某水电站闸坝工程枢纽总体布置案例综述
1.1坝轴线的选择
坝轴线的选取常常关系到坝体选址,所以要考虑到的因素非常广泛,比如要根据拟选取当地的地形地貌地质条件、水文气象信息,初步选定水电站闸坝工程中坝轴线选用水平坝轴线。
1.2坝型的选择
根据本设计的任务、设计用坝的作用,结合当地特殊的地质地形条件、水文气象条件以及建材磨损、运输费、人工费等影响条件来说,在选择坝型时要争取做到安全第一,同时考虑经济性问题。以下坝型可做参考:
1、重力坝
重力坝是将混凝土作为主要材料的坝体,工作原理为利用坝体自身产生的重力来平衡水压力,同时利用坝体自身产生的重力来满足坝体强度要求的挡水建筑物。其特点有以下几点:
①施工步骤简洁,且可采用机械化施工,用以提高工作效率;
②对坝址附近的地形地貌条件无特殊要求,普通地形即可开展施工;
③坝体占地面积较大,对混凝土的需求量高,在温度控制技术方面要求较高;
④可以将引水和泄水设施设置在坝身上,以便于施工导流;
2、支墩坝
支墩坝是由面板支墩的挡水建筑物。其具有以下特点:
①面板倾斜,可借用倾斜面上水的自重来缓解部分平衡坝体稳定所需的力;
②便于排出地基积水,有效降低扬压力,同时对保持坝体稳定有益;
③面板、支墩的厚度低,有利于混凝土散热;
3、拱坝
拱坝是一种拦水坝型,多见于位于峡谷中的坝体。应用较广泛的是水平拱形坝体,凸面选择凸向上游,两端贴合山岩,利用拱的应用原理将大部分由水产生的力以拱形坝体为传输介质传递给坝体两侧的山体。具有以下特点:
①拱形坝体可将水压力传给两岸的山体;
②拱所承受的荷载可调整,由此也可承受较高水压力;
③拱承受轴向压力,使混凝土的抗压能力有用武之地;
④坝泄水设施可以在坝身上,对于伸缩缝的建造要求低;
⑤抗震性能较好;
结合以上信息,再根据当地水文气象气候、地质地形地貌条件、经济性等各方面影响因素,初定该枢纽工程坝型选择为混凝土重力坝。
1.3挡水坝段坝体设计
首先进行坝顶高程设计以及坝体顶宽和底宽设计,然后进行剖面设计。再对挡水坝段进行应力分析,包括坝体荷载计算、荷载组合、弯矩计算等;再对挡水坝段进行稳定性分析,对极限状态进行验算。在所有验算全部符合规范要求之后,结合经济性来确定最后的设计方案。
1.3.1挡水坝段的高程计算
根据规范SL319-2018,在进行挡水坝段坝顶高程计算,防浪墙到上游水面的垂直高度可按式(1)计算。
(1)
该挡水坝段级别为4级,对应的安全级别为Ⅲ级,故该挡水坝段的安全超高在设计洪水位情况下取,校核洪水位情况下取。
本设计用水电站满足使用官厅水库公式的条件,则波浪要素可按官厅水库公式来计算:
(2)
(3)
(4)
(5)
式中:波浪高度,单位m;
波浪累计频率为5%的波浪高度,单位m;
对应工况下的坝前水深,单位m。
(1)设计洪水位工况下坝顶高程计算
初步拟定坝址处的风速取,其中为经验平均最大风速,本设计中取,由任务书得该坝址处的风区长度为,,
①波浪高度:
②波浪波长:
③波浪中心线至上游水面的高差:
由,取
④波浪累计频率为1%的波浪高度:
⑤防浪墙到上游水面的高差:
⑥
设计洪水位工况下,防浪墙顶高程为467.10m。
(2)校核洪水位工况下坝顶高程计算
在校核洪水位工况下的风速取多年平均风速,已知该坝址处的风区长度为,,
①波浪高度:
②波浪波长:
③波浪中心线至上游水面的高差:
④波浪累计频率为1%的波浪高度:
⑤防浪墙到上游水面的高差: