洪河石坝设计 (2).doc

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1、河北工程大学毕业论文 洪河石坝设计 前言现存的堆石坝一般是指通过投掷和碾压石块而建造而成的一种堤坝。由于堆石体具有渗透性，因此需要使用混凝土、泥土或沥青的混凝土形成防止渗透的坝体。一般来说，堆石坝是根据防渗体的位置和类型来命名的，就像土石坝和混凝土面板堆石坝。近年来，伴随着大型施工机械的应用和大坝建设经验的增加，这类大坝的施工技术、结构型式和设计感都取得了很大的进步。自1965年以来，我国的钢筋混凝土面板堆石坝技术在不断进行发展。一般采用薄层振动碾压来对面板坝进行填筑，采用这种方式堆石体的压缩性变小，保证了面板的防渗露效果。此外，经过对面板结构在设计和施工上的改进，使这种坝型具有经济效益高、运

2、行性能好的优点，成为我国和许多国家在可行性研究方面的首选坝型。在经济和技术方面面板坝本身有以下特征：（1）结构特点。岩石填充物具有高密度和高剪切强度特点，大坝的坡度可以做得更陡，这不仅节省了大坝的填充，而且在大坝底部的宽度更小。供水和排水结构可以相应地更小，中心布局紧凑，因此工作量进一步减少。（2）施工特点。根据堆石坝各部位的负荷情况，可将堆石分为不同区域，各个区域的岩石材料和密封程度可以不同。在中心部位修建排水建筑时开采的石料得到了充分利用，节省费用。（3）运行和维修特点。碾压堆石体的沉降变形量十分小。例如高110m的塞沙那坝和高140m的安琪卡亚坝堆石体的压缩模量高达135145，混凝土面

3、板状态依旧良好，并未出现裂缝。第1章 工程概述1.1工程概况1.1.1流域概况洪河水电站地处洪河干流上游河段，洪河大致的发源地是大巴山北麓，有两个源头:分别是西源和南源，西源是泗河，是红河上游的干流，泗河的发源地是陕西省镇平县;南源为官渡河，它发源于重庆和湖北交界处的乌云顶和阴条岭。两个源头在两河的河口汇合，然后被称为红河，然后从西南流向东北，汇入洪河。洪河总长度包括泗河上游约354km，总体上落差500余米，整体流域的面积大约12502km2，每年总流量约60亿m3。1.1.2水文特征统计洪河历年来的降雨量平均约为990毫米，年径流深约500毫米，河源大巴山年平均降雨量高达1700毫米，向北

4、方向到达洪河仅为800毫米逐渐递减，洪河-河口一带是降雨较少的地区。流域内降水量一般上游大于下游，气温一般上游低于下游。流域内实测最高气温43.4（洪河站)，最低气温-15.0（镇坪站)。洪河气象站位于洪河坝址下游之洪河县城，以洪河气象站为代表，坝址主要地面气象要素统计成果见表1-1。表1-1洪河坝址累年气象要素特征值表项目单位数量发生日期统计年限平均降水量mm811.21952年至2003年平均降水日数d126年最多雨日d173年最少雨日d96平均蒸发量mm1366.21956年至2003年平均气温15.5极端最高气温43.41966年7月极端最低气温-10.41991年12月平均相对湿度%

5、74平均风速m/s0.81960年至2003年最大风速及风向m/s16.7NNW1987年5月洪河流域位于副热带季风气候区，气候较湿润。410月间经常出现暴雨天气，是洪河的汛期。1.2工程地质1.2.1区域地质洪河盆地大体上有三大断层。南部的青峰断裂和田家-安康断裂将该地区大致划分为南秦岭加里东褶皱带、武当隆起区和扬子准地台这三个传统构造单元。青峰断裂的南部是扬子准地台，南部支流官渡河流经该地区。这些断裂除了没有石炭系和侏罗系地层外，该地区的地层都是从元古界到第四纪出露的。青峰断层属于淮阳山西翼反射弧的一部分。田家和宝丰-沂水断陷盆地沿田家安康断裂带分布，主要沉积了白垩-第三系红色陆相碎屑岩。

6、南秦岭加里东褶皱带位于天嘉-安康断裂的西南部，泗河为其支流，官渡河为其南支流经该地区。该区地层为寒武-志留系碎屑岩，主要岩性为板岩、砂岩、硅质岩、云母片岩和含碳千枚岩及灰岩。田家-安康断裂带的北部为武当隆起，出露层为元古代武当群山的结晶状片状岩，武当隆起主要分布的岩石为石英岩、变质中酸性火山岩、云母石英片岩、钠长片岩、绿泥片岩等，堤坝就在这片区域。1.2.2坝址工程地质条件该坝址位于距洪河上游1.2公里长的峡谷段。河床弯曲成“ S”形，右岸通常是凸形的。河流方向由北向西北，由东北向东流动，两岸坡度均为4050，表层厚度为5m16m，水面宽度为70m100m。大坝位于太阳阳面上游相反方向的普通翼

7、（东北翼）上。陈家河断裂（F1）位于坝址下方的洪河河口，位于较完整的地基上。岩层相对稳定，走向330350之间，趋向东北（下游），倾角4050之间。坝区主要有大约10个断裂，其中6个（F1F6）层理主要为顺侧断裂，多发育在正、副片岩到接触靠副片岩的一侧。除了较大的F1断层之外，其余的都很小。他们的宽度通常约为0.2m。F8和F9呈扩张性，F10主要为扭性，其比例小而延伸不长，断裂带宽为0.1m0.2m。第2章 调洪演算2.1基本设计资料2.1.1工程等别、建筑物级别及洪水标准洪河水电站的水库正常水位为355.00m，水库总容量为23.38亿m3，具有完整的年调节性能。水电站项目开发的主要目的是

8、发电，还具有提高黄龙滩水电站大坝防洪能力和改善水库的航行条件的功能。水库最高堤坝114.0米，共安装两座电站，发电机总装机容量为500兆瓦。属于一级大(1)型项目。工程枢纽主要由右岸泄洪洞、左岸导流洞、混凝土面板堆石坝、堤坝后地面厂房和右岸溢洪道组成，其中泄洪洞、大坝、导流洞进水口和溢洪道为一级水利工程建筑物，正常运行的重现期为1000年，非常运行重现期为10000年。电站厂房也为一级水利工程建筑物，设计洪水重现期为200年，校核洪水重现期为1000年；除此之外，减能防冲建筑物设计的洪水重现期为100年。2.1.3水文基本资料通过查阅1950年后53年间的洪河水文资料我们可以看出：洪河53年间

9、的平均流量为164m3/s，年径流量约为51.7亿m3。全年间在7月份的流量最大，大约为306m3/s，7月份的径流量约占全年的15.8%，在1月份的流量最小，只占全年径流量的1.81%，从4月份到10月份的径流量约占全年的83.9%。洪河坝址集水面积仅比洪河水文站集水面积小约1%，故洪河坝址径流成果直接采用洪河水文站成果。2.1.5入库洪水在洪河最初的初始设计中，将数据延续到2013年，用于频率分析和计算。考虑到现阶段的引水洪灾序列比洪河的初步设计要长，该序列长达58年，因此本次采用“序列法”统计治理洪灾结果，计算结果如表1所示。 2-3。表2-3洪河入库设计洪水成果比较表频率（%)0.01

10、0.020.050.1备注Qm（m3/s)227002130018000原初步设计（典型年法)22700212001930017800本次（系列法)W24h（亿m3)15.014.111.7原初步设计（典型年法)14.613.712.411.4本次（系列法)W3d（亿m3)28.426.523.922.0本次（系列法)2.1.6可能最大暴雨和可能最大洪水洪河在开始的设计阶段曾经进行过“PMP、PMF”的分析与计算，这个阶段由于考虑到洪河水电站坝型为面板堆石坝，又对洪河水电站“PMP、PMF”进行了复核。预测的最大洪水（PMF）是使用新安河模型和最初的洪河合并线两种方式推导计算得出的。考虑到在不

11、是十分干燥地区更容易使用新安江模型来模拟流域产汇流及、更能描绘流域的自然地理条件线达到满意的效果，将结果与可能的最大值洪水结果与长江流域的工程进行比较，得出结论认为这次的PMF的结果基本合理。建议使用局部风暴的最高的暴风雨（PMP）和水蒸气的放大效率，通过新安江模型计算出的最大可能洪水（PMF）结果，以及将大坝结果与坝址进行比较，参见表2-4表2-4各阶段洪河PMF及P=0.01%坝址设计洪水成果比较表项目单位P=0.01%坝址设计洪水（本阶段)PMF本阶段采用1985年初设计算1985年初设推荐采用Qmm3/s21200240002200025600W24h亿m314.515.416.117

12、.4W3d亿m328.429.639.633.7采用方案I进行设计洪水调洪演算时，最大的排水量为9712.5ms，水库最高水位为355.9277m。统计洪水水库调洪计算：表2-9水库校核洪水调节计算表时间t（h)入库洪水流量Q（m3/s)时段平均入库流量（m3/s)时段入库水量（万m3)下泄流量q（m3/s)时段平均下泄流量（m3/s)时段下泄水量（万m3)时段内水库存水量变化（万m3)水库存水量V（万m3)水库水位Z（m)01270487.6123000.0340.00002249018801353.6587.1537.4386.9966.7123966.7340.2510454703980

13、2865.6767.4677.3487.62378.0126344.7340.830661040079355713.21202.2984.8709.15004.1131348.8342.5518813400119008568.01899.71551.01116.77451.3138800.1343.813810145001395010044.02740.82320.31670.68373.4147173.6345.545412148001465010548.03668.73204.82307.48240.6155414.1347.187014150001490010728.04632.2415

14、0.52988.37739.7163153.8348.777216151001505010836.05561.45096.83669.77166.3170320.1350.164018153001520010944.06395.35978.44304.46639.6176959.7351.315220159001560011232.07192.36793.84891.56340.5183300.2352.398122170001645011844.08036.47614.45482.36361.7189661.8353.510324193001815013068.09082.28559.361

15、62.76905.3196567.2354.798426212002025014580.010218.49650.36948.27631.8204198.9356.149128197002045014724.011222.910720.77718.97005.1211204.1357.310230175001860013392.011919.211571.18331.25060.8216264.9358.100232159001670012024.012392.812156.08752.33271.7219536.6358.602634146001525010980.012704.912548

16、.99035.21944.8221481.4358.939436133001395010044.012833.312769.19193.8850.2222331.7359.07423812300128009216.012837.212835.39241.4-25.4222306.3359.07424011400118508532.012733.812785.59205.6-673.6221632.7358.95634210500109507884.012537.112635.59097.5-1213.5220419.2358.7542449820101607315.212286.412411.

17、88936.5-1621.3218797.9358.487446900094106775.212012.312149.48747.5-1972.3216825.6358.177648834086706242.411690.011851.28532.8-2290.4214535.2357.821450777080555799.611345.911518.08292.9-2493.3212041.9357.434152717074705378.410983.911164.98038.7-2660.3209381.5357.031454674069555007.610573.310778.67760

18、.6-2753.0206628.5356.557756633065354705.210161.410367.47464.5-2759.3203869.2356.098058603061804449.69762.49961.97172.6-2723.0201146.3355.621360573058804233.69373.69568.06889.0-2655.4198490.9355.161862555056404060.88964.59169.16601.7-2540.9195950.0354.683764542054853949.28600.38782.46323.3-2374.11935

19、75.9354.224766528053503852.08259.38429.86069.5-2217.5191358.4353.805768513052053747.67974.08116.75844.0-2096.4189262.0353.440870487050003600.07697.67835.85641.8-2041.8187220.3353.075872458047253402.07430.87564.25446.2-2044.2185176.0352.728374428044303189.67165.57298.25254.7-2065.1183111.0352.3633764

20、03041552991.66895.67030.65062.0-2070.4181040.6352.001178372038752790.06631.06763.34869.6-2079.6178961.0351.658280350036102599.26367.16499.14679.3-2080.1176880.9351.298182333034152458.86105.86236.54490.2-2031.4174849.4350.938084316032452336.45863.35984.64308.9-1972.5172877.0350.612286299030752214.056

21、24.25743.84135.5-1921.5170955.5350.286488283029102095.25379.35501.83961.3-1866.1169089.4349.9296方案I进行核对洪水调节计算时，最大的排水量为12837.2ms；水库最高水位为359.0742m。2.3.2方案2洪水计算过程水库的关系：表2-10水库关系计算表库水位Z（m)溢洪道堰顶水头H（m)溢洪道泄量q溢（m3/s)库容V（亿m3)355.000018.00008961.7919.77355.314818.31489197.9119.93357.000420.000410496.4920.9235

22、8.518421.518411713.8921.90359.949922.949912902.0022.75361.937524.937514613.8724.01363.263326.263315794.6525.05364.968827.968817357.8826.32366.358729.358718667.7227.26367.63430.634019897.1828.39369.350532.350521592.7329.58370.996333.996323261.2730.73372.90935.909025251.7232.47374.232237.232226660.243

23、3.76设计洪水水库调洪计算：表2-11水库设计洪水调节计算表时间t（h)入库洪水流量Q（m3/s)时段平均入库流量（m3/s)时段入库水量（万m3)下泄流量q（m3/s)时段平均下泄流量（m3/s)时段下泄水量（万m3)时段内水库存水量变化（万m3)水库存水量V（万m3)水库水位Z（m)010408961.8197700.0355.00002203015351105.28448.08704.96267.5-5162.3192537.7355.00884429031602275.27929.98189.05896.0-3620.8188916.8353.37126798061354417.27

24、765.97847.95650.5-1233.3187683.5353.162781020090906544.87893.07829.55637.2907.6188591.1353.31911011200107007704.08155.08024.05777.31926.7190517.9353.64931211500113508172.08470.88312.95985.32186.7192704.6354.05261411700116008352.08803.58637.26218.72133.3194837.8354.45421611800117508460.09114.58959.06

25、450.52009.5196847.3354.83671811900118508532.09408.29261.46668.21863.8198711.2355.20002012400121508748.09690.29549.26875.41872.6200583.7355.53612213300128509252.010004.89847.57090.22161.8202745.5355.589424151001420010224.010428.810216.87356.12867.9205613.5356.387426166001585011412.010979.110704.07706

26、.83705.2209318.6357.015928154001600011520.011447.111213.18073.43446.6212765.2357.558030137001455010476.011734.411590.88345.32130.7214895.8357.88333212400130509396.011855.511795.08492.4903.6215799.5358.02273411300118508532.011854.511855.08535.6-3.6215795.9358.02273610300108007776.011754.711804.68499.

27、3-723.3215072.6357.914338947098857117.211580.611667.78400.7-1283.5213789.1357.712940875091106559.211345.811463.28253.5-1694.3212094.7357.449642804083956044.411069.611207.78069.5-2025.1210069.6357.139844751077755598.010750.910910.37855.4-2257.4207812.2356.762046687071905176.810384.710567.87608.8-2432

28、.0205380.2356.353448636066154762.810013.210199.07343.2-2580.4202799.8355.910750593061454424.49630.49821.87071.7-2647.3200152.5355.451052547057004104.09226.89428.66788.6-2684.6197467.9354.970654515053103823.28803.49015.16490.9-2667.7194800.2354.454256485050003600.08397.48600.46192.3-2592.3192207.9353

29、.957058463047403412.88041.18219.35917.9-2505.1189702.9353.510360441045203254.47714.27877.75671.9-2417.5187285.3353.093262429043503132.07408.67561.45444.2-2312.2184973.1352.693564420042453056.47125.27266.95232.2-2175.8182797.4352.311266411041552991.66861.16993.25035.1-2043.5180753.9351.96686840104060

30、2923.26624.46742.84854.8-1931.6178822.3351.623970382039152818.86394.46509.44686.8-1868.0176954.4351.315272361037152674.86155.06274.74517.8-1843.0175111.4350.989474339035002520.05930.56042.84350.8-1830.8173280.6350.680876321033002376.05710.35820.44190.7-1814.7171465.9350.372178298030952228.45483.6559

31、7.04029.8-1801.4169664.5350.046880281028952084.45242.95363.33861.5-1777.1167887.4349.695282268027451976.45015.85129.43693.1-1716.7166170.6349.363184255026151882.84807.94911.93536.5-1653.7164516.9349.031186242024851789.24602.74705.33387.8-1598.6162918.3348.718688230023601699.24408.24505.53243.9-1544.

32、7161373.6348.4169采用方案II对设计洪水调节进行计算时，最大排水量为11855.5ms，水库最高水位为358.0227m。表2-12水库校核洪水调节计算表时间t（h)入库洪水流量Q（m3/s)时段平均入库流量（m3/s)时段入库水量（万m3)下泄流量q（m3/s)时段平均下泄流量（m3/s)时段下泄水量（万m3)时段内水库存水量变化（万m3)水库存水量V（万m3)水库水位Z（m)012708961.8197700.0355.00882249018801353.68484.28723.06280.6-4927.0192773.0354.07174547039802865.6804

33、3.98264.15950.1-3084.5189688.5353.510361040079355713.28031.78037.85787.2-74.0189614.5353.4929813400119008568.08404.08217.95916.92651.1192265.7353.976110145001395010044.09043.88723.96281.23762.8196028.5354.683712148001465010548.09640.29342.06726.23821.8199850.2355.399914150001490010728.010155.69897.9

34、7126.53601.5203451.7356.012916151001505010836.010647.510401.67489.13346.9206798.6356.591818153001520010944.011089.110868.37825.23118.8209917.4357.108820159001560011232.011509.011299.18135.33096.7213014.1357.589022170001645011844.011978.911744.08455.63388.4216402.5358.115724193001815013068.012605.412

35、292.28850.34217.7220620.1358.787826212002025014580.013438.913022.29375.95204.1225824.2359.663628197002045014724.014190.613814.89946.64777.4230601.6360.438930175001860013392.014666.814428.710388.73003.3233604.9360.912132159001670012024.014886.614776.710639.21384.8234989.7361.133034146001525010980.014

36、928.414907.510733.4246.6235236.3361.164536133001395010044.014815.114871.810707.7-663.7234572.6361.06993812300128009216.014591.814703.510586.5-1370.5233202.1360.84914011400118508532.014293.314442.610398.6-1866.6231335.5360.54934210500109507884.013933.114113.210161.5-2277.5229058.0360.2023449820101607

37、315.213524.713728.99884.8-2569.6226488.4359.781546900094106775.213066.213295.59572.7-2797.5223690.9359.309948834086706242.412587.912827.19235.5-2993.1220697.8358.804750777080555799.612121.212354.68895.3-3095.7217602.1358.301552717074705378.411676.311898.88567.1-3188.7214413.4357.805854674069555007.6

38、11230.511453.48246.4-3238.8211174.6357.310256633065354705.210786.111008.37926.0-3220.8207953.8356.796158603061804449.610323.510554.87599.5-3149.9204803.9356.251260573058804233.69875.110099.37271.5-3037.9201766.0355.740462555056404060.89461.69668.46961.2-2900.4198865.6355.238364542054853949.29032.692

39、47.16657.9-2708.7196156.9354.721966528053503852.08641.18836.96362.5-2510.5193646.4354.224768513052053747.68283.18462.16092.7-2345.1191301.3353.788370487050003600.07979.78131.45854.6-2254.6189046.6353.388672458047253402.07672.07825.95634.6-2232.6186814.0353.006374428044303189.67380.07526.05418.7-2229.1184584.9352.624076403041552991.67093.67236.85210.5-2218.9182366.0352.241678372038752790.06814.16953.95006.8-2216.8180149.2