水工建筑物课程设计37996.docx

目 录第一部分 设计资料0（1） 一一、设计计资料（1） 二二、设计计依据（4）第二部分 枢纽布布置（7） 一一、坝型型的选择择（7） 二二、泄水水建筑物物型式的的选择（8） 三三、其它它建筑物物型式的的选择（8） 四四、枢纽纽的组成成建筑物物及等级级（8） 五五、枢纽纽布置（9）第三部分 土石坝坝的设计计（9） 一一、土石石坝坝型型的选择择（9） 二二、大坝坝断面尺尺寸及构构造型式式（9） 三三、渗流流计算（12） 四四、稳定定计算（13） 五五、材料料及细部部构造（14）第四部分 溢洪道道设计（16） 一一、溢洪洪道的形形式（16） 二二、堰面面形式（16） 三三、溢洪洪道的水水力计算算（16） 四四、工程程布置（17） 六六、掺气气水深（23） 七七、消能能防冲（23） 八八、溢洪洪道的其其它构造造设计（24）第五部分 施工图图纸（24）附图（25）水工建筑筑物课程程设计 设计说明书书姓 名名：耿恒恒银班 级级：20002110122学 号号：2000211012216指导老师：舒浩光光 徐卫超超二00五年年七月水工建筑物物课程设设计第一部分 设计计资料一、设计资资料1、概 况况平山水库位位于G县西南南3公里处处的平山山河中游游坝址以以上控制制流域面面积4331kmm2；沿河河道有地地势较平平坦的小小平原，地地势自南南向东有有高变低低。最低低高程为为62.5m。河河床比降降为千分分之三，河河流发源源于苏唐唐乡大源源锭子，整整个流域域物产风风丰富。土土地肥沃沃，下游游盛产稻稻麦，上上游蕴藏藏着丰富富的木材材，竹子子等土特特产。平平山河为为山区性性河流，雨雨后山洪洪常给农农作物和和村镇造造成灾害害，另外外，当雨雨量分布布不均时时，又造造成干旱旱现象，因因此，有有关部门门对本地地区作了了多次勘勘测规划划以开发发这里的的水资源源。2、枢纽任任务枢纽主要任任务是以以灌溉发发电为主主，并结结合防洪洪，航运运，养鱼鱼及供水水等任务务进行开开发。初初步规划划，本工工程灌溉溉面积为为20万亩亩（高程程在1002m以以上），装装机容量量90000KWW。防洪洪方面，使使平山河河下游不不致洪水水成灾，同同时配合合下游水水利枢纽纽，大意意下游起起到一定定的防洪洪作用，在在流域规规划中规规定本枢枢纽在通通过设计计洪水流流量时，控控制最大大泄流流流量不超超过9000 mm3/s。航航运方面面，上游游库区能能增加航航运里程程20公里里，下游游可利用用发电尾尾水等航航运条件件，并拟拟建竹木木最大过过坝能力力为255吨的筏筏道。3、地形地地质概况况地形情况：平山河河流域多多为丘陵陵山区，在在平山枢枢纽上游游均为大大山区。河河谷山势势陡峭，河河谷边坡坡一般为为6007000，地势势高差都都在8001220m，河河谷冲沟沟切割很很深，山山脉走向向大约为为东西方方向，岩岩基出露露较好，河河床一般般为1000m左左右河道道弯曲相相当厉害害，沿河河沙滩及及坡积层层发育，尤尤以坝址址下游段段的更为为发育，在在坝轴下下游3000m处处的两岸岸河谷呈呈马鞍形形，其覆覆盖物较较厚，岩岩基产状状凌乱。地质情况：靠上游游有泥盆盆五通砂砂岩，靠靠下游为为二迭纪纪灰岩，几几条坝轴轴线皆落落在五通通砂岩上上面，地地质构造造特征：在平山山咀以南南，即灰灰岩与沙沙岩分界界处，发发现一大大断层，其其走向近近东西，倾倾向大致致向北西西，在第第一坝轴轴线左肩肩的为五五通砂岩岩，特别别破碎，在在1000多米范范围内就就有三四四处小断断层，产产状凌乱乱，坝区区右岸破破碎深达达60mm的钻孔孔芯获得得率仅为为20%，岩石石裂隙十十分发育育。 岩石的的渗水率率很小。坝坝区下游游石灰岩岩中发现现两处溶溶洞，平平山咀大大溶洞和和大泉眼眼大溶洞洞，前者者对大坝坝及库区区均无影影响，后后者朝南南东方向向延伸的的话，可可能通过过库壁，库库水有可可能顺着着溶洞漏漏到库外外。 坝址覆覆盖层沿沿坝轴线线厚度达达1.555.0m，K=11×10-44cm/s，浮浮容重VV浮=100.7KKN/ m3，内摩摩擦角=35504、水文、气气象（1）、水水文：千千年一遇遇雨量4498.1mmm，二百百年千年年一遇雨雨量3448.22mm，五五十年千千年一遇遇雨量2299.9mmm，雨洪洪峰流量量Q0.11%=118600 m3/s，Q0.5%=15550mm3/s，Q1%=114800m3/s，多多年平均均水量为为4.555亿m3（2）、气气象：多多年平均均风速110m/s，水水库吹程程D=99Km，多多年平均均将雨量量4300mm/年，库库区气候候温和，年年平均气气温166.9，年最最高气温温40.5，年最最低气温温-144.9 55、其它它（1）、坝坝顶无交交通要求求（2）、对对外交通通情况水 路:可可通行336吨吨木船，枯枯水季只只能通过过3吨以下下的船只只，水运运较困难难公 路：尚尚无公路路通行铁 路：到工地地有533公里处处有乐万万铁路车车站二、设计依依据1、工程等等级:工程的灌溉溉面积为为2万亩,装机容容量90000,总库容容2.000亿判定此工程程为二等等工程主要建筑物物：挡水水坝，溢溢洪道，电电站厂房房。次要建筑物物：筏道道，泻洪洪洞，导导流洞（后后改为泻泻洪洞）。2、水库规规划资料料（1）正常常水位：1133.100，设计计洪水位位：1113.330，校校核洪水水位：1113.50死水位：1105.0m（发发电极限限工作深深度8m），灌灌溉最低低水位：1044.0mm（2）总库库容：22.000亿，水库库有效库库容：11.155亿（3）库容容系数：0.5575（4）发电电调节流流量=77.355，相应应下游水水位688.2发电最大引引用流量量=288 ，相相应的下下游水位位68.65,通过设设计洪水水位流量量（Q0.11%）时时。溢洪洪道最大大泄量=13440 ，相相应的下下游最高高洪水位位74.33、枢纽组组成建筑筑物（1）大坝坝：布置置在1#坝轴线线上（2）溢洪洪道：堰堰顶高程程为1007.550m（3）水电电站：装装机容量量90000KWW，3台机组组，厂房房尺寸330×9平方米米（4）灌溉溉：主要要灌溉区区在河流流的右岸岸，渠首首底高程程1022m，灌灌溉最大大引用流流量8.15 m3/s，相相应渠道道最大水水深1.75mm，渠底底宽3.5m，渠渠道边坡坡1：1（5）水库库放空隧隧洞：为为便于检检修大坝坝和其它它建筑物物，拟利利用导流流隧洞作作为防空空洞。洞洞底高程程70.0m，洞洞直径33.5mm（6）筏道道：为干干筏道，上上游坡不不陡于11：4，下游游坡不陡陡于1：3，转运运平台高高程1115.00m，平平台尺寸寸为300×20mm24、筑坝材材料枢纽大坝采采用当地地材料筑筑坝 （1）土料料：主要要有粘土土和壤土土，可采采用坝下下1.553.0公里里丘陵区区与平原原地带，储储量多，质质量尚佳佳可作为为筑坝材材料，其其性能见见表1（2）砂土土：可从从坝上下下游0.533.5公公里河滩滩上开采采，储量量多，可可供筑坝坝使用，其其性能见见表2（3）石料料：可在在坝址下下游附近近开采，石石质为石石灰岩及及砂岩，质质地坚硬硬，储量量丰富，便便于开采采，其性性能见表表3. 表一 土料料特性表表土壤类别干容重rcc（KN/m3）最优含水率率（%）孔隙率 nn（%）内摩擦角粘着力 CC（Kpaa）透水系数 K（cm/s）粘土15.4254018o300371×10-6壤土15.814.541.723o411121×10-5坡土16.022.539.822o（湿湿）33o（干干）7.5（湿湿）1×10-3表二 砂土土特性表表土壤类别干容重rcc（KN/m3）孔隙率 nn（%）内摩擦角渗透系数 K（cm/s）浮容重 砂土1640.630o1×10-210.066表三 石料料特性干容重（KKN/mm3）孔隙率 （%）内摩擦角1.83338o第二部分 枢纽布布置一、坝型的的选择 在基岩岩上筑坝坝有三种种类型可可选择:重力坝坝、拱坝坝、土石石坝。重力坝方案案：重力力坝虽然然对地形形，地质质条件适适应性强强，且枢枢纽泄洪洪问题容容易解决决等优点点，但是是建重力力坝清基基开挖量量大，且且不能利利用当地地筑坝材材料，故故重力坝坝不经济济。拱坝方案：修建拱拱坝理想想条件是是河岸左左右对称称，岸坡坡平顺无无突变，在在平面上上向下游游收缩的的峡谷段段，而该该水利枢枢纽布置置处成SS形，沿沿河沙滩滩及坡积积发育，坝坝轴线下下游河谷谷程马鞍鞍形，无无建拱坝坝的可能能。土石坝方案案：土石石坝对地地形、地地质的要要求低，几几乎在所所有的条条件下都都可以修修建，且且该工程程在坝轴轴线的附附近丘陵陵区与平平原地带带的土料料储量很很多，土土质佳，可可作筑坝坝之用，并并且有丰丰富的质质地好，开开采容易易的筑坝坝用的砂砂土和石石料。故故修建土土石坝，其其材料来来源广泛泛，开挖挖量小，可可减小工工程投资资，综合合考虑地地形，地地质条件件，建筑筑材料，施施工条件件，综合合效益等等因素，最最终选择择土石坝坝方案。二、泄水建建筑物型型式的选选择溢洪道选择择：根据据当地地地质条件件，确定定为开敞敞式溢洪洪道，开开敞式溢溢洪道分分为正槽槽式和侧侧槽式，正正槽式溢溢洪道中中，泻水水槽与堰堰上水流流方向一一致，水水流平顺顺，泄流流能力大大，结构构简单，运运行安全全可靠，适适用于各各种水头头和流量量，且坝坝轴线下下3000m处两两岸河谷谷呈马鞍鞍形，选选该形式式最合理理。放空隧的选选择：洞洞水库放放空隧洞洞其进口口高程可可以很低低，因此此除了担担负泄洪洪任务，还还可以承承担灌溉溉放水，施施工导流流，排泄泄泥沙和和防空水水库等任任务。所所以本工工程利用用施工期期的导流流隧洞作作为水库库放空隧隧洞。三、其它建建筑物型型式的选选择引水建筑物物的型式式：河道道水量丰丰沛，水水位较底底，引水水量较大大，无坝坝取水不不能满足足要求，则则选用有有坝取水水枢纽即即溢流坝坝。施工导流方方式：选选用导流流隧洞，可可以作为为坝修建建好之后后的泄水水隧洞，减减小工程程量。四、枢纽的的组成建建筑物及及等级 表四四 建筑物物分类建筑物名称称土石坝溢洪道放空隧洞灌溉电站厂房筏道级 别233323五、枢纽布布置挡水建筑物物：土石石坝布置置在1#坝轴线线上泄水建筑物物：溢洪洪道布置置在左岸岸的垭口口上，可可减小工工程的开开挖量，并并且与大大坝离开开，有利利于大坝坝的安全全。电站厂房应应该设在在平坦的的地方，引引水隧洞洞布置在在凸岸，可可以缩短短长度，减减小工程程量。所所以电站站厂房布布置在凸凸岸，即即河的右右岸比较较合理。第三部分 土石坝坝的设计计一、土石坝坝坝型的的选择在坝址附近近有丰富富的饿土土料，坝坝址上下下游及两两岸滩地地又有大大量的砂砂、石灰灰岩及砂砂岩，质质地坚硬硬，储量量丰富，可可作为坝坝壳材料料，从建建筑材料料上说，斜斜墙坝、心心墙坝均均可。斜墙坝由于于抗剪强强度较低低的防渗渗体位于于上游面面，故上上游坝坡坡较缓，坝坝的工程程量相对对较大，并并且斜墙墙对坝体体的沉降降变形比比较敏感感，与陡陡峻河岸岸的连接接较困难难，故不不选择此此方案。心墙坝的防防渗体位位于坝体体的中央央，适应应变形的的条件好好，粘土土心墙所所用的粘粘土量少少，施工工较方便便。所以以选择粘粘土心墙墙坝。二、大坝断断面尺寸寸及构造造型式1、坝坡：采用三三级变坡坡，在变变坡处设设置马道道，其宽宽度取22。 上游游坝坡：1：3.00、1：3.225、1：3.55 下游游坝坡：1：2.55、1：2.775、1：3.002、坝顶宽宽度：本本坝无交交通要求求，坝高高，在300m-660m，所所以坝顶顶宽度=且无交交通要求求，取=7对中低坝最最小宽度度B5m，取取=7mm。3、坝顶高高程计算算：超高： 波浪在在坝坡上上的爬高高 m 风浪引起起的坝前前水位壅壅高 mm 安全加加高 mm =0.455hlmm-1n-0.6 ：设计计波高 ：坝坡坡率率取2.5 ：坝坡护护面糙率率，选干干砌石取取0.002755：（多年平平均）计计算风速速 ：吹程 ：综合摩擦擦系数 取3：水库水域域平均水水深 mm ：风向与坝坝轴线方方向的夹夹角 ：重力加速速度 取坝顶高程： 二者者取大值值 表五 坝顶高高程计算算运用情况静水位（mm）（m）e(m)A(m)防浪墙高程程(m)坝顶高程（m）设计洪水113.331.400.019980.5115.442115.442114.222（取1144.3）校核洪水113.550.840.008891.0115.114验算：坝顶顶高程1114.30设计洪洪水位+0.55m=1113.8m 校校核洪水水位1113.55 满足足要求。 4、坝体排排水设备备及尺寸寸拟定 常用坝坝体排水水主要有有以下几几种形式式：贴坡坡排水、棱棱体排水水、褥垫垫排水。贴坡排水不不能降低低浸润线线，多用用于浸润润线很底底和下游游无水情情况。褥垫排水对对地基不不均匀沉沉降适应应性较差差，易断断裂，且且难以检检修，不不宜采用用。棱体排水可可以降低低浸润线线，防止止坝坡冻冻胀，保保护下游游坝脚不不受尾水水淘刷且且有支持持坝体，增增加稳定定的作用用。坝址址附近有有丰富的的石料可可开采，其其石料质质地坚硬硬，可以以利用，做做堆石料料棱体排排水。棱棱体顶面面的高程程高出下下游最高高水位至至少，取取1.77，下游游最高水水位为校校核时的的水位774.33，棱体体顶面的的高程为为76.0。棱棱体内坡坡坡度取取1：1.55，外坡坡取1：2.00，顶宽宽取2.0。 5、防防渗体 本设计计粘土允允许坡降降。承受受最大水水头为447.99，墙厚厚/=11.98，心心墙的顶顶宽取553满足机机械化施施工的要要求。上上下游坡坡度均取取1：0.22。墙顶顶高程为为设计洪洪水位加加0.33-0.6超高高，取00.3，所所以墙顶顶高程为为1133.4。 6、大坝基基本剖面面三、渗流计计算 心墙墙采用粘粘土料，渗渗透系数数很小，因因此计算算时可以以不考虑虑上游水水头降落落，下游游坝壳的的浸润线线比较平平缓，水水头主要要在心墙墙部位损损失。 将心墙看看成等厚厚的长方方体 通过心墙段段的单宽宽流量 通过心墙下下游坝壳壳段的单单宽流量量 得 =22.966m ，m3/s,浸润线方程程为 即： 心墙之后后的坝壳壳防渗坡坡降及渗渗透性很很小，发发生破坏坏的可能能不大。四、稳定计计算 无粘性性土的坝坝坡常形形成折线线形的滑滑动面，在在此只考考虑上游游水位在在1/33坝高处处上游坝坝坡的稳稳定。 由图测的角角度为； 所以该该假想滑滑动面是是稳定的的。五、材料及及细部构构造1、坝 顶顶坝顶无公路路要求，故故路面采采用黄泥泥浆砌石石路面，为为排除雨雨水，将将扒顶向向下游向向下游倾倾斜（22%-33%）取取i=22%。2、护 坡坡上游采用干干砌石护护坡，块块径一般般为300以上。选选双层，约约厚为00.4-0.66，砌石石下面设设碎石垫垫层，其其厚约为为0.115-00.255，取0.25。护护坡范围围自坝顶顶起延至至水库最最低水位位以下一一定距离离，一般般为2.5，护护坡的最最低高程程为1005，下下游护坡坡为碎石石护坡厚厚25。3、坝的防防渗体及及排水设设施坝的防渗体体为粘土土心墙，心心墙上下下游设置置反滤层层，坝体体排水为为堆石棱棱体排水水，在排排水与坝坝体，坝坝基之间间设置反反滤层，下下游马道道在靠近近坡处设设置排水水沟，并并在坝坡坡设置横横向排水水沟以汇汇集雨水水，岸坡坡与坡体体交接处处也设置置排水沟沟，以汇汇集岸坡坡雨水，防防止雨水水掏刷坝坝坡。4、反滤层层设计（1）设计计标准：被保护护土相邻邻的第一一层反滤滤料D15/dd854-55 式中中： DD15：反反滤料的的特征粒粒径，小小于粒径径土占总总土重的的15%D15/dd155 d855，d15：被被保护土土粒径，小小于该粒粒径土分分别占总总土重的的85%，15%（2）防渗渗体周边边部位：第一层d550=00.5 厚20 第二层层d50=22.0 厚30 排排水部位位： 第一层层d50=330 厚20 第二层层d50=990 厚60 坝顶及及心墙反反滤层，棱棱体排水水及反滤滤层、岸岸坡排水水、护坡坡详图见见图纸。2、 坝基处理需将防渗体体部位进进行开挖挖，挖去去覆盖层层3m，并并下挖00.3mm，将防防渗体坐坐落在岩岩基上形形成截水水墙，隔隔断渗流流，岩面面不平整整或存在在微小裂裂缝处，通通过灌浆浆，喷水水泥砂浆浆或浇筑筑混凝土土进行处处理。在在基岩面面建混凝凝土齿墙墙作用不不明显，受受力条件件不好，易易产生裂裂缝。在在基岩内内部防渗渗处理的的主要设设施是帷帷幕灌浆浆，用以以提高其其不透水水性，强强度，完完整性，减减小防渗渗坡降。 第四部分 溢洪道道设计一、 溢洪道的形形式。选在垭口处处，见图图示平面面位置，并并采用开开敞式的的正槽溢溢洪道。二、堰面形形式：采用WESS型堰面面形状 取取三、溢洪道道的水力力计算 11、孔口口尺寸设设计 （11）、单单宽流量量的确定定。校核洪水高高程 1133.5 堰顶高高程 1077.5单宽流流量根据堰顶形形式可选选 则 取 取孔口宽度度为9 则 孔口宽宽度 闸墩墩厚度（取取2.00）则 进行验算： 闸墩侧侧收缩系系数，取取0.995 流量系系数，取取0.448 重力加加速度，9.81溢洪道在开开挖的时时候，为为了增强强防冲刷刷能力，需需要设置置衬砌，粗粗糙率取取。四、工程布布置 11、进水水渠 （11）、拟拟定引水水渠的形形式引水渠采用用梯形断断面，低低坡平坡坡，边坡坡采用11：1.55且流速速小于渠渠底宽度度大于堰堰宽，取取1，渠底底高程取取87.5。（2）、引引水渠尺尺寸 校核水位位 为过过水断面面 渠底宽宽度 假设 为了安安全取 进水渠与与控制堰堰之间为为渐变段段，采用用弧线连连接。 2、控制制段（1）拟定定控制段段的形式式 为了控制制泻流能能力，设设置弧形形闸门，堰堰型选用用WESS标准剖剖面堰，顶顶高程， 取 查表： 与泄槽底版版相连采采用反弧弧曲面，（其中为校核洪水位全开时的反弧最低点）3、泄 槽槽泄槽布置在在基岩上上，断面面为挖方方，为适适应地形形，泻槽槽分为收收缩段、泻泻槽一段段、泻槽槽二段，根根据已建建的工程程拟定收收缩段收收缩角为为12度。首首端与控控制堰同同宽B=61mm。末端端采用矩矩形。4、出口消消能溢洪道出口口段为冲冲沟，岩岩石质地地较好，离离大坝较较远，采采用挑流流消能。水水流冲刷刷不会危危及大坝坝安全。五、溢洪道道的计算算泄槽水面线线计算：对称布布置由地地质平面面图可知知堰顶到到下游水水面高程程（744.3）处处的水平平距离是是86，高高差333.2。坡坡降i=33.2/886=00.3886iK，属急急流，槽槽内形成成b型降水水曲线，属属于明渠渠非均匀匀流的计计算。（1）、基基本计算算 采用各段段试算的的方法计计算（2）、基基本计算算公式 流段距离离： 式中收缩断断面处开开始计算算 （3）、用用试算法法进行求求 取几几组的值值，进行行试算，使使得两公公式算的的相等 列表如下：的值2.01.71.41.351.3421.51121.63321.75521.77721.7771.351.341.341.341.34以 ，求两两断面点点的距离离 hvv平均RR平均v2/2ggJSS1.3421.799 22.211 1.28 1.26 24.200 0.07 6.90 6.90 1.2922.644 1.24 26.111 1.2423.555 24.044 1.19 1.17 28.266 0.09 9.29 16.199 1.1924.544 1.15 30.699 1.1425.611 26.200 1.10 1.08 33.444 0.12 13.311 29.500 1.0926.799 1.05 36.588 1.0428.088 28.799 1.01 0.98 40.188 0.16 21.122 50.622 0.9929.499 0.96 44.344 作出泻槽水水面线：（4）、堰堰的剖面面的确定定 点下游的曲曲线方程程 按上式式列表计计算：1234567890.13990.50221.06331.81002.73443.83115.09556.52338.1122坡度的下游游直线段段与曲线线段相切切点的坐坐标值，作作一阶导导数：直线的坡度度 故 则C（9.00，8.1112）。反弧线圆心心的确定定：反弧弧半径 式中： 上下游游水位差差：Zmann=1113.33-744.2=39mm, 取R=222m。六、掺气水水深 （11）、掺掺气发生生的位置置按经验公式式： 单宽流流量理论上是不不需要考考虑的，但但是一般般还是在在4段末考考虑掺气气，从而而减小影影响。从从水面线线上得到到此点的的流速，代入入 不计计波动和和掺气的的水深 不计计波动和和掺气的的计算断断面的平平均流速速 修正正系数，一一般为则 边墙墙的超高高一般为为，取0.6 槽面面到墙顶顶的垂直直距离为为七、消能防防冲用挑流进行行消能（1）、鼻鼻坎形式式：平顺顺连续式式（2）、为为了减小小冲坑深深度，应应该选取取角度，则则选用（3）、反反弧半径径：采用用双圆弧弧，半径径分别取取为 （4）、鼻鼻坎高程程：高于于下游最最高水位位， 取 则高程为为（5）、冲冲刷深度度 冲刷刷坑深度度 抗冲冲系数，取取1.55单宽流流量 上下下游水位位差 下游水水深八、溢洪道道的其它它构造设设计 （11）、如如果流速速超过土土壤或岩岩石的抗抗冲刷时时的流速速时，要要用混凝凝土衬砌砌，厚度度取0.5 （22）、横横纵向温温度分缝缝距离110 （33）、挑挑流消能能的鼻坎坎用连接接面版和和齿墙两两部分组组成。第五部分 施工图图纸 施工图图见图纸纸。30