.052．1剖面設計2．1．1壩頂高程壩頂高程由靜水位+相應情況下的風浪涌高和安全超高。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=計算，m；hc——取決于壩的級別和計算情況的安全超高，m；波浪要素hl%由官廳水庫公式計算，得式中：hm——波浪高，當=20～250時，為累計頻率5%的波高；當=250～1000時，為累計頻率10%的波高； V0——計算風速，m/s； D——風區長度，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).設計蓄水位情況：計算風速v0取為30m/s；設計洪水位下吹程D為2.00km；得hm=mLm=hm/Hm=1.467/(88.0-64)=0.069由荷載設計規范查表得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：計算風速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由荷載設計規范查表得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構，橋下會有過流，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廊道的布置壩體內灌漿廊道上游壁到上游壩面的距離應不小于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，只設基礎排水廊道，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剖面形態因本水利樞紐壩址處泄洪時上下游水位較高，產生較大揚壓力，而由《沙溪口水電站基本情況簡要說明》知巖石抗強度系數較小，所以不能按常規壩體設計，應采用較為安全的方法確定剖面尺寸。按應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。取上游折坡點為77m，下游折坡點為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壩體穩定分析和應力校核2．2．1設計蓄水位時（一臺機組滿發）2．2．1．1荷載計算

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順時針揚壓力由于揚壓力較大，壩體設有防滲帷幕和上下游主副排水系統，由規范DL5077-1997，壩基面滲透壓力揚壓力強度系數為：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順時針２.２.１.２擋水重力壩的穩定分析采用分項系數法進行擋水壩段穩定分析:作用效應系數S（*）=ΣPC=1.0×3984.1-1.0×303.8+1.2×87.04=3784.7kN/m抗滑穩定抗力系數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滿足穩定要求2．2．1.3應力校核

水平截面上的邊緣正應力=13032.84=10637.6kNB=32m上游垂直正應力=

下游面垂直正應力=邊緣剪應力上游邊緣剪應力下游邊緣剪應力鉛直截面上的邊緣正應力上游面水平正應力下游面水平正壓力邊緣主應力上游面主應力下游面主應力應力滿足要求2．2．2設計洪水位時2．2．2．1荷載計算

自重由前計算得ΣW=14100kN/m↓ΣM=51288kN/m·m,逆時針上下游水壓力 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,順時針揚壓力由于揚壓力較大，壩體設有防滲帷幕和上下游主副排水系統。圖2-2擋水壩段揚壓力分布示意圖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順時針2．2．2．2擋水重力壩的穩定分析采用分項系數法進行擋水壩段穩定分析:作用效應系數S（*）=ΣPC=1.0×4713.7-1.0×2594.7+1.2×87.04=2223.4kN/m抗滑穩定抗力系數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滿足穩定要求2．2．2．3應力校核

水平截面上的邊緣正應力=7991.6kN·m=12338.5kNB=32m上游垂直正應力=

下游面垂直正應力=邊緣剪應力上游邊緣剪應力下游邊緣剪應力鉛直截面上的邊緣正應力上游面水平正應力下游面水平正壓力邊緣主應力上游面主應力下游面主應力應力滿足要求2．2．３校核洪水位時2．2．3．1荷載計算

自重由前計算得ΣW=14100kN/m↓ΣM=51288kN/m·m,逆時針上下游水壓力 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順時針揚壓力由于揚壓力較大，壩體設有防滲帷幕和上下游主副排水系統。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順時針2．2．3．2擋水重力壩的穩定分析采用分項系數法進行擋水壩段穩定分析:作用效應系數S（*）=ΣPC=1.0×4867.0-1.0×2825.3+1.2×22.86=2064.9kN/m抗滑穩定抗力系數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滿足穩定要求2．2．3．3應力校核

水平截面上的邊緣正應力=8641.7=12253.6kNB=32m上游垂直正應力=

下游面垂直正應力=邊緣剪應力上游邊緣剪應力下游邊緣剪應力鉛直截面上的邊緣正應力上游面水平正應力下游面水平正壓力邊緣主應力上游面主應力下游面主應力應力滿足要求第三章重力壩溢流壩段設計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，既要滿足穩定強度要求，又要滿足水力條件要求。要有足夠的下泄能力，使水流平順的流過壩面，避免產生振動和空蝕。應使下泄水流對河床不產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行。設計洪水流量20500m3/s，校核洪水流量22500m3/s。有泄水空或其他建筑物分擔一部分泄洪任務，則通過溢流孔的Q為Q=Q-αQ0式中Q——通過樞紐下泄流量； Q0——通過泄水孔、水電站及其他建筑物的下泄流量； α——系數，正常運用時取0.75至0.9，校核情況取為1.0?？紤]沙溪口水電站發電用水（4Qmax≈2200m/s）及過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。設計工況下，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n為16孔，溢流壩孔口形式采用初步設計采用開敞式溢流堰，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溢流壩段剖面設計溢流壩基本剖面的確定原則與非溢流壩基本相同，剖面除應滿足強度要求、穩定要求和經濟條件外，其外形尚需滿足水流運動的要求。通常它也是由基本三角形剖面修改而成，內部與非溢流壩段相同。其形狀應具有較大的流量系數，泄流順暢，把面部發生空蝕。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，則可列表計算如下：計算情況流量Q側收縮系數淹沒系數流量系數m堰上水頭H0堰上水深H堰頂高程設計情況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堰面曲線我國現行采用的為WES曲線，其曲線方程為：y=Hd為定型設計水頭。因為校核洪水位88.5m，堰頂高程為77.62m，所以，Hd=9.5；k、n為上游堰面坡度有關的系數。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范《混凝土壩設計規范SL319-2005》對于戽流消能，反弧段半徑R與流能比有關，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，。由規范E/R與K的相關曲線查得E/R=2.4,則R=E/2.4=28.5/2.4=11.875m,則R=12m。3．3壩體穩定分析和應力校核 由于溢流壩段在一個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。故在壩體穩定分析和應力校核中應考慮整個壩段的聯合受力，應以一個壩段為整體進行分析。3．3．1設計蓄水位時（一臺機組滿發）3．3．1．1荷載計算

自重ΣW=476×17×24（堰重）+1255.8×3×24（墩重）+15×20×24（橋重）+20×9.81（機械設備中）=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順時針動水壓力 由于設計蓄水位時開閘出水時單寬流量較小，故未考慮設計蓄水位時的動水壓力。揚壓力由于揚壓力較大，壩體設有防滲帷幕和上下游主副排水系統。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順時針3．3．1．2溢流壩的穩定分析采用分項系數法進行擋水壩段穩定分析:作用效應系數S（*）=ΣPC=1.0×3984.1-1.0×303.8+1.2×87.04=3784.7kN/m抗滑穩定抗力系數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滿足穩定要求3．3．1．3應力校核

水平截面上的邊緣正應力=84805.5-47199.0-10610.0-2346.4=24650.1=12902.26kNB=41.6m上游垂直正應力=

下游面垂直正應力=邊緣剪應力上游邊緣剪應力下游邊緣剪應力鉛直截面上的邊緣正應力上游面水平正應力下游面水平正壓力邊緣主應力上游面主應力下游面主應力應力滿足要求3．3．2設計洪水位時3．3．2．1荷載計算

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順時針動水壓力φ1=450φ2=350hc=←e=3m↓e=12.8mΣM=-9257.7kN/m·m順時針揚壓力由于揚壓力較大，壩體設有防滲帷幕和上下游主副排水系統。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順時針3．3．2．2溢流壩的穩定分析采用分項系數法進行擋水壩段穩定分析:作用效應系數S（*）=1.0×4713.7-1.0×2594.7+1.2×87.04-1.1×64.6=2152.4kN/m抗滑穩定抗力系數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滿足穩定要求3．3．2．3應力校核

水平截面上的邊緣正應力=11804.5=13382.4kNB=41.6m上游垂直正應力=

下游面垂直正應力=邊緣剪應力上游邊緣剪應力下游邊緣剪應力鉛直截面上的邊緣正應力上游面水平正應力下游面水平正壓力邊緣主應力上游面主應力下游面主應力應力滿足要求3．3．3校核洪水位時3．3．3．1荷載計算

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順時針動水壓力 φ1=450φ2=350hc=←e=3m↓e=12.8mΣM=-10234.3kN/m·m順時針揚壓力由于揚壓力較大，壩體設有防滲帷幕和上下游主副排水系統。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順時針3．3．3．2溢流壩的穩定分析采用分項系數法進行擋水壩段穩定分析:作用效應系數S（*）=1.0×4867-1.0×2825.3+1.2×22.86-1.1×71.45=1990.5kN/m抗滑穩定抗力系數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滿足穩定要求3．3．3．3應力校核

水平截面上的邊緣正應力=12486.4=13691.1kNB=41.6m上游垂直正應力=

下游面垂直正應力=邊緣剪應力上游邊緣剪應力下游邊緣剪應力鉛直截面上的邊緣正應力上游面水平正應力下游面水平正壓力邊緣主應力上游面主應力下游面主應力應力滿足要求第四章消能建筑物設計根據沙溪口水利樞紐溢流壩泄洪流量大，落差相對較小，泄洪頻繁，下游水位變幅大和河床基巖抗沖能力低的特點，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一道尾坎，并在戽坎和尾坎之間按產生淹沒戽躍要求進行必要開挖，形成戽池進行消能。池內流態應盡可能保持穩定的“三滾一浪”流態，保證消能效果。圖4-1消力戽消能工尺寸及池內流態示意圖4．1戽角根據已建工程經驗，戽角過大將造成過高涌浪，從而下游將產生過大水面波動，使下游岸坡和河床造成較大沖刷，而戽角過小消力戽內表面旋滾會趨于沖出戽外，易出現潛底混合流態，從而達不到最佳消能效果。經多方面比較選擇戽角為35。4．2反弧半徑由《混凝土重力壩設計規范》對于戽流消能，反弧段半徑R與流能比有關，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，取設計洪水位時泄洪的單寬流量66m3/s，則,由規范E/R與K的相關曲線查得E/R=2.4,則R=E/2.4=28.5/2.4=11.875m,則R=12m。4．3戽底高程和戽池長度為保證下泄各級洪水流量時均能產生穩定的淹沒戽流流態，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，要穩定出流，坎后高程高于60m時需經開挖到此高程。為保證三滾一浪均在消力戽戽底和坎后戽池范圍內，根據其他水利樞紐經驗，選用戽池長度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，將使戽池內形不成淹沒戽流流態，因此不能取的過小，本電站尾坎頂高程選擇64.0m。消力池具體尺寸見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計水電站建筑物的尺寸是由水輪機和發電機的主要尺寸來決定的，初步設計要首先選擇水輪機、發電機的型號，確定其安裝高程。機組臺數型號選定后，先擬定廠房下部塊體結構布置，并估計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容量：N=30萬kw，單機容量（機組臺數4臺）7.5萬kw。設計洪水位88.00m，由上下水尺水位~流量關系曲線可查得對應設計洪水流量為20500m/s時的下游水位為80.0m，則此時水頭為8.00m。校核洪水位88.50m,由上下水尺水位~流量關系曲線可查得對應設計洪水流量為22500m/s時的下游水位為80.0m，則此時水頭為7.50m。正常蓄水位時，四臺機組發電。假設四個下瀉流量Q，從水位流量關系圖上查出相應的下游水位。由（其中取86%）可得Q～N關系曲線。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，四臺機組發電時Q=1935m/s,對應H=18.38m,Z下=67.12m正常蓄水位時，一臺機組發電。假設四個下瀉流量Q，從水位流量關系圖上查出相應的下游水位。由（其中取86%）可得Q～N關系曲線。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，一臺機組發電時，Q=431m/s,對應H=20.63m,Z下=64.87m設計低水位時，四臺機組發電。假設四個下瀉流量Q，從水位流量關系圖上查出相應的下游水位。由（其中取86%）可得Q～N關系曲線。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由圖得設計低水位，四臺機組發電時，Q=2460m/s,對應H=14.45m,Z下=67.55m設計低水位時，一臺機組發電。假設四個下瀉流量Q，從水位流量關系圖上查出相應的下游水位。由（其中取86%）可得Q～N關系曲線。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由圖得設計低水位，一臺機組發電時，Q=529m/s,對應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為正常蓄水位四臺機組滿發時的水位)設計水頭H=0.9H=16.44m5．2水電站水輪機組的選型在水輪機型普表查得可選水輪機有：ZZ460，ZZ560，HL310四種型號，下面進行選型比較計算。5．２．１ZZ460水輪機方案的主要參數選擇1）轉輪直徑D1D1=式中：Nr——水輪發電機額定出力（kW）Nr=7.5/0.97=7.732萬kwHr——設計水頭（m），取16.44m?！O計流量（m3/s），它是限制工況下的Q1p值查表3-7得1.75m3/sη——原型水輪機的效率（%），由限制工況下的模型水輪機的效率修正可得，由于轉輪直徑未知，為知，可先估算效率修正值6%，限制工況下的模型水輪機的效率為=79.0%，+η=85.0%。代入計算得D1===8.91m根據水輪機轉輪直徑模型水輪機尺寸系列的規定，由上述計算出的轉輪直徑，選用比計算值稍大的轉輪直徑值。D1=9.0m2）選擇水輪機的轉速n==55.09r/min水輪機的轉速一般采用發電機的標準轉速，選擇與上述計算值相近的發電機標準轉速n=60r/min，P=50。3）效率及單位參數的修正=0.195m,=15.0m,=9.0m,H=16.44m,代入上式可求得：葉片在不同轉角時的可由模型綜合特性曲線查得，從而可求出相應值的原型水輪機的最高效率當選用效率的制造工藝影響修正值=1，即可計算出不同轉角時效率修正值，其結果如下：表5-1水輪機效率的修正葉片轉角-10-50+5+10+15+2066.079.683.684.782.881.278.878.987.389.890.589.388.386.8-8.04.2ZZ460水輪機最優工況的模型效率為=85.0，由于最優工況接近于等轉角線，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，由內插得=6.1，從而該工況下原型水輪機效率=79.0+6.1=85.1與假定值85.0%相近。4）單位轉速、單位流量的修正n’1=n’10M（-1）Q’1=Q’10M（-1）式中：n’10M——模型水輪機最優工況下的轉速值（r/min）。Q’10M——模型水輪機最優工況下的流量值（m3/s）。n’1/n’10M=-1=-1=2.78%<3%Q’1/Q’10M=-1=-1=2.78%<3%所以單位轉速、單位流量均可不加修正。5）水輪機的流量Q’1max===1.715m3/s則水輪機最大引用流量為：Q’max=Q’1maxD12=1.715×9.02×=563.25m3/s電站機組臺數為4臺，所以，電站最大引用流量為4Q’max=4×563.25==2253.0m3/s6）工作范圍檢驗與特征水頭Hmin、Hmax、Hmin、Hr對應的單位轉速為：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，其所圍的區域為水輪機的工作區域，圖中陰影部分基本上包括了該特性區域的高效區。圖5-5ZZ460轉輪模型綜合特性曲線7）吸出高度HsHs=10–▽/900–(σ+σ)H式中：▽－－水輪機安裝高程（m），取65.0m。σ－－氣蝕系數，由水輪機的設計工況參數n’1r=133.18r/min，Q’1M=1.715m3/s查ZZ460水輪機模型綜合特