水电站课程设计任务书.doc

水电站课程设计任务书及指导书兰州交通大学水利水电工程系2012年2月 一、原始资料及设计条件1概述1.1工程概况某水电站位于沅水一级支流巫水下游峡谷河段，下距会同县若水乡镇2，距洪江市15。坝址下游2有洪江～绥宁省级公路从若水乡镇经过，交通较为便利。该工程初拟正常蓄水位191，迥水至高椅坝址，库容0.0708亿m3，装机16，是一座以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益的水电工程，枢纽建筑物由溢流闸坝、重力式挡水坝、右岸引水发电隧洞和引水式厂房组成。1.2.工程等别和建筑物级别本工程以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益。水库正常蓄水位191时库容为0.0708亿m3，电站装机容量为16。2水文气象资料2.1洪水各频率洪峰流量详见下表1。表1坝址洪峰流量表频率（%）0.10.20.5123.335102050坝址洪峰流量（m3/s）9420844071606190522045403990308022201190厂址洪峰流量（m3/s）98008790746064605460475041803240234012602.2水位～流量关系曲线（1）下坝址水位～流量关系曲线详见下表2。表2下坝址水位～流量关系曲线表（高程系统：85黄海）水位Z（m）182.44183.00184.00185.00186.00187.00流量Q（m3/s）36.518552291213101730水位Z（m）188.00189.00190.00191.00192.00193.00流量Q（m3/s）218026803240384044405040水位Z（m）194.00195.00196.00197.00198.00199.00流量Q（m3/s）564062406840744080408640（2）上坝址水位～流量关系曲线详见下表3。表3上坝址水位～流量关系曲线表（高程系统：85黄海）水位Z（m）184.23185.00186.00187.00188.00189.00流量Q（m3/s）36.5255620106015402060水位Z（m）190.00191.00192.00193.00194.00195.00 流量Q（m3/s）265032703890451051305750水位Z（m）196.00197.00197.50198.00199.00199.50流量Q（m3/s）637069907300761082308540（3）厂址水位～流量关系曲线详见下表4。表4厂址水位～流量关系曲线表（高程系统：85黄海）水位Z（m）179.12180.00181.00182.00183.00184.00185.00流量Q（m3/s）30263600980138018002250水位Z（m）186.00187.00188.00189.00190.00190.5191.00流量Q（m3/s）27303270385044805140548058302.3泥沙多年平均含沙量：0.089多年平均输沙量：22.05万设计淤沙高程：169.0淤沙内摩擦角：100淤沙浮容重：0.92.4气象多年平均气温：16.6℃极端最高气温：39.1℃极端最低气温：-8.6℃多年平均水温：18.2℃历年最高气温：34.1℃历年最低气温：2.1℃多年平均风速：1.40历年最大风速：13.00，风向：NE水库吹程：3.0最大积雪厚度：21基本雪压：0.253工程地质与水文地质3.1工程地质资料（1）该工程区地震基本烈度小于Ⅵ度，不考虑地震荷载。（2）基岩物理力学指标如下上坝址饱和抗压强度：20～30抗剪指标：f砼/岩=0.6～0.65抗剪断指标：f′砼/岩=0.8～0.9c′=0.7～0.8下坝址饱和抗压强度：15～25抗剪指标：f砼/岩=0.6～0.62抗剪断指标：f′砼/岩=0.7～0.8c′=0.703.2坝址工程地质条件 （1）上坝址工程地形、地质条件上坝址位于河流弯曲段下游，流向2790，基本为“U”型横向河谷。河床基岩裸露，高程181～184，河床宽136，水深0.5～3.0。坝轴线上游100～350，河床深槽较发育，一般槽宽20～40，槽深11～14.5。当蓄水位192时，河谷宽161，左岸冲沟较发育，坝轴线上、下游分别分布2#及3#冲沟，边坡具下陡上缓特征，高程227以下坡角450，以上坡角250，山顶高程271；右岸地形较平顺，上游有一小冲沟分布，边坡较陡峻，坡角350～450，山顶高程292。坝址区除两岸均分布有宽度较窄，厚3～4冲积阶地堆积及左岸分布厚1～3残积堆积外，基岩大部分裸露，出露的主要岩性为砂质板岩、绢云母板岩夹长石砂岩、厚层长石砂岩、含砾砂岩、含砾砂质板岩。坝区岩层走向与河流交角700～800，倾上游偏左岸，坝址区构造较简单，仅上游见F1断层及物探探测的F3断层，破碎带宽0.1～0.6，延伸长度均小于50。主要节理有四组。坝区岩石风化受岩性与地形等因素影响，长石砂岩抗风化能力较强，风化较浅；板岩、绢云母板岩抗风化能力较弱，风化深度较大，两岸山顶受地形切割呈弧立小山包，则强风化深达25～36。据钻孔压水试验和地下水观测资料，坝区岩体透水性较差，地下水位坡降陡达40～50%，埋藏较浅，远高于设计正常蓄水位。坝基岩体透水率小于5lu占96.8%，基本属弱透水岩体；防渗帷幕下限（q<5lu）埋深，左岸5.2～20，河床5～7，右岸2.5～12。（2）下坝址工程地形、地质条件下坝址位于上坝址下游660，基本为“U”型横向谷，河流流向2650，河床大部分为冲积砂砾石覆盖，河床高程182～183.5，河床宽202，右河床为浅滩，水深0.5～1.0m,左河床为人工改造河槽，水深1.5～2.0。当正常蓄水位192时，河谷宽232。两岸地形对称，边坡较陡峻。左岸坡角400～430，为崩坡积物所覆盖，山顶高程324.74；右岸坡角420～450，基岩裸露,山顶高程315.25。坝区除少部分为第四系松散堆积物覆盖外，基岩大部分裸露，出露的主要岩性有绢云母板岩夹中薄层长石砂岩。坝区地质构造较简单，断层未见。岩层产状N200～250E,SE＜600～700，其走向与河流交角600～650，倾向上游偏左岸。坝区岩石风化主要受岩性所控制，坝基及坝肩大部分为绢云母板岩，其抗风化能力较弱，两岸肩强风化相对较深。据钻孔地下水位观测资料，左坝肩地下水位埋深9.5～40（高程225以上），右坝肩地下水位埋深3～23（高程226以上），远高于蓄水位。据钻孔压水试验资料表明，基岩的透水性与岩体风化程度密切相关，强风化带及弱风化带上部岩体节理裂隙较发育，岩体完整性较差，透水性较强，为中等透水带，弱风化带中下部和微风化岩体透水性较差，基本为弱透水或微透水带。坝基防渗帷幕下限（q<5lu）埋深，左岸10～28 ，河床2～10，右岸6～20。（3）坝基岩石物理力学指标坝基岩石物理力学指标建议值在下表1-5中列出。表1-5坝基岩石物理力学指标建议值表岩石名称风化程度天然密度(g/cm3)饱和抗压强度()砼与岩石抗剪强度砼与岩石抗剪断强度弹性模量(GPa)抗冲流速(m/s)临时开挖坡比备注fC(MPa)f′c′(MPa)长石砂岩含砾砂岩强2.5～2.630～350.5～0.5500.7～0.750.3～0.353～44～51:0.5上坝址弱2.7～2.7545～500.6～0.6500.9～0.950.8～0.98～107～81:0.3砂质板岩强2.54～2.568～100.40～0.4500.55～0.600.10～0.152～2.52～31:0.75上坝址弱2.75～2.7620～250.55～0.600.80～0.850.45～0.506～84～51:0.5绢云母板岩强2.5～2.556～80.38～0.4000.50～0.550.08～0.101～22～2.51:0.75下坝址弱2.72～2.7515～200.5～0.5500.75～0.800.35～0.404～53.5～4.51:0.53.3引水发电隧洞及厂房工程地质条件（1）引水发电隧洞下坝址引水隧洞进口位于坝线右岸上游，洞段穿越河间地块，出口位于河湾下游9#冲沟口附近。洞轴向N16°W。进口段（0～40）：地形坡角28°～60°，上覆岩体厚6～18，围岩为Zaj2-4岩组灰绿色绢云母板岩，劈理发育，岩层产状N20°E，SE∠65°，倾向洞外偏右侧，与洞轴线交角36°，主要发育产状N70°W，SE∠78°，N50°W，SW∠87°及N10°E，SE∠85°三组节理，面多闭合平直，延伸长0.5～1.0。强风化带下限埋深8～12，岩体因节理裂隙发育较破碎，成洞条件差，建议采取明挖。开挖坡比，。洞脸边坡由于受层面与多组节理组合切割稳定性较差，建议采取加固处理措施。洞身段（40～110）：上覆岩体厚18～66，围岩为Zaj2-3岩组上部灰白色厚层状长石砂岩，围岩呈弱～微风化状态。岩层产状N22°E，SE∠64°，与洞轴线交角38°。主要发育N50°～60°W，SW∠85°～87°及N10°E，SE∠80°～85°两组节理，面紧密闭合，延伸长0.5～1.0。该段位于地下水位以下，岩体完整性较好，基本稳定，成洞条件较好。其中平距40～70段属Ⅲ类围岩，f=4～5，K0=35～40 ；平距70～110段属Ⅱ类围岩，f=6～7，K0=50～55。洞身段（110～350）：上覆岩体厚24～107，围岩为Zaj2-3、Zaj2-2岩组灰绿色绢云母板岩夹中厚层长石砂岩，围岩呈弱～微风化状态，岩层产状N22°E，SE∠64°，与洞轴线交角38°，板岩内产状N15°E，NW∠75°劈理较发育。主要发育N50°～60°W及N10°E两组高倾角节理，面平直闭合，延伸长0.5～1.0m。该段位于地下水位以下，岩体完整至较完整，大部分洞段基本稳定，成洞条件较好，但局部洞段（310～350）劈理、节理较发育，稳定性较差。其中平距110～310段属Ⅲ类围岩，f=4～5，K0=30～35；平距310～350段属Ⅳ类围岩，f=3～4，K0=15～20。出口段（350以后）：地形坡角15°～45°，上覆岩体厚2～24。围岩为Zaj2-2岩组灰绿色绢云母板岩夹长石砂岩，板岩内劈理发育。岩层产状N15°E，SE∠65°～70°，倾向洞内偏右侧，与洞轴线交角31°。主要发育N30°E，NW∠35°，N85°W，SW∠86°，N15°W，SW∠79°及N80°E，NW∠36°四组节理，面多闭合，延伸长1～5。强风化带下限埋深5～16m。该段位于地下水位以下，岩体因节理、劈理发育完整性差，成洞条件差，建议采取明挖，开挖坡比，,。由于N10°E及N80°E，倾向洞外的两组缓倾角节理较发育，加上与NWW向、NNW向高倾角节理组合形成不稳定块体，对洞脸边坡与开挖边坡稳定不利，建议采取锚固处理措施。（2）厂房下坝址厂房位于河弯下游9#冲沟出口的冲积堆积Ⅰ级阶地一带，阶地宽10～12，阶面高程183～184，后山坡坡角45°，基岩裸露。阶地上部为灰褐色粉质粘土，下部为砂砾石，厚1.0～1.8，基岩为Zaj2-3、Zaj2-2岩组灰绿色绢云母板岩夹灰白色长石砂岩。岩层产状，N15°～20°E，SE∠65°～70°，板岩劈理发育，主要发育NE向、NEE向、NNW向及NWW向四组节理，面多闭合，延伸长1～5。强风化带下限埋深2～5，厂房基础持力层为弱风化岩体，其强度满足建筑物地基应力要求。但NE及NEE向两组缓倾角（35°～36°）节理较发育，且倾向坡外，对厂房开挖边坡稳定不利，建议采取加固处理措施。推荐的岩体物理力学指标建议值：弱风化长石砂岩，；弱风化绢云母板岩Rg=15～20，；开挖坡比,。3.4天然建筑材料本阶段勘察按普查精度要求进行，除对原规划料场进行复核外，重点对石料进行了勘测，共勘查储量：砂砾料180.85×104m3，土料77.5×104m3，石料988.22×104m3，储量基本能满足要求。（1）土料共调查了7个料场，总储量77.5×104m3，均分布在团河Ⅱ级阶地，为黄褐色、红棕色粘土、土层较密实，呈可塑～硬塑状，中～低压缩性。料场分布面积大，有用层厚度3～4 ，无用层厚度仅0.5。除高标、若水两料场有少量农田及柑桔林外，其他产地均为荒地，开采条件好。除若水料场运距为2.5较近外，其他料场运距较远达10～14。各料场距公路较近，运输方便，推荐料场土的物理力学指标：天然含水量26%，最优含水量22%，最大干密度1.56～1.60g/cm3，压缩系数Va1-2=0.32，内摩擦角180，凝聚力23。（2）砂砾料共调查26个料场，总储量180.85×104m3，其中砂约46.39×104m3，砾134.46×104m3，水上66.56×104m3，水下114.29×104m3，主要分布在团河、巫水、沅水等河流。团河的砂料场，砾石成分板岩较多，磨圆度较差，粗砾含量偏高，砂约占15～20%，砂砾石质量较差。巫水、沅水的砂砾料场，砾石成份主要为砂岩，石英砂岩等，磨园较好，含泥较少，砂约占20～40%。质量较好。团河、巫水河的料场单个储量较小，一般1～3×104m3。水上可采厚度0.5～1.5，水下可采厚度1.5～2.0。无用层厚度0～0.8，最厚2，开采较为方便。沅水的料场单个储量较大，一般10～30×104，可采厚度水上：1.0～2.0,水下：1.5～2.0。基本没有无用层，开采条件好。八宋、陈田、若水、胡家湾、上江西团、下江西团、红庙湾、陡滩料场，远距近，仅2～5。其他料场运距较远达9.5～28.5。除三洲、高椅料场不通公路，运输不便外，其他料场距公路均较近，运输较方便。（3）石料共调查5个料场，总储量988.24×104m3。除独岩滩料场为估算储量外，其他四个料场均实测断面，用平行断面法计算储量。5个料场均位于库内两岸。为Zaj2、Zaj3的厚层砂岩、含砾砂质板岩、含砾砂岩等，弱风化岩石较坚硬，饱和抗压强度。表部无用层为风化破碎岩石，厚度0～20。靠近河岸边为弱风化岩石，山坡无用层厚度较大，开采条件较差。芦塘等四个料场运距近，小于1，应优先开采。独岩滩料场远距较远，达5.5,可作为备用料场。各料场均无公路相通，需修建简易公路。4设计基本数据4.1工程开发的任务若水水电站工程开发的任务是以发电为主，兼顾防洪、旅游、生态治理等综合利用，它的兴建将促进会同县工农业生产的发展。4.2主要技术规范及参考资料《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》SL252-2000《混凝土重力坝设计规范》DL5108-1999《水电站厂房设计规范》SD335-89《水电站进水口设计规范》SD303-88《水利水电工程可行性研究报告编制规程》DL5020-93《水工隧洞设计规范》SD134-84《水电站调压室设计规范》DL/T5058-1996 《水利水电工程设计防火规范》SDJ278-90《水工设计手册》第七册4.3水库特征水位、下泄流量及下游水位（1）下坝址正常蓄水位：191.00；设计洪水位（P=2%）：193.75，下泄流量Q=5220m3/s，相应下游水位193.3；校核洪水位（P=0.2%）：199.4，下泄流量Q=8440m3/s，相应下游水位198.67；死水位：190.50。（2）上坝址正常蓄水位：191.00；设计洪水位（P=2%）：194.78，下泄流量Q=5220m3/s，相应下游水位194.15；校核洪水位（P=0.2%）：200.24，下泄流量Q=8440m3/s，相应下游水位199.34；死水位：190.50。4.4水文气象资料见前。4.5工程地质资料见前。5设计控制标准5.1稳定控制标准大坝基本组合（设计情况）：Kc≥1.05，k＇≥3.0特殊组合（校核情况）：Kc≥1.00,k＇≥2.5厂房抗浮安全系数Kf≥1.105.2应力控制标准基础面不出现垂直拉应力最大垂直压应力小于地基允许承载力（地基承载力安全系数取2）5.3防渗设计标准相对隔水层控制线：3～5lu坝基设帷幕、排水，，。6、设计要求6.1确定厂房轮廓尺寸，包括长度、宽度和高度，确定各层高程；6.2绘制出厂房横剖面图（A3米格纸）；6.3提交设计说明计算书一份。