平山水利枢纽设计说明书

平山水利枢纽设计计算书学院：水利水电学院班级：水电5班姓名：张远金学号：2011301580349目录一、综述....................................31.1工程概况.........................................31.2枢纽任务.........................................31.3设计基本资料......................................3二、坝址水文特性............................4三、枢纽及库区地形地质条件.................53.1坝址、库区地形地质及水文地质.....................53.2筑坝材料.........................................5四、枢纽建筑物选型及枢纽总体布置...........64.1工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准...............64.2枢纽建筑物选型....................................8五、土石坝设计.............................105.1选择土石坝的类型.................................105.2土石坝的剖面设计.................................115.5土石坝的构造设计.................................145.3渗流稳定计算.....................................165.4坝坡稳定分析计算.................................195.6地基处理及与岸坡连接..............................23六、正槽溢洪道设计.........................246.1正槽式溢洪道的位置选择...........................246.2溢洪道的孔口尺寸确定.............................246.3溢洪道泄槽设计...................................276.4溢洪道消能设计...................................316.5溢洪道细部结构设计...............................33一、综述1.1工程概况平山水库位于湖北省某县平山河中游，该河系睦水的主要支流，全长284公里，流域面积为556平方公里，坝址以上控制流域面积为491平方公里；平山河是山区性河流，河床比降3‰，沿河道有地势比较平坦的小平原，地势自南向东由高变低。最低高程为62.5左右。1.2枢纽任务该枢纽以灌溉发电为主，并结合防洪、航运、养殖、给水等进行开发。1.3设计基本资料1..水库规划资料（1）正常蓄水位：113.0m（2）设计洪水位：113.1m（百年一遇）（3）校核洪水位：113.5m（千年一遇）（4）死水位：105.0m（发电极限工作深度为8m）（5）灌溉最低库水位：104.0m（6）水库总库容：2.0亿m³（7）水库有效库容：1.15亿m³（8）发电调节保证流量Qp=7.35m³/s，相应的下游水位63.20m；（9）发电最大引用流量Qmax=28m³/s，相应的下游水位68.65m；（10）设计情况下，溢洪道下泄流量Q%1=840m³/s，相应下游水位72.65m。（11）校核情况下，溢洪道下泄流量Q%1.0=1340m3/s，相应下游水位75.30m。（12)水库淤积高程85.00m。2.枢纽组成建筑物设计条件（1）主坝：沿坝轴线布置。（2）河岸溢洪道：堰顶高程为107.5m。（3）水电站：装机容量为9000kw，三台机组，厂房尺寸为30.0×9.02m，引水隧洞直径3.50m，尾水底板高程62.0m。（4）放空建筑物可利用导水隧洞，洞底高程为70.0m，洞直径5.0m，上游土石围堰顶部高程85.0m，下游土石围堰顶部高程70.0m.3.力学参数基岩允许抗压强度2MPa，混凝土与基岩摩擦系数f=0.58。基岩的内摩擦系数f=0.7,凝聚力C=0.5MPa，容重=26KN/m³。4.其他坝顶设有公路，枢纽工程的对外交通有水路、公路、铁路。坝区地震烈度5～6度，设计时不考虑。二、坝址水文特性暴雨洪峰流量Q%05.0=1860m³/s，Q%5.0=1550m³/s，Q%1=1380m³/s。多年平均流量13.34m³/s，多年平均水量4.22亿m³，多年平均最大风速10m/s，水库吹程8km，多年平均降雨次数48次/年，库区气候温和。三、枢纽及库区地形地质条件3.1坝址、库区地形地质及水文地质平山河流域多为丘陵山区，在平山河上游都为大山区，河谷山势陡峭，河谷边坡一般为60°～70°，地势高差都在80～120m，河谷冲割很深，河床一般为100m左右，河道弯曲相当厉害，枢纽布置处成S形，沿河滩及坡积层发育，在坝轴下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，起覆盖物教厚，岩基产状凌乱。靠坝址上游有泥盆五通沙岩，坝址下游有二叠纪灰岩，坝轴线位于五通沙岩上。在平山咀以南，即石灰岩与沙岩分界处，发现一大断层，其走向近东西，倾向大致向北西，在坝轴线左侧的为五通沙岩，特别破碎，产状凌乱，两岸岩石破碎，岩石的隐裂隙很发育。岩石的渗水率都很小，两岸多为0.001～0.01升/分。坝址覆盖层沿坝轴线厚度达1.5～5.0m，K=104cm/s，浮容重浮=10.4KN/m³，内摩擦角=35°。3.2筑坝材料坝轴线下游1.5～3.5km，土料储量丰富，质量可满足筑坝要求，砂料在坝轴线上下游1.0～3.0km的河滩开采，石料可在坝轴线下游左岸的山沟里开采，材料的性质及各项指标如下表所示：土壤类别干容重（KN/m³）最优含水率（%）孔隙率n（%）内摩擦角（干/湿）凝聚力（2/mKN）（干/湿）渗透系数K（cm/s）粘土15.4252520/18371×106壤土15.8154224/20121×105坡土16.0233933/227.5/101×103覆盖层16.03501×104砂料16.0403001×103堆石18.033380四、枢纽建筑物选型及枢纽总体布置4.1工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准4.1.1枢纽建筑物组成根据设计资料中规定的枢纽任务来确定。主要有拦洪蓄水的挡水建筑物，宣泄洪水的泄水建筑物，灌溉用的引水建筑物，检修用的放空建筑物，发电、变电、配电的厂房、开关站等建筑物，等等。4.1.2工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准水利水电工程的等别，应根据其工程规模、效益及在国民经济中的重要性确定。永久性建筑物的级别，应根据其所属工程等别及其重要性确定。由《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》以及所给资料中的指标确定工程规模、洪水标准如下：（1）分项等别：根据总库容为2.0亿m3，在10～1.0亿m3之间，属Ⅱ等工程；根据电站装机容量9000千瓦即9MW，小于10MW，属Ⅴ等工程；。（2）枢纽等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽为Ⅱ等工程。（3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，Ⅱ等工程的主要建筑物为2级水工建筑物，次要建筑物为3级水工建筑物。故本枢纽中的土石坝、溢洪道、发电建筑物、导流隧洞、放空隧洞均为2级水工建筑物。（4）水工建筑物的洪水标准：根据山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准（重现期），2级水工建筑物的设计洪水标准为500~100年，土石坝校核洪水标准为5000~2000年。从经济角度考虑，选取该枢纽永久性水工建筑物的设计洪水标准取100年（P%1），校核洪水标准取2000年（P%05.0），该水库规划成果中校核洪水位为千年一遇。4.2枢纽建筑物选型4.2.1坝轴线选择根据坝址地形图中给定的坝轴线布置大坝。4.2.2枢纽各建筑物的选型1.挡水建筑物：在该坝址可能采用的坝型有重力坝、拱坝、土石坝。（1）重力坝方案：重力坝主要依靠自身重量在地基上产生的摩擦力和坝与坝基之间的凝聚力来抵抗坝前水压力，维持自身稳定。要求地基具有足够的强度、整体性、均匀性、抗渗性、耐久性。但由于坝址处两岸坡积层发育，河谷覆盖层厚达1.5～5.0m，若建重力坝清基开挖量大。并且重力坝体积大，需消耗大量水泥和材料，运输不便，当地材料也未能充分利用，建重力坝不经济。（2）拱坝方案：拱坝对坝址的地形地质条件要求比重力坝高。适合建于断面为“V”字形的高山峡谷中，河谷对称缩窄处，以使拱座下游有较多岩体保持抗滑稳定。要求坝址岩石尽量坚硬致密、质地均匀，两岸坝座附近边坡岩体稳定、整体性好。而该枢纽坝址处河谷宽度和最大坝高之比L/H较大，不能发挥拱的作用；坝址位于“S”形河湾上，下游河谷断面扩大，右岸岸坡平缓，坡积层发育，左岸下游存在一个大断层，对拱坝稳定极为不利。故不适宜建拱坝。（3）土石坝方案：土石坝对地形地质要求低，几乎任何不良的坝址地基和深层覆盖层经过处理后都可填筑土石坝，可就地取材，节省大量水泥、钢材，施工速度快，经济效益好。该枢纽坝址附近砂土石料储量丰富，质量满足筑坝要求。通过上述论证，综合考虑地形地质、水文特性、建筑材料、施工周期等，挡水建筑物选用土石坝。2.泄水建筑物对于土坝，不宜通过坝身泄流，可考虑采用溢洪道或隧洞泄水。由于该枢纽坝址右岸有一垭口，故适宜在垭口处修建溢洪道。采用正槽式溢洪道，过堰水流与泄槽轴线方向一致，水流平顺，泄洪能力大。结构简单，施工运行方便。3.水电站建筑物土石坝坝身不能开孔，不宜建坝式水电站，较好的方案是建引水式水电站。4.放空建筑物为布置方便和减小开挖量，可利用导流隧洞作为水库放空洞，均为有压隧洞。洞底高程70.0m，直径5.0m。4.3枢纽总体布置挡水建筑物即土石坝，位于主河床，直线布置在地形图所示坝址线处；泄水建筑物，即溢洪道布置在大坝右岸天然垭口处；发电建筑物中，厂房布置在大坝下游右岸地势较平坦经开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边；施工导流洞及水库放空洞：布置在右岸的山体内，以减小隧洞长度和避开断层。协调各建筑物布置要求，最后确定枢纽布置，绘制在平面布置图上（见坝址地形图）。五、土石坝设计5.1选择土石坝的类型土石坝根据施工方法分为碾压式土石坝、水力冲填坝、水中倒土坝。其饭中碾压式土石坝便于机械化施工，速度快、缩短工期，质量易保证，是应用最广泛的坝型，故采用碾压式土石坝。碾压式土石坝又分为均质坝、心墙坝、斜墙坝等。现结合本工程的实际情况对各种坝型优缺点分析如下：1.均质坝：坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降较小，有利于渗流稳定和减少坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。但是，由于土料抗剪强度比其他坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒冷和多雨地区的使用受限制，故不选择均质坝。2.斜墙坝：斜墙坝与心墙坝，一般的优缺点无显著差别，粘土斜墙坝沙砾料填筑不受粘土填筑影响和牵制，沙砾料工作面大，施工方便；考虑坝址的地质条件，由于坝基有破碎带和覆盖层，截水槽开挖和断层处理要花费很多时间，并且不容易准确的预计，斜墙截水槽接近坝脚，处理时不影响下游沙砾料填筑，处理坝基和填筑沙砾料都有充裕的时间，工期较心墙坝有把握；土料及石料储量丰富，填筑材料不受限制。3.心墙坝：心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；使其因坝主体的变形而产生裂缝的可能性小，粘土用量少，受气候影响相