FJD34080FJD水利水电工程技术设计阶段水电站沉沙池设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1998年11月1工程技术设计阶段工程技术设计阶段水电站沉沙池设计大纲主编单位: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2年月3目录1 引言2 设计依据文件和规范3 设计基本资料4 沉沙池的布置5 设计内容和方法6 沉沙池结构设计7 观测设计8 沉沙池运行说明（必要时）9 工程量计算10 设计成果41 引言工程位于省市（县）境内的河流上。
是以为主，兼顾等综合利用的水利水电枢纽工程。
本工程可行性研究报告于年月经审查通过。
选定坝址为，最大坝高ｍ，总库容亿ｍ3。
电站总装机容量ＭＷ，多年平均发电量亿ｋＷ·ｈ。
本河属泥沙河流，悬移质多年平均含沙量 kg/m3，多年平均输沙量万t；汛期（月至月）多年平均含沙量 kg/m3，多年平均输沙量万t。
汛期输沙量占全年输沙量的 %。
悬移质泥沙矿物组成为、、、……，莫式硬度大于等于5的硬矿物占总量的％。
为减少过机含沙量，故设置沉沙池。
2 设计依据文件和规范2.1 有关工程的设计文件（1）工程可行性研究报告；（2）工程可行性研究专题报告；（3）工程可行性研究报告审批文件；（4）工程沉沙池水力模型试验报告；（5）与工程有关的文件或会议纪要等。
2.2 主要设计规范（1）ＧＢ 50201－94 防洪标准；（2）SDJ 12-78 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准和补充规定（山区、丘陵区部分）；（3）SDJ 20-78 水工钢筋混凝土结构设计规范本①；（4）DL 5073-1997 水工建筑物抗震设计规范；(或SL 203-97)（5）ＧＢＪ 204－83 钢筋混凝土工程施工及验收规范；（6）ＳＤＪ 336－89 混凝土大坝安全监测技术规范；（7）ＳＬ 42－92 河流泥沙颗粒分析规程；（8）ＳＤ 134－84 水工隧洞设计规范(试行)；（9）DL 5077-1997 水工建筑物荷载设计规范。
①范本按SDJ 20-78编写，如改用新规范DL/T 5057-1996，则文中有关部分应作相应修改。
52.3 参考规范（1）水利水电工程沉沙池设计规范（待出版）；（2）水利水电工程泥沙设计规范（待出版）。
3 设计基本资料3.1 工程等别和建筑物级别（1）工程等别本工程为等工程。
（2）建筑物级别根据工程等别，本电站沉沙池按级建筑物设计。
3.2 地震烈度（1）基本烈度本工程地震烈度经国家地震局（或有关单位）鉴定为度。
（2）建筑物设计烈度根据地震基本烈度，沉沙池的设计地震烈度为度。
3.3 洪水标准根据ＧＢ50201－94的规定，本工程：（1）设计洪水重现期 a，相应洪水流量ｍ3／ｓ；（2）校核洪水重现期 a，相应洪水流量ｍ3／ｓ。
3.4 水位和流量（1）各种水位与流量关系，见表1。
表1 各种水位与流量关系工况水库水位m大坝下泄流量m3/s发电引用流量m3/s大坝下游水位m沉沙池排沙出口处水位, m备注校核洪水设计洪水水库正常蓄水汛期限制水位（2）坝址处天然河道水位流量关系曲线。
（3）沉沙池冲排沙道出口处天然河道的水位流量关系曲线。
（4）沉沙池发电正常水位与引用流量。
3.5 气象资料提示：根据工程有关指标，查ＧＢ 50201－94和ＳＤＪ12－78确定。
63.5.1气温（1）多年平均气温℃；（2）绝对最高气温℃；（3）绝对最低气温℃；（4）多年月平均气温，见表2。
表2 多年月平均气温表单位：℃月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 多年月平均气温3.5.2水温多年月平均水温，见表3。
表3 多年月平均水温表单位：℃月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 多年月平均水温3.6 河流悬移质含量、粒径级配、矿物组成（1）坝址处，多年平均含沙量ｋｇ／ｍ3，多年平均输沙量万ｔ；汛期(6月～9月)多年平均含沙量ｋｇ／ｍ3，汛期多年平均输沙量万t。
汛期输沙量占全年输沙量的％。
（2）悬移质颗粒级配，见表4。
表4 悬移质颗粒级配表粒径，mm 0.007 0.010 0.025 0.05 0.10 0.25 0.5 1.0小于某粒径之沙重百分数，%(3)悬移质硬矿物含量。
悬移质矿物组成为、、……等，莫氏硬度大于和等于5的硬矿物主要为、、……等，占总量的％。
各粒径组矿物含量，见表5。
表5 悬移质各粒径组硬矿物含量表粒径，mm <0.05 0.05～0.10 0.10～0.25 0.25～0.5 0.5～1.0 硬矿物含量，%（4）过机年平均含沙量，见表6。
表6 各代表年过机年平均含沙量表代表年丰水年中水年枯水年平均流量，m3/s (发电引用流量)含沙量，kg/m373.7 河道污物及冰情资料（1）污物资料。
提示：污物包括树枝、灌木、草根、枝叶、漂木、生活废弃物等。
搜集河道污物种类、大小和年内集中出现的时间。
（2）冰情资料。
提示：冰情资料包括封冻期、流冰期及流冰大小、疏密程度，并结合气温资料分析沉沙池可能出现的冰情。
3.8 地形、地质资料3.8.1地形图提示：一般沉沙池设计需要比例不小于1／1000的地形图。
3.8.2地质资料（1）地质图。
提示：地质图包括平面图和纵、横剖面图及钻孔柱状图等。
（2）围岩分类及其岩石物理力学指标，见表7。
表7围岩分类及其岩石物理力学指标围岩类别项目单位ⅠⅡⅢⅣⅤ容重，γc t/m3弹性模量，E GPa变形模量，E0Gpa干抗压强度，R c Mpa饱和抗压强度，R W Mpa凝聚力，C kPa内摩擦角，Φ(°)泊松比，μ侧压力系数，λ岩石坚固系数，f单位弹性抗力系数，k0MPa/cm（3）永久和临时开挖边坡。
（4）水文地质资料。
提示：包括地下水位分布范围、高程、洪枯变化、水质等。
3.9 与沉沙池设计有关的工程设计参数（1）沉沙池前、后引渠（输水道）水位；89（2）水电站工作水头、设计引用流量； （3）引渠水流挟沙能力；（4）水轮机型号、转速、过流部件的耐磨性能、抗磨防磨措施及效率系数、大修周期； （5）沉沙池的运行方式；（6）沉沙池泥沙沉降设计标准；（7）沉沙池内水位：正常运行时水位为 ｍ；非常运行（考虑电站丢弃负荷时的涌水值）水位为 ｍ。
（8）沉沙池内淤沙高程：根据水力模型试验，选定沉沙池内的淤沙高程为 ｍ，同时确定淤沙的饱和容重为 ｋＮ／ｍ3，淤沙内摩擦角为 度。
3.10 材料特性及安全系数 3.10.1 混凝土（1）容重：混凝土容重为ｋＮ／ｍ3；钢筋混凝土容重为ｋＮ／ｍ3。
（2）设计强度及弹性模量，见表8表8混凝土的设计强度及弹性模量单位： 单位： MPa混凝土标号设计强度弹性模量E h轴心抗压R a 弯曲抗压R w抗拉 R l抗裂 R f(3)泊松比μ= 。
（4）糙率：ｎ＝ 。
3.10.2 钢筋钢筋的设计强度和弹性模量，见表9。
表9设计强度和弹性模量单位：MPa钢筋种类 符号受拉钢筋设计强度Rg受压钢筋设计强度R'g弹性模量 EgⅠ级 Ⅱ级 III 级 5号钢筋提示：沉沙池运行与引水枢纽工程的运行，应协调一致。
根据沉沙池的设计条件，选定运行水位、入池流量、运用时间、以及冲洗水位、冲洗流量、冲洗设备启闭顺序、冲洗频率和历时等。
提示：根据水电站的额定水头，确定沉沙池设计的最小沉降粒径标准。
大于等于设计粒径的泥沙沉降率取80～85％。
3.10.3安全系数(1)混凝土结构构件的强度安全系数，见表10。
表10混凝土结构构件的强度安全系数建筑物级别荷载组合基本特殊按抗压强度计算的受压构件、局部承压按抗拉强度计算的受压、受弯、受拉构件(2)钢筋混凝土结构构件的强度安全系数，见表11。
表11钢筋混凝土结构构件的强度安全系数建筑物级别荷载组合基本特殊轴心受压构件、偏心受压构件、局部承压、斜截面受剪、受扭轴心受拉、受弯、偏心受拉构件(3)钢筋混凝土结构构件抗裂安全系数，见表12。
表12钢筋混凝土结构构件抗裂安全系数建筑物级别轴心受拉、小偏心受拉构件受弯、偏心受压、大偏心受拉构件(4)裂缝开展宽度，允许值 mm。
(5)沉沙池抗滑稳定安全系数，见表13。
表13沉沙池抗滑稳定安全系数荷载组合安全系数基本组合特殊组合(6)沉沙池抗浮稳定安全系数K= 。
4 沉沙池的布置提示：在可行性研究报告、沉沙池水力模型试验报告的基础上，根据设计报告审查意见、调整的枢纽布置或补充设计报告、新增加的基本资料等，对可行性设计提出的沉沙池布置及体型进行复核、修改，最终确定布置图。
然后分段、分部绘制技术设计阶段沉沙池布置结构详图（体型图）。
5 设计内容和方法10115.1 沉沙池沉沙效率计算 5.1.1 悬移质泥沙沉速计算(1)对粒径小于0.062 mm 部分采用沉降分析法、粒径大于0.062 mm 部分采用筛分析法所得悬移质颗粒级配，粒径级沉速可使用下列公式计算：1)当粒径等于或小于0.062 mm 时(1)2)当粒径为0.062 mm ～2.0 mm 时(2)沉速判数(3)粒径判数(4)(5)3)当粒径大于2.0 mm 时(6)式中：ν——水的运动粘滞系数，cm 2/s ；t ——水温，℃； d ——泥沙粒径，mm ； ρs ——泥沙密度，g/cm 3； ρω——清水密度，g/cm 3； ω——泥沙沉速，cm/s ； g ——重力加速度，cm/s 2。
当设计入池含沙量属高含沙范畴时，应考虑含沙量对沉速的影响，选用合适的公式对沉速进行修正。
(2)粒径组平均沉速应使用其上下限粒径沉速的几何平均值：(7)提示：粒径级的划分，应能控制颗粒级配曲线的线型，并应包含沉沙设计最小沉降粒径。
建议采用Φ分级法。
υρρρωωω2(1800d g s -=0.39)777.5()790.3(22=-++ψg a g l S l 313131)1(γρρωω-=s a g S 32313110)1(γρρψωd g s-=2000221.00337.0101775.0t t ++=γd1058.4=ω1+•=i i i ωωω12式中：ωi ——粒径组平均沉速，cm/s ；ωi ——粒径组下限粒径沉速，cm/s ； ωi+1——粒径组上限粒径沉速，cm/s 。
5.1.2 沉降率计算(1)沉沙池工作宽度或流量沿程变化时，应分段计算粒径组沉降率，然后按下式计算全池某粒径组沉降率：(8)式中：ηi ——i 粒径组沉降率；k ——池段数，自上游向下游编号，k=1，2，3……n ； ηik ——k 池段，i 粒径组沉降率，按式(9)计算。
(2)各粒径组悬移质沉降率按下式计算：(9)式中： i ——粒径组编号，按粒径由小到大顺序排列，i=1，2，……；αi ——恢复饱和系数，应参照水质和泥沙特性与设计工程相似的已建沉沙池实测资料确定；ωi ——粒径组平均沉速，m/s ； q k ——池段单宽流量，m 2/s ； L k ——池段长，m 。
