取正常水位时候的水头与平均水头两者之间的最大值。最后确定取设计水头为45.2米。见参考资料[14]。
2. 装机容量确定
根据水电站出力计算公式:N=A*Q*H
N: 水电站出力(功率) A: 水电站出力系数 Q: 水电站引用流量 H: 水电站平均水头
根据资料情况,水电站出力系数范围在6.0-8.0之间。取出力系数为8。计算得出水电站出力(功率)为14464千瓦。取1.45千瓦。确定装机容量为1.45万千瓦。
水电站设计水头45.2米,水电站功率 1.45千瓦。
第3章 坝型选择及枢纽布置
坝型选择根据坝址特点,各种坝型特点,比较各种坝型是否适合坝址特点确定。枢纽布置按照便于施工,利用地形的原则,合理布置。包含水利枢纽建筑物的确定,各建筑物适合不同地形确定枢纽布置。
3.1 坝型选择
3.1.1、坝址特点
某水利枢纽工程坝址河谷呈梯形,谷宽30到60米,两岸基本对称,左岸平均坡角32度,右岸平均坡角约为35度,但在高程450米以上,山势急剧变缓。坝址下游右岸约150米的地方有一条冲沟切割,左岸下游110米的地方有一山湾地带,坝址上游50米以外,河谷地势开阔,是水库主要蓄水区。流域两岸坡面林木丛生,植被良好。沿河流的两岸分布有耕地。地貌特征属于构造剥蚀型地形。坝区地质构造简单,无大的断裂构造。岩层走向为N80E,与河流流向近乎垂直。倾向NW,角度为5度。当地建筑材料主要是石料,坝址附近土料缺乏,虽然河流两岸有坡地和少量梯田,但是土质多为砂土或壤土,且储备量较少,主要建筑材料石料储备量丰富,并且运距较近,主要分布在坝址上下游两岸两公里范围内。
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3.1.2、各种坝型特点
考虑比较四种比较常用的坝型:混凝土拱坝坝型;混凝土重力坝坝型;土坝坝型;支墩坝;土石坝。其中土石坝又分为土石心墙坝,土石斜墙坝,心墙堆石坝,混凝土面板堆石坝。
1. 混凝土拱坝坝型:拱坝依靠两岸岩体承担拱推力,抗滑稳定由两岸岩体决定,拱内应力分布均匀,有利于材料强度的发挥。节约材料,坝身可以开孔过流,不需要另外设置泄洪建筑物,坝身轻,抗震性能好 。但是导流不方便,并且要求坝址河岸岩体要好,要是V型河谷。所以对坝址要求比较高,对防渗,温度要求比较高。根据坝址地质情况,不适合布置拱坝。
2. 混凝土重力坝坝型:混凝土重力坝依靠大坝自身与岩基之间的摩擦力来平衡水压力从而维持稳定。所以重力坝要求建在岩基上,所以要求有坝址有坚硬的基岩。混凝土重力坝要求防渗要好,重力坝适应性广,并且安全可靠,对地形地质调教适应性强,可以使用大体积混凝土机械施工,施工工艺简单。稳定和应力计算简单,在基岩上适于建混凝土重力坝。根据地形地质情况,可以考虑建混凝土重力坝。 3. 土坝坝型:土坝利用土质当水,防渗比较差。土坝不能过水,需要另外设置坝外泄水建筑物。土坝对坝基要求不高,但是坝址区要有大量的土,要有建筑防渗心墙的土料。根据坝址情况,没有土料,有大量的石料,不适合建筑土坝。 4.支墩坝 支墩坝由一系列支敦和挡水面板所组成,支墩沿坝轴线排列,前面设挡水面板。支墩坝也是依靠重力维持稳定的挡水建筑物,自重较轻,坝体工程量小。由于支墩坝的应力较高,对地基的要求比重力坝还高,特别是连拱坝,因其整体结构,对地基的要求就更加严格,因此不能选用。大头坝和宽缝重力坝接近,也不宜采用。平板坝由于钢筋用量大,且面板容易产生裂缝。也不适合修建该坝。
5. 土石坝坝型:土石坝要求土料与石料以一定的比例筑坝。也要求当地坝址有足够的土料与石料,防渗材料。土石坝可以利用机械化快速施工,土石坝也不能在坝身过水,需要设置坝外泄水建筑物。在地形给予符合的情况下,可以考虑修建土石坝。根据坝址情况,有少量的沙土,或壤土,河谷不是很宽,可以考虑修建土石坝。
土石坝可以分为土石心墙坝,土石斜墙坝,心墙堆石坝,混凝土面板堆石坝。心墙土石坝,土石斜墙坝和心墙堆石坝需要有建筑心墙的土料,利用心墙防渗,防渗性能不是很好。混凝土面板堆石坝,可以充分利用当地丰富的石料,混凝土面板防渗比较好,混凝土面板堆石坝是近年来迅速崛起的一种坝型,可以使用机械化快速施工,造价低,一般坝身不能泄水,堆石坝要求当地有丰富的石料。坝址区有丰富的石料,是建造堆石坝的有利条件,河谷不是很宽,是适合修建堆石坝的有利地形。
由上面的方案选择可知,在该地区最好采用的坝型就是堆石坝型。主要有几个方面的原因:
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1)采用当地的材料筑坝,还可以充分利用枢纽中其他建筑物开挖的土料。 2)某工程坝址石料材料丰富,土料相对较少,适合建堆石坝,堆石坝的断面较小,即使在当地有土料的情况堆石坝也是可以考虑的坝型。
3)从施工机械来看,大型堆石坝施工机械为加快施工、降低造价提供了保证条件。特别是重型振动碾的使用,可把堆石坝体碾压的密实,沉降量很小,有利于坝的稳定。
4) 堆石坝对地基的要求比混凝土坝为低,可以建在地质条件略差的坝址上。而某覆盖层比较少,下面是石英砂岩,适合建堆石坝。
5)某工程所在地,交通比较方便,有公路通往县城,建造堆石坝可以减少外来材料的运输,并且可以充分利用当地石料,比较有利。
6) 建造堆石坝施工导流问题较土石坝容易解决,可部分利用未建完的堆石体坝顶在汛期溢流,从而可减小导流隧洞的尺寸,减少投资,但这种情况需注意对坝顶、下游坝坡和下游坝基加以保护。
7)堆石坝设计理论和施工经验的积累和发展,为修建即安全,又经济的堆石坝提供了另一保证条件。
8)堆石坝施工比均质土坝可少受雨天的影响,比混凝土坝可减少受温度变化的影响。
3.1.3、确定坝型
堆石坝几种防渗分区坝型比较:
1.钢筋混凝土斜墙坝:对于施工有利,但由于厚覆盖层,势必引起坝体的不均匀沉陷, 从而引起混凝土的开裂,为防止其发生,对于工程质量的要求就很高,很难达到;且需要的钢筋混凝土又较心墙坝多,故放弃钢筋混凝土斜墙坝。混凝土斜墙坝的理由类似。
2.钢筋混凝土心墙坝:钢筋混凝土心墙坝虽比混凝土重力坝节省砼量,又能有效利用当地的土石料,但当地处于偏远山区,混凝土的生产、运输费用高,筑心墙坝工期受心墙浇筑的影响。不宜采用。
3.沥青混凝土心墙坝:沥青混凝土有较好的塑性和柔性,当产生裂缝时,尚有自行愈合的性能;施工简单、造价低;心墙受气候条件、日照影响少,长期老化问题也较少,施工可以与两侧填石同时进行。但是,沥青混凝土防渗墙与其它混凝土建筑物的连接十分重要,往往会出现裂缝和漏水,以至影响大坝安全。
4.混凝土面板防渗的面板坝:防渗面板坝依靠坝体上游面防渗以蓄水,抗滑稳定性高;坝面坡度可比其它坝型陡些,减少坝体体积;面板兼有上游面护坡的作用;堆石体施工不受防渗结构施工的影响;防渗面板设在坝体表面,维护、检修比土防渗墙容易。
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当然,由于坝体不均匀沉降会直接影响到防渗面板,使其发生裂缝,降低防渗功能,有损大坝安全;但是可以对防渗面板进行分缝,就可以降低面板的集中应力。即使沉降使得面板产生裂缝,可以在坝体内设置排水,下游可以设置排水棱体。
综合上面几种坝型比较和某地区资料表明,可以修建重力坝,堆石坝,因为土料缺乏,不能修建土坝。若要修建土坝,土料运距很远,造价太高不经济,河谷为梯形,也不是修建拱坝的有利地形。当地有丰富的石料,岩基良好,在设计水位以上,坡度急剧变缓,有利于布置泄水溢洪道。是修建混凝土面板堆石坝的有利地形。所以大坝坝型优先选择混凝土面板堆石坝。
3.2 枢纽布置
3.2.1、水利枢纽的建筑物
水利枢纽的建筑物包括主要建筑物和临时建筑物,主要建筑物有挡水建筑物;泄水建筑物;输水建筑物和水电站建筑物。临时建筑物有导流围堰,导流洞和临时工作桥等。
挡水建筑物是混凝土面板对石坝。 泄水建筑物有溢洪道,排沙洞,导流洞。 输水建筑物有引水渠,隧洞,尾水渠。
水电站建筑物有电站厂房,进厂房压力钢管,开关站等。
3.2.2、枢纽总体布置
枢纽布置的一般性原则:合理安排枢纽中各个水工建筑物的相互位置称为枢纽布置,其应该遵循的一般原则是:
(1)、 坝址,坝及其他主要建筑物的型式选择和枢纽布置要做到:施工方便,工期短,造价低。
(2)、 枢纽布置应该满足各个建筑物在布置上的要求,保证其在任何工作条件下都能正常工作。
(3)、 在满足建筑物强度和稳定的条件下,降低枢纽总造价和年运转费用。 (4)、 枢纽中各建筑物布置要紧凑,尽量将同一工种的建筑物布置在一起,以减少联结建筑。
(5)、 尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产,提前发挥效益(如提前蓄水,早期发电或灌溉)。
水工隧洞路线选择的原则:
(1)、隧洞的路线应该尽量避开不利的地质构造,围岩可能不稳定及地下水位高,
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