最新侧式进出水口设计大纲范本.docx
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最新侧式进出水口设计大纲范本
侧式进出水口设计大纲范本
FJD34070FJD
抽水蓄能电站技术设计阶段
侧式进/出水口设计大纲范本
水利水电勘测设计标准化信息网
1999年3月
工程技术设计阶段
侧式进/出水口设计大纲
主编单位:
主编单位总工程师:
参编单位:
主要编写人员:
软件开发单位:
软件编写人员:
勘测设计研究院
年月
目次
1.引言4
2.设计依据文件和规范4
3.设计基本资料5
4进/出水口设计优化10
5.水力设计10
6.进水塔的稳定验算11
7.结构设计12
8.工程措施设计17
9.分缝和止水17
10.专题研究17
11.工程量计算17
12.设计成果18
1引言
抽水蓄能电站工程位于,利用为下水库,在处修建上水库。
电站装机容量为MW,安装台单机容量为MW的可逆式水泵水轮机组。
电站共有条水道系统,采用管机布置型式。
本电站采用侧式进/出水口。
本工程初步设计于年月经审查通过。
为了取得更好的水力、结构和使用条件,本阶段将对进/出水口设计进一步优化。
2设计依据文件和规范
2.1有关本工程的文件
(1)抽水蓄能电站初步设计报告;
(2)抽水蓄能电站初步设计审批文件;
(3)抽水蓄能电站进/出水口水工模型试验报告;
(4)抽水蓄能电站其它有关文件。
2.2主要设计规范
(1)SDJ12-78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分)(试行)及补充规定;
(2)SD303-88水电站进水口设计规范(试行);
(3)DL5077-1997水工建筑物荷载设计规范;
(4)DL/T5057-1996水工混凝土结构设计规范;
(5)DL5073-1997水工建筑物抗震设计规范;
(6)SD134-84水工隧洞设计规范;
(7)DL/T5082-1998水工建筑物抗冰冻设计规范;
(8)GBJ86-85锚杆喷射混凝土支护技术规范;
(9)JTJ021-89公路桥涵设计通用规范;
JTJ023-85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范;
JTJ024-85公路桥涵地基与基础设计规范;
(10)DL/T5039-95或水利水电工程钢闸门设计规范;
SL74-95
(11)SDJ21-78混凝土重力坝设计规范(试行);
(12)SL47-94水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范;
(13)SDJ212-83水工建筑物地下开挖工程施工技术规范;
(14)SDJ57-85水利水电地下工程锚喷支护施工技术规范;
(15)SDJ207-82水工混凝土施工技术规范;
(16)JTJ041-89公路桥涵施工技术规范。
3设计基本资料
3.1工程等别与建筑物级别
工程等别:
等;
建筑物级别:
级。
3.2地震烈度
基本地震烈度:
度;
设计地震烈度:
度。
3.3水位与流量
3.3.1水位
(1)上水库水位
正常蓄水位:
m;
死水位:
m。
(2)下水库水位
校核洪水位:
m;
设计洪水位:
m;
最高蓄水位:
m;
电站正常运行水位:
m;
发电限制水位:
m;
死水位:
m。
3.3.2流量
单机额定发电流量:
m3/s;
全部机组发电最大流量:
m3/s;
单机抽水最大流量:
m3/s;
全部机组抽水最大流量:
m3/s。
3.4泥沙
下水库泥沙淤积高程:
m;
淤沙内摩擦角:
°;
淤沙浮重度:
kN/m3。
3.5气象
3.5.1气温与水温
(1)气温
表1气温单位:
℃
项目
月份
年
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
月平均气温
月平均最高气温
月平均最低气温
绝对最高气温:
℃;
绝对最低气温:
℃。
(2)水温
表2水温单位:
℃
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年
平均水温
3.5.2风向、风速与吹程
(1)风向:
;
(2)风速
多年平均风速:
m/s;
多年平均最大风速:
m/s;
(3)风的吹程:
km。
3.5.3冰冻
(1)封冰期:
月~月;
(2)冰层厚度:
m;
(3)流冰特征:
冰块厚度:
m;
冰块面积:
m2;
冰块流速:
m/s;
流冰抗压碎强度:
MPa;
(4)冻土深度:
m。
3.5.4雪
(1)基本雪压:
MPa;
(2)顶面积雪分布系数:
。
3.6污物情况
(1)污物来源:
;
(2)种类:
;
(3)数量:
;
(4)漂移规律。
3.7地形图
进/出水口部位地形图(1∶500~1∶1000)。
3.8工程地质
(1)地质平面图(1∶500~1∶1000),纵、横剖面图(1∶200~1∶500)。
(2)岩石物理力学参数:
岩体重度:
kN/m3;
基岩(围岩)分类:
;
基岩(围岩)性质:
;
岩石坚固系数:
;
岩石单位弹性抗力系数:
N/m3;
岩石弹性模量:
MPa;
岩石变形模量:
MPa;
泊松比:
;
干抗压强度:
MPa;
湿抗压强度:
MPa;
岩石软化系数:
;
地基承载力:
MPa;摩擦系数:
。
(3)边坡:
表3开挖边坡
岩性
强风化
弱风化
微风化
覆盖层
开挖边坡
永久
临时
3.9扬压力面积系数
扬压力面积系数:
。
3.10拦污栅及启吊设备
(1)拦污栅
拦污栅容许最大过栅流速:
m/s;
拦污栅容许平均过栅流速:
m/s;
拦污栅栅槽宽度和深度:
m×m;
拦污栅重量:
kN;
拦污栅栅片厚度和净距:
厚度cm;净距cm;
拦污栅前后水压差:
kN/m2;
拦污栅布置图。
(2)启吊设备
启吊方式:
;
提示:
根据污物情况,选择临时或永久启吊设备。
启吊设备重量:
kN;
启吊力:
kN;
启吊设备布置图(含启吊设备荷载分布图)。
提示:
若有清污设备,应增加相应资料。
3.11闸门及启闭机
(1)闸门
闸门宽度和高度:
宽度:
m;高度:
m;
闸门门槽宽度和深度:
m×m;
闸门门槽中心线桩号:
;
闸门重量:
t。
(2)启闭设备
启闭方式:
;
启闭机基础荷载:
kN;
启闭机布置图(含启闭设备荷载分布图)。
3.12材料特性及安全系数
3.12.1混凝土与钢筋混凝土
(1)混凝土强度等级:
、。
(2)重度
混凝土:
kN/m3;钢筋混凝土:
kN/m3。
(3)混凝土设计强度与弹性模量
表4混凝土设计强度与弹性模量单位:
N/mm2
强度种类
符号
混凝土强度等级
轴心抗压
fc
轴心抗拉
ft
弹性模量
Ec
(4)混凝土泊松比:
。
(5)建筑物结构安全级别、结构重要性系数、设计状况系数
表5结构安全级别、结构重要性系数和设计状况系数
水工建筑物级别
结构安全级别
结构重要性系数
设计状况系数
持久状况
短暂状况
偶然状况
(6)结构系数
表6承载能力极限状况计算时的结构系数
素混凝土结构
钢筋混凝土及预应力混凝土结构
受拉破坏
受压破坏
(7)作用(荷载)分项系数
表7作用(荷载)分项系数
作用类别
永久作用(荷载)
可变作用(荷载)
偶然作用(荷载)
作用分项系数
(8)裂缝控制
表8抗裂验算时混凝土拉应力限制系数
短期组合
长期组合
表9钢筋混凝土结构构件最大裂缝宽度允许值单位:
mm
环境条件类别
最大裂缝宽度允许值
短期组合
长期组合
(9)混凝土抗渗等级:
、。
(10)混凝土抗冻等级:
、。
3.12.2钢筋
(1)钢筋种类及钢筋强度设计值
表10钢筋种类及钢筋强度设计值单位:
N/mm2
钢筋种类
抗拉强度设计值fy
抗压强度设计值f′y
热扎钢筋
冷拉钢筋
冷扎带肋钢筋
(2)钢筋弹性模量
表11钢筋弹性模量单位:
N/mm2
钢筋种类
Es
3.12.3喷射混凝土
(1)重度:
kN/m3。
(2)喷射混凝土的设计强度与弹性模量
表12喷射混凝土设计强度与弹性模量单位:
N/mm2
喷射混凝土设计强度等级
轴心抗压
弯曲抗压
轴心抗拉
弹性模量
(3)喷射混凝土抗渗标号:
。
(4)喷射混凝土抗冻标号:
。
3.13水工模型试验成果
(1)孔口数:
孔;
(2)孔口高:
m,孔口宽:
m;
(3)顶板扩散角:
°;
底板扩散角:
°;
(4)水平最大扩散角:
°;
边墩与隔墩间夹角:
°;
隔墩与隔墩间夹角:
°;
(5)扩散段长度:
m;
(6)过栅平均流速:
m/s。
3.14机组水力过渡过程计算成果
(1)上、下库闸门井最高水位:
m、m;
(2)上、下库闸门井最低水位:
m、m;
(3)进、出水口段的压力分布。
3.15抗滑验算和抗倾覆验算安全系数
4进/出水口设计优化
提示:
当闸门井离上、下库较远时,在机组水力过渡验算中,闸门井内水位可能有较大变化。
4.1进/出水口布置优化
提示:
根据总布置要求、本阶段地质资料、水流条件等资料,进行布置复核与优化。
主要工作内容为:
(1)方案布置
提示:
根据具体情况,进行诸如闸门段形式(塔式、竖井式、岸坡式);尾水事故门布置方式(与尾水检修门结合与否);闸门段兼做调压井与否等的优化与复核。
(2)进/出水口位置。
(3)主要高程,如建基面高程、进/出水口顶板与底板高程、拦沙坎高程、沉沙池(或前池、引渠)底高程、启闭机平台高程等。
(4)进/出水口分流孔数、平面与立面扩散角。
(5)防涡设施(梁)的布置。
(6)闸门、启闭机、拦污栅、通气设施布置。
(7)交通布置。
(8)旅游美化要求。
(9)其它。
4.2进/出水口结构优化
提示:
根据优化后的布置,对各具体结构布置与尺寸的合理性进行优化。
主要内容为:
(1)进/出水口扩散段底板采用整体式或分离式。
(2)进/出水口的分缝位置及缝的止水方式。
(3)进/出水口与水库防渗系统间的防渗处理措施。
(4)闸门井井座与井身结构型式。
(5)拦污栅框架结构型式。
(6)其它细部结构布置与尺寸。
5水力设计
提示:
抽水蓄能电站一般有水头高、引用流量大、流速快、双向水流、水库水位变幅大等特点。
5.1设计原则
进/出水口水力设计应满足以下要求:
(1)进流时,不能产生吸气旋涡;
(2)出流时,流速分布均匀,不出现反向流速;
(3)水头损失小;
(4)库内水流流态好,水面波动小;
(5)漂浮物、泥沙等不能进入管道内。
5.2水力设计复核
主要进行以下内容的水力设计复核:
(1)进/出水口的最小淹没深度及弗汝德数。
提示:
可采用Gardo公式和Pennino公式计算。
(2)连接进/出水口水道的直段长度。
提示:
平面上一般应满足30~40倍的水道直径;立面上可放宽。
(3)进/出水口平面及立面扩散角的数值。
提示:
扩散段每一流道的平面扩散角一般应小于10°,扩散段立面扩散角一般应小于7°。
(4)进/出水口分流墩应对称布置。
提示:
分流墩墩头一般布置在扩散起点;分流墩起点的间隔比例,三孔时一般为2×0.35∶0.3,四孔时一般为0.28∶0.22。
墩头应设计成窄而尖的形状,分流灵敏,减少水头损失。
(5)防涡梁的断面尺寸及梁间距。
提示:
(1)当闸门井距上、下库较远时,在机组水力过渡过程中,闸门井内水位可能有较大的变化。
(2)闸门井兼作调压井时,井内水位变幅更应引起重视。
(3)水力过渡过程计算,可参考《抽水蓄能电站技术设计阶段水道水力过渡过程计算大纲范本》。
提示:
一般梁高h≥1.5m、梁间距S<1.5m、防涡梁段总长大体应与孔口高度相等(即L≈D)、防涡梁总宽应满足∑b≥L/2。
(6)水道系统水击压力对闸门井中涌浪的影响。
(7)进/出水口两侧的库形宜对称逐渐扩大。
(8)必要时重新进行水工模型试验。
6进水塔的稳定验算
6.1设计原则与假定
(1)进水塔应视具体情况进行整体稳定分析。
内容包括:
抗滑稳定验算、抗倾覆稳定验算、塔基应力计算。
(2)塔基应力计算时,塔基面承受的最大垂直正应力应小于塔基容许压应力;最小垂直正应力应大于零。
地基软弱时,最大及最小应力的比值应予以控制。
6.2荷载及其组合
表13荷载及其组合
荷载
结构自重
水压力
扬压力
启闭力
人群荷载
雪荷载
风压力
浪压力
冰压力
地震荷载
荷载组合
正常运用
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
地震
+
+
+
+
注:
①“结构自重”包括进水塔、启闭机排架、启闭机房及启闭机的重量等
②“水压力”中含作用于闸门上的水压力
③“启闭力”中包括闸门重
④如有岩石压力、土压力、淤沙压力时,也应计入
6.3稳定验算
提示:
在结构布置图的基础上,将求得的某荷载组合下的荷载值,按力的作用位置、方向及分布规律绘于图中,形成稳定计算简图。
6.3.1计算简图
6.3.2计算方法
(1)参照SDJ21-78进行抗滑稳定验算与抗倾覆稳定验算。
(2)进水塔塔基面应力用偏心受压公式验算。
7结构设计
7.1扩散段结构设计
7.1.1设计原则与假定
(1)垂直水流向截取单位宽度按平面框架计算(或按空间结构整体计算)。
(2)根据底板是否分离的具体结构情况,按弹性地基上的闭合框架或墩底端铰支(或固端)的分离框架计算。
提示:
(1)跨高比λ>4.0时,不考虑刚性节点和剪切变形的影响;2.5<λ≤4.0时考虑刚性节点和剪切变形的影响;λ≤2.5时按深梁计算。
(2)当λ>2.5时,支座负弯矩钢筋不宜按支座中心负弯矩配筋,应按边缘或柔性端弯矩配筋,且此弯矩不宜小于按净跨计算的框架节点弯矩,或直接按杆件两端固定计算的固端弯矩配筋。
(3)根据杆件跨高比,确定是否考虑刚性节点和剪切变形的影响,或是否按深梁计算。
(4)地基反力,顺水流向按直线分布;垂直水流向根据地基软硬情况与底板刚度大小,按均匀分布或三角形分布。
(5)明挖稳定岩石边坡不计侧向山岩压力。
洞内衬砌应考虑山岩压力;围岩弹性抗力根据具体情况确定。
(6)运行期不计温度荷载;施工期温度应力采用结构与施工措施解决。
(7)配筋按现行规范计算。
7.1.2荷载及其组合
表14荷载及其组合
荷载
结构
自重
内水
压力
外水
压力
弹性
抗力
山岩
压力
节点外荷
土石压力
地基反力
地震荷载
灌浆压力
拦污删前后水压差
荷载组合
正常运用
+
+
+*
+*
+*
+
+*
+
+
+*
+*
+*
放空
+
+
+*
+
施工
+
+*
+
+*
地震
+
+
+*
+*
+*
+
+
注:
各工况下荷载组合中,用“+*”表示的荷载根据对结构受力有利与否确定取舍,下同
7.1.3结构计算方法
提示:
根据扩散段箱形框架底板是否分离、扩散段在洞外或洞内的具体情况,在结构布置图的基础上,按照设计原则与假定、选择的计算方法,并将求得的某荷载组合下的荷载值按一定的分布规律绘于图中,形成结构计算简图。
7.1.3.1计算简图
7.1.3.2计算方法
提示:
(1)假定地基反力图形,按箱形闭合框架计算结构内力。
(2)假定上部框架固定于底板上,先算上部框架内力后将墩底内力反作用于底板,按弹性地基梁计算。
(3)采用沈英武“逐次渐进法”,按弹性地基上框架结构计算多跨框架结构内力;采用潘家铮“常数法”,按弹性地基上框架结构计算单跨框架结构内力。
(4)在扩散段上有其它结构物时,会有不平衡竖向力产生,计算方法见《水工设计手册·水电站建筑物》。
(5)三角形地基反力的计算方法见《水工设计手册·水电站建筑物》。
(6)考虑节点刚性和剪切变形影响时的有关计算方法见《水工设计手册·水电站建筑物》和《水工设计手册·基础理论》。
(7)经过验证的结构计算程序。
7.2进水塔塔身(或闸门井井身)结构设计
提示:
以下内容根据是进水塔还是闸门井选取。
7.2.1设计原则与假定
(1)沿水平方向切取塔身(或井身)单位高度断面,按平面箱形框架或厚壁圆筒计算。
(2)根据杆件跨高比确定是否考虑刚性节点和剪切变形影响。
提示:
是否考虑刚性节点和剪切变形影响的条件,参见7.1.1(3)的提示。
(3)进水塔塔身通常不计温度荷载,而在设计中适当考虑构造措施。
(4)闸门井井身:
不计地震荷载;不计温度应力,施工期温度应力采取施工及构造措施解决;当岩石坚固系数大于2时,考虑弹性抗力;计算外水压力时,外水荷载考虑折减系数,折减系数参考《SD134-84》附录三采用。
(5)配筋按现行规范计算。
7.2.2荷载及其组合
(1)进水塔塔身荷载及其组合
表15进水塔塔身荷载及其组合
荷载
风压力
水压力
浪压力
冰压力
地震荷载
荷载组合
正常运用
+
+
+
+
+
+
地震
+
+
(2)闸门井井身荷载及其组合
表16闸门井井身荷载及其组合
荷载
内水压力
外水压力
弹性抗力
山岩压力
灌浆压力
荷载组合
正常运用
+
+*
+
+
+*
+
放空
+
+
施工
+
+
+
7.2.3结构计算
7.2.3.1计算简图
提示:
在进水塔塔身(或闸门井井身)结构布置图的基础上,按照设计原则与假定、选择的计算方法,并将求得的某荷载组合下的荷载值按一定的分布规律绘于图中,形成结构计算简图。
7.2.3.2计算方法
提示:
(1)进水塔塔身一般四周无约束,按闭合框架结构计算。
计算时可利用结构的对称性。
(2)闸门井井身采用圆形结构时,若直径小于10m,计算方法见《SD134-84》中有关内容;矩形结构的井身,可利用对称性采用结构力学法计算。
7.3进水塔塔座(或闸门井井座)结构设计
提示:
以下内容根据是进水塔还是闸门井选取。
7.3.1设计原则与假定
(1)进水塔塔座(或闸门井井座)沿垂直水流向切取单位宽度按倒框架计算。
提示:
进水塔塔座下一般假定一种反力图形(均匀分布或三角形分布);闸门井井座边墙与底板均看作两端固定的弹性地基梁。
(2)根据杆件跨高比确定是否考虑刚性节点和剪切变形影响。
提示:
是否考虑刚性节点和剪切变形影响的条件,参见7.1.1(3)的提示。
(3)闸门井井身重量:
由于闸门井井身与岩石紧密结合,其间的摩擦力一般能够支撑井身重量,井身不传给井座重力;否则可考虑按二分之一井身重量传给井座。
(4)闸门井井座:
在内水压力作用下,当岩石坚固系数大于2时考虑弹性抗力,不计衬砌与围岩间的摩擦力。
提示:
外水压力取值方法同7.2.1(5)。
(5)水头较高时,内水压力可近似取塔座(或井座)中心水头。
(6)温度荷载与地震荷载的考虑方法同7.2.1(4)、(5)。
(7)配筋按现行规范计算。
7.3.2荷载及其组合
(1)进水塔塔座荷载及其组合
表17进水塔塔座荷载及其组合
荷载
自重
内水压力
外水压力
地基反力
地震荷载
荷载组合
正常运用
+
+
+*
+
放空
+
+
+
施工
+
+
地震
+
+
+*
+
+
(2)闸门井井座荷载及其组合
表18闸门井井座荷载及其组合
荷载
自重
内水压力
外水压力
弹性抗力
山岩侧压力
灌浆压力
荷载组合
正常运用
+
+
+*
+
+
+
+*
+
放空
+
+
+
施工
+
+
+
7.3.3结构计算
7.3.3.1计算简图
提示:
(1)进水塔塔座一般按倒框架结构,采用结构力学方法计算内力。
(2)闸门井井座可采用变位法或角变位移法计算杆端内力;用初参数法或铁摩辛柯公式计算边墙、底板任一点内力。
参见《水工隧洞的设计理论和计算》。
提示:
在进水塔塔座(或闸门井井座)结构布置图的基础上,按照设计原则与假定、选择的计算方法,并将求得的某荷载组合下的荷载值按一定的分布规律绘于图中,形成结构计算简图。
7.3.3.2计算方法
7.4渐变段结构设计
7.4.1设计原则与假定
(1)取两端及中间断面进行结构计算。
(2)渐变段计算时不计地震荷载,温度应力采取施工及构造措施解决;当岩石坚固系数大于2时,考虑弹性抗力;计算外水压力时,外水荷载考虑折减系数,折减系数参考《SD134-84》附录三采用。
(3)配筋按现行规范计算。
7.4.2荷载及其组合
表19渐变段荷载及其组合
荷载
自重
内水压力
外水压力
弹性抗力
山岩压力
灌浆压力
荷载组合
正常运用
+
+
+*
+
放空
+
+
+
施工
+
+
+
+
7.4.3结构计算
7.4.3.1计算简图
提示:
在渐变段结构布置图的基础上,按照设计原则与假定、选择的计算方法
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