毕业论文《南沟门坝水利枢纽工程布置及泄水建筑物设计》

西安理工大学毕业设计（论文）题目南沟门常态混凝土重力坝及溢流坝段设计设计专业水利水电工程班级工115班学生张先帅指导教师李守义2015南沟门常态混凝土重力坝及溢流坝段设计摘要南沟门水利枢纽工程位于陕西省延安市黄陵县境内，水库坝址位于葫芦河河口上游3公里处的南沟门附近，距黄陵城约25公里，距洛川县城约17公里，距延安市约120公里，距西安市约180公里。该水利枢纽工程主要任务是向延安石油化学工业基地及当地城乡生活供水，改善其灌溉条件，并利用供水进行发电。本次毕业设计分析了坝址的地形和地质条件，对比几种坝型最终选取常态混凝土重力坝和坝轴线并进行了枢纽布置。枢纽建筑物包括泄水建筑物、挡水大坝、底孔、供水管道和电站等。然后对该工程的溢流坝及底孔的形式和消能及防冲进行了设计。坝体剖面的稳定和应力计算，荷载组合取了基本组合和特殊组合两种不同的情况，以正常蓄水位时的荷载组合作为基本组合；以校核荷载和地震荷载作为特殊组合。设计中选取了坝基面和廊道底部截面作为计算截面，对坝体的两种稳定和强度都进行了计算，结果都满足要求。本次设计的主要成果有设计说明书1份，设计图纸6张以及其他相关附图附表等。关键词常态混凝土重力坝；溢流坝；底孔；设计。COPPERCASHDAMWATERCONSERVANCYHUBPROJECTLAYOUTANDWATERDISCHARGEBUILDINGDESIGNABSTRACTCOPPERCASHDAMLOCATEDINHANJIANGRIVERDAMSITETRIBUTARYJADEBELTLINKEDTOTHEDOWNSTREAM,THERESERVOIRFORAFACTORYININDUSTRIALWATERISGIVENPRIORITYTO,ANDCOMPENSATIONOFFARMLANDIRRIGATIONWATERDOWNSTREAM,ANDFLOODCONTROL,POWERGENERATION,FISH,ANDOTHERCOMPREHENSIVEUSEOFWATERCONSERVANCYHUBPROJECTTHEGRADUATIONDESIGNANALYSISOFTHEDAMSITETOPOGRAPHICALANDGEOLOGICALCONDITIONS,COMPAREDSEVERALDAMTYPESELECTIONULTIMATELYNORMALCONCRETEGRAVITYDAMANDDAMAXISANDTHEGENERALLAYOUTHUBBUILDINGSINCLUDINGOUTLETSTRUCTURE,BLOCKWATERDAM,UNDERPORT,WATERSUPPLYPIPEANDPOWERSTATIONSTHENTHESPILLWAYANDBOTTOMOUTLETINTHEFORMOFENGINEERINGANDTHEENERGYDISSIPATIONANDSCOURPROTECTIONDESIGNTHESTABILITYOFTHEDAMPROFILEANDSTRESSCALCULATION,THELOADCOMBINATIONTOTAKETHEBASICCOMBINATIONSANDSPECIALCOMBINATIONOFTWODIFFERENTSITUATION,NORMALWATERLEVELOFTHELOADCOMBINATIONASTHEBASICCOMBINATIONCHECKINGLOADSANDSEISMICLOADSASSPECIALCOMBINATIONSINTHEDESIGNOFTHEDAMFOUNDATIONANDCORRIDORONTHESURFACEASTHESECTIONATTHEBOTTOMSECTIONONTHEDAMTWOSTABILITYANDSTRENGTHARECALCULATED,THERESULTISMEETTHEREQUIREMENTSTHEDESIGNOFTHEMAINACHIEVEMENTSAREADESIGNSPECIFICATIONS,DESIGNDRAWINGSANDOTHERRELEVANTDRAWINGSSIXPICTURESSCHEDULE,ETCKEYWORDSNORMALCONCRETEGRAVITYDAMOVERFLOWDAMUNDERPORTDESIGN前言毕业设计是学生综合应用在校所学的知识、结合工程实际，进行一次系统的、有机的解决工程实际问题的实践性环节，其目的是巩固课本的专业知识，并使之系统化，培养学生综合应用所学知识解决实际问题的能力，并初步掌握设计水利枢纽工程的内容、原则、方法和步骤，进一步提高学生设计、计算、绘图和编写说明书的能力等。本次毕业设计是在指导老师的悉心指导下，根据国家水利部及电力部颁发的关于水利水电工程的最新规范，同时参考了相关的教材、资料、设计手册等的基础上完成的。本次设计的主要内容有南沟门水库洪水分析及调洪计算；坝轴线、坝型的比选及枢纽布置；坝高及非溢流坝段的剖面拟定；溢流坝段剖面拟定及消能设计；排沙底孔的剖面拟定；构造设计；地基处理设计。南沟门水库的建成能保证某工厂工业用水年平均流量，兼补偿下游农田灌溉用水，以及防洪、发电、养鱼的要求。本次毕业设计从开题报告的撰写到最终成果答辩历时近四个月，经过学习基本上达到了预期的目的。目录第1章南沟门水利枢纽工程概述111工程概况112工程特征表2第2章水文气象321流域水文概况322洪水分析计算3第3章兴利调节和调洪计算731底孔规模及死库容确定732兴利库容确定733调洪计算8第4章工程地质1441区域地质概况1442库区工程地质条件1443坝址工程地质条件1644各坝轴线工程地质条件18第5章枢纽布置1951坝址选择1952坝轴线选择2053坝型选择2054枢纽布置21第6章建筑物设计2361非溢流坝坝体设计23611坝顶高程确定23612初拟坝体剖面25613荷载计算25614坝基面稳定计算31615坝体应力分析3862溢流坝设计41621溢流坝堰面体型设计42622挑流消能水利要素计算45623溢流坝面水面线计算4663排沙底孔设计51631体型设计51632挑流消能计算5364工业取水管设计55第7章构造设计5671坝顶构造5672廊道系统56721基础灌浆及排水合用廊道56722坝体检查及排水廊道5773防渗系统5774横缝构造58第8章地基处理5981地基开挖与清理5982帷幕灌浆与固结灌浆59821固结灌浆59822帷幕灌浆5983断层、软基夹层处理60致谢61参考文献62第1章南沟门工程概述11工程概况南沟门水库工程位于陕西省延安市黄陵县境内，由葫芦河南沟门水库、洛河引洛入葫马家河引水枢纽和输水隧洞三部分组成。南沟门水库位于洛河支流葫芦河下游，距黄陵县城约20公里。水库坝址距河口3KM，控制流域面积5443KM2，占全流域面积的999。工程由拦河坝、溢流坝、泄洪排沙底孔、发电引水洞等组成。马家河引水枢纽位于洛河中游洛川县西北约12KM的马家河村，距下游交口河水文站约38KM，坝址以上流域面积11548KM2，占洛河流域总面积的429。引洛入葫输水隧洞洞长6115KM。南沟门水库工程主要任务为向延安石油化学工业基地及当地城乡生活供水，改善灌溉条件，并利用供水进行发电。12工程特征表表11工程特征表工程名称南沟门水利枢纽工程建设地点陕西省延安市黄陵县所在河流葫芦河水文特征坝轴线全长M二泄洪建筑物设计洪峰流量P11130M3/S形式溢流坝结合底孔校核洪峰流量P0022910M3/S1溢流坝水库特征堰顶高程8488M正常蓄水位848单宽流量M3/SM设计洪水位P18492M消能方式鼻坎挑流校核洪水位P018514M每孔净宽13M兴利库容5273万M3孔数3个防洪库容6056133M2830万M32底孔死库容588M以下1075万M3孔口尺寸35M3M主要建筑物进口中心线高程803M一大坝孔数1个坝型常态混凝土重力坝设计洪水最大流速2160M/S地震基本烈度度3闸门及启闭型式坝顶高程6133M底孔工作门弧形、液压启闭机最大坝高483M事故检修门平板门、直升式启闭机第2章水文气象21流域水文概况玉带河发源于宁强县巴山箭竹岭，流贯宁强县境内，由南向北，于勉县铜钱坝处流入汉江，河道曲折，高山植被良好，海拔1000M以下垦荒坡地少，河道总长110KM，河床平均比降3，下游河床比降为1/6001/800。坝址以上集水面积798KM2。集水区呈狭长形，流域平均高程为1100M，多年平均降雨量1000MM1100MM，由“陕西省年降雨量等值线图”上可见，降水量分布由上游向下游递减，且宁强、铁锁关一带为暴雨中心。铜钱坝水库坝址位于武侯镇站与铁索关站之间，以武侯镇为控制站，进行汉江上游年平均径流平衡计算，推求出铁索关至铜钱坝的区间年径流，得铜钱坝处的径流。洪水分析与计算见调洪计算。22洪水分析计算根据铜钱坝水库设计洪水标准，频率为1，01所涉及洪峰、洪量及洪水过程线的有关资料如下（1）设计洪峰铜钱坝位于铁索关与武侯镇站之间，经分析武侯镇站与铁索关之间产生洪峰基本相对应，两站洪峰间具有一定关系。用武侯镇站实测资料展延铁索关洪水资料为19361941年、19501974年系列，并分别对武侯镇站和铁索关站最大流量进行频率分析，将获得的不同频率武侯镇、铁索关最大流量进行频率分析，将获得的不同频率武侯镇、铁索关洪峰值与积水面积关系绘于双对数坐标纸上，用积水面积内插法推求铜钱坝P01，1的洪峰及洪峰均值。通过与洪水调查法、合理化公式法及汉中地区经验公式估算洪峰法所得值分析比较，最后选定铜钱坝水库采用值为01P3450/QMS洪峰1洪峰（2）设计洪量的推求通过铁锁关站洪水资料分析，洪水过程线多呈单峰，洪水历时为3天，铜钱坝洪水历时定为3天。分别统计铁锁关站和武侯镇站实测历年最大一、三日洪量，见表21所示。进行频率计算，求得不同频率各时段的洪量，绘制最大洪量与流域面积关系图，内插得铜钱坝频率为1时段的洪量。表21实测历年最大一、三日洪量时段一二三洪水总量（亿M3）132179208（3）洪水过程线典型放大已知铜钱坝水库坝址设计洪水的一日洪量及洪峰量。选用铁锁关站1964年9月24日一次洪水过程线为典型典型洪峰Q1640M3/S；24小时洪量W24052亿M3，作为一日洪量（3日4时4日4时）；用同倍比放大法推求设计需要的洪水过程线见表22，其曲线如图21（其中比例因子C设3100/16401890；C校4550/16402774）,大坝库水位库容关系曲线如图22，水坝下游河道水位流量的关系曲线见图23表22铜钱坝典型洪水过程线与设计、校核洪水过程线日时2028216303438Q（M3/S）4570100120140460设计P185051323189226826468694校核P01124831941827743328838836127604日时310311312313314315Q（M3/S）50011801590164016001270设计P1945223023005130996302424003校核P01138732733244106645493644384352298日时3163184044410424Q（M3/S）89048025013810550设计P116821907247252608219845945校核P01246886133152693538281291271387050010001500200025003000350040004500500019649112001964920001964921200196493000196493120019649400019649412001964950001964951200时间流量（M3/S）典型洪水设计洪水校核洪水图21铜钱坝水库同倍比放大法推求设计洪水过程线表23铜钱坝水库ZV和ZA关系曲线库水位M5709580590600610620630库容万M30211414044411248587414949233785水面M2068518053735525574095208图22铜钱坝水库水位库容的关系曲线表24水库坝下游河道水位流量关系曲线水位ZM5709573575577579580582584流量QM3/S020070016003000390056007600ZQ关系曲线57057257457657858058258458602000400060008000下游河道流量QM3/S下游水位ZM图23铜钱坝下游水位流量的关系曲线第3章兴利调节和调洪计算31底孔规模及死库容确定灌溉要求放水入坝下游河道，选用武侯镇、铁索关和茶店子三站19661974年实测沙量资料，通过沙量平衡计算求得铜钱坝多年平均来沙量值，参照铁索关站19361970年水文资料统计成果可以看出玉带河河源来水、来沙的大小在月季的分配上基本相对应，而且来沙比径流出现更为集中，同时考虑意外情况下泄洪的需要，宜建底孔。根据水库淤积计算和排沙要求，为了保证设计洪水时宣泄通畅，选取底孔进口高程580M,孔口尺寸353M，兼顾水力发电最小工作水头的要求，选取死水位（即兴利下限水位）为588M，相应死库容为1075万M3。32兴利库容确定（1）工业供水净用水量为15M3/S考虑管道沿途损失以10计，工业供水保证率为97。（2）农业上要求水库补偿灌溉用水年3000万M3。其中5月份1000万M3，6月份2000万M3。同时要求5、6、7、8四个月的河道天然径流不纳入水库径流调节。（3）水库渗漏蒸发损失估算,根据当地水文气象资料分析，水库多年平均水面蒸发量为360MM，水库库区地质条件属中等，月渗漏量以月平均库容水量的15计。（4）根据当地水文、用水变化特点，选取调节度从9月初开始至次年8月底结束，确定水库运用方式为10月至次年4月为蓄水期，56月为用水高峰期，79月为防汛排沙期。这样可以做到工、农业用水，蓄清、排浑相结合，保证水库安全渡汛，延长水库使用寿命，又可将部分兴利库容作为防汛使用。（5）用历时列表法，进行代表年P25，50，75，97年调节兴利库容的推求，从中选择最大者作为采用年调节兴利库容，综合考虑水库的淹没及浸没确定兴利库容V兴5275万M3，相应的正常高水位为605M。33调洪计算初定大坝采用底孔和溢流坝联合泄流，溢流坝段堰顶高程为605M,溢流坝段总长定为69M，分成5孔，每孔净宽13米。底孔设一个,进口高程580M,孔口尺寸353M。大坝库水位库容ZV关系曲线见图31，大坝下游河道水位流量ZQ关系曲线见图32。图31大坝库水位库容ZV关系曲线图32坝下游河道水位流量ZQ关系曲线表31库水位总泄量计算表库水位总泄量计算表T3600S库水位ZM堰顶水头HM排沙洞水头HM库容V（万M3堰顶以上库容V（万M3）V/TM3/S溢流坝泄流Q1M3/S排沙底孔泄流Q2M3/S总泄量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由库水位计算表得如下图33泄量QV/TQ/2关系曲线0500100015002000250030003500400045005000550060001500019000230002700031000350003900043000V/TQ/2（M3/S）QM3/S图33表32调洪计算工作曲线计算表P1设计洪水时间入库流量（M3/S）平均入库流量（M3/S）V/TQ/2M3/S下泄流量（M3/S）水库水位（M）151861901703718560516194197170421866051719920117053187605182032061706718860519208211170841906052021321617105193605121218220171271966051222222251715119860512322723017178201605124232235172062056051252372381723620860522623824217265212605227246251172952156052282562611733121960532926540817373224605330550625175562456054317007851793628960583287010201843235660613311701700190964626066342230261820334688607435300530532226411126086363100306224204157860983730242713256881962610638240120422643921606111391682144126320212961140120010542563219476106419072473917126101从设计洪水的调节得出设计洪水位为6111M，相应的下泄流量2160M3/S同理，对于1000年一遇校核洪水与100年一遇洪水调洪演算方法相同，可推求出校核洪水位及其相应的下泄流量，见下表34表33调洪计算工作曲线计算表P01校核洪水时间入库流量（M3/S）平均入库流量（M3/S）V/TQ/2M3/S下泄流量（M3/S）水库水位（M）7185319017037185605819419917042187605920421017054188605102152201707519160511225231171041926051122362411714319660511324625117188201605114256262172382076052152672721729221360521627728117351220605317284288174122276053182912951747223460541929830217533241605420305309175932486055213123161765425560552231932317714262605623326330177752696056243333401783527660572534735417899283605726361368179702916058273743811804730060592838843218128309605929475550182503256063062571318475361606231800938188274186064321075127319346502606733147017752011764260733420802677212508726083532733842230541679610364411448125217183661043745504495278622533611838443939812982330756128393523299630729332461334024692120304013235613141177015512928629256125421332122927912254761184311252659321906112由计算结果可得出最高水位即校核洪水位为6133M,对应的最大下泄流量为3324M3/S。调洪成果汇总为下表35，表34调洪成果汇总表P库水位ZM库容（万M3）下泄QM3/S下游水位（M0161331045033245793516111918021605779260563501855729第4章工程地质41区域地质概况本区位于大巴山旋扭构造西段北缘，北与秦岭纬向构造相连，由阳勉大断裂与之相隔，区域主要构造线方向为北东东向，局部有近南北向受多期构造运动影响。主要褶曲有李家大山阳平关背斜，陈家大梁宽川铺背斜、胡家坝陈家坝背斜，主要断裂有胡家垣五月坪断层、无墩沟双河寺断层，李家大山人长沟断层和铜钱坝断层等。本区属于巴山系低山区，玉带河属山区河流，发源于巴山箭竹岭，自南向北，流经宁强勉县，于勉县铜钱坝注入汉江，全长110KM，流域面积近800KM2。近期该区属缓慢上升区，河床及河谷两岸覆盖少，见有明显的三级阶地，河曲多，比降小，宜于见库。42库区工程地质条件（1）水库渗漏玉带河为汉江上游南岸最大的一条河流，河底均低于邻谷数十米，上游库段河谷两岸，大部分为透水性很大的千枚岩，变质砂岩、凝灰质砂岩等，该区泉水出露高程在620M以上，回水后一般不会产生库水向邻近河谷渗漏的可能。震旦系灯影组硅质白云岩有岩溶裂隙水，泉水流量不是很大，且高悬于640M720M高程以上，不致产生渗漏，据水文二队访问，在七姐妹山东端玉带河河床中偏左岸有水平溶洞，枯水季节可见从山里有一股泉水溢出，该处高程在600M左右，是值得注意的低点。库区中游的白岩河两条近东西向压扭性断层宽度一为40M，一为20M，地势向西逐渐增高，山体连绵，断层交会处已接近回水尾端，据水文二队估计，无集中渗漏可能。玉带河下游四沟一带与汉江分水岭，按回水标高计算直线距离有2500M，燕几沟一带与汉江分水岭山体单薄，宽度由2400M左右。水文二队认为回水后又可能发生渗漏。（2）水库的淹没及浸没按正常高水位605M，库区集中淹没范围仅在南溪沟、白岩河以下，即沿河谷两岸高漫滩及一、二级阶地和各大溪沟出口段的相应高程内。南溪沟至曲尺沟，河道狭窄，零星分布的前缘标高在600M左右的一级阶地属淹没范围，未淹没的部分一级阶地大部分为浸没范围。南溪沟以下，河谷开阔，两岸分布一、二级阶地，一级阶地为库区主要淹没区，二级阶地部分淹没。白岩河瓦厂里以下将淹没部分一级阶地，未淹没的部分一级阶地为库区主要浸没范围，据统计，蓄水后将淹没3000亩耕地和分散居民房屋千余间。（3）水库坍岸库岸基岩裸露，系坚硬岩石组成，河谷地区侵蚀剥蚀作用强烈，一般仅有厚度不大的强烈风化层，甚至地表即位弱风化岩层，不易产生塌滑体。库区两岸存在第四系土层的崩塌体、滑坡体等不良地质体，将会产生坍岸变性。滑坡体及崩塌踢大部分分布在土车坝以下河段，尤以张家油房、魏其沟、南溪沟、石马滩、黄家沟及许家流等地较多，一般长约100M150M，高50M100M，厚20M30M。滑坡地面坡度2530，水文二队通过对60和65滑坡体验算，最终她岸宽度分别为90M和81M，而根据地质剖面分析65滑坡塌岸最终宽度可能达100M以上。曲尺沟口30滑坡有可能阻塞河道。另陈家坝和许家坝附近有基岩滑坡几处。（4）固体径流来流库区左家湾以上，河床固体径流，主要漂石夹卵块石，来源于上游寒武、奥陶系地层分布段，左家湾至南溪湾沟段细碎物质亦不多南溪沟以下，仅有部分溪谷出口处有小型碎块石组成的洪积扇，输沙量亦不大。库段内，覆盖层不发育，基岩广布，植被良好，固体径流来源不多，据水文二队获得的资料，多年平均输沙量为772万T849万T，年固体径流模数为1115T/KM2。43坝址工程地质条件（1）地形地貌中坝址距下坝址400余米，玉带河环绕单薄山脊，呈S形弯曲，中坝址河段较平直，河谷呈U形谷，流向北西西，主流偏左岸，河谷宽约80M100M，谷底平坦，河床比降为105，平水及枯水期低漫滩广泛分布，水面标高5716M左右，水深13M。坝址区河谷两岸发育不对称零星分布的阶地，左岸地形较缓，坡度3545，山坡上发育有小冲沟，左岸平洞上游岸边河流侧蚀冲刷，谷坡陡峭基岩裸露。右岸呈陡坡地形，坡度为4560。上游略有变缓，下游有一条深冲沟切割。河床覆盖层厚为4M6M，河床及岩面略有起伏，但仍较平坦，未发现较大深槽。（2）地层岩性中下坝址均见有下元古界东房沟组（）及后期岩脉与第四纪地层，1PTD其岩性略有差别。元古界东房沟组含炭砂质板岩灰深灰色，局部炭质富集呈灰黑色，矿物成分以石英、绢云母为主，其次为炭质，含少许黄铁矿小晶体，板理发育，易风化，新鲜岩石较坚硬。硅化灰质砾岩夹岩质板岩深灰、灰黑色，砾石成分复杂，以灰岩、砂岩、火成岩为主，次为板岩、千枚岩。次棱角状及棱角状，砾石大小不一，直径一般为3CM5CM，偶见大者达2M，胶结物为钙质、硅质。以基底胶结为主，质坚脆、石英脉发育、地表见有轻微的溶蚀现象，本层在中坝址变化较大。炭质硅质板岩灰黑色、黑色，风化后呈灰白色，以炭质硅质成分为主，板状构造、板理发育、单层厚3CM5CM，质坚脆、易风化。紫色千枚岩底部夹灰绿色千枚岩，具千枚状构造，质软，易风化。青灰色千枚岩具千枚状构造，片理明显，质软，易风化。黄绿色千枚岩夹竹叶状灰岩、砂岩风化后呈灰黄黄褐色，片理明显，易沿片理剥落，质软易风化。所夹砂岩、竹叶状灰岩呈夹层或透镜状。风化面呈褐色、质坚。岩脉花岗闪长岩岩脉数条，多沿破碎带或顺层侵入，出露宽度一般1M2M左右，最大厚度可达7M，与围岩接触较好，质坚，难风化。第四系全新统河床冲积砂卵石层卵石成分主要为砂岩，次为板岩。砂粒以石英长石岩屑为主，砂岩比为46。（3）地质构造中坝址为浅薄山脊，为一倾覆倒转背斜，背斜轴向大致为2530东，向被东东方向倾覆，倾覆角5070，轴部由含炭砂质板岩地层组成，褶皱强烈，岩石层倒转，倾角陡立，翼部由硅化灰质砾岩、炭质桂质千枚岩等组成。为一紧密同斜褶曲，西翼岩层产状北2030西，倾南西，倾角6580。坝址断层发育，按其发育方向，大致分为北西、北北东、北东东三组为主，北东东向为压性断层，北西与北东东为扭裂，南北向为压性断层。坝址区节理裂隙发育，根据坝肩平洞揭露，其中以北北东、北东东及北西西三组最为发育，次为北西西组，与坝址区构造线方向基本一致。（4）主要物理地质现象及岩石风化情况规模较大的滑坡体有左坝肩滑坡体、导流洞出口坍塌体、右坝肩坍塌体。左坝肩滑坡体对建筑物危害较大，该滑坡体东以压性断层为界，西以凹沟左壁为界，后缘位于CH15号孔下方（标高630M左右），滑动方向为北25M，东西宽80M，南北长后缘位于CH15号孔下方（标高630M左右），滑动方向为北25M，东西宽80M，南北长85M，钻孔中接露厚为20M24M。据水文二队初步估算其方量达10万M3，为一基岩谷滑坡，目前处于稳定，但坡脚破坏，仍有复活可能。（5）水文地质坝址区水文地质条件较简单，地下水有基岩裂隙水和河床砂卵石层孔隙潜水。坝基及坝肩基岩含有微弱的裂隙水，由于岩层裂隙发育，连通性和岩石破碎程度不一，使岩石透水性变化很大，含水不均，局部有带状裂隙承压水，两岸基岩裂隙水由大气降水补给。排泄于玉带河。由于裂隙充填较多，其透水性较河床基岩透水性为小。千枚岩夹砂岩为相对隔水层，透水性很差，但裂隙发育可含微量裂隙水，其透水性不均一。河床砂粒层为极强透水层，厚度4M89M。根据中坝址两个试坑抽水试验，降深为0315M051M时渗漏系数为432M/D523M/D。（6）其他地质资料根据国家地政局兰州地震大队（76）兰州烈度字第009号文件认为，该城区的地震基本烈度为度。坝址上下游和汉江均有大量砂石粒料，但粗骨料级配、形状均差，软岩颗粒较多，细骨料含泥、含软岩屑均多。主要砂料及全部骨料在当地3KM范围内解决；部分砂料由宴河及黄沙河开采，运距28KM35KM。44各坝轴线工程地质条件陕西省地质局水文地质二队于1975年5月和1976年6月先后在中坝址进行初步设计阶段的工程地质工作，拟定三条坝线地质条件如下（1）坝线位于背斜轴部，岩石挤压破碎。左坝肩坐落在滑坡体上，处理困难；右坝肩上方CH16孔附近断层破碎带密集，宽8余米，其铅直厚度达48M,并有岩脉穿插，强风化层深达364M,岩脉透水性较强，渗透途径短，围绕坝渗漏主要通道。右坝肩下方有F5断层通过，硅化灰质砾岩组成，山体单薄，稳定性差。（2）坝线左坝肩小凹沟有F4断层的压碎岩，宽约8M，坝脚坐落在滑坡体上，不利坝肩稳定，强风化层厚912M；右坝肩正处硅化灰质砾岩与炭质硅质板岩软弱带上，近北东北、东东向、东向断层发育，于此交汇，构成断层交汇带，岩石强度低，稳定性差，并为绕坝肩渗漏通道。（3）坝线左坝肩发育有充填粘土的缓倾角裂隙，且有层间挤压破碎带；坝基有F5断层斜交通过，岩石透水性较强，001L/MINM，底板埋深50M，为坝下渗透的主要通道；右坝肩坐落于F1、F5、F12断层交汇处软弱带上。第5章枢纽布置51坝址选择经地质勘探得出以下两个比较合适的坝址相关资料中坝址自然条件良好，河道平直，河床宽度80M100M，岸坡较缓，河床覆盖层较薄。河床岩性左半部软，右半部硬，坝基岩石较完整，左坝肩岩石软、应清除强风化层较8M21M，右坝肩岩石硬、应清除的强风化层10M36M，炭质层分布右岸平洞内富集厚度大，应进行处理，对于下游冲刷坑岩石大部分较软。地质构造方面，顺坝轴线方向，有一倾伏倒转背斜，轴向北西300，左坝肩有F4断层，顺坝轴线延伸到河床内，宽3M8M，右坝肩有F1、F5、F12断层向北东及北西延伸，右平洞内出现压碎糜棱岩占全洞的30，有F4断层横跨河床，左坝肩有缓倾角裂隙，有粘土岩屑填充，应做处理，右坝肩以陡倾角裂隙和宽破碎带为主，河床岩基存在缓倾角裂隙。左坝肩岩石滑坡约10万，风化严重，应处理，右坝肩局部构造破碎及风化，3M应处理。左坝肩稳定水位比较高，右坝肩比较低。下坝址河道转弯，河床宽度90100M,岸坡较陡，河床覆盖层较厚。河床岩性左半部硬，右半部软，坝基岩石在号孔所见岩石破碎，左坝肩岩石29CH硬脆、应清除强风化层较13M，右坝肩岩石软、应清除的强风化层620M，炭质层分布左岸平洞内不连续的薄层状，或板理面上分布，对于下游冲刷坑岩石破碎。地质构造方面，河床偏左，右岸一平行河倾伏倒转背斜，轴向北东10。左坝肩有的断层一般胶结较好，F7应处理，右坝肩有小断层挤压带及小褶皱。河床偏左岸有F5断层顺河通过。左坝肩缓倾角裂隙，面平短小，有两条缓倾角断层顺坡裂隙，右坝肩缓倾及裂隙均不发育，河床存在缓倾角裂隙。左坝肩局部构造破碎，应处理，右坝肩岩石风化严重应该处理。坝肩稳定水位较低。通过以上比较可以看出，本地区两坝址地质构造均较复杂，但程度有所不同。中坝址自然条件良好，有修建混凝土重力坝的条件，位于单薄山梁上游，除坝区需处理两岸坝肩及河床外，尚需妥善处理薄山梁的滑坡和渗漏问题，处理工程量和难度大；下坝址位于单薄山梁的小沟出口以下，需妥善处理通过坝肩与坝基的断层破碎带并需认真考虑下游冲刷问题，处理工程量也比较大。衡量两个坝址的地质条件及施工处理难度等，所以本次设计选择中坝址建坝。52坝轴线选择中坝址位单薄山梁倾伏倒转背斜轴部，岩层强烈褶皱，断裂发育，坝基及坝肩两岸均坐落于含炭砂质板岩、硅化灰质砾岩及炭质硅质板岩上。坝址工程地质条件复杂各坝址地质条件比较如下线位于背斜轴部，岩石挤压破碎，左坝肩坐落在滑坡体上，处理困难，右坝肩上方孔附近断层破碎带密集8余M，其铅直厚度达16CH48M，并有岩脉穿插，强风化层深达364M，岩石透水性较强，渗透途径短，为绕坝渗漏主要通道。右坝肩下方有断层通过，硅化灰质砾岩组成，山体5F单薄，稳定性差。线左坝肩小凹沟有断层的压碎岩宽约8M，坝脚坐落在滑坡4体上，不利坝肩稳定，强风化层厚9M12M，右坝肩正处硅化灰质砾岩与炭质硅质板岩软弱带上，近北东北，东东向东向断层发育，于此交会，构成断层交会带，岩石强度低，稳定性差，并为绕坝渗漏通道。线左坝肩发育有充填黏土的缓倾角裂隙，且有层间挤压破碎带，坝基有断层斜交通过，岩石透水性较强，底板埋深大于4F01/LDM50M，为坝下渗透的主要通道，右坝肩坐落于、断层交会软弱带上。F52通过上述坝轴线工程地质条件的比较，定性分析，可以看出坝线工程地质条件比和线略好，因此本设计选择线作为坝轴线。53坝型选择玉带河整个中坝址河段较平坦，坝上游右岸沟内和关山一带有储量丰富的块石料，坝址上、下游和汉江均有大量砂石粒料，但粗骨料级配、形状均差，软岩颗粒较多，细骨料含泥、含软岩屑均多。主要砂料及全部骨料在当地3KM范围内解决；部分砂料由宴河及黄沙河开采，运距28KM35KM。由此可知在铜钱坝建设常态混凝土重力坝比其他坝型方便。54枢纽布置枢纽布置应遵循的一般原则是1坝址、大坝及其它主要建筑物的型式选择和枢纽布置要做到施工方便，工期短，造价低即技术上可能，经济最优化；2枢纽布置应当满足在各个建筑物在布置上的要求，保证其在任何工作条件下都能正常工作，互不干扰；3在满足建筑物强度和稳定的条件下，结构最优化，降低枢纽总造价和年运转费用；4枢纽中各建筑物布置紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少联结建筑；5尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益如提前蓄水，早期发电或灌溉；6枢纽的外观应与周围环境相协调，尽可能美化枢纽周围的环境。根据对铜钱坝基本资料的分析和枢纽布置的一般原则和要求，其枢纽布置需要布置重力坝（包括挡水坝段和溢流坝段）、排沙底孔、引水管道和水电站厂房等水工建筑物，具体方案考虑如下方案玉带河主河床的左右岸两端各有一段用于挡水的重力坝段，河床的中间是溢流坝段，为坝顶开敞式溢流，初拟尺寸总长为69米，分为5孔，毎孔净宽13米，设4个闸墩，每个宽1M。下泄时采用鼻坎挑流消能。排沙底孔设一个，位于大坝左岸非溢流坝段下面，进口高程为580米，初拟孔口尺寸为353M（宽高），水电站部分位于大坝左岸，并且水电站的引水口在排沙底孔的侧上方，右岸非溢流坝段坝体内设两根管道为工业供水，上坝公路修于河床右岸，并通过坝顶公路联接左岸交通，溢流坝段的坝顶公路通过桥墩支持连接两侧非溢流坝段。由于河谷较窄，底孔及溢流坝部分已基本占满河槽，因此电站部分将向左岸山坡靠近。本方案的优点是河床的主要建筑物布置相对容易，工程量相对较小，造价也相对较低。缺点是当底孔放水时影响电站尾水位的稳定性。方案主河槽整个河床都为非溢流坝段，在右岸布置排沙底孔，在排沙底孔的正上方布置工业供水管道，在左岸的小垭口处设置正槽溢洪道通向大坝下游。其优点是施工导流方便，泄流不影响电站尾水的稳定性。缺点增加了修建溢洪道及相关道路等工程，造价高，且混凝土用量多。由此，比较上述两个方案后可知，方案工程量相对较大，造价高，故以方案为推荐方案。第6章建筑物设计61非溢流坝坝体设计611坝顶高程确定根据混凝土坝设计规范规定，坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算，并选用其中的较大值。坝顶高程设计洪水位H设坝顶高程校核洪水位H校其中为水库静水位以上的超高，按公式HHLHZHCHLHH波浪高度；HZ波浪中心线至静水位的高度；HC安全加高8。现分为正常蓄水位、设计洪水与校核洪水两种情况进行计算（1）求波浪的HL和HZ已知铜钱坝水库吹程D1000M，多年最大风速为20M/S，多年平均最大风速为10M/S。坝高小于50M时坝可建在弱风化中部至上部基岩上，铜钱坝中坝址区弱风化层厚为17M，经考察中坝址风化程度后确定开挖线高程为565M。正常蓄水位和设计洪水时宜采用相应最大风速，即为20M/S，校核情况宜采用最大风速的多年平均值，即为10M/S，带入官厅水库公式；中有5/41306LHVD084LLH2LZHHCTL正常蓄水位时5/41/3272LM由于在20250之间，所以0/98/0453GV15418LHH087236LM23140731409786786ZHCTHM设计洪水位时5/41/322L由于在20250之间，所以0/98/0453GDV154178LHHM087236L3414201977ZHCTH校核洪水位时5/41/306095LM由于在20250之间，所以22/98/81GDV01536LHH084236LM37147901ZHCTHM（2）坝顶安全加高HC查规范知设计洪水情况时HC05M；校核洪水情况时HC04M。所以坝顶超高为设计洪水位时087019705157M相应的坝顶高程为611115761268M校核洪水位时036007004083MH相应的坝顶高程为613308361413M可见校核洪水情况所要求的坝顶高程为控制高程，由于防浪墙高12M故采用坝顶高程为6133M。612初拟坝体剖面由上述坝顶高程6133M，坝底高程为565M。由此可确定坝高为H6133565483M,按规范要求坝顶宽取BH810,即B4838103,86483M，且B不小于3M，由于坝顶有交通要求，即为左岸排沙底孔和水电站的建设管理提供相关材料，故坝宽取5M。溢流坝段设交通桥与两侧坝顶连接。坝底宽B/H0709，所以坝底宽B（33814347）M。参照已建成重力坝工程，初拟坝体断面尺寸，通过稳定和应力计算，再进行修正。最后确定的断面尺寸如下上游坝坡做成折坡，折坡点位于坝高24M处，在此以上坝坡铅直，在此以下，坝坡坡率N取为02，下游坝坡坡率M取为08，基本三角形顶点高程取为校核洪水位6133M，从而可推出坝底宽4316拟的非溢流坝横断面如图61613校核水位设计水位05正常水位防浪墙图61非溢流坝段横剖面613荷载计算一般重力坝结构计算内容包括稳定和强度的计算，重力坝抗滑稳定及坝体应力计算的荷载组合分为基本组合和特殊组合两种，宜以正常蓄水位时的荷载组合作为基本组合；在严寒地区冰冻情况也应作为一种基本组合；以校核洪水时的荷载或地震荷载作为特殊组合。本设计基本组合只计算正常蓄水位时的荷载组合，特殊组合只计算校核和地震荷载。且选取坝基面和靠近坝基的廊道底面作为计算截面。注地震情况下静水压力、扬压力和浪压力按正常蓄水位计算；本次设计不需计算动水压力土压力及其他荷载。其基本资料如下河床基岩面高程565M坝顶高程6133校核洪水位（P01）上游6133下游57935M设计洪水位（P1）上游6111下游57792正常蓄水位上游60500下游5729死水位5880M坝前淤沙高程5800淤沙浮容重80KN/M3泥沙内摩擦角28度泥沙孔隙率20混凝土容重24KN/M3坝基与基岩的摩擦系数标准值F082灌浆帷幕孔距上游面5M，帷幕孔处扬压力系数05排水孔处扬压力系数025地震设计烈度度多年平均最大风速为20M/S吹程D3000MG21WPPWSHVU图62非溢流坝坝上的作用荷载作用荷载的标准值计算公式及结果如下（取单位长坝段）1坝体自重按照拟定的断面将坝体分为两部分计算。KNVGC7634152152962C832水平水压力正常蓄水位上游水平水压力KNHP7480192120下游水平水压力1362校核水位上游水平水压力8428192120下游水平水压力KNHP051323垂直水压力正常蓄水位上游垂直水压力为KNVW5138401下游垂直水压力为KN245369712502校核水位上游垂直水压力为KNV3401下游垂直水压力为KNW8071648925024正常水位扬压力MHMH132,7,4121为廊道宽度MB3为灌浆孔处距上游坝面的距离MB89为排水孔处距下游坝面的距离360查表，则扬压力为25,1KNBHU34516978201B82503203KNHU19“4B357212058165校核水位扬压力MHMH054,34,482121为廊道宽度MB3为灌浆孔处距上游坝面的距离9为排水孔处距下游坝面的距离60查表，则扬压力为25,1KNBHU6071435819201B890203KNHU716“4B5221205KNBHU1262120065浪压力正常蓄水位时的波高和波长由上面计算已得波高MHLL702415波长L8367因为坝前水深，波浪运动不受库底的约束，故此波H2L为深水波。MLCTHLZ19702因此作用于铅直坝面的浪压力之合力为KNHLPZLWK28174校核洪水位时由上面计算的01521029536LHHM084936L237147901ZHCTH因此作用于铅直坝面的浪压力之合力为KNHLPZLWK3546淤沙压力因，MHS156580则水平淤沙压力KNTGHPSBSH234584522垂直泥沙压力18051802SVPKN7地震力（1）、地震惯性力本设计只考虑水平地震惯性力，计算公式为，式中，,GGFIEHI/GH1025质点I的动态分布系数见图63图63质点的动态分布系数荷载标准值及计算结果见表61。表61非溢流坝坝基面地震惯性力计算表（公式FIAHGEII/G）分块GIHIGEI/GEHI/HI力（KN）1377764620013578545863222223351610011129717030375313824801448384（2）、地震动水压力计算公式,式中、。上游面地震动2065HFWH1HG025水压力KNG64102上对坝基面形心力矩MFM478上下游面地震动水压力1952下对坝基面形心力矩MKNHFM346402下经统计F7126下上38下上614坝基面稳定计算抗滑稳定分析是重力坝设计中的一项重要内容，其目的是核算坝体沿坝基面或坝体内部缓倾角软弱结构面抗滑稳定的安全度。目前采用的方法有单一安全系数法及基于目标可靠度的极限状态设计方法，本次设计采用两种方法分别进行计算。（1）单一安全系数法依照混凝土重力坝设计规范SL3192005的规定坝体抗滑稳定计算主要核算坝基面稳定条件，应按抗剪强度公式（421）或抗剪断强度公式（422）进行验算。SFWUKP,SFCA本次设计采用两个公式分别计算安全系数，根据坝基岩石条件取F065110、C11MPA1100KPA，由于铜钱坝属于级所以KS在基本组合时取105，校核洪水时取100，地震情况时取100，KS不分工程级别，基本组合时取30，校核洪水时取25，地震情况取23。A基本组合（正常蓄水位时）上游水位为605M,下游水位为5729M，相应数据见表63满足稳定要求051473970451265SK用抗剪断公式验算时（大于30，故满足稳定要求）8231S表62重力坝荷载计算表弯矩逆时针为正顺时针为负荷载效应方向力标准值（KN）对坝基中点力臂（M）力矩KNM分项系数