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1、第六章 水电站水利枢纽,第一节 概述第二节 水电站挡水建筑物第三节 水电站泄水建筑物第四节 水电站引水建筑物第五节 水电站其他建筑物,第六章 水电站水利枢纽,第一节 概 述,为了开发利用水资源，必须采用工程措施，修建不同类型的水工建筑物，这些水工建筑物有机地布置在一起，控制水流，协调工作，统称为水利枢纽。专为发电或主要为发电而修建的水利枢纽，称为水电站水利枢纽。根据水电站的基本布置型式，水电站水利枢纽可归结为坝式和引水式。,第一节 概 述,一、坝式水电站水利枢纽二、引水式水电站水利枢纽,一、坝式水电站水利枢纽,1、坝式水电站水利枢纽分为坝后式和河床式。2、其主要建筑物有挡水、泄水建筑物和水电站
2、厂房，另外为满足综合利用要求还可能有通航、灌溉取水、工业取水、鱼道及筏道等建筑物。,3、其主要特点是水头由挡水建筑物来集中，建筑物集中布置在河床中，互相影响较大，必须合理安排。,水口水电站(坝后式),水口水电站(福建),万家寨水电站(坝后式),万家寨水电站,岩滩水电站(坝后式),岩滩水电站(广西红水河),万安水电站(河床式),万安水电站(江西),沙溪口水电站(河床式),沙溪口水电站(福建),太平湾水电站,二、 引水式水电站水利枢纽,引水式水电站水利枢纽分为有压和无压两种。 特点是都有较长的引水道，水头由引水道形成，建筑物较为分散，相互影响较小，布置灵活。,有压引水式水电站水利枢纽示意图,1、有
3、压引水式水电站水利枢纽由三个部分组成：,1）首部枢纽：其组成建筑物有拦河坝和有压进水口；,2）有压引水隧洞；,3）厂区枢纽：包括调压室、压力水管、电站厂房及尾水渠。,无压引水式水电站水利枢纽示意图,2、无压引水式水电站水利枢纽由三个部分组成：,1） 首部枢纽：有拦河坝、无压进水口和沉沙池2）无压引水道（渠道或无压引水隧洞）；3）厂区枢纽：有日调节池、压力前池、泄水道、压力管道、电站厂房及尾水渠。,碧口水电站,莲花水电站,莲花水电站,隔河岩水电站,隔河岩水电站,白山二期,白山水电站,小浪底水电站（地下）,小浪底水电站,二滩水电站（地下）,二滩水电站,第二节 水电站挡水建筑物坝,1、坝的作用是挡截
4、水流，壅高水位，形成水库。在有调节库容的坝式水电站上，坝同时实现集中河段落差和调节河中流量的双重作用。,2、几种基本的和主要的坝型：,混凝土重力坝土坝拱坝,对坝的认识,1-非溢流重力坝； 2-溢流重力坝 3-横缝；4-导墙 5-闸门； 6-坝内排水管； 7-检修、排水廊道；8-基础灌浆廊道；9-防渗帷幕；10-坝基排水孔,混凝土重力坝示意图,一、混凝土重力坝,坝的平面布置,用混凝土或浆砌石筑成，坝轴线一般为直线，并有垂直于坝轴线方向的横缝将坝体分成若干段。,坝的纵剖面,红石水电站(混凝土重力坝),重力坝定义：依靠自身的重量产生的抗滑力维持其稳定性的坝。重力坝的基本剖面：呈三角形，上游面通常是垂
5、直的或稍倾向上游的三角形断面。受力特点：主要依靠坝体的重量，在坝体和地基的接触面上产生抗滑力来抵抗库水推力，以达到稳定的要求。受力简图：可视作倒置的悬臂梁。,1、重力坝的工作原理,抗滑力,扬压力,水平推力,优点：安全可靠。剖面尺寸较大，抵抗水渗漏、洪水漫顶，地震、战争破坏的能力比较强，因而失事率较低。对地形、地质条件适应性强。坝体作用于地基的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低，低坝甚至可修建在土基上。枢纽泄洪容易解决，便于枢纽布置；施工导流方便，便于机械化施工。结构作用明确，应力、稳定计算比较简单。,2、重力坝的优点及缺点（特点）,缺点： 剖面尺寸大，水泥石料等用量多。 坝体应力低，材料强
6、度不能充分发挥。坝体不同区域应采用不同强度等级和耐久性的材料。 扬压力影响大，对稳定不利。会减轻坝体的有效重量，对坝体的稳定不利，因此要采取有效措施减小扬压力。 砼体积大，温控要求较高。易产生温度裂缝。,按坝高来分：高坝：大于70m 中坝：30m70m 低坝：低于30m 按材料分：混凝土重力坝 浆砌石重力坝 按施工方法：浇筑常态混凝土 碾压干硬性混凝土,3、重力坝的类型,按坝的内部结构分： 实体重力坝 三峡、龙滩 宽缝重力坝 新安江、丹江口 空腹重力坝 湖南凤滩、枫树,二、土坝,土坝是最古老且应用最广泛的一种坝。,1、土坝的优点及缺点,优点： 可就地取材； 结构简单，便于维修和加高、扩建； 对
7、地质条件要求低，能适应地基变形； 施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工； 有较丰富的修筑经验。,缺点,坝身一般不能溢流，须另设溢流洪道； 施工导流不如混凝土坝方便； 粘性土料的添筑受气候条件的影响较大。,2、土坝的类型,土坝安施工方法的不同可分为： 碾压土坝 水中填土坝； 水中冲填坝等。,均质土坝分区土坝人工防渗材料坝,被广泛采用。土料用机械或人工运至坝上，分层铺平压实。,土坝和混凝土重力坝不同，它是一种散粒体结构，且多数建于软弱基础上，由于土粒间的联结力低，抗剪能力小，为维持稳定，上下游需有一定坡度，剖面都呈梯形。,由于具有巨大的坝身自重，土坝一般不致产生坝基的整体滑动。土坝的稳定，
8、关键是需正确确定坝的边坡，以防止坝坡或坝坡连同部分坝基的共同坍滑。边坡是影响土坝安全、经济的最主要的剖面参数。,土坝边坡坡度取决于坝型、坝高、坝身及坝基土壤强度等因素。通常边坡值为1：21：4。,小浪底水电站,三、拱坝,1、拱坝的特点 拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，拱冠剖面呈竖直的或向上游弯曲。坝体结构是由水平的拱圈和竖向的悬臂梁共同组成。拱坝所承受的水平荷载一部分通过水平拱的作用传给两岸的基岩，另一部分通过竖向的悬臂梁的作用传到坝底基岩，如图所示。,拱坝平面及剖面示意图,白山水电站（三心圆混凝土重力拱坝）,坝体的稳定主要是依靠两岸坝肩的反力来维持。拱坝的坝肩是指拱
9、坝所座落的两岸岩体部分，亦称拱座。拱冠梁系指位于水平拱圈拱顶处的悬臂梁，一般它位于河谷的最大深处。,拱是一种主要承受轴向压力的推力结构。拱内弯矩较小，应力分布比较均匀，这一特点能适应坝体材料（混凝土或浆砌石）抗压强度高的特性，使材料的强度得到充分的发挥。对于同一坝址，坝高相同时，拱坝的体积比重力坝可节省1/3 2/3。,拱作用的结构特点,空间整体作用的特点,拱坝四周嵌固于基岩，属于高次超静定结构，当发生超载或产生局部裂缝时，坝体拱梁作用自行调整，坝体的应力将重新分配，原来低应力区的应力增大，高应力不再增长，裂缝停止发展甚至闭合。根据国内外拱坝结构模型实验成果表明，拱坝的超载能力可达到设计荷载的
10、511倍。,意大利瓦依昂（Vajont）双曲拱坝，1961年建成，坝顶长190.5m，顶宽3.4m，底宽22.7m，最大坝高265.5m，是当时世界上最高的混凝土薄拱坝。1963年10月9日晚，由于连续降雨，水库水位上涨，左岸靠坝的上游发生大体积岩石滑坡，近3亿m3的滑坡体以40 m/s的速度滑入水库并冲上右岸，掀起150m高的涌浪，涌浪溢过坝顶，冲向下游，致使2600人丧生，但拱坝并未破坏，仅在坝肩附近的坝内发生二、三条裂缝。据估算，拱坝当时已承受住相当于8倍设计荷载的作用力，由此可见该拱坝的超载能力。,实例,拱坝是一个整体的空间壳体结构，坝体轻韧而富有弹性。当基础及坝肩岩体稳定时，其抗震能
11、力较强。,拱坝具有较高的抗震能力,对于拱坝，温度荷载是主要荷载之一。拱坝周边固接于基岩上，温度变化及地基变形等对坝体应力有显著影响。据实测资料分析表明，由温度变化引起的径向位移，约占总位移的1/32/3。,荷载特点,坝身泄流及施工较为复杂,拱坝坝身较为单薄，坝身溢流可能引起坝身及闸门振动，致使材料疲劳；坝身下泄水流具有向心集中作用，挑距不远，易于造成对河床及河岸冲刷；坝身开设泄水孔会破坏拱坝作用并使孔口周边应力复杂。,2、拱坝的类型,按拱坝的厚高比分类：拱坝的厚高比(TB/H）小于0.2为薄拱坝；厚高比在0.20.35之间的为中厚拱坝。厚高比大于0.35的为厚拱坝；,按拱坝曲率分类可分类： 单
12、曲拱坝双曲拱坝（水平及竖向截面均呈曲线形）。,单曲拱坝,双曲拱坝,浙江桐坑溪双曲拱坝,天台里石门水库双曲拱坝,天台里石门水库位于浙江省天台县龙溪始丰溪上。坝址以上集雨面积296km2，水库以灌溉、防洪为主，结合发电。水库正常蓄水位为176m，校核洪水位186.3m，总库容1.99亿m3。为混凝土双曲拱坝，坝高74.3m 。坝底宽15.5m，坝顶宽4m，厚高比0.208。坝顶弧长265.5m，坝顶弦长208.5m，弦高比2.8。采用坝顶泄洪，溢流段长91.3m，设8扇弧形闸门，每扇10m宽，高5.1m，底坎高程176m。,湖南东江拱坝,四川二滩拱坝,凤滩拱坝,普定碾压混凝土拱坝,第三节 泄水建筑
13、物,泄水建筑物的主要作用是宣泄洪水，故又称泄洪建筑物，以防洪水漫顶，确保坝的安全，它是水利枢纽中不可少的主要建筑物。,泄水建筑物有各种溢流坝、溢洪道、泄洪隧洞和泄水底孔等。,一、溢流坝,二、河岸溢洪道,小浪底水电站,小浪底水电站,小浪底水电站,三、深式泄水道,第四节 水电站引水建筑物,一、功用 水电站引水建筑物包括进水口和引水道。进水口是水电站水流的进口，按照发电要求将水引入水电站的引水道。其作用是自水库或河流引取厂房机组所需的流量。,二、进水口基本要求,要有足够的进水能力。合理安排其位置和高程，水流平顺并有足够的断面尺寸。 水质要符合要求。要设置拦污、防冰、拦沙、沉沙及冲沙设备。 水头损失小
14、。位置合理，轮廓平顺、流速较小，尽可能减小水头损失。 可控制流量。进水口须设置闸门。 满足水工建筑物的一般要求。,三、进水口分类（按水流条件分）,无压：类似于水闸，水流为明流，引取表层水，适用于无压引水式电站。有压：进水口在最低水位以下，水流为有压流，以引深层水为主。适用于坝式、有压引水式、混合式水电站。,四、有压进水口类型、适用条件及主要设备,有压进水口按结构形式可归纳为：洞式进水口墙式进水口塔式进水口坝式进水口,1、洞式进水口,特征：在隧洞进口附近的岩体中开挖竖井，井壁一般要进行衬砌，闸门安置在竖井中，竖井的顶部布置启闭机及操纵室，渐变段之后接隧洞洞身。 适用：工程地质条件较好，岩体比较完
15、整，山坡坡度适宜，易于开挖平洞和竖井的情况,隧洞式进水口,2、墙式进水口,特征：进口段、闸门段和闸门竖井均布置在山体之外，形成一个紧靠在山岩上的单独墙式建筑物，承受水压及山岩压力。要有足够的稳定性和强度。适用：地质条件差，山坡较陡，不易挖井的情况,墙式进水口,墙式进水口,3、塔式进水口,特征：进口段、闸门段及其一部框架形成一个塔式结构，耸立在水库中，塔顶设操纵平台和启闭机室，用工作桥与岸边或坝顶相连。塔式进水口可一边或四周进水。适用：当地材料坝、进口处山岩较差、岸坡又比较平缓,塔式进水口,塔式进水口,4、坝式进水口,特征：进水口依附在坝体的上游面上，并与坝内压力管道连接。进口段和闸门段常合二为一，布置紧凑。适用：混凝土重力坝的坝后式厂房、坝内式厂房和河床式厂房。,坝式进水口,5、主要设备,作用：防止有害污物、漂浮物等进入进口，影响过水能力。布置：平面倾斜：倾角一般为60-70。过水断面大，易于清污，适用于洞式、岸墙式。 平面直立：适用塔式、坝式。 多边形：适用坝式进水口。,拦污设备,结构支承结构：一般金属框架或钢筋混凝土结构；栅片结构：由若干栅片组成，栅片放在支承结构的栅槽中。尺寸为4.52.5m(高宽)清污及防冻定期清污（人工、机械）注：拦污栅框架顶部应高出需要清污时的相应水库水位。,
