馮家灣水電站

1、馮家灣水電站混凝土面板壩畢業(yè)設(shè)計開題報告學(xué)生：學(xué)號：指導(dǎo)老師：-設(shè)計的目的和意義馮家灣水電站位于湖北省十堰市竹溪縣境內(nèi)，工程任務(wù)以發(fā)電為主，兼有攔 沙、養(yǎng)殖、解決飲水等功能。工程壩址位于竹溪縣豐壩鄉(xiāng)，流域控制面積789km2, 多年平均流量15.94m3/s，多年平均風(fēng)速1.2m/s，歷年最大風(fēng)速16 m/s，正常 蓄水位384.5m，死水位380m，總庫容2252.9萬m3，為日調(diào)節(jié)電站，電站裝機2 臺，總裝機6MW。大壩及水工建筑物屬于三等中型工程，其設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)按50 年一遇，校核按500年一遇。馮家灣水庫以發(fā)電為主，無防洪、灌溉等其他綜合利用任務(wù)要求，洪水調(diào)節(jié) 主要考慮確保工程本身的防

2、洪安全為原則，本工程項目為中型水庫，按照國家技 術(shù)監(jiān)督局和中華人民共和國建設(shè)部1994年聯(lián)合發(fā)布的GB50201-94防洪標(biāo)準(zhǔn) 和水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)(DL5180-2003)中的規(guī)定， 確定大壩及水工建筑物等級以及防洪標(biāo)準(zhǔn)；確定廠房等級及防洪標(biāo)準(zhǔn)。通過對馮家灣水電站混凝土面板堆石壩設(shè)計，使設(shè)計者達到掌握水工建筑物 設(shè)計步驟的要求。設(shè)計中了解工程基本的水文及地質(zhì)條件，進行洪水調(diào)節(jié)計算； 按照規(guī)范要求對泄水建筑物方案比較，重點設(shè)計溢流壩；通過對不同壩型分析， 并進行抗滑穩(wěn)定分析與計算和應(yīng)力計算，設(shè)計合理的面板壩；了解并掌握大壩常 規(guī)的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計，并進行重點闡述；繪制大壩平面布

3、置、橫剖、縱剖圖以及細(xì) 部構(gòu)造圖等。二、面板堆石壩國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀面板堆石壩的發(fā)展大致可分成三個時期；18501940年是以拋填堆石為特征的早期階段，該階段修建的面板堆石壩壩高一般低于100m，壩體變形較大，面板開裂滲漏問題嚴(yán)重；19401965年為從拋填堆石到碾壓堆石的過渡階段，該階段面板堆石壩的 發(fā)展基本停滯；1965年以后是以碾壓堆石為特點的現(xiàn)代階段，碾壓堆石完全取代了拋填堆 石，隨著薄層碾壓施工技術(shù)的不斷進步和完善，面板堆石壩的數(shù)量和高度迅速增 加，逐漸成為當(dāng)今水利水電工程建設(shè)的主流壩型之一。面板堆石壩最早出現(xiàn)在19世紀(jì)50年代美國加利福尼亞州內(nèi)華達山脈的礦區(qū)，當(dāng)時的堆石壩采用木板防滲。

4、經(jīng)過150余年的發(fā)展，現(xiàn)代面板堆石壩基本為 混凝土面板堆石壩，因其具有造價低、工期短的特點，混凝土面板堆石壩得到了 蓬勃的發(fā)展，已成功建設(shè)200m級的高壩。壩工界比較一致的觀點是150m級面板 堆石壩的筑壩技術(shù)是成熟的，而200m級面板堆石壩的筑壩技術(shù)還需改進和完善。 中國最高的面板堆石壩為湖北的水布埡，壩高233m，建成于2008年。國外最高 的面板堆石壩為秘魯?shù)哪_德阿里卡，壩高220m，在建。三、工程概況馮家灣水電站位于湖北省縣河流域十堰市竹溪縣境內(nèi)，距竹溪縣城約20km， 是以發(fā)電為主，兼有攔沙、養(yǎng)殖、解決人畜飲水等功能的1座閘壩工程，社會效 益和經(jīng)濟效益相當(dāng)顯著。工程壩址控制流域面積

5、798km2,多年平均流量15.94m3 / s，水庫正常蓄水位384.5m、死水位380m，總庫容2252.9萬m3、調(diào)節(jié)庫容690.5 萬m3，庫容系數(shù)1.35%，為日調(diào)節(jié)電站；水電站裝機2臺、總裝機容量6MW， 保證出力0.831MW，多年平均發(fā)電量2260萬kW h。四、水文資料縣河流域為竹溪河主要支流，竹溪縣縣城位于竹溪河岸邊，故竹溪縣城的氣候 特征具有一定代表性?？h河流域多年平均降水923mm，最大年降水量1255mm（1984 年）發(fā)生在豐壩（縣河下游與竹溪河匯合處）。最小年降水量613mm （1976年）， 發(fā)生在秦古（縣河上游）。雨量分布受地形地勢影響，從上游至下游呈遞增趨勢

6、。 每年4-10月為汛期，其降水量約占全年降水量的82.7%。馮家灣壩址處的水位-流量關(guān)系如表1.1：表1.1馮家灣壩址水位-流量關(guān)系表高程（m）356.14358.3359362365370375流量（m3/s）032110500118028105000五、工程地質(zhì)水庫位于縣河流域中下游馮家灣河段，水庫回水至竹溪縣縣河鎮(zhèn)，水庫段長約 10Km，庫岸最大高程749m，河床分布高程350-375m，地形相對高差100-400m， 河床寬30-200m，河流縱坡坡降約2-3%，河流總體流向為北北西-南南東。河谷多深切，受地層巖性，構(gòu)造的控制，河流曲折，河谷多呈“U”型谷，局 部庫段呈深切河谷，庫岸

7、陡峻多植被，寬緩谷段發(fā)育河流階地，多被墾為耕地， 如在丁家院、聶家灣等寬谷河段。庫區(qū)出露地層為志留系中、下統(tǒng)和第四系地層。六、設(shè)計步驟：（1）分析原始資料 熟悉本水庫樞紐工程的一般自然地理條件，壩址附近的 水文、氣象特征、地形、地質(zhì)條件、當(dāng)?shù)夭牧?、對外交通的基本資料。通過對資 料的了解和分析，初步掌握原始資料中對設(shè)計和施工有較大影響的主要因素和關(guān) 鍵性問題，為設(shè)計奠定基礎(chǔ)。（2）樞紐布置 根據(jù)選定的壩軸線從地形、地質(zhì)、施工、運用等方面大致確 定建筑物（包括大壩、圍堰、導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道、電站等）的相對位置、建筑 物形式，并加以定性分析與論述。（3）確定斷面尺寸及平面布置：3.1調(diào)洪演算通過GB

8、50201-94防洪標(biāo)準(zhǔn)和水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安 全標(biāo)準(zhǔn)（DL5180-2003）中的規(guī)定，確定大壩及水工建筑物等級以及防洪標(biāo)準(zhǔn)； 確定廠房等級及防洪標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)水文資料，得到水位庫容曲線Q=f（Z）和下泄流量和庫容曲線q=f（V）, 確定起調(diào)水位；利用水量平衡方程，進行試算，得到每個計算時段W的水位，庫容；最終得到校核和設(shè)計洪水位，最大下泄流量等。3.2根據(jù)規(guī)范要求，參照已建工程并考慮本工程的具體情況，確定壩頂 高程、壩頂寬度、壩坡、防滲體及排水體尺寸，確定斷面尺寸，繪出壩的剖面及 平面布置圖。（4）泄水建筑物設(shè)計按照規(guī)范要求對泄水建筑物方案比較，確定泄水建筑物位置，斷面尺 寸，重點

9、設(shè)計溢流壩。泄洪建筑物初步設(shè)計采用溢洪道方式。根據(jù)調(diào)洪演算已確定的堰頂高 程和堰頂凈寬，在考慮閘門寬度后，最終確定堰頂實際所需寬度，并根據(jù)地 形確定其合適布置位置。通過堰坎厚度5和堰上水頭H的比值確定堰型；利用水力學(xué)公式計算流道寬度及水流的深度，設(shè)計合理的溢洪道邊墻高度和形式。溢洪道出口采用挑流方式，確定消能措施，根據(jù)水力學(xué)計算出口水流 流速，初步設(shè)計挑流鼻坎的參數(shù)，并計算挑射距離及沖坑深度，論證設(shè)計的 合理性。（5）抗滑穩(wěn)定分析與計算和應(yīng)力計算根據(jù)混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范（SL228-98）設(shè)計混凝土面板堆石壩 壩體并校核其穩(wěn)定等；壩體穩(wěn)定驗算用正常工況和偶然工況分別計算驗證，滲流計算采用水

10、力學(xué) 公式進行驗證，采用滑楔法進行混凝土面板堆石壩邊坡的穩(wěn)定分析。壩體設(shè)計應(yīng)根據(jù)料源及壩料強度、滲透性、壓縮性、施工方便和經(jīng)濟合理 等因素分區(qū)，并相應(yīng)確定填筑標(biāo)準(zhǔn)；從上游向下游宜分為墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆 石區(qū)、下游堆石區(qū)，在周邊縫下游測設(shè)置特殊墊層區(qū)，宜在面板上游低部位設(shè)置 鋪蓋區(qū)及蓋重區(qū)；各區(qū)壩料的滲透性宜從上游向下游增大，并應(yīng)滿足水力過渡反 濾要求；要充分利用樞紐建筑物開挖料和近壩區(qū)料源。（6）了解并掌握大壩常規(guī)的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計，并進行重點闡述。包括壩基處理、 壩與兩岸連接、壩頂、護坡、反濾層、過渡層，以及壩體與壩基的防滲體、排水 設(shè)施。（7）繪制大壩平面布置、橫剖、縱剖圖以及細(xì)部構(gòu)造圖等。

11、（8）確定壩工相應(yīng)的機電設(shè)備，例如：起重機，閥門等。（9）確定料場位置。七、可能存在的問題（1）水庫的滲流（2）壩體除險加固的問題（3）新型材料的使用。隨著筑壩技術(shù)的發(fā)展，壩的高度越來越大，需要的傳 統(tǒng)材料越來越多，施工周期越來越長。如果在筑壩的過程中，再用新型材料，比 如現(xiàn)在可以把樹脂模作為防滲體，既可以保證壩體的安全，又可以縮短工期和節(jié) 約資金（4）溢洪道進口布置有引洪平流段的情況下，由于水力計算中忽略了平流段 時進口水位雍高，而實際雍高有時較大，不可忽視。設(shè)計時可能會溢洪道的消能 工是設(shè)計考慮不夠充分，或者形式選擇不當(dāng)，導(dǎo)致消力墻長度和深度均不能滿足 需要，消能不夠充分，致使下游河段發(fā)生

12、嚴(yán)重沖刷。因此在該段采用直線布置， 并盡量避免彎道和設(shè)置扭坡順引流態(tài)的急劇變化甚至產(chǎn)生負(fù)壓；其縱斷面設(shè)計應(yīng) 因地制宜的根據(jù)地形地質(zhì)而選用緩坡、陡坡或多級躍水等多種形式；陡坡段應(yīng)采 用均以比降；由于泄水段流速很高，故應(yīng)盡量布置在巖基上八、要求閱讀或檢索的參考資料及文獻：(包括指定給學(xué)生閱讀的外 文資料)1、 水電站建筑物河海大學(xué)王世澤、水電站建筑物武漢大學(xué)馬 善空2、水電站廠房設(shè)計顧鵬飛、喻遠(yuǎn)光3、混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范(SL319-2005)；4、水工設(shè)計手冊(第7冊)水電站建筑物5、顧志剛.混凝土面板堆石壩施工設(shè)計.中國電力出版社,20056、邵宇李海芳等.面板堆石壩變形特性與計算.中國水利水電出版 社,20117、關(guān)志誠.混凝土面板堆石壩筑壩技術(shù)與研究.中國水利水電出版社.8、王鈺琳等.面板堆石壩應(yīng)力變形分析.水利發(fā)電.20079、水電站建筑物設(shè)計參考資料四川聯(lián)合大學(xué)張治濱10、水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(SL191-2008)；11、水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)(SL252-2000).北京