《水工建筑物课程设计》设计说明书(DOC18)(1)

1目录第一部分设计资料…0………………………………………………（1）一、设计资料………………………………………………………（1）二、设计依据………………………………………………………（4）第二部分枢纽布置……………………………………………………（7）一、坝型的选择…………………………………………………（7）二、泄水建筑物型式的选择……………………………………（8）三、其它建筑物型式的选择……………………………………（8）四、枢纽的组成建筑物及等级……………………………………（8）五、枢纽布置………………………………………………………（9）第三部分土石坝的设计………………………………………………（9）一、土石坝坝型的选择……………………………………………（9）二、大坝断面尺寸及构造型式……………………………………（9）三、渗流计算……………………………………………………（12）四、稳定计算……………………………………………………（13）五、材料及细部构造……………………………………………（14）第四部分溢洪道设计………………………………………………（16）一、溢洪道的形式………………………………………………（16）二、堰面形式……………………………………………………（16）三、溢洪道的水力计算…………………………………………（16）四、工程布置……………………………………………………（17）六、掺气水深……………………………………………………（23）七、消能防冲……………………………………………………（23）八、溢洪道的其它构造设计……………………………………（24）第五部分施工图纸…………………………………………………（24）附图………………………………………………………………（25）2《水工建筑物课程设计》设计说明书姓名：耿恒银班级：20021012学号：2002101216指导老师：舒浩光徐卫超二00五年七月水工建筑物课程设计第一部分设计资料一、设计资料1、概况平山水库位于G县西南3公里处的平山河中游坝址以上控制流域面积431km2；沿河道有地势较平坦的小平原，地势自南向东有高变低。最低高程为62.5m。河床比降为千分之三，河流发源于苏唐乡大源锭子，整个流域物产风丰富。土地肥沃，下游盛产稻麦，上游蕴藏着丰富的木材，竹子等土特产。平山河为山区性河流，雨后山洪常给农作物和村镇造成灾害，另外，当雨量分布不均时，又造成干旱现象，因此，有关部门对本地区作了多次勘测规划以开发这里的水资源。2、枢纽任务枢纽主要任务是以灌溉发电为主，并结合防洪，航运，养鱼及供水等任务进行开发。初步规划，本工程灌溉面积为20万亩（高程在102m以上），装机容量9000KW。防洪方面，使平山河下游不致洪水成灾，同时配合下游水利枢纽，大意下游起到一定的防洪作用，在流域规划中规定本枢纽在通过设计洪水流量时，控制最大泄流流量不超过900m3/s。航运方面，上游库区能增加航运里程20公里，下游可利用发电尾水等航运条件，并拟建竹木最大过坝能力为25吨的筏道。3、地形地质概况地形情况：平山河流域多为丘陵山区，在平山枢纽上游均为大山区。河谷山势陡峭，河谷边坡一般为600~700，地势高差都在80~120m，河谷冲沟切割很深，3山脉走向大约为东西方向，岩基出露较好，河床一般为100m左右河道弯曲相当厉害，沿河沙滩及坡积层发育，尤以坝址下游段的更为发育，在坝轴下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，其覆盖物较厚，岩基产状凌乱。地质情况：靠上游有泥盆五通砂岩，靠下游为二迭纪灰岩，几条坝轴线皆落在五通砂岩上面，地质构造特征：在平山咀以南，即灰岩与沙岩分界处，发现一大断层，其走向近东西，倾向大致向北西，在第一坝轴线左肩的为五通砂岩，特别破碎，在100多米范围内就有三四处小断层，产状凌乱，坝区右岸破碎深达60m的钻孔芯获得率仅为20%，岩石裂隙十分发育。岩石的渗水率很小。坝区下游石灰岩中发现两处溶洞，平山咀大溶洞和大泉眼大溶洞，前者对大坝及库区均无影响，后者朝南东方向延伸的话，可能通过库壁，库水有可能顺着溶洞漏到库外。坝址覆盖层沿坝轴线厚度达1.5~5.0m，K=1×10-4cm/s，浮容重V浮=10.7KN/m3，内摩擦角Ф=3504、水文、气象（1）、水文：千年一遇雨量498.1mm，二百年千年一遇雨量348.2mm，五十年千年一遇雨量299.9mm，雨洪峰流量Q0.1%==11886600m3/s，Q0.5%==11555500m3/s，Q1%==11448800m3/s，多年平均水量为4.55亿m3（2）、气象：多年平均风速10m/s，水库吹程D=9Km，多年平均将雨量430mm/年，库区气候温和，年平均气温16.9℃，年最高气温40.5℃，年最低气温-14.9℃5、其它（1）、坝顶无交通要求（2）、对外交通情况水路:可通行3~6吨木船，枯水季只能通过3吨以下的船只，水运较困难公路：尚无公路通行铁路：到工地有53公里处有乐万铁路车站二、设计依据1、工程等级:工程的灌溉面积为2万亩,装机容量9000KW,总库容2.00亿3m判定此工程为二等工程主要建筑物：挡水坝，溢洪道，电站厂房。次要建筑物：筏道，泻洪洞，导流洞（后改为泻洪洞）。2、水库规划资料（1）正常水位：113.10m，设计洪水位：113.30m，校核洪水位：113.50m死水位：105.0m（发电极限工作深度8m），灌溉最低水位：104.0m（2）总库容：2.00亿3m，水库有效库容：1.15亿3m（3）库容系数：0.5754（4）发电调节流量PQ=7.35sm/3，相应下游水位68.2m发电最大引用流量maxQ=28sm/3，相应的下游水位68.65m,通过设计洪水位流量（Q0.1%）时。溢洪道最大泄量maxQ=1340sm/3，相应的下游最高洪水位74.3m3、枢纽组成建筑物（1）大坝：布置在1#坝轴线上（2）溢洪道：堰顶高程为107.50m（3）水电站：装机容量9000KW，3台机组，厂房尺寸30×9平方米（4）灌溉：主要灌溉区在河流的右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相应渠道最大水深1.75m，渠底宽3.5m，渠道边坡1：1（5）水库放空隧洞：为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作为防空洞。洞底高程70.0m，洞直径3.5m（6）筏道：为干筏道，上游坡不陡于1：4，下游坡不陡于1：3，转运平台高程115.0m，平台尺寸为30×20m24、筑坝材料枢纽大坝采用当地材料筑坝（1）土料：主要有粘土和壤土，可采用坝下1.5~3.0公里丘陵区与平原地带，储量多，质量尚佳可作为筑坝材料，其性能见表1（2）砂土：可从坝上下游0.5~3.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，其性能见表2（3）石料：可在坝址下游附近开采，石质为石灰岩及砂岩，质地坚硬，储量丰富，便于开采，其性能见表3.表一土料特性表土壤类别干容重rc（KN/m3）最优含水率（%）孔隙率n（%）内摩擦角Ф粘着力C（Kpa）透水系数K（cm/s）粘土15.4254018o30′371×10-6壤土15.814.541.723o41′121×10-5坡土16.022.539.822o（湿）33o（干）7.5（湿）1×10-3表二砂土特性表土壤类别干容重rc（KN/m3）孔隙率n（%）内摩擦角Ф渗透系数K（cm/s）浮容重′砂土1640.630o1×10-210.065表三石料特性干容重c（KN/m3）孔隙率n（%）内摩擦角Ф1.83338o第二部分枢纽布置一、坝型的选择在基岩上筑坝有三种类型可选择:重力坝、拱坝、土石坝。重力坝方案：重力坝虽然对地形，地质条件适应性强，且枢纽泄洪问题容易解决等优点，但是建重力坝清基开挖量大，且不能利用当地筑坝材料，故重力坝不经济。拱坝方案：修建拱坝理想条件是河岸左右对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段，而该水利枢纽布置处成S形，沿河沙滩及坡积发育，坝轴线下游河谷程马鞍形，无建拱坝的可能。土石坝方案：土石坝对地形、地质的要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且该工程在坝轴线的附近丘陵区与平原地带的土料储量很多，土质佳，可作筑坝之用，并且有丰富的质地好，开采容易的筑坝用的砂土和石料。故修建土石坝，其材料来源广泛，开挖量小，可减小工程投资，综合考虑地形，地质条件，建筑材料，施工条件，综合效益等因素，最终选择土石坝方案。二、泄水建筑物型式的选择溢洪道选择：根据当地地质条件，确定为开敞式溢洪道，开敞式溢洪道分为正槽式和侧槽式，正槽式溢洪道中，泻水槽与堰上水流方向一致，水流平顺，泄流能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量，且坝轴线下300m处两岸河谷呈马鞍形，选该形式最合理。放空隧的选择：洞水库放空隧洞其进口高程可以很低，因此除了担负泄洪任务，还可以承担灌溉放水，施工导流，排泄泥沙和防空水库等任务。所以本工程利用施工期的导流隧洞作为水库放空隧洞。三、其它建筑物型式的选择引水建筑物的型式：河道水量丰沛，水位较底，引水量较大，无坝取水不能满足要求，则选用有坝取水枢纽即溢流坝。施工导流方式：选用导流隧洞，可以作为坝修建好之后的泄水隧洞，减小工程量。四、枢纽的组成建筑物及等级表四建筑物分类建筑物名称土石坝溢洪道放空隧洞灌溉电站厂房筏道6级别233323五、枢纽布置挡水建筑物：土石坝布置在1#坝轴线上泄水建筑物：溢洪道布置在左岸的垭口上，可减小工程的开挖量，并且与大坝离开，有利于大坝的安全。电站厂房应该设在平坦的地方，引水隧洞布置在凸岸，可以缩短长度，减小工程量。所以电站厂房布置在凸岸，即河的右岸比较合理。第三部分土石坝的设计一、土石坝坝型的选择在坝址附近有丰富的饿土料，坝址上下游及两岸滩地又有大量的砂、石灰岩及砂岩，质地坚硬，储量丰富，可作为坝壳材料，从建筑材料上说，斜墙坝、心墙坝均可。斜墙坝由于抗剪强度较低的防渗体位于上游面，故上游坝坡较缓，坝的工程量相对较大，并且斜墙对坝体的沉降变形比较敏感，与陡峻河岸的连接较困难，故不选择此方案。心墙坝的防渗体位于坝体的中央，适应变形的条件好，粘土心墙所用的粘土量少，施工较方便。所以选择粘土心墙坝。二、大坝断面尺寸及构造型式1、坝坡：采用三级变坡，在变坡处设置马道，其宽度取2m。上游坝坡：1：3.0、1：3.25、1：3.5下游坝坡：1：2.5、1：2.75、1：3.02、坝顶宽度：本坝无交通要求，坝高115.106649.10Hm顶底，在30m-60m，所以坝顶宽度B=6~8m且无交通要求，取B=7m对中低坝最小宽度B＞5m，取=7m。3、坝顶高程计算：超高：Aehdaah—波浪在坝坡上的爬高me—风浪引起的坝前水位壅高mA—安全加高mah=0.45hlm-1n-0.631451116.0DVh2cos2KVegH71h：设计波高m：坝坡坡率取2.5n：坝坡护面糙率，选干砌石取0.0275V：（多年平均）计算风速sm/D：吹程KmK：综合摩擦系数取3106.33H：水库水域平均水深m：风向与坝轴线方向的夹角g：重力加速度取sm/81.92坝顶高程：校校设设dHdH二者取大值表五坝顶高程计算运用情况静水位（m）ah（m）e(m)A(m)防浪墙高程(m)坝顶高程（m）设计洪水113.31.400.01980.5115.42115.42114.22（取114.3）校核洪水113.50.840.00891.0115.14验算：坝顶高程114.30＞设计洪水位+0.5m=113.8m＞校核洪水位113.5满足要求。4、坝体排水设备及尺寸拟定常用坝体排水主要有以下几种形式：贴坡排水、棱体排水、褥垫排水。贴坡排水不能降低浸润线，多用于浸润线很底和下游无水情况。褥垫排水对地基不均匀沉降适应性较差，易断裂，且难以检修，不宜采用。棱体排水可以降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护下游坝脚不受尾水淘刷且有支持坝体，增加稳定的作用。坝址附近有丰富的石料可开采，其石料质地坚硬，可以利用，做堆石料棱体排水。棱体顶面的高程高出下游最高