河床式廠房設(shè)計(jì)

1、 FJD35050 FJD水利水電工程 技術(shù)設(shè)計(jì)階段河床式廠房設(shè)計(jì)大綱范本水利水電勘測設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化信息網(wǎng) 1996年3月 水電站技術(shù)設(shè)計(jì)階段河床式廠房設(shè)計(jì)大綱 主 編 單 位: 主編單位總工程師: 參 編 單 位: 主 要 編 寫 人 員: 軟 件 開 發(fā) 單 位: 軟 件 編 寫 人 員: 勘測設(shè)計(jì)研究院 年 月目 次1. 引 言 42. 設(shè)計(jì)依據(jù)文件和規(guī)范 43. 基本資料 54. 廠房樞紐布置75. 廠房內(nèi)部布置86. 廠房整體穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)算97. 廠房基礎(chǔ)處理138. 廠房主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)139. 構(gòu)造設(shè)計(jì)1310. 觀測設(shè)計(jì)1411. 技術(shù)專題研究1512. 工程量計(jì)算1513. 應(yīng)提

2、供的設(shè)計(jì)成果151.引 言 工程位于 , 壩址控制流域面積 km2, 是以 為主, 兼有 等綜合利用工程。電站裝機(jī)容量 MW, 年發(fā)電量 MW×h。裝機(jī) 臺, 單機(jī)容量 MW, 單機(jī)引用流量 m3/s。本工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告于 年 月審查通過。2. 設(shè)計(jì)依據(jù)文件和規(guī)范2.1 有關(guān)本工程的文件:(1) 工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告;(2) 工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告審批文件;(3) 工程技術(shù)設(shè)計(jì)任務(wù)書。2.2 主要設(shè)計(jì)規(guī)范 (1) SDJ 12-78 水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(山區(qū)、丘陵區(qū) 部分)(試行)及補(bǔ)充規(guī)定; (2) GB 50201-94 防洪標(biāo)準(zhǔn); (3) SDJ 278-90 水利水電工

3、程設(shè)計(jì)防火規(guī)范; (4) SL 74-95 水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范; (5) SDJ 10-78 水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(試行); (6) SDJ 21-78 混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)及補(bǔ)充規(guī)定; (7) SD 303-88 水電站進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范(試行); (8) SD 335-89 水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范(試行); (9) SDJ 173-85 水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范(試行);(10) SDJ 20-78 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)。3. 基本資料3.1 工程等級和建筑物級別 本工程為 等工程; 電站廠房為 級建筑物。3.2 水位與流量 上游:正常蓄水位 m; 設(shè)計(jì)洪水位 m

4、; 死水位 m; 校核洪水位 m。 下游:正常尾水位 m; 校核洪水尾水位 m; 最低尾水位 m; 檢修尾水位 m。 設(shè)計(jì)洪水尾水位 m; 下游水位流量關(guān)系曲線。3.3 氣象資料 (1) 風(fēng)速、風(fēng)向 多年平均最大風(fēng)速 m/s; 最大風(fēng)速 m/s; 主要風(fēng)向 。 (2) 氣 溫 多年平均溫度 ; 極端最低溫度 ; 極端最高溫度 ; 多年月平均氣溫, 見表1。表1 多年月平均氣溫表 單位: 月 份123456789101112平 均 (3) 廠區(qū)暴雨強(qiáng)度 mm/min。3.4 泥沙資料 壩前淤沙高程為 m; 淤沙容重 kN/m3; 淤沙內(nèi)摩擦角 °。3.5 基巖物理力學(xué)指標(biāo)3.5.1 混

5、凝土與基巖面的抗剪斷參數(shù) (1) 新鮮基巖:f¢= , c¢= kPa; (2) 微風(fēng)化基巖:f¢= , c¢= kPa; (3) 弱風(fēng)化基巖:f¢= , c¢= kPa; (4) 混凝土與基巖間摩擦系數(shù)f= 。3.5.2 軟弱夾層、結(jié)構(gòu)面間抗剪斷參數(shù) f¢= , c¢= kPa。3.5.3 基巖極限抗壓強(qiáng)度 新鮮基巖 kPa; 微風(fēng)化巖石 kPa; 弱化巖石 kPa。3.5.4 各類巖石的變形模量 kPa; 彈性模量 kPa; 泊松比 。3.6 地震烈度 地震基本烈度為 度; 地震設(shè)計(jì)烈度為 度。3.7 機(jī)電設(shè)備

6、(參見壩后式廠房設(shè)計(jì)大綱范本,范本分類號:FJD35020)3.7.1 水輪機(jī) (1) 水輪機(jī)主要參數(shù); (2) 尾水管、蝸殼單線圖; (3) 水輪機(jī)各部件重量和裝配圖。3.7.2 發(fā)電機(jī) (1) 發(fā)電機(jī)主要尺寸; (2) 發(fā)電機(jī)各部件重量和裝配圖。3.7.3 起重機(jī) (1) 廠內(nèi)起重機(jī)輪距、輪壓及外形尺寸; (2) 尾水閘門啟閉機(jī)輪距、輪壓及外形尺寸; (3) 進(jìn)水口閘門啟閉機(jī)輪距、輪壓及外形尺寸。3.7.4 主變壓器 主變壓器外形尺寸、重量、輪壓、運(yùn)輸軌距等。4. 廠區(qū)樞紐布置4.1 廠區(qū)位置選擇 河床式電站廠房位置的選擇, 一般應(yīng)考慮如下幾方面: (1) 地形、地質(zhì)條件; (2) 泄水建

7、筑物位置及對廠房的影響; (3) 船閘位置及與廠房相對位置的關(guān)系; (4) 對外交通及輸變電線路方向; (5) 施工導(dǎo)流和分期施工的因素。4.2 主變與開關(guān)站布置提示:(1)河床式電站高壓側(cè)出線一般在下游側(cè), 主變設(shè)置在尾水平臺上或廠房一側(cè), 開關(guān)站宜布置在廠房一側(cè)的岸邊山坡上。 (2)開關(guān)站的位置應(yīng)考慮泄洪時(shí)水霧的影響。4.3 防沙、排沙設(shè)計(jì)4.3.1 攔沙堰設(shè)計(jì)提示:根據(jù)地形、地質(zhì)、水流流態(tài)確定攔沙堰形式、高程和位置。應(yīng)做整體模型試驗(yàn)確定。4.3.2 排沙措施 (1) 排沙型式選擇提示:河床式電站排沙形式主要有兩種: (1)排沙底孔如葛洲壩、天橋電站等; (2)排沙廊道如大化、八盤峽電站等

8、。 (2) 排沙孔高程和尺寸的確定提示:排沙孔高程一般比進(jìn)水口高程低310m。排沙孔數(shù)量和尺寸由排沙泄量與發(fā)電引用流量之比確定, 可根據(jù)河流泥沙含量、粒徑、水流流態(tài)等條件選擇。4.4 防冰、排冰設(shè)計(jì)提示:(1)根據(jù)冰情和氣溫條件選擇破冰方案、導(dǎo)冰和排冰措施; (2)破冰方法:人工或機(jī)械; 導(dǎo)冰措施:導(dǎo)冰筏或?qū)П鶋? (3)排冰方法:人工, 或水力, 或機(jī)械。4.5 尾水渠設(shè)計(jì) 根據(jù)地形地質(zhì)條件、河道流向、泄洪影響、泥沙等情況, 確定尾水渠底坡、導(dǎo)墻高程和長度, 進(jìn)行導(dǎo)墻穩(wěn)定計(jì)算和護(hù)岸形式設(shè)計(jì)。4.6 廠區(qū)防洪和排水設(shè)計(jì)4.6.1 廠區(qū)防洪:防洪標(biāo)準(zhǔn)及防洪措施選擇提示:(1)防洪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)GB50

9、201-94確定; (2)廠房防洪措施一般有:尾水平臺擋水、廠房下游墻擋水、進(jìn)廠大門設(shè)防洪門、抬高安裝間高程、全封閉廠房等。4.6.2 廠區(qū)排水 進(jìn)行排水量計(jì)算、排水溝及排水泵房的布置。4.7 進(jìn)廠交通 確定進(jìn)廠交通方式、高程、縱坡。提示:進(jìn)廠交通采取公路或鐵路, 其高程應(yīng)結(jié)合廠房防洪措施、廠房布置綜合考慮。對下游水位高的河流, 大件垂直運(yùn)輸時(shí), 應(yīng)設(shè)置吊物孔。大件通過壩(廠)頂運(yùn)輸時(shí), 壩(廠)頂寬應(yīng)滿足尺寸要求。鐵路縱坡不宜大于2%; 公路坡度一般不宜大于8%,特殊情況不宜大于12%。5. 廠房內(nèi)部布置5.1 主廠房尺寸和高程的確定提示:在初設(shè)階段廠房布置的基礎(chǔ)上, 根據(jù)補(bǔ)充的地質(zhì)資料和最

10、終的模型試驗(yàn)結(jié)論, 以及廠家提供的最終資料, 調(diào)整修改廠房布置。5.2 進(jìn)水口布置5.2.1 進(jìn)水口高程滿足最低水位運(yùn)行時(shí), 流道頂部有一定的淹沒水深hk: hk=C·V·d1/2(1)式中:C¾¾系數(shù)(一般取0.550.7); V¾¾工作閘門處流速(一般取1.52.5m/s), m/s; d¾¾工作閘門處孔口高度, m。5.2.2 布置型式選擇 (1) 攔污柵形式和尺寸;提示:(1)過柵流速控制在0.8m/s左右。 (2)攔污柵的布置與污物多少、污物來源及清污設(shè)備有關(guān)。 (2) 工作門孔口尺寸; (3) 檢修門孔

11、口尺寸 (4) 啟閉設(shè)備布置; (5) 壩頂公路寬度、相對布置。提示:河床式電站水頭較低, 進(jìn)水口布置應(yīng)盡量減少水頭損失, 水流順暢, 防止渦流, 并滿足排沙要求。5.3 廠房內(nèi)部布置提示:根據(jù)機(jī)電、金屬結(jié)構(gòu)、建筑、暖通等專業(yè)布置要求, 重新調(diào)整廠房內(nèi)部布置, 繪制廠房布置圖。5.4 地下輪廊設(shè)計(jì) 河床式廠房地下輪廊線應(yīng)根據(jù)以下幾方面因素確定: (1) 廠房機(jī)電設(shè)備的布置; (2) 帷幕灌漿、排水廊道的布置; (3) 廠房穩(wěn)定及基底應(yīng)力的要求; (4) 廠房進(jìn)水口底板、尾水管底板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度; (5) 廠房基礎(chǔ)工程地質(zhì)情況。6. 廠房整體穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)算6.1 計(jì)算原則和假定 (1) 一般按廠房

12、基礎(chǔ)面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。當(dāng)廠房基礎(chǔ)的巖層存在不利于廠房整體穩(wěn)定的軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí), 還應(yīng)進(jìn)行廠房深層抗滑穩(wěn)定性計(jì)算; (2) 應(yīng)分別對中間機(jī)組段、邊機(jī)組段和安裝間段進(jìn)行計(jì)算, 有側(cè)向壓力作用時(shí), 應(yīng)進(jìn)行雙向水壓力作用下的整體穩(wěn)定分析和地基應(yīng)力計(jì)算; (3) 廠房整體抗滑安全系數(shù): 基本組合: 抗剪K³1.1, 抗剪斷K¢³3.0 特殊組合: 抗剪K³1.01.05 抗剪斷K¢³2.32.5。 (4) 廠房抗浮安全系數(shù)K³1.1; (5) 廠房地基應(yīng)力:最大垂直壓應(yīng)力不得超過地基允許應(yīng)力, 最小垂直壓應(yīng)力不得小于零, 地震情況下拉

13、應(yīng)力不得超過10N/cm2; (6) 基礎(chǔ)面計(jì)算截面積取廠房平面投影面積。6.2 荷載及組合6.2.1 荷載計(jì)算 (1) 揚(yáng)壓力 作用于廠房底面的揚(yáng)壓力, 可能有圖1所示的4種情況, 本工程采取第 種情況。圖1 揚(yáng)壓力計(jì)算圖H1 上游水深H2 下游水深H 上下游水位差· 帷幕中心線1、2-揚(yáng)壓力折減系數(shù) 排水孔線 (2) 地震慣性力 水平地震慣性力分布系數(shù)a1如圖2所示。 h1為廠房水下部分高, h2為廠房水平部分高。 (3) 波浪壓力 波浪高(2h): 2h=0.0208V5/4D1/3圖2h1 - 廠房水下部分高度h2 - 廠房水上部分高度 波浪長(2L): 2L=10×

14、;2h 式中:V¾¾風(fēng)速, m/s; D¾¾吹程, km。 (4) 泥沙壓力 泥沙容重 kN/m3; 泥沙水下內(nèi)摩擦角 °。 (5) 土壓力 填土高程 m; 填土干容重 kN/m3, 飽和容重 kN/m3; 填土內(nèi)摩擦角 °。6.2.2 荷載組合, 見表2表2 河床式廠房荷載組合荷載組合計(jì)算情況上下游水位結(jié)構(gòu)自重永 久設(shè)備重水重回填土重靜水壓力揚(yáng)壓力浪壓力泥沙壓力土壓力地震力基本正常運(yùn)行上游正常蓄水位下游最低水位*-組合上游設(shè)計(jì)洪水位下游設(shè)計(jì)洪水位*-特機(jī)組檢修上游正常蓄水位下游檢修水位*-*-殊機(jī)組未安裝上游正常蓄水位下游相應(yīng)水位*

15、-*-組非常運(yùn)行上游校核洪水位下游校核洪水位*-合地震情況上游正常蓄水位下游最低水位 *提示:(1)機(jī)組檢修時(shí), 考慮最不利情況, 蝸殼、尾水管均無水; (2)機(jī)組未安裝時(shí), 二期混凝土、永久設(shè)備重量不計(jì), 只計(jì)彎管段、擴(kuò)散段水重。6.3 計(jì)算公式6.3.1 抗剪強(qiáng)度安全系數(shù) (4)6.3.2 抗剪斷強(qiáng)度安全系數(shù) (5)式中:åW¾¾總豎向力; åP¾¾總水平力; f¾¾滑動面的抗剪摩擦系數(shù); f¢¾¾滑動面的抗剪斷摩擦系數(shù); C¢¾¾滑動面抗剪斷凝聚力;

16、 A¾¾基礎(chǔ)面受壓部分的計(jì)算截面積, m2。6.3.3 抗浮安全系數(shù) (6)式中:åW1¾¾機(jī)組段的全部重量; U¾¾作用于機(jī)組段的揚(yáng)壓力總和。6.3.4 廠房地基面上的垂直應(yīng)力計(jì)算公式 (7) (8) (9) (10)式中:åW¾¾作用于機(jī)組段上全部荷載(包括或不包括揚(yáng)壓力), 在計(jì)算截面上 法向分力的總和, kN;åMx、åMy¾¾分別為作用于機(jī)組段上全部荷載(包括或不包括揚(yáng)壓力)對計(jì) 算截面形心軸X、Y的力矩總和, kN×m; x、y

17、90;¾分別為計(jì)算截面上計(jì)算點(diǎn)至形心軸X、Y的距離, m; Jx、Jy¾¾分別為計(jì)算截面對形心軸X、Y的慣性矩, m4;A¾¾基礎(chǔ)面受壓部分的計(jì)算截面積, m2。提示:(1)對巖石地基若存在軟弱層面, 需核算深層沿可能組合滑動面滑動的抗滑穩(wěn)定性。 (2)對非巖石地基, 除應(yīng)滿足地基承載力、穩(wěn)定要求外, 尚需進(jìn)行地基變形計(jì)算。廠房地基容許沉降量和沉降差, 應(yīng)以保證廠房結(jié)構(gòu)安全和不影響廠房內(nèi)機(jī)電設(shè)備備的正常運(yùn)用為原則, 根據(jù)工程具體情況研究確定。7. 廠房基礎(chǔ)處理7.1 廠房基礎(chǔ)開挖提示:廠房基礎(chǔ)開挖應(yīng)根據(jù)廠房布置、抗滑穩(wěn)定和應(yīng)力要求、地形、地質(zhì)條

18、件以及基礎(chǔ)處理措施綜合確定。7.2 廠房基礎(chǔ)防滲與排水提示:確定防滲標(biāo)準(zhǔn)、灌漿深度、范圍、孔數(shù)、排數(shù)等參數(shù)。確定排水措施、排水孔間距、深度等。7.3 廠房基礎(chǔ)特殊處理措施提示:視實(shí)際情況選擇, 如局部挖除、固結(jié)灌漿、混凝土塞、錨筋、錨栓等。 (1)對巖溶地基, 應(yīng)進(jìn)行專門處理; (2)對非巖石地基, 視具體情況, 選擇地基處理方案。8. 廠房主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提示:(1)河床式電站廠房底板、進(jìn)水口、尾水管、蝸殼、機(jī)墩、樓板、排架、吊車梁、胸墻、尾水閘墩等主要結(jié)構(gòu), 可根據(jù)工程實(shí)際情況, 簡化為平面問題進(jìn)行計(jì)算。必要時(shí), 可按空間結(jié)構(gòu)有限元進(jìn)行分析。 (2)各個構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 可參閱各構(gòu)件單項(xiàng)設(shè)計(jì)大綱

19、范本。9. 構(gòu)造設(shè)計(jì)9.1 永久變形縫提示:機(jī)組段分縫, 一般2030m, 大型電站一機(jī)一縫, 中小型電站可兩機(jī)一縫或三機(jī)一縫。9.2 止水設(shè)計(jì)提示:河床式電站廠房止水型式有兩種:一是封閉式, 即上、下游止水片插到基巖內(nèi); 二是開敞式, 允許蝸殼尾水管外側(cè)縫中有水壓, 以改善蝸殼尾水管受力條件。9.3 混凝土分層分塊及標(biāo)號提示:廠房分層分塊根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)型式和尺寸, 施工進(jìn)度, 溫控措施及澆筑能力等情況確定。表3 廠房結(jié)構(gòu)各部位混凝土標(biāo)號 結(jié) 構(gòu) 部 位標(biāo)號(28天齡期)抗 凍抗 滲進(jìn)水口、尾水管、蝸殼進(jìn)口閘墩、尾水閘墩上、下游胸墻機(jī)墩、風(fēng)罩、發(fā)電機(jī)層樓板排架柱吊車梁壩頂公路橋、機(jī)架橋10. 觀測設(shè)計(jì)10.1 外部變形觀測 (1) 水平位移觀測提示:水平位移觀測一般采用引張線或視準(zhǔn)線法觀測, 觀測部位一般放在壩頂和基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)。 (2) 垂直位移觀測提示:垂直位移觀測(即沉降觀測)標(biāo)點(diǎn)一般布置在壩頂、尾水平臺和基礎(chǔ)廊道底板上, 一般采用精密水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)網(wǎng)路。 (3) 變形縫觀測提示:在廊道、豎井或樓梯井中穿過變形縫的部位, 放置機(jī)械式測