宁村水库重力坝设计

..《水工建筑物》宁村水库重力坝计算书班级：水利水电工程12学生：戎艳指导教师：张小飞完成时间：2016.1.9广西大学土木建筑工程学院.目录第一章工程资料........................................................-1-一．工程概况.........................................................-1-枢纽布置.................................................................-3-一.确定工程等别和建筑物级别..........................................-3-1）坝线选择......................................................-3-2）坝型选择......................................................-3-3）枢纽组成......................................................-3-第三章挡水坝的设计......................................................-5-一坝顶高程Z顶确定.................................................-5-（1）基本公式和参数的确定........................................-5-2）具体分析和计算................................................-6-二．建基面高程确定Z基...............................................-7-三．坝顶宽度b.......................................................-7-四．上下游坝坡的确定.................................................-8-五．坝体强度及稳定性校核计算.........................................-8-1）荷载组合：................................................-8-2）计算参数.....................................................-10-3）计算结果：...................................................-10-溢流坝段的设计..........................................................-12-一．拟定堰面曲线....................................................-12-1）上游直线段..................................................-12-2）WES上游剖面堰顶曲线坐标点计算...............................-12-3）溢流坝顶部下游面曲线段（见图4）.............................-12-4）反弧段设计（见图4）.........................................-13-5）下游直线段（见图4）.........................................-13-二．泄流能力校核....................................................-14-三．消能防冲设计....................................................-15-计算挑距和下游冲刷坑深度........................................-15-四．导墙设计........................................................-15-五．溢流坝强度和稳定性校核；........................................-16-1）计算过程及结果..........................................-16-第七章工程量计算....................................................-17-.宁村水库重力坝设计第一章工程资料一．工程概况宁村水库位于南宁盆地北缘，高峰山南麓，南宁市明秀乡宁村和下游，宁村河发源于高峰山脉南部燕尾岭，流经安吉河至心圩河后汇入邕江。水库集雨面积10.39平方公里，坝址以上河长9.4公里，河道平均坡降为0.96%，河道平均水深约2米。兴建宁村水库的主要目的是保证南宁市的环境用水，并兼灌溉之用。二．基本资料（一）地形资料：1、1：500坝址地形图，另附；2、1：2000库区地形图（略）（二）地质资料：根据地勘队提供的地质报告及地质图摘要如下：1、库区工程地质宁村水库库区为砂岩、页岩、泥岩组成的碎屑岩系，库盘出露的岩层以泥岩为主，岩石渗透性微弱，岩层产状稍平缓，交错层理发育。其断层均为铁锰质胶接良好，无集中渗漏地段，库周山峦起伏，无主要邻谷，且库外一般谷底高程均高于正常蓄水位，因此不存在库区向库外渗漏的可能性，具备建库的条件。2、坝址工程地质及水文地质坝址岩层以砂岩为主，夹泥岩和页岩，砂岩抗压强度较高，但泥岩、页岩抗压强度稍低，其允许承载能力为0.6~0.7Mpa，岩层倾向上游，岩石节理、裂隙发育，整体性稍差，并假有薄层，抗滑能力较低，岩石受风化深度为4~6m，河床地段强风化深度3~5米，基础开挖和清基工作量较大，坝址河床及两岸岩石的渗透性较大，一般渗透系数0.1~0.7m/d，因此存在地基渗漏和绕坝渗漏的可能性，必需进行帷幕灌浆处理，总之坝址地质具备建坝条件，但不是很理想，河谷两岸不对称，风化深，而河床地段岩石较好，因此不宜作轻型坝，可考虑选择其他坝型。3、坝址岩石物理力学性质：在钻取岩芯作物理力学性质实验，将不同深度，不同风化强度的砂岩、泥岩、页岩分五组进坝址行实验，成果如表示：岩石名称风化程度重度（KN/㎥）比重吸水率抗压强度标准值（MPa）干重度饱和重度（%）干饱和（Rb）砂岩强风化23.524.22.635.63014砂岩弱风化2525.62.682.0351.642砂岩微风化26.226.62.70.615849.8泥岩新鲜23.724.52.747.243212.9页岩新鲜25.125.92.763.0239.414.8由于某些原因，未作岩石抗剪断实验，现在将砼和弱风化岩石的抗剪断摩擦系数和抗剪断凝聚力提供如下，供设计参考。岩石名称摩擦系数f’凝聚力c'（KPa）砂岩/砼1500..泥岩（页岩）/砼0.854004、当地建筑材料坝址上下游5Km范围内，有大量适合建坝的砂岩可供开采，河谷地带有少量中细砂，卵石不多，而离坝址8~9Km范围的邕江两岸有足够数量河沙和河卵石可提供。坝址附近缺乏适宜筑坝的土料。附：宁村水库坝址1/500地质剖面图。三．水文资料根据水文计算结果，为枢纽建筑物设计提供以下资料：1、下泄洪水流量（经调节）：设计洪水（2%）Q=450㎥/s；校核洪水（0.2%）Q=588㎥/s；可能最大洪水Q=722㎥/s；2、特征水位正常蓄水位：126.50m；死水位：106.00m。3、水库水位~容积关系曲线（见表1）表1：4、下游水位~流量关系曲线（见表2）表2：宁村水库下游水位~流量关系流量（㎥/s）10100200300400450588下游水位（m）092.793.693.793.893.9945、最大引用流量：1.0㎥/s6、淤沙高程：92.00m。四其他资料材料容重：浆砌石重度：22KN/㎥；砼重度：24KN/㎥；淤沙特性：淤沙浮重：7KN/㎥；淤沙内摩擦角：20°；浪高计算：水库吹程D=3km，多年平均最大风速v=15m/s；下游渠首底部高程97.00m；地震烈度6度（设计不考虑）水位（m）90100110120125130135库容（万㎥）040110260370520840..枢纽布置一.确定工程等别和建筑物级别由于工程的等别是由六个指标（总库容，防洪，灌溉，发电，供水，治涝）中最大的指标来确定，由于该枢纽的开发目的为供水和灌溉，而其最大引用流量才1.0㎥/s，所以工程等别最终由总库容V总确定。由于V总=V校即校核洪水位所对应的库容，故需求出校核洪水位H校，再根据水位~库容关系（表一）确定库容。1）坝线选择坝线选择如宁村水位平面布置（附图1）所示，由地形图资料可知该坝线上游山体陡，坡降大，成库容易，下游坝线地形开阔，平坦，便于施工系统布置，且坝线选址在山脊位置，可以缩短坝线，节省造价；由于该工程为中小型工程，坝高不大，对承载力要求不高，该处岩石满足承载力要求，对于砂岩通过帷幕灌浆进行防渗；该枢纽与周边城镇相邻，交通便利“三通”容易满足，就地取材砂岩可作为粗骨料。综合地形，地质，枢纽布置，施工，建材和经济投资等因素考虑可确定坝线布置合理。2）坝型选择挡水坝有重力坝，土石坝，拱坝等，该库区右岸陡峭左岸右岸平坦，且岩基存在软弱夹层，不完整，不适合修建拱坝；如果修建土石坝，只能采用隧洞导流，而存在破碎带，不利于隧洞的稳定，对土石坝的施工导流不利，坝址岩层以砂岩为，土石坝的筑坝材料得不到满足，故排除土石坝。通过对比分析，重力坝符合地形地质要求，故坝型选择为重力坝合理。重力坝分为浆砌石重力坝，常态混凝土重力坝，碾压砼重力坝。浆砌石重力坝施工质量不能保证而且施工速度慢，对工期影响大，造成经济投资大，不合适；碾压混凝土重力坝常用于大规模的工程，对于前面分析可知该工程为中小型规模，故选用常态混凝土重力坝更合适。3）枢纽组成由开发目的可知该枢纽无需用于发电，故不需要水电站厂房，因为需要供环境用水和灌溉，所以需要取（引）水建筑物，故该枢纽组成：泄水建筑物，挡水建筑物，引（取）水建筑物。其中泄水建筑物和挡水建筑物为主要建筑物，故因进一步确定其尺寸，形式和等级。4）泄水建筑物的形式及孔口尺寸的拟定(1)泄水建筑物形式的选择由前面地形分析知道其坝线不长，故不适合岸边溢洪道；坝址的地质条件限制不能用隧洞泄水（具体理由见坝型选择土石坝部分）；所以只能选择坝身泄水。坝身泄水分表孔泄水，中孔泄水和底孔泄水。由前面分析已经确定该重力坝的坝高不大，故不宜采用底孔泄水方式；中孔泄水一般作降低水位用，本工程可用取水孔兼做水库放空用，故无需设中孔。且表孔具有最好的超泄能力，综合分析比确定采用表孔泄流。表孔泄流分为开敞式，带闸门，带胸墙三种，根据工程概况中的要求可知不需要进行防洪，故无需设闸门等，同时，对淹没要求也不大，考虑结构简单，经..济投资小，便于管理等因素优选开敞式，最终确定泄流建筑物形式：开敞式表孔泄流。(2）孔口尺寸拟定①由于为开敞式表孔泄流，故堰顶高程和正常蓄水位高程相等，即Z堰顶=Z正=126.5m。②单宽流量q和溢流前沿宽度L拟定前面已经分析该工程属于中小型工程，可直接根据地质条件来确定q。根据规范：1、对于破碎的岩石：q=（20~50）㎥/（s·m）2、对于中等坚硬岩石：q=（50~70）㎥/（s·m）3、对于坚硬岩石：q=（70~200）㎥/（s·m）坝址岩层以砂岩为，主夹泥岩和页岩，且岩石节理、裂隙发育，整体性差，风化强，故应对应规范中的破碎岩石：q=（20~50）㎥/s，由于河床的风化深度达（3~5）m，为一般的弱岩，考虑下游河床的消能防冲，根据q=Q校/B可知，溢流前沿宽