清水水電站工程防洪分析

清水水電站工程防洪分析

一、河道左向河道布?jí)味吻逅钏こ涛挥诟拭C省明縣。水庫位于縣城以西11.2km的涇河支流中。主要由擋水、泄水建筑物(泄沖閘、溢流壩)、電站廠房、左右岸副壩及開關(guān)站和生活區(qū)等設(shè)施組成。樞紐壩頂總長(zhǎng)206.96m,自河道左岸向右岸布置有60m長(zhǎng)左岸副壩段、68.96m長(zhǎng)廠房段、61.0m長(zhǎng)泄洪段、20m長(zhǎng)右岸副壩段。電站總裝機(jī)容量21.5MW,機(jī)組4臺(tái),其中6MW機(jī)組三臺(tái),3.5MW機(jī)組一臺(tái)。泄洪段采用閘壩集中布置型式,設(shè)3孔泄沖閘和3孔溢流壩。3孔泄沖閘為潛孔式閘,閘孔尺寸為7.5×5m(寬×高),弧形閘門,下游采用底流式消能;3孔溢流壩為實(shí)體砼重力結(jié)構(gòu),剖面為WES堰型,堰頂設(shè)有平板式工作閘門和檢修閘門,閘孔尺寸7.6×5.5m(寬×高),下游采用底流式消能,鑒于電站廠房在河道中的這種布設(shè),為工程施工分期圍堰導(dǎo)流提供了優(yōu)越的條件。二、水質(zhì)指標(biāo)及施工方法清水水電站工程為小(Ⅰ)型Ⅳ等工程,主要建筑物為4級(jí),次要建筑物屬5級(jí),根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范(SDJ338-89)》,導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5級(jí)。清水水電站工程施工采用分期圍堰導(dǎo)流法施工,圍堰分為兩期,一期枯水期圍堰利用草土圍堰擋水,完成兩孔泄沖閘底板及閘墩和縱向砼圍堰的施工。一期枯水期時(shí)段為:2004年10月到2005年4月,相應(yīng)洪峰流量為174?/s,相應(yīng)下游水位2341.30m。三、流量引導(dǎo)方法一期草土圍堰導(dǎo)流利用縱橫圍堰擋水,河水由束窄后的左案河道流過,主要完成兩孔泄沖閘底板及閘墩和縱向砼圍堰的施工。四、圍堰的局部圍堰布置一期枯水期擋水建筑物按5年一遇全年洪水流量174?/s設(shè)計(jì),為利于過流及降低工程造價(jià),同時(shí)確保安全施工,結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧咸攸c(diǎn),圍堰均采用草土圍堰,草土圍堰的頂寬7米,迎水面與背水面邊坡系數(shù)均為1:0.2m。為保證縱橫圍堰、圍堰與岸坡的聯(lián)結(jié)完好,減少滲流,在各段圍堰進(jìn)占前均在其端部進(jìn)行草土體裹頭處理,五、水流誘導(dǎo)工程的計(jì)算(一)圍堰堰頂安全加強(qiáng)計(jì)算用洪峰流量Q=174?/s查壩址流量水位關(guān)系曲線圖得相應(yīng)水位為2341.30m,以高程2341.30m測(cè)得壩軸線處平均過水?dāng)嗝鎸払1=50m,水深為2341.03-2339.0=2.30m,則:V0=Q/A=174/(50×2.30)=1.51m/s根據(jù)本圍堰為梯形布置,流速系數(shù)φ取0.82,河面為單側(cè)收縮,側(cè)收縮系數(shù)ε取0.95,河道束窄后平均過水?dāng)嗝鎸払k=15m。原河床斷面面積ω0=50×2.30=115?,圍堰所占據(jù)河床的過水?dāng)嗝婷娣eω1=35×2.30=80.5?,收縮斷面處的平均流速Vc=Q/ε[ω0-ω1)]取堰頂安全加高為1.0m。上游圍堰堰頂高程為:2341.30+2.02+1.0=2344.32m<設(shè)計(jì)高程2344.4m,下游圍堰堰頂高程為:2341.30+1.0=2342.30m<設(shè)計(jì)高程2342.5m。設(shè)計(jì)高程滿足洪峰流量Q=174?/s時(shí)的過水要求。(二)計(jì)算單元的確定根據(jù)草土圍堰設(shè)計(jì)尺寸,由于上游圍堰堰前水深最大,故對(duì)上游橫向圍堰進(jìn)行安全校核,圍堰按重力壩受力情況考慮,取堰長(zhǎng)1m為計(jì)算單元。取草土體干容重:γ1=11KN/?,取草土體與砂礫層的摩擦系數(shù)為0.42,水容重:γ=10KN/?,砂礫石干容重γ2=18.6KN/?,上游水位取Q=174m/s3流量時(shí)上游壅高水位2343.32m,即上游水深h=4.32m,草土體堰高5.4m,圍堰底寬B=7+5.4×0.2×2=9.16m。計(jì)算過程如下:1.礫石體重g砂、坡上水重、壓力p(1)草土體單位重G1=γ1ν1=11×(7.0+9.16)×5.4/2=479.95KN。(2)砂礫石體重G砂=γ2ν2=18.6×(6.5+5.0)×0.5×1/2=53.48KN坡上水重G水=0.2·h·h·1/2γ=0.2×4.32×4.32×1/2×10=18.66KN水平水壓力P1=γh2/2=10×4.322×1/2=93.31KN浮托力W=1/2γhB=1/2×10×4.32×9.16=195.57KN2.計(jì)算接口:5=1.4抗傾覆安全系數(shù)K傾=MG/M傾=2608.66/1328.65=1.96>1.5。滿足抗傾要求。(3)抗滑驗(yàn)算:抗滑力f=144.58KN滑動(dòng)力P1=93.31KN抗滑安全系數(shù)K=144.58/93.31=1.55>1.15,滿足抗滑要求。(三)裝夾中鉛絲籠塊體抗沖防護(hù)設(shè)計(jì)洪峰流量Q=174?/s,河道束窄后裹頭處流速Vc=5.31m/s,根據(jù)抵抗水流沖動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)流速,取單塊體積為4?的鉛絲籠塊體作為裹頭抗沖防護(hù)。(四)圍堰堰滲流量計(jì)算根椐招標(biāo)地質(zhì)圖查得草土圍堰堰基砂卵層最大深度為2.5米,縱向圍堰堰基為裸露巖石,取上下游橫向圍堰堰基滲透層厚為3.0m。1.上游圍堰堰基單寬滲透量計(jì)算。圍堰堰基單寬滲流量用下列公式計(jì)算:q=K1×T(H1-H2)nLn=1+0.87T/L式中q—堰基單寬滲流量?/hm。H1=4.32m,T=3m,H2=0(基坑無水),L=9.16m,n=1+0.87×3/9.16=1.28,K1—堰基滲透系數(shù),K1=4.2m/h將以上數(shù)值代入公式得(2)下游圍堰堰基單寬滲流量計(jì)算圍堰堰基滲流量用下列公式計(jì)算:q=K1×T(H1-H2)nLn=1+0.87T/L式中q—堰基單寬滲流量?/hm,H1=2.30m,T=3m,H2=0(基坑無水,K1=4.2m/h,L=8.4m,n=1+0.87×3/8.4=1.31將以上數(shù)值代入公式得(3)圍堰滲流量計(jì)算。排水量計(jì)算只考慮圍堰堰基滲水。水泵選型:6BA—8A型離心泵,Q泵=170?/h,H揚(yáng)=25.8m。圍堰基坑每小時(shí)排水量=(上游圍堰長(zhǎng)度×上游圍堰單寬滲流量)/24+(下游圍堰長(zhǎng)度×下游圍堰單寬滲流量)/24。圍堰基坑每小時(shí)排水量水泵臺(tái)數(shù):N=k·Q總/Q泵=1.5×487.94÷170=4臺(tái)實(shí)際排水需3臺(tái),備用1臺(tái)。六、空心磚的鋪草、散草、壓實(shí)、進(jìn)占的施工主要流程為草土圍堰施工自上游向下游進(jìn)占,主要是以壓草捆、鋪散草、鋪土等三道工序?yàn)橹鳌２堇ι蠅吻皩蓚€(gè)單草捆用長(zhǎng)拉繩攔腰捆在一起成為捆草,繩扣要結(jié)成活結(jié)扣,使其能夠在下沉中越拉越緊,三道工序中壓草捆是水下進(jìn)占施工中最主要的工序,它直接影響圍堰的質(zhì)量,三面臨水作業(yè)難度大,注意安全尤其重要,要有專門的防護(hù)救生人員在水邊巡視。圍堰施工的作業(yè)要點(diǎn)是:第一,直段進(jìn)占,自岸邊開始?jí)翰堇?第一排從圍堰的邊開始,向軸線靠攏而且平行軸線,草捆長(zhǎng)度的1/3～1/2置于水中,先壓三排各排之間相互搭接1/3～1/2,然后再鋪散草,厚度約30厘米,以填補(bǔ)草捆間的空隙,同時(shí)蓋住草繩,鋪草工序完成后,隨即進(jìn)行灑水使草料浸濕,便于下沉和壓實(shí)。然后在散草上鋪土,鋪土厚度在30～35厘米,用小型農(nóng)用三輪車上土,鋪好的土層用人工踩實(shí)或夯壓實(shí)(一遍即可)完成三道工序?yàn)橐话?按上述工序不斷循環(huán)前進(jìn)進(jìn)占,進(jìn)占中要保持堰頭成300～450的斜坡,不能形成過陡的坡度以免脫節(jié)滑坡。第二,拐彎段進(jìn)占,圍堰上拐彎段施工最困難,此時(shí)圍堰已伸向河心,水流對(duì)圍堰的沖擊最大,方向不易掌握,轉(zhuǎn)彎時(shí)應(yīng)保持進(jìn)占工作面與圍堰中心線垂直,即使前進(jìn)方向與轉(zhuǎn)彎半徑保持垂直關(guān)系,因此轉(zhuǎn)彎時(shí)堰頭外側(cè)要多壓草,內(nèi)側(cè)要少壓草,轉(zhuǎn)彎處水流速度較大,沖刷也大,特別是上游位置,給施工造成困難,這時(shí)在轉(zhuǎn)彎處的上游拋石或沉放鉛絲籠,以防沖刷。第三,拉繩及活結(jié)扣的放置,直線段的拉繩平行于堰軸線,拐彎外側(cè)2～3捆或3～5捆的拉繩要斜向軸線擺放,以使拉繩更起作用,拉得更牢,活結(jié)扣的位置一般是邊捆的活結(jié)扣朝圍堰軸線,中間捆草的放在左右均可。通過壓草、鋪散草、鋪土三道工序,連續(xù)不斷,循環(huán)交替的進(jìn)行,直到圍堰進(jìn)占完成。圍堰進(jìn)占其方向應(yīng)在岸上用測(cè)量?jī)x器控制,河兩岸要布置幾個(gè)控制點(diǎn),及時(shí)檢查進(jìn)占方向和位置,發(fā)現(xiàn)偏離及時(shí)糾正。七、銅絲籠、鉛絲籠草土圍堰重點(diǎn)防護(hù)位置為上、下游裹頭,為防止河水沖刷破壞處理措施如下:1、上下游橫向圍堰基礎(chǔ)砂礫石層挖防滲溝,做粘土心墻防滲處理。在上下圍堰裹頭處鋪筑鉛絲籠塊石護(hù)腳,護(hù)腳長(zhǎng)度上游20m,下游15m,鉛絲籠制作采用人工編籠裝石。2.接頭處施工時(shí)多用土,少用草(并宜用散草),以使結(jié)合緊密。八、齒槽的緩接口1.草土圍堰與河岸接頭處,為使堰身與河岸結(jié)合牢固,在接頭岸坡處挖一齒槽,深度為0.5m,寬度與堰寬相等,岸坡外露基巖處做成圓弧緩接形式。2.在草土圍堰施工前對(duì)上下游橫向圍堰地