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篇1：宝鸡峡大坝结构布置设计工学论文
宝鸡峡大坝结构布置设计工学论文
要：大坝结构布置是一个综合性的系统工程。除了满足主体功能外，还涉及交通、建筑、景观等方方面面。宝鸡峡大坝结构布置设计体现了主体突出，布置合理，特点鲜明，和谐统一，使整个枢纽形成有机的整体。
关键词：大坝；结构布置；设计
1 坝体结构布置
宝鸡峡加坝加闸工程是将原有浆砌石溢流坝部分坝段的坝体拆除，加高形成拦河闸坝建筑物。增加了泄洪、排砂、灌溉引水及发电引水系统。坝顶高程由原来的615.00m高程提高到637.60m高程，建基面最低高程588m，最大坝高由27.0m增高至49.60m，加高22.60m。坝长由120m增延至208.60m，延长87.60m。拦河闸坝从右至左依次划分为0～Ⅷ九个坝段，各坝段布置分述如下：
0、Ⅰ、Ⅷ坝段为右岸非溢流混凝土实体挡水坝段，长度分别为25.0m、24.50m、24.50m；坝顶宽12.0m，19.5m。上游面坝面铅直，下游坝面在626.0m高程处起坡，坡比为1:0.75。Ⅱ、Ⅵ坝段为左右冲砂底孔坝段。Ⅱ坝段长22.60m，设6.5×8.0m底孔2孔。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ坝段为中孔泄流坝段，分别长29.0m，29.0m，15.4m，共设泄流孔5孔，孔口尺寸10.0×8.30m，溢流堰顶高程615.00m。Ⅶ坝段为灌溉发电引水坝段，长25.0m，由右至左分设灌溉和发电引水孔口各1孔。灌溉孔口尺寸4.0×5.0m，底坎高程609.50m。
电站进水口孔口尺寸4.6×4.6m，设拦污栅、检修闸门各1道。闸门及拦污栅底坎高程为615m。进口顶口高程为622.60m，上唇为（X/4.2）2＋（Y/3）2=1的椭圆曲线，其后以平直段与渐变段相联接。进口两侧以0.65m半径的园弧与坝面相切。渐变段长度为5m，将方形管道渐变至直径为D=4.6m的园管，工作闸门后设有1孔D=0.8m的通气孔。
2 大坝细部结构布置
2.1 坝体分缝分块 坝体分缝分块，是根据大坝布置、结构、施工浇筑条件以及混凝土温度控制并考虑原坝体的分段确定的。
2.1.1 坝体横缝。中孔坝段因受原砌石坝体分缝限制，仍按29.0m设一个坝段，虽已超出混凝土坝横缝一般间距15～20m的`范围，因受闸室布置上的限制，不再分缝。左、右底孔按结构布置要求，坝段长分别为13.6m和22.6m。其他坝段长不超过25m。
2.1.2 坝体纵缝。坝体纵缝共设两道，永久缝一道，施工临时缝一道。永久缝位于桩号0+045.0m处，施工临时缝右底孔位于桩号0+030.50m处，中孔与底孔位于0+029.071m处。施工缝面设键槽，予埋灌浆管路，待坝体温度降到稳定温度时，进行纵缝灌浆，使之连成整体。
2.1.3 坝体止水、排水设计。拦河坝共设9个坝段，相邻坝段间设有永久伸缩横缝，每条横缝上游和下游均设有止水。上游侧设两道止水，一道止水铜片，一道“654”型塑料止水带，铜片止水距上游坝面1.0m，塑料止水带距上游1.5m；下游侧仅设一道“654”型塑料止水带，距下游坝面1.0m。
2.2 坝内廊道布置 坝内廊道根据不同用途，布置有帷幕灌浆廊道、排水廊道、检查观测廊道、交通廊道和竖井等。
帷幕灌浆廊道设在坝踵部位，位于坝轴线桩号0+000m上。由Ⅱ、Ⅴ坝段最低高程600m，升高至607m（右岸）、605m（左岸）及610m（中孔坝段灌浆廊道），水平长度183.60m，廊道断面型式为城门洞型，尺寸为2.5×3.0m（宽×高）。
排水廊道纵横交错布置，出口位于Ⅵ坝段，高程594m。Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ坝段各布设横向排水廊道（交通廊道兼）1条，除帷幕灌浆廊道兼做一道纵向排水廊道外，于坝下0+025m处再设置一条纵向排水廊道，纵横排水廊道断面型式均为城门洞型，宽2m，高2.5m。坝基渗水，由排水孔引至廊道排水沟，最终汇集到Ⅵ坝段的集水井，然后用泵排至下游河道。
廊道进口位于Ⅰ坝段的右0+027m、坝下0+015.25m处，进口高程615m，廊道横断面型式为城门洞型，尺寸2.5×3.0m（宽×高），以1：1坡比踏步与605m高程的帷幕灌浆廊道相连。
为了吊运设备方便，于坝轴线上Ⅴ、Ⅵ坝段分缝处设置一2.5×1.8m的竖井，井底高程600m，可就近到达水泵室及集水井处。
除Ⅰ坝段设有专门的交通廊道外，检查观测和交通廊道一般不单独设置，而由帷幕灌浆和排水廊道兼作检查与交通廊道。
为了能对岸坡坝段进行观测及检修，施工过程中对廊道布置作了修改。设计在坝轴线上右岸0、Ⅰ坝段、左岸Ⅷ坝段增设廊道各一道，横断面型式为城门洞型，尺寸2.5×3.0m（宽×高），最低高程分别为622m、629m，进出口均位于坝顶上。
2.3 排水设计 为排除透过帷幕的渗水及基岩裂隙水，在灌浆廊道帷幕的下游，设置坝基排水孔一排；为降低下游尾水对坝基扬压力影响，在坝趾设有一道帷幕，在坝基面上，设有纵、横廊道组成的抽排降压系统，以达到降低坝基扬压力，保证坝体稳定的目的。
2.3.1 基础排水。在河床坝基部位，灌浆廊道帷幕的下游，布置有一排主排水孔，为不致削弱防渗帷幕厚度，排水孔倾向下游10°，深入基岩的孔深为防渗帷幕孔深的0.5倍左右，但不小于15m，孔距3m，孔径150mm。
坝下0+025桩号处，亦布置一条长109.8m，高程594～595m的下游纵向排水廊道，廊道内设置辅助排水孔，深度定为10m，孔径150mm。
为保证岸坡稳定，两岸边坡坝段内帷幕灌浆廊道亦兼做排水廊道，排水孔位于帷幕的下游，并倾向下游10°，使高程605m、604m高程以上的坝体及基础渗水，能自流排往下游。
2.3.2 抽排系统。本工程考虑了抽排降低河床坝基扬压力的措施，以节省工程量。因此设计了封闭式的有效的排水系统和可靠的抽排设施。即设置上下游防渗帷幕，并利用网格状的纵、横向排水廊道，将渗漏水引向集水井，用泵将积水及时排出坝外，满足和保持集水井水位低于扬压力图形所规定的控制值。
渗流量估算：假定坝体及坝基渗流为平面问题，并认为以上渗流符合达西定律的条件，（ω=-kdh/dx），由此估算得坝趾处水库渗透流量为18.8m3/h，采用常规抽排措施，能够满足设计要求。
集水井及抽水设备，布置于Ⅵ坝段，集水井按坝基渗流量设置，尺寸为3×3×4.5m（长×宽×高），井底高程589.5m，体积40.5m3。抽水设备采用2台65WQ/C248-4.0的移动式潜水泵，以便互为备用，并可实现自动化控制。设计扬程26m，流量32m3/h，管路单线长度总长30.2m，从Ⅵ坝段右边墙抽排至下游坝外。
篇2：丰满水电站进水口分层取水结构设备布置设计论文
丰满水电站进水口分层取水结构设备布置设计论文
1概 述
丰满水电站是我国第一个因病坝，必须采取有效措施进行全面治理重建的工程项目。工程位于吉林省境内第二松花江干流上的丰满峡谷口，距吉林市16 km.新建工程为一等大（Ⅰ）型，开发任务以发电为主，兼有防洪、灌溉、城市及工业供水、养殖和旅游等综合效益，新建电站共安装6台机组，总装机容量1 200 MW.
2进水口分层取水金属结构
设备布置进水口分层取水采用单管单机布置，6台机共设置6个引水管道。在每个进水口沿水流方向各设置1道叠梁闸门、拦污栅、检修闸门和快速闸门。
近年来，随着对生态环境保护的重视，降低下泄低温水对生态环境产生不利影响，水电站引水发电系统进水口分层取水方式正逐渐被采用。丰满重建工程是我国北方第1座进水口利用叠梁闸门实现分层取水措施的大型水电站，进水口分层取水设置在大坝右岸。国内已建的分层取水进水口布置，通常为沿水流方向由上游至下游依次布置为拦污栅、叠梁闸门、检修闸门及快速闸门。由于该工程地处东北严寒地区，冬季时间长达5个月之久，并且极端气温可达到-42.5 ℃,进水口处冬季有冰盖形成，厚度约1.5 m左右，并且水位变化幅度较大，这样，拦污栅布置在最前端处于校核洪水位之上，冬季会由于冰盖上下位置的变化而被破坏，为保证拦污栅冬季的正常运行，解决冰冻问题，进行了多方案的比较，但由于拦污栅栅体前后为动态水流，采用除冰方式来解决冰冻问题的方案并不十分可靠，且投资较大。为此，该工程采用拦污栅后置于叠梁闸门方案，解决了拦污栅冰冻问题。
3叠梁闸门及其启闭设备
叠梁闸门为分层取水不可或缺的重要设备之一，运行期间随库水位的变化，可通过增加或减少叠梁门数量达到控制下泄水温的目的。在每个进水口前端布置3孔叠梁门，共设置叠梁闸门18孔18扇，为避免叠梁闸门的检修、维护及损坏对工程正常运行的影响，另设置一扇备用叠梁闸门。每扇叠梁闸门分9节，单节高度3 m,共171节叠梁闸门。叠梁闸门的功用要求其门顶过水，闸门会出现振动现象，加上机组出现事故，快速闸门的突然关闭对闸门产生反向水锤压力。因此，其结构设计不同于其他闸门，通过多方案比较人工计算及模型试验，闸门结构型式门顶部为流线型的平面滑动式。闸门孔口尺寸为7.0 m×27.0 m（宽×高，下同）。按4 m水头差设计计算，其下节闸门作用在220.00 m高程的底槛上，闸门检修平台高程为269.50 m.闸门为焊接结构，主体结构材料根据其工作环境温度、操作条件及设计工况选为Q345B,主横梁采用工字型实腹等截面焊接结构，为防止梁格内积累污物，造成闸门结构破坏，面板布置在上游侧，闸门主支承采用复合滑道支承兼做侧止水，具有较低的摩擦系数及较高的耐磨性，可以大大减小启闭力，降低启闭机容量，节省了工程投资。
闸门的操作方式为动水启闭。为减小坝面的布置宽度，节约工程投资，选用与拦污栅共用的2×400 kN双向门式启闭机配抓梁来操作。双向门机的容量及轨上扬程由拦污栅确定，总扬程由叠梁闸门操作要求确定，可分别携带2套抓梁1套起重吊具及清污抓斗，用于进水口叠梁闸门的启闭、拦污栅的启闭及栅前的清污。启闭机现地操作，门机由小车机构（包括起升机构及小车行走机构）、机房、清污抓斗、大车行走机构、门架、走梯、电缆卷筒、夹轨器、风速仪及电气组成。启闭机上设有带数码显示仪表的高度限制器、过负荷装置、风速仪等安全措施。 门机轨道安装在269.50 m高程坝面上，叠梁闸门的检修与维护也在此坝面上进行，叠梁闸门冬季无运行要求时置于门库内。
4拦污栅及其启闭设备
为有效地拦截污物，保证机组有效出力，在叠梁门的下游侧设一道潜孔直立式活动拦污栅，每个进水口设3孔3扇，共设置拦污栅18孔18扇。
拦污栅孔口尺寸为8.0 m×11.2 m,设计水头差为4 m,底槛高程为222.00 m,其检修维护及清污平台高程为269.5 m.拦污栅结构设计为框架直立式板梁焊接结构，结构按国家运输单元划分标准沿高度方向设计成7节制造运输，节间采用销轴配合连接板活动连接，在工地组装。以利于提栅清污时装卸方便和检修维护，拦污栅正反向均设有铸钢滑块，侧面设有钢滑块导向。
通过对原丰满库区污物情况的调查了解，原电站进水口处污物很少，近些年来未对机组发电运行产生实质性影响。但是考虑2010年洪水时期库区存在污物堆积情况，为安全起见，在分层取水口双向门机上设置了清污抓斗，以便清除拦污栅前至叠梁门之间水面上堆积的污物。
选用与叠梁门共用的启闭容量为2×400 kN双向门机配自动抓梁进行操作，采用提栅人工及辅以清污抓斗联合清污。门机轨道安装在269.50m高程坝顶上，拦污栅的清污、检修与维护也在此坝顶处进行。
5检修闸门及其启闭设备
在拦污栅的下游侧设一道平面滑动检修闸门及与其相应的埋件，依据闸门的使用频率，6孔可配置1扇检修闸门，用于快速闸门及其埋件检修时挡水。检修闸门孔口尺寸为8.0 m×11.2 m,其底板高程为222.00 m,按正常蓄水位设计，取系列水头为45 m.检修闸门为焊接结构，主体材料根据其工作环境温度、操作条件及荷载工况设计为Q345B,主横梁采用工字型实腹等截面焊接结构，为降低启闭机容量，节约工程投资，主滑道选用摩擦系数低，抗压强度高的钢基铜塑复合材料。门叶结构按国家运输单元划分标准沿高度方向设计成4节设计、制造、运输。在现场焊接连成2节，节间采用销轴配合连接板活动连接。
闸门的'操作条件为静水启闭，考虑进水口流速较小，采用节间充水平压方式，进行充水平压，当闸门前后水位差达到预先设计值时静水启门，不工作时存放在门库内，结合快速闸门启闭设备的安装与检修选用2×1 250 kN双向门式启闭机配液压抓梁来操作。门机轨道安装在269.50 m高程坝面上，闸门的检修与维护也在此坝面上进行。
6快速闸门及其启闭设备
在检修闸门的下游侧设一道平面快速闸门及与其相应的埋件，共设6孔6扇快速闸门，在机组和引水隧洞发生事故时可起到快速保护作用。快速闸门门型选择：经比较，快速闸门采用上游止水，定轮支承时，闸门不仅自重较重，而且还要另需加配重，采用下游止水，滑道支承时，闸门自重较轻，可利用水柱下门，而且不需另加配重，且对水工结构有利。经综合比较，快速闸门采用滑动式支承较经济合理，水工布置结构紧凑。闸门平时停在喇叭口上游孔口以上约1.0 m左右。快速闸门按正常蓄水位263.50 m设计，其底板高程为222.00 m,闸门孔口尺寸为8.0 m×9.6 m,设计水头为45 m,闸门为焊接结构，主体材料根据其操作条件荷载工况及其工作环境温度设计为Q345B.门叶主横梁为焊接组合工字梁，纵隔板为实腹T型焊接结构，主横梁采用工字型实腹等截面焊接结构，为降低启闭机容量，节约工程投资，主滑道选用抗压强度高、减摩系数低的钢基铜塑复合材料。门叶结构和吊耳结构按国家运输单元划分标准沿高度方向设计成4节设计、制造、运输，在现场采用连接板焊接成整节，闸门的检修与维护设置在241.36 m高程的平台上。
闸门的操作方式为利用水柱动水闭门，充水阀充水平压静水启门。经布置和计算，为保证闸门能快速闭门，启闭设备采用液压启闭机配拉杆操作安全可靠，并便于远程控制。每扇快速闸门各由1台5 000 kN/3 200 kN（持住力/启门力）液压启闭机配拉杆操作，采用一机一泵站布置，为了使坝面整洁、美观，临时交通方便，将泵站布置在坝面269.50 m高程以下的266.00 m高程的平台上。启闭机能在中控室远控或机旁盘及现地手动操作。
每扇快速工作闸门的控制不仅具备现地、远方“手动”和“自动”控制功能，还具备对快速工作闸门的启闭控制、液压泵站的自动启停、工作泵与备用泵切换等的控制，并能够对启闭过程中各种工况参数自动监测、显示以及对各种故障状态进行声光报警，“自动”工作模式下的控制系统还能对故障实施必要的处理。泵站内设有足够的照明设备。液压启闭机吊点型式为单吊点，工作行程10.3 m,最大行程10.5 m,液压启闭机的安装与检修利用QMS-2×1 250 kN双向门机来操作。
7结 语
丰满重建工程进水口分层取水金属结构设备布置设计，成功解决了寒冷地区拦污栅冬季运行防冰冻问题，节省了大量资金。各闸门及其启闭设备选型合理，满足现行规范要求。叠梁闸门操作运行灵活可靠，满足了下泄水温的要求，保证了下游生态平衡，成果具有创新性，可在同类工程项目中进行广泛的推广和应用。
