水利樞紐布置及總復(fù)習(xí)

1、 第十四章 水利樞紐布置布置 沈 長 松 講授河海大學(xué)水利水電工程學(xué)院中國南京2011.06 水利樞紐的設(shè)計階段及任務(wù)14.1.1設(shè)計階段的劃分 水利樞紐的建設(shè)要經(jīng)過規(guī)劃、勘測、設(shè)計和施工等階段才能最后建成。水利樞紐設(shè)計必須嚴(yán)格按照基本建設(shè)程序辦事。 以往大中型樞紐設(shè)計常按三個階段進行，14-1水利樞紐的設(shè)計階段及任務(wù) 對于工程規(guī)模大，技術(shù)上復(fù)雜而又缺乏設(shè)計經(jīng)驗的工程，經(jīng)主管部門指定，可在初步設(shè)計階段和施工詳圖設(shè)計階段之間，增加技術(shù)設(shè)計階段。 可行性研究階段初步設(shè)計階段(技術(shù)設(shè)計階段) 施工詳圖設(shè)計階段 80年代以來，我國水利水電建設(shè)體制已發(fā)生了變化，水利水電建設(shè)階段的劃分也須適應(yīng)這一形勢發(fā)展

2、的要求。 為適應(yīng)招標(biāo)投標(biāo)合同管理體制的需要，并與國家基本建設(shè)項目審批程序相協(xié)調(diào)，縮短設(shè)計周期，加快水利水電事業(yè)的發(fā)展，原電力工業(yè)部在電計1993567號文關(guān)于調(diào)整水電工程設(shè)計階段通知中，對水電工程設(shè)計階段的劃分作如下調(diào)整。14.1.1設(shè)計階段的劃分14.1.1設(shè)計階段的劃分（l）增加預(yù)可行性研究報告階段。 （2）將原有可行性研究和初步設(shè)計兩階段合并，統(tǒng)稱為可行性研究報告階段，取消原初步設(shè)計階段。 （3）招標(biāo)設(shè)計階段。 14.1.2設(shè)計階段的任務(wù) 1預(yù)可行性研究階段 預(yù)可行性研究是在江河流域綜合利用規(guī)劃之后，或河流（河段）水電規(guī)劃以及電網(wǎng)電源規(guī)劃基礎(chǔ)上進行的設(shè)計階段。 主要任務(wù)：論證擬建工程在國

3、民經(jīng)濟發(fā)展中的必要性、技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性。 主要研究內(nèi)容： 河流概況及水文氣象等基本資料的分析； 工程地質(zhì)與建筑材料的評價； 工程規(guī)模、綜合利用及環(huán)境影響的論證； 初步選擇壩址、壩型與樞紐建筑物的布置方案； 初擬主體工程的施工方法，進行施工總體布置、估算工程總投資，工程效益的分析和經(jīng)濟評價等。 預(yù)可行性研究階段的成果，作為為國家和有關(guān)部門作出投資決策及籌措資金的基本依據(jù)。 2.可行性研究階段的任務(wù) 可行性研究階段的設(shè)計任務(wù)在于進一步論證擬建工程在技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的合理性，并要解決工程建設(shè)中重要的技術(shù)經(jīng)濟問題。 主要設(shè)計內(nèi)容包括： 對水文、氣象、工程地質(zhì)以及天然建筑材料等基本資料作進一

4、步分析與評價； 論證本工程及主要建筑物的等級； 進行水文水利計算，確定水庫的各種特征水位及流量，選擇電站的裝機容量、機組機型和電氣主結(jié)線以及主要機電設(shè)備； 論證并選定壩址、壩軸線、壩型、樞紐總體布置及其它主要建筑物的型式和控制性尺寸； 選擇施工導(dǎo)流方案，進行施工方法、施工進度和總體布置的設(shè)計，提出主要建筑材料、施工機械設(shè)備、勞動力、供水、供電的數(shù)量和供應(yīng)計劃； 提出水庫移民安置規(guī)劃； 提出工程總概算，進行技術(shù)經(jīng)濟分析，闡明工程效益。 最后提交可行性研究報告文件，包括文字說明和設(shè)計圖紙及有關(guān)附件。 3.招標(biāo)設(shè)計的任務(wù) 招標(biāo)設(shè)計是在批準(zhǔn)的可行性研究報告的基礎(chǔ)上，將確定的工程設(shè)計方案進一步具體化，詳

5、細定出總體布置和各建筑物的輪廓尺寸、材料類型、工藝要求和技術(shù)要求等。 設(shè)計深度要求:做到可以根據(jù)招標(biāo)設(shè)計圖較準(zhǔn)確地計算出各種建筑材料的規(guī)格、品種和數(shù)量，混凝土澆筑、土石方填筑和各類開挖、回填的工程量，各類機械電氣和永久設(shè)備的安裝工程量等。 根據(jù)招標(biāo)設(shè)計圖所確定的各類工程量和技術(shù)要求，以及施工進度計劃，監(jiān)理工程師可以進行施工規(guī)劃并編制出工程概算，作為編制標(biāo)底的依據(jù)。 編標(biāo)單位則可以據(jù)此編制招標(biāo)文件，包括合同的一般條款、特殊條款、技術(shù)規(guī)程和各項工程的工程量表，滿足以固定單價合同形式進行招標(biāo)的需要。 施工投標(biāo)單位，也可據(jù)此進行投標(biāo)報價和編制施工方案及技術(shù)保證措施。4.施工詳圖設(shè)計階段 施工詳圖設(shè)計的

6、主要任務(wù)是： 進行建筑物的結(jié)構(gòu)和細部構(gòu)造設(shè)計； 進一步研究和確定地基處理方案； 確定施工總體布置和施工方法，編制施工進度計劃和施工預(yù)算等； 提出整個工程分項分部的施工、制造、安裝詳圖； 提出工藝技術(shù)要求等。 施工詳圖是工程施工的依據(jù) 在上述各階段的設(shè)計中，必須有和它的設(shè)計精度相適應(yīng)的勘測調(diào)查資料。這些資料包括：社會經(jīng)濟資料：樞紐建成后庫區(qū)的淹沒范圍及移民、房屋拆遷等；樞紐上下游的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸?shù)确矫娴纳鐣?jīng)濟情況；供電對象的分布及用電要求；灌區(qū)分布及用水要求；通航、過木、過魚等方面的要求；施工過程中的交通運輸、勞動力、施工機械、動力等方面的供應(yīng)情況?？睖y資料：水庫和壩區(qū)地形圖、水庫范圍內(nèi)

7、的河道縱斷面圖、擬建的建筑物地段的橫斷面圖等；河道的水位、流量、洪水、泥沙等水文資料；庫區(qū)及壩區(qū)的氣溫、降雨、蒸發(fā)、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象資料；巖層分布、地質(zhì)構(gòu)造、巖石及土壤性質(zhì)、地震、天然建筑材料等的工程地質(zhì)資料；地基透水層與不透水層的分布情況、地下水情況、地基滲透系數(shù)等水文地質(zhì)資料； 需要指出: 工程地質(zhì)條件直接影響到水利樞紐和水工建筑物的安全，對整個樞紐造價和施工期限有決定性的影響。但是地質(zhì)構(gòu)造中的一些復(fù)雜問題，常由于勘探工作不足，而沒有徹底查清，造成隱患。有些工程在地基開挖以后才發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況復(fù)雜，需要進行的地基處理工作十分困難和昂貴，以至把工期一再延長；有的甚至被迫停工或放棄原定壩址，造成嚴(yán)

8、重的經(jīng)濟損失。有些工程由于未發(fā)現(xiàn)庫區(qū)的嚴(yán)重漏水問題，致使建成后影響水庫蓄水。也有些工程由于庫區(qū)或壩址的地質(zhì)問題而失事，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。 科學(xué)試驗往往是大中型水利樞紐設(shè)計的重要組成部分。 14-2 蓄水樞紐的布置 壩址和壩型選擇 壩址和壩型選擇與樞紐布置密切相關(guān)，不同壩軸線適于選用不同的壩型和樞紐布置，同一壩址也可能有不同的壩型和樞紐布置方案。 例如：河谷狹窄，地質(zhì)條件良好，可考慮采用拱壩，若在壩上布置泄洪孔或溢洪道，水電站廠房則可能布置為壩后式、廠房頂溢流式或地下式等；如二灘水電站。 河床覆蓋層較深，地質(zhì)條件較差，且有適宜筑壩的土石料，則可以考慮選用土石壩，這時以何種泄洪方式及何種水電站廠房型

9、式相配合，也要根據(jù)具體條件作出相應(yīng)考慮。 可見，壩址和壩型選擇是一項非常復(fù)雜的工作，影響因素很多，必須根據(jù)綜合利用要求，結(jié)合地形、地質(zhì)條件，選擇不同的壩址和相應(yīng)的壩軸線，作出不同壩型的各種樞紐布置方案，進行技術(shù)經(jīng)濟比較，然后才能擇優(yōu)選出壩軸線位置及相應(yīng)的合理壩型和樞紐布置。在選擇壩址和壩型時應(yīng)考慮以下條件。 二灘拱壩 H=240m在選擇壩址和壩型時應(yīng)考慮以下條件 1 地質(zhì)條件 壩址地質(zhì)條件是水利樞紐設(shè)計的重要依據(jù)之一，對壩型選擇和樞紐布置往往起決定性的作用。 隨著壩型和壩高的不同，對地基地質(zhì)條件要求也有所不同。例如，拱壩對地質(zhì)要求最高，支墩壩和重力壩次之。而土石壩則要求最低；壩的高度越大當(dāng)然對

10、地基要求也越高。壩址最好的地質(zhì)條件是強度高、透水性小、不易風(fēng)化、沒有構(gòu)造缺陷的巖基。但理想的天然地基是很少的，一般來說，壩址在地質(zhì)上總是存在這樣或那樣的缺陷。 選擇壩址時，不僅要慎重考慮壩基地質(zhì)條件，還要對庫區(qū)及壩址兩岸的地質(zhì)情況予以足夠的重視。既要使庫區(qū)及壩址兩岸盡量減少滲漏水量；又要使庫區(qū)及壩址兩岸的邊坡有足夠的穩(wěn)定性，以防因蓄水而引起滑坡現(xiàn)象。 2.地形條件 地形條件與壩型選擇和樞紐布置有著密切的關(guān)系，不同壩型對地形的要求也不一樣。 拱壩要求寬高比小的狹窄河谷； 土石壩則要求岸坡比較平緩的寬河谷，且附近兩岸有適于布置溢洪道的位置。 一般來說，壩址選在河谷狹窄地段，壩軸線較短，可以減少壩體

11、工程量。 對一個具體樞紐來說，還要考慮壩址是否便于布置泄洪、發(fā)電、通航等建筑物以及是否便于施工導(dǎo)流，經(jīng)濟與否要由樞紐總造價來衡量。 對于多泥沙及有漂木要求的河道，要考慮壩址位置是否對取水防沙及漂木有利； 對有通航要求的樞紐，還要注意布置通航建筑物對河道水流形態(tài)的要求，壩址位置要便于上下游引航道與通航建筑物銜接； 對于引水灌溉樞紐，壩址位置要盡量接近用水區(qū)，以縮短引水渠的長度，節(jié)省引水工程量。 2.地形條件3.建筑材料 在壩址上下游附近地區(qū)，是否貯藏著足夠數(shù)量和良好質(zhì)量的建筑材料，直接關(guān)系到壩址和壩型的選擇。 對于混凝土壩，要求壩址附近有足夠供混凝土用的良好骨料； 對于土石壩，除需要足夠的砂石料

12、外，還應(yīng)有適于作防滲體的粘性土料或其他代用材料。 因此，對建筑材料的開采條件、料場位置、交通運輸、數(shù)量和質(zhì)量，以及施工期淹沒等情況均應(yīng)調(diào)查清楚，并認真考慮。 4.施工條件 不同壩址和壩型的施工條件: 是否便于布置施工場地和內(nèi)外交通運輸， 是否易于進行施工導(dǎo)流等。 壩址附近，特別是壩軸線下游附近最好要有開闊的場地，以便于布置場內(nèi)交通、附屬企業(yè)、生活設(shè)施及管理機構(gòu)。 在對外交通方面，要盡量接近交通干線。 施工導(dǎo)流直接影響著樞紐工程的施工程序、進度、工期及投資，在其他條件相似的情況下，應(yīng)選擇施工導(dǎo)流方便的壩址。 三峽一期導(dǎo)流布置圖三峽二期導(dǎo)流布置圖三峽三期導(dǎo)流布置圖 三 峽 截 流 葛 洲 壩 截

13、流小 浪 底 截 流5.綜合效益 對不同壩址及相應(yīng)的壩型選擇，不僅要綜合考慮防洪、發(fā)電、灌溉、航運等各部門的經(jīng)濟效益，還要考慮庫區(qū)的淹沒損失和樞紐上下游的生態(tài)影響等，要做到綜合效益最大，有害影響最小。 蓄水樞紐布置的要求1 運用方面的要求 樞紐布置應(yīng)首先滿足各建筑物正常工作的要求，同時在各建筑物之間應(yīng)避免相互干擾，保證在任何工作條件下，都能完成樞紐所擔(dān)當(dāng)?shù)娜蝿?wù)。 灌溉取水建筑物在樞紐中的位置視灌區(qū)或用水部門位置而定，應(yīng)保證按照水量及水質(zhì)的需要供給灌溉量，如從水庫取較冷的深層水對農(nóng)作物生長不利時，則應(yīng)采用分層取水口，以便取用水庫表層水。 溢洪道或泄洪隧洞的布置應(yīng)保證安全泄洪，進口水流應(yīng)平順，出口

14、水流最好與原河道主流方向一致，應(yīng)盡量減少對其他建筑物正常運行的影響。 水電站樞紐布置主要應(yīng)保證電站運用可靠，水頭損失較小，因此要求進口水流平順，尾水能通暢地排出。 1.運用方面的要求 對通航建筑物的布置應(yīng)能使船只順利通航，有足夠的過船能力，船閘的進出口要求水流平順和水位平穩(wěn)。如船閘引航道進口有明顯的橫向流速或泥沙淤積，都對行船不利，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)墻或?qū)У蹋蛊渑c溢流壩或其他泄水建筑物分開，避免相互干擾。 過魚建筑物應(yīng)根據(jù)魚類的洄游習(xí)性進行布置，要求能誘導(dǎo)魚類順利地通過魚道、魚閘等過魚建筑物。過木建筑物的布置也應(yīng)滿足其運用要求，筏道最好布置在水電站的另一岸，以免漂浮木材對電站進水口和尾水口帶來不利的影

15、響。此外，樞紐對外和內(nèi)部交通線路也要合理布置。 2.施工方面的要求 樞紐布置應(yīng)與施工導(dǎo)流、施工方法和施工進度結(jié)合考慮，力求施工方便，技術(shù)落實，工期短、勞動力省。施工設(shè)計時要盡可能采用在洪水季節(jié)不中斷施工的導(dǎo)流方案。要較好地安排各建筑物的施工程序和施工期限。使樞紐中的部分建筑物及早投入運行，盡快發(fā)揮其效益。要合理安排施工場地的運輸路線，避免相互干擾。3.環(huán)境方面的要求 水利樞紐的興建將使周圍環(huán)境發(fā)生明顯的改變。特別是大型水庫的形成為發(fā)展水電、灌溉、供水、養(yǎng)殖、旅游等水利事業(yè)和防止災(zāi)害創(chuàng)造了有利條件，同時也帶來一些不利的影響。 水利樞紐布置要盡量避免或減輕對周圍環(huán)境的不利影響，并充分發(fā)揮有利的影響

16、。 對于蓄水樞紐要認真分析泄水和輸水方式對上游淤積、淹沒、浸沒，以及下游河床演變等影響。在汛期要充分利用泄水和輸水建筑物進行排沙，以減少水庫淤積，延長水庫壽命。布置泄水和輸水建筑物也要便于配合使用，以減小淹沒和浸沒損失、降低防洪投資。 對于采用挑流或面流消能的溢流壩，在布置上也要采取適當(dāng)措施，以減輕下游河床沖刷、淤積、回流等對尾水的影響。在可能的條件下，還要注意建筑物的美觀，使樞紐的外觀與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。3.環(huán)境方面的要求4.經(jīng)濟方面的要求 樞紐布置應(yīng)在技術(shù)上可行的條件下，力求經(jīng)濟上最優(yōu)。在不影響運用且不互相矛盾的前提下，要盡量發(fā)揮各建筑物的綜合利用功能。 例如，利用導(dǎo)流洞改建為泄洪洞、尾水洞

17、；導(dǎo)流底孔改建為深式泄水洞，兼起放空水庫的作用；利用排沙洞泄洪等。 在河床狹窄，并列布置溢流壩和水電站廠房有困難時，可以考慮采用壩內(nèi)式廠房、廠房頂溢流或地下式廠房等布置型式。這些型式可以簡化樞紐布置，減少工程量，降低造價，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。要力求縮短樞紐建設(shè)工期，考慮提前發(fā)電的可能性和分期實施的合理性。 在盡可能的條件下，盡量采用當(dāng)?shù)夭牧?，?jié)省水泥、鋼材和木材用量，減少外來物資的運量，以及注意采用新技術(shù)，新材料等，也可有效地降低工程造價。 總之，樞紐布置應(yīng)在滿足建筑物的穩(wěn)定、強度、運用及遠景規(guī)劃等要求的前提下，做到樞紐的總造價和年運轉(zhuǎn)費用最低。4.經(jīng)濟方面的要求三號船閘 二號船閘 三江沖沙閘 二

18、江廠房 二江泄水閘 大江廠房 水工建筑物總復(fù)習(xí)考試方式:閉卷 2小時做完題目類型:是非題(15%) 選擇題(20%) 簡答題(25%) 論述題(10%) 填空題(20%) 識別標(biāo)注(10%)復(fù)習(xí)范圍:所有講授內(nèi)容一、綜合概念水資源水工建筑物水利樞紐水工建筑物的類別水工建筑物的特點水利樞紐及水工建筑物的分等分級解決水工問題的方法二、作用在水工建筑物上的荷載及其組合自重靜水壓力動水壓力揚壓力風(fēng)浪壓力泥沙壓力冰壓力溫度荷載(拱壩)地震荷載(慣性力、激蕩力、動土壓力)山巖壓力彈性抗力不平衡剪力荷載組合三、水工建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.各種建筑物的工作原理及其特點 地形特點、地質(zhì)特點、水流特點、 施工特點、結(jié)構(gòu)特點、荷載特點等2.剖面擬定 重力壩的基本剖面、實用剖面 拱壩的拱冠梁剖面 不同拱圈型式及中心角大小對穩(wěn)定應(yīng)力的 影響 土石壩上下游邊坡的一般規(guī)律3.穩(wěn)定計算重力壩的抗滑穩(wěn)定分析沿壩基面 深層 岸坡壩段 增穩(wěn)措施拱壩的壩肩穩(wěn)定分析可能滑動面分析 增穩(wěn)措施土石壩的局部穩(wěn)定分析滑坡型式 計算方法 增穩(wěn)措施水閘的抗滑穩(wěn)定分析增穩(wěn)措施三、水工建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.應(yīng)力分析分析方法計算假定基本公式適用條件 重力壩材力法 拱 壩圓筒法、