新材料坝毕业设计.docVIP

本科毕业设计说明书目 录摘 要 1abstract 2第一章 综合说明1.1节 建设目的和依据31.2节 建设规模和综合利用效益31.3节 工程特性表3第二章 自然地理条件2.1节 地形条件62.2节 水文特性62.3节 工程地质条件62.4节 气象、地震及其它9第三章 设计条件和设计依据3.1节 设计任务103.2节 设计依据10第四章 洪水调节计算4.1节 调洪演算的原理114.2节 洪水标准分析124.3节 泄水建筑物型式的选择124.4节 调洪演算及建筑物尺寸的确定14第五章 主要建筑物型式选择和枢纽布置5.1节 枢纽等别及主要建筑物的级别195.2节 坝型选择195.3节 泄水建筑物205.4节 水电站建筑物215.5节 枢纽方案的综合比较21第六章 第一主要建筑物设计6.1节 坝型的选择226.2节 大坝的轮廓尺寸及防渗体设计236.3节 堆石料的设计286.4节 副坝设计306.5节 坝坡稳定分析326.6节 大坝基础处理416.7节 细部结构设计42第七章 第二主要建筑物设计7.1节 隧洞线路选择和布置467.2节 隧洞体型设计467.3节 压力管道的结构设计507.4节 细部构造56第八章 施工组织设计8.1节 基本资料578.2节 施工导流计划578.3节 主体工程施工608.4节 隧洞施工628.5节 施工进度控制64摘 要本次设计主要是开发利用b江流域的水利资源，建设一个以发电为主，同时兼顾灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用的跨流域开发的水利水电枢纽工程。在明确了建设目的并具有了建设依据和条件后设计的枢纽概况如下：b江水利枢纽复合土工膜面板堆石坝高53米，装机6400kw，电站设计水头174米，保证出力1461kw，装有两台3200kw机组，主坝长215米左右，上游边坡1：1.5,下游边坡1：1.55。复合土工膜面板堆石坝是一种新坝型，其防渗材料-复合土工膜的设计、施工、质量控制是该类坝型的技术关键，在本设计说明书第六章有详细说明。本次设计以一般为参考，堆石坝在注重各细部独立分项设计的同时，综合考虑了整体工程的统一性。在设计过程中既充分运用了所学知识，有广泛参考了设计施工方面的有关书籍。当然，这都是在规范规定内作的设计，体现了科学性、规范性。关键词：复合土工膜，堆石坝，面板，边坡 abstractthis design is to develop and utilize b river water resource of basin mainly, build one rely mainly on generating electricity, give consideration to irrigate, supply water, prevent flood and the stepping the water conservancy water and electricity multi-purpose project developed in basin of comprehensive utilization of cultivating etc. at the same time. in build purpose and have build pivot general situation that basis and terms design as follows clearly: b river key water control project compound geotechnological panel rock-fill dam 53meter high membrane, installation 6400 kw, hydropower station design 174 meters of flood peaks, guarantee and exert oneself 1461kw, equip with two 3200 kw unit, main dam 215 meters long and the slope at upriver is 1:1.5 while it is 1；1.55 at lower reaches. compound geotechnological membrane panel rock-fill dam is a new dam type, its prevention of seepage. material -compound geotechnological design, construction, quality control of membrane the technological key of dam type, there is elaboration in chapter six of this design instruction .the designs process above-mentioned is referenced to the former design of rock-fill dam ,in pay attention to every detail while dividing items of design independently, consider whole unity of project synthetically this time. use knowledge studied fully already in the course of designing , have and consult design and construction relevant books of respect extensively. certainly, this design that is made in the regulation of standardizing , it is scientific, regulatory to reflect.keywords: compound geotechnological membrane, rock-fill dam,panel, slope第一章 综合说明1.1节 建设目的和依据b江水利枢纽工程是以发电为主，同时兼顾了灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用的跨流域开发的水利枢纽工程。1.2节 建设规模和综合利用效益1.2.1建设规模本电站装机6400kw，保证出力1461kw。厂房总面积为31.516.9。总库容1950万m3。1.2.2综合利用效益（1） 发电装机6400kw，电站设计水头为174m，多年平均发电量为1700104kwh，保证出力为1461kw。本电站装2台3200kw机组，正常蓄水位276m，引水式发电，引水隧洞布置在右岸山体中，最大引用流量为5m3/s。厂房位于莘水江湾湖山村左岸下游340m处，地面式，总面积为31.516.9，其中主厂房宽12m，主厂房内安装二台，配的水轮发电机组，机组安装高程为103m，开关站位于厂房的左上侧，尺寸为11.527.25。（2） 灌溉下游利用发电尾水灌溉，上游增加灌溉面积1.0万亩。（3） 供水供钟吕村及其下游村民生活用水。（4） 防洪可减轻洪水是对钟吕村及其下游江湾镇的威胁，在遇千年一遇和五十年一遇洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来的364.5 m3/s削减为246 m3/s，要求设计洪水最大下泄量限制为250 m3/s。（5） 渔业水库蓄水后，正常蓄水位时水库面积1.09k，为发展养鱼等水产养殖业创造了有利条件。1.3节 工程特性表工程特性表：序号及名称单 位数 量备 注一、水库流域面积k33正常高水位m276.5死水位m248.0设计洪水位m277.51校核洪水位m278.55设计泄洪流量m3/s249.5校核泄洪流量m3/s326.0总库容万m31950.00有效库容万m31778.0死库容万m3172.0工作水深m28.2坝型复合土工膜面板堆石坝坝顶高程m279.00防浪墙顶高m280.00最大坝高m53.0坝顶长m213.1放空洞（兼导流）型式圆型放空洞进口高程m227.5放空洞出口高程m226.5放空洞尺寸（直径）m3.0放空洞长度m400二、溢洪道前缘宽度m10堰顶高程m272.2挑射角度30挑坎高程m232.00挑距m67.8反弧半径m10.0设计流量m3/s249.5校核流量m3/s326.0闸门型式平板闸门尺寸（宽高）m2105泄槽纵坡0.39三、厂房系统1动能指标最大净水头m174.0额定水头m174.0最小水头m143.0引用流量m3/s5.0额定出力kw6400保证出力kw14612厂房厂房型式地面式厂房面积m231.516.9主厂房宽度m12.0机组台数2机组安装高程m103.0水轮机型号hl110-wj-76发电机型号sfw-j3000-6/1480开关站面积m211.527.25四、引水系统进水口型式斜墙式进水口高程m244.0压力钢管直径m1.2管壁厚度mm10有压隧洞洞径m1.2衬砌厚度cm50刚衬厚度mm4调压井最高涌浪水位m280.0调压井最低涌浪水位m226.32五、工程量1主坝填筑量m3463515.1混凝土方量m34915.22溢洪道混凝土衬砌方量m33153导流隧洞导流隧洞开挖量m35024.0混凝土衬砌方量m32198.0第二章 自然地理条件2.1节 地形条件钟吕水库位于江西婺源县乐安河一级支流晓港水的钟吕村上游约160m处，坝址以上控制流域面积33km。晓港水在钟吕村上游约300m处，由两支水系汇合而成，其中东支发源于石耳山，南支发源于清湾头尖，河流在晓港村汇入乐安河，本流域上游为中低山区，山势陡峭，中下游为低山丘陵区，山体凌乱，冲沟发育。2.2节 水文特性据水文资料推算，坝址处多年平均流量1.28m/sec，多年平均总径流量4040万m，p=0.1%的洪峰流量为551.5m/sec,三日洪量为1596万m，p=2%的洪峰流量为364.5m/sec,三日洪量为965万m，多年平均降雨值2047.7mm。正常蓄水位276.5m，对应总库容v=1950.0万m死水位248.0m，对应v死=172.0万m流域河段多年平均输砂量为0.29万吨，泥沙容重估算为1.3t/m。估计水库淤积年限与高程关系如下表：淤积年限（年）泥沙淤积量（万m）淤积高程（m）5011.05236.0810022.1237.78水库水位库容关系曲线水位（m） 227.5236.08237.78248276278.11库容（104m）011.0522.1172.01910.02145.2水位(m)227.5228.0228.5229.0229.5230.0230.5流量(m/s)06.028.966.77121.97196.05281.78 2.3节 工程地质条件2.3.1库区工程地质库区属构造剥蚀低山地貌，山势陡峭，分水岭雄厚，地形封闭，植被良好， 未见滑坡等不良物理地质现象。组成库岸及库盆的地层岩性主要为前震旦系板溪群的千枚状绿泥绢云母板岩，千枚岩和变质砂岩。库区岩石受多次构造运动的影响，断层和裂隙发育，岩石的褶皱和挠曲也很常见，构造行迹以北东向压扭性为主，常见有北西向张扭性断裂和近东西向平推断层，未见有较大的导水断裂连通库外。库区地下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水，受大气降水补给，排泄于河谷与河床，库岸山体地下水位较高，一般在300m高程以上，组成库岸及库盆的岩石表部透水性强，但深部岩石透水性微弱，属相对不透水层。库区工程地质良好，水库蓄水后，不存在永久渗漏、岸边再造、浸没及水库诱发地震等问题。2.3.2坝址工程地质1.地貌 坝址区属构造剥蚀低山地貌，山顶高程为280450m，坝区河床较宽，约2050m，为一“u”型河谷，两岸山坡不对称，左岸山体雄厚，山坡角3040度，右岸山体较为单薄，山坡角2030度，且在右岸有一低矮垭口，顶高程约276m，坝址区冲沟发育，且切割较深，未见滑坡等不良物理地质现象，自然边坡稳定。2.地质岩性 坝址区出露的地层岩性为前震旦系板溪群第四段绿泥绢云母千枚岩夹变质砂岩，第四系松散堆积物及变质辉常岩，其岩性特征为：（1） 泥绢云母千枚岩：灰绿色，主要矿物成分为绢云母、石英、长石、绿泥石等，千枚状构造，其余碎屑显微鳞片状构造，岩石挠曲和褶皱常见，片理极发育，岩层产状n4060e，nw3860。（2） 质砂岩：青灰色，主要矿物成分未石英、长石及岩屑等，中细砂粒结构，层状构造，有轻微的变质，岩石结构致密，岩性坚硬。（3） 四系松散堆积物主要为冲击砂卵石，漂石，厚11.5m，分布于河床部位，残坡积壤土、碎块石土，厚16m，分布于两岸山坡及冲沟部位。（4） 质辉长岩：暗绿、深绿色，主要矿物成分为绿泥石、绿帘石、纤闪石及少量石英，辉长结构，块状构造，微具定向构造，岩石质地坚硬，在坝址区呈岩株或岩脉产出。3.地质构造 坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，出露的地层古老，经历了多次构造运动，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。在初步设计阶段共发现断层20条。坝基开挖后，在坝基部位新发现小断层14条几两条风化夹层，但密度均较小。（1）主要断层f5压扭性断层：产状n35，nw80，宽0.1 0.15m，主要由片状岩、碎性岩组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽228m高程附近。f12压扭性断层：产状n40e，nw66，宽0.20.4m，主要由片状岩组成，构造岩呈强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽236m高程附近。f22层间挤压破碎带：产状n55e，nw55，宽0.1 0.25m，主要由片状岩、石英脉组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽260m高程附近。f29压扭性断层：产状n25e，nw70，宽0.080.1m，主要由碎裂岩组成，见0.51.5cm厚的断层泥继续分布，断层间较平，构造岩呈强风化，性状差，出露于河床趾板齿槽部位。（2）裂隙：坝址区岩石裂隙发育，岩石破碎，坝基开挖后，对坝基岩石裂隙作了统计，主要有两组发育方向：一是ne向层面，裂隙产状n4060e，nw3860，裂面稍扭，普遍见fe、mn质浸染，表面张开或微张，局部见次生泥充填，延伸长，极发育；二是nw3050w，sw或ne4080，裂面光滑平整，见fe、mn质浸染，间距一般20cm，延伸较短，发育。（3）风化夹层：坝基开挖后，在河床右侧趾板齿槽部位发现了两条风化夹层wj1，wj2，产状n42e，nw0.7弱风化岩石0.55饱和抗压强度：微新岩石40mpa弱风化岩石25mpa组别试验干密度（g/cm）c(kpa)。knrfgfda2.104738.58800.350.820.460.201.5b2.056037.72600.320.810.430.181.82.3.3 引水发电隧洞工程地质条件引水发电隧洞通过地段属低山地貌区，山顶高程300400m相对高程100200m，隧洞区冲沟发育，山体切割较深且较零乱，地表植被发育，未见有不良物理地质现象。隧洞围岩由绢云母千枚岩、变质粉砂岩、凝灰质千枚岩与粉砂质板岩层。绢云母千枚岩偶夹粉砂质板岩及粉砂质板岩等组成。岩石层面裂隙极发育、褶皱、挠曲严重，断层发育切规模大，性状差，其中绢云千枚岩、凝灰质千枚岩水理性质较差，且遇水易软化，软化系数低，凝灰质千枚岩成分复杂，还易于风化。绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩在洞线出露的长度占洞线总长的19%，说明洞线围岩大部分由绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩构成。根据工程类比可知：千枚岩的单轴饱和抗压强度为1640mpa，软化系数0.630.93，属半坚硬较软化，抗水性较差的片状（薄层状）岩体。2.4节 气象、地震及其它流域内气候。流域内多年平均气温16.7，以一月份平均气温4.6为最低，七月份平均气温28为最高，历年极端最高气温41，极端最低气温-11。风速及吹程：多年平均最大风速12.6m/sec，吹程1.6km。地震烈度：坝址及库区地震烈度属度以下，设计可不考虑地震荷载。降雨量：流域多年平均降雨均值2047.4mm。第三章 设计条件和设计依据3.1节 设计任务 在对原始材料进行综合分析的基础上，要求：（1） 根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝高程及岸坡溢洪道尺寸；（2） 通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物型式，轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；（3） 详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案和坝身结构，进行水力、静力计算；（4） 对发电引水隧洞进行设计，选择建筑物型式与轮廓尺寸，确定布置方案；拟定细部结构，进行水力、静力计算；（5） 决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制性进度。3.2节 设计依据参考书目：书名作者出版社出版日期 1水工建筑物左东启等主编河海大学19952水电站 刘启钊主编河海大学3钢筋混凝土面板堆石坝马君寿编著水利电力19904水利工程施工袁光裕主编 武汉大学20025水力学上、下册赵振兴主编河海大学 20016水工钢筋混凝土结构学合著中国水利水电7混凝土面板堆石坝设计与施工蒋颂涛水力电力19918水工建筑物荷载设计规范水利部中国水利水电9混凝土面板堆石坝设计规范水利部中国水利水电10山东泰安一级抽水蓄能电站可行性研究补充报告第四章 洪水调节计算4.1节 调洪演算的原理洪水在水库中运行时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而变化，其流态属于明渠非恒定流。根据水力学，明渠非恒定流的基本方程，即圣维南方程组为：连续性方程：运动方程：- （41） 式中：w 过水断面面积(m2) t 时间（s） q 流量（m3/s） s 沿水流方向距离（m） z 水位（m） g 重力加速度(m/s2) v 断面平均流速(m/s) k 流量系数(m3/s)一般采用简化的近似解法，长期以来，普遍采用瞬时法，即用有限差值来代替微分值，并加以简化，以近似地求解一系列瞬时流态。瞬时流态法将式(41)进行简化而得出基本公式，再结合水库的特有条件对基本公式进行简化，得出用于水库调洪计算的实用公式： (42)式中：1,2 分别为计算时段初、末的入库流量(m3/s) 计算时段中的平均入库流量(m3/s)=(1+2)/2 q1,q2 分别为计算时段初、末的下泄流量(m3/s) 计算时段中的平均下泄流量(m3/s) =(q1+q2)/2 v1,v2 分别为计算时段初、末水库的蓄水量(m3) v1与v2之差 计算时段公式(42)表示为一个水量平衡方程式，表明：在一个计算时段内，水库水量与下泄水量之差即为该时段中水库蓄水量的变化。显然，公式中并未计入洪水入库处至泄洪建筑物间的行进时间，也未计入沿程流速变化和动库容等影响，这些因素均是其近似性的一个方面。当已知水库入库洪水过程线时，q1，q2，均为已知，v1，q1,则是计算时段开始时的初始条件。于是，式(42)中的未知数仅剩下v2，q2,当前一时段的v2,q2求出后，其值即成为后一时段的v1，q1值，使计算能逐步地连续进行下去。仅一个方程来求解v2，q2是不可能的，必须再有一个方程式q2=f(v2),与式(42)联立，才能同时解出v2，q2的确定值，假定暂不计及自水库取水的兴利部门泻向下游的流量，则下泻量q是泄水建筑物泻流水头h的函数，而当泄洪建筑物的型式、尺寸等已确定时q=f(h)=ahb (43)式中：a 系数，与泄洪建筑物的型式、尺寸、闸孔开度及淹没系数有关。 b 指数，对于堰流b一般等于3/2，对于闸孔出流一般b=1/2根据水力学公式，h与q的关系曲线可求。若是堰流h即为库水位z与堰顶高程之差；若是闸孔出流h即为库水位z与闸孔中心线高程之差。因此可以根据h与q的关系曲线求出z与q的关系曲线q=f(z),并且，由库水位z，又可借助于水库容积特性曲线v=f(z), 求出相应的水库蓄水容积v，则式(4-3)可用下泄流量q与库容v的关系曲线代替，即q=f(v),与式(42)联立方程组，求解v2，q2。当水库承担下游防洪任务时，要求保持q不大于下游允许的最大下泄流量qmax时，就要利用闸门控制流量q，但计算的基本公式和方法与上面介绍的是一致的。本设计泄水建筑物是正槽溢洪道(泄水建筑物型式的选择和尺寸的确定见4.3节)。采用闸门全开式泄洪，故下泄流量是q=ah3/2,h即为库水位z与堰顶高程之差，由于资料有限仅有0.1%和2%的流量及其对应的三日洪峰流量，无法描绘出洪水过程线，故采用三角形法拟画出洪水过程线（具体做法见本章4.4节）。本设计中调洪演算是为了定出设计、校核水位和相应的下泄流量，已知下泄量与水头的关系曲线（式43），通过假定下泄流量q，可利用洪水过程线计算出水库蓄水量v，通过v=f(z)可查出对应的水位，得到q=f(z)曲线，通过两条q-z曲线即得到设计、校核水位及相应流量。4.2节 洪水标准分析设计情况，采用50年一遇的洪水标准。p=2%的洪峰流量为364.5 m3/s,三日洪量为965万m3。校核情况，采用千年一遇的洪水标准p=0.1%洪峰流量为551.5 m3/s,三日洪量为1569万m3。4.3节 泄水建筑物型式的选择水利枢纽中的泄水建筑物一般包括设于河床的溢流坝、泄水闸、泄水孔，设于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。本设计采用坝型为复合土工膜防渗堆石坝（具体见第六章6.1节），因此泄水建筑物一般不布置在河床。下面根据本工程的地形、地质条件，对正槽溢洪道、侧槽溢洪道及泄水隧洞这三种泄水建筑物进行比较选择。泄水隧洞布置得一般原则是：地质条件好，路线短，水流顺畅，与枢纽其他建筑无相互不良的影响。洞线宜选择在沿线地质构造简单、岩体完整稳定、岩性坚硬，上覆岩体厚度大，水文地质条件有利和施工方便的地段。避开围岩破碎、地下水位高或渗水量很大的岩层和可能坍塌的不稳定地带，同时防止洞身离地表太浅。本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层坍塌和挠曲常见。坝址区岩石的透水性及相对不透水层经先导孔压水试验，左岸相对不透水层埋深1024米，上部透水层q值为6.7196.7lu，大者达到341.7lu，属中等-严重透水层。本工程坝高52米，正常蓄水位276.5米，因此要避开透水层而布置泄水隧洞，工程量显然很大，而且本工程地质条件不好，故不采用隧洞泄洪。河岸溢洪道是布置在拦河坝坝肩或拦河坝上游水库库岸的泄洪通道，水库的多余的来洪经此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有较大的超泄能力。正槽溢洪道过堰水流方向与堰下泄槽纵轴线方向一致。侧槽溢洪道水流过堰后急转近90，再经泄槽下泄。从地质条件上来说，溢洪道应力争位于较坚硬的岩基上，但较泄洪隧洞要求较低，但在地基条件差的基岩上，注意衬砌和防冲得设计。同时对于堆石坝而言，河岸溢洪道可与坝体相接，从而既可减少溢洪道的开挖量，也可以减少坝体的填筑量。因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。正槽溢洪道在水力学上的特点是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰顶水头决定，过堰流量稳定于某一值后，泄槽各断面的流量也随之都达到同一值，故水流平顺稳定，运用安全可靠，另外，结构简单、施工方便。侧槽溢洪道在当水利枢纽的拦河坝难以本身溢流，且河岸陡峭，布置正槽溢洪道将导致巨大的开挖量时，可能成为比较经济的泄水建筑物。与正槽溢洪道相比，侧槽溢洪道前缘可少受地形限制，而向上游库岸延伸，由增加溢流前缘宽度而引起开挖量增加较少，从而可以以较长的溢流前缘宽度换取较低的调洪水位，或换取较高的堰顶高程。本工程的溢洪道布置在左岸（说明见5.5节），岸坡较陡优选侧槽溢洪道，但是，溢洪道的兴建需要注意和解决的问题是，高水头、大流量及不利地形地质条件下，高速水流引起的一系列水力学和结构问题，而侧槽溢洪道的水流现象复杂，进槽水流须立即转弯近90，再顺槽轴线下泄，对每一个不同的侧槽断面，其所通过的流量是不相同的，然而，侧槽内的水流现象的复杂性，并不仅仅表现在流量的沿程的变化上，水流自堰跌入侧槽后，在惯性的作用下，冲向侧槽对岸壁，并向上翻腾，然后再重力作用下转向下游流去，在槽中形成一个横轴螺旋流。考虑到侧槽溢洪道水流现象的复杂，而且，本工程地质条件较差，建侧槽溢洪道对结构方面的要求会很高，危险性大，同时由于本枢纽的坝体不是很高，正槽溢洪道的开挖量不会增加很大。综上所述，结合本工程的地形、地质条件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布置于左岸与坝体相接。4.4节 调洪演算及建筑物尺寸的确定4.4.1调洪演算过程通过洪水资料，作出设计情况和校核情况下的洪水过程线；假定堰高、堰宽，确定各情况下的起调流量；假定不同的下泄流量q,由洪水过程线求出库容v，由库容v，查水位-库容曲线，找出相应的水位h，从而，对于每一组情况下可作出一条qh曲线；根据公式q=mh3/2,又可作出一条qh曲线；对应于每一种情况，可从q-h图中确定相应的q和h值。4.4.2洪水过程线的模拟由于本设计中资料有限，仅有p=2%、p=0.1%的流量及相应的三日洪水总量，无法准确画出洪水过程线。设计中采用三角形法模拟洪水过程线。根据洪峰流量和三日洪水总量，可作出一个三角形（如图中虚线），根据水量相等原则，对三角形进行修正，得到一条模拟的洪水过程线（如图中的实线）。 图4-3 调洪演算图4-2 洪水过程线图4-1 三角形法 4.4.3计算公式计算采用公式：q=mbh3/2式中：侧收缩系数，=0.92；m流量系数，m=0.5； b溢流孔口净宽； h堰上水头。4.4.4计算结果计算结果如下表：方案堰顶高程(m)设计洪水位(m)设计下泄流量(m3/s)校核洪水位(m)校核下泄流量(m3/s)超高（m）1堰顶宽b=8米272.0277.75226.5278.93297.02.432271.6277.65242.0278.76312.02.263271.3277.55255.0278.65323.52.154堰顶宽b=10米272.5277.59235.5278.64308.02.145272.3277.54244.5278.58318.02.086272.2277.51249.5278.55326.02.05注：超高z =校核洪水位-正常蓄水位；发电引用最大流量5m3/s，相对较小，在计算时不予考虑。4.4.5方案选择以上方案中，上游水位超高z均小于3.5m，满足要求，但方案3中q泄=255m3/s，大于最大下泄流量250m3/s，故方案3先舍去，剩下的五组方案均能满足以上的两个条件，因而方案的选择需通过经济技术比较选定。本设计对此只做定性分析，同时也考虑与导流洞结合的问题。一般来说z大，坝增高，大坝工程量加大；b大则增加隧洞的开挖及其它工程量，而q/b越大消能越困难，衬砌要求也高。方案1，2虽然b小，但是q/b及水头较大，增加闸门及启闭设备的造价，且z相对较大，主体工程较大，故不予采用。方案4，5，6中，z依次减小，而q及水头h增大不多，故最后采用方案6。即堰顶高程272.2m，溢流孔口净宽10m；该方案设计洪水位277.51m，设计下泄流量249.5 m3/s，校核洪水位278.55m，校核泄洪量326.0 m3/s。4.4.6堰顶高程的确定堰顶上游l型挡墙应超过水库静水位以上高度h=2hl+h0+hc式中：2hl 波浪高度 2hl=0.0166vf5/4d1/3vf 计算风速，设计情况为1.5倍的最大风速；校核情况为最大风速。 d 库面吹程(km)。h0 波浪中心线高出静水位高度，h0=cth。hc 安全超高。安全超高见下表：土坝坝顶安全超高值(m)运用情况坝 的 级 别1234正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3l型防浪墙高程=max通过计算： h设=1.68m， h校=0.98m则 设计洪水位+h设=277.51+1.68=279.19m 校核洪水位+h校=278.55+0.98=279.53m 防浪墙顶高程=279.53m，取为280.0m。坝顶高程=280.00-1=279.00m4.4.7闸门的设计 因为b=10m，不是很宽，采用单扇闸门挡水，选用平板闸门。闸门的高度由挡正常蓄水位确定，取5m；则其宽高比为2.0满足在1.6至2.0的范围之内。另外布置时将闸门放在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴着堰面下泄。 闸墩(边墩)的长度应满足工作桥、交通桥及启闭机等布置要求，取8m。闸墩高度取决于闸门和启闭机的形式，应保证开启后的闸门底缘高出水库最高洪水位，并留有一定安全超高，取6.8m,闸墩厚度取2.0m。 堰前喇叭口进水口底板高程取266.0m。4.4.8泄水建筑物的设计 溢流堰采用实用堰的形式；消能方式为挑流消能。 实用堰堰顶高程从上得为272.2m，挑出高程为232.0m。1）溢流面曲线 wes堰面曲线堰面曲线采用wes曲线。如上图示的幂曲线（曲线1）的方程为：式中： 定型设计水头，按堰顶的最大作用水头的75%95%计算； 与上游坝面坡度有关的系数和指数，坝面铅直时，当坝面坡度为3：1时，。溢流面曲线坐标x，y的原点在堰顶，上游采用椭圆曲线，方程为:本设计中：，所以，；所以：幂曲线为： 椭圆曲线为：溢流坝面下游反弧段的半径为收缩断面水深的10倍。如右图示，根据能量方程得，其中ai为堰顶高程与反弧段最低点的高程差。通过试算法计算出。得到反弧段的半径，取r=10.0m。中间以直线光滑连接。计算中发现，椭圆曲线的长轴只有1.8m,当工作闸门布置于堰顶后，难以布置检修闸门。故设计中在椭圆段后先与一水平，以水平线代替，并取其长度与坝顶相同为5m。下游部分则与上面设计相同。2）挑射距离与冲刷坑深度的估算水舌挑距估算公式：式中： 水舌挑距，为鼻坎末端至冲刷坑最深点的距离； 坎顶水面流速，=q/=32.6/1.22=26.7m3/s; 鼻坎挑射角度,=30; 坎顶平均水深在铅直面上的投影,=1.22m; 坎顶至河床表面之差,=2.5m.计算得 l=67.8m冲刷坑深度的估算公式：式中： 冲刷坑深度； h 上下游水位之差,h=51.1m； 取决于出坎单宽流量的临界水深， 取决于岩石抗冲能力的无因次参数，对于坚硬完整岩石取，坚硬但完整性较差的岩石，软弱破碎的岩石，取=1.8；满足一般安全调距约为可能冲刷坑深度的2.55.0倍范围内要求。 具体布置及尺寸见大图。3) 水面曲线的确定 采用分段求和法，由能量方程对断面1和2列方程=这是分段求和法的计算公式。计算步骤是根据已知流量q及断面2的水深h2计算，计算v2及es2；假定断面1的水深h1，计算v1和es1；由h1和h2及已知的n计算r1，r2，c1，c2，求得，从而得到，代入上式中计算。有了一系列的h和值，即可绘出水面曲线。具体计算见附excel表。从反弧段最低点起，沿程向上50m导墙高度为1.5m，50m90m段导墙高度为2.0m，90m至堰顶断导墙高度3.0m。第五章 主要建筑物型式选择和枢纽布置5.1节 枢纽等别及主要建筑物的级别由上一章经过调洪演算得，校核洪水位为278.55m，水电站装机容量为6400kw,水库总库容为0.22108m3,根据我国水利部颁发的现行规范水利水电枢纽工程等别划分及设计标准，本工程等别为三等，同时已满足了山区枢纽等别提高一级的要求。b江水利枢纽工程：工程等别为三等，属中型工程； 主要建筑物级别 3级； 次要建筑物级别 4级； 临时建筑物级别 5级。5.2节 坝型选择水利枢纽中的挡水建筑物拦河坝的主要型式有：重力坝、拱坝、支墩坝、土石坝及新型坝型如碾压混凝土坝、面板堆石坝等。下面根据本工程的地形、地质条件和材料储备情况对以上坝型进行比较，选择适合的坝型。1. 拱坝拱坝是在平面上呈凸向上游的挡水建筑物，借助拱的作用将上游水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。拱坝的工作原理：一是依靠拱的作用，将力传给拱座；二是依靠悬臂梁的作用将力传给基岩。其主要特点：1) 受力条件好，河谷形状深窄较好；2) 坝体积小，主要依靠拱作用维持稳定，自重作用影响不大;3) 超载能力强，安全度高；4) 抗震性能好；5) 施工技术要求高，地基处理要求严格。根据拱坝的特点，要求建造于狭窄河谷上；对地质较理想的条件是岩石尽量密致，质地均匀，有足够的强度、不透水性和耐久性；两岸拱座基岩坚固而完整，边坡稳定，没有大的断裂构造和软弱夹层。而本工程地形河谷较宽，特别是地质条件较差：断层裂隙发育，岩石破碎，强度低，根据实验，相对不透水层埋藏较深，透水层属中等严重透水层，若建造拱坝，则开挖量必然巨大，且大坝的安全性不高，故不宜建拱坝。2. 支墩坝支墩坝是由一系列支墩和其支承的上游挡水盖板所组成，库水压力泥沙压力等由盖板传给支墩，再由支墩传给地基。支墩坝结构较复杂，且对地质条件和拱坝一样高，故对本工程，不宜采用支墩坝的型式。3. 重力坝重力坝工作原理：一是依靠把体自重在靶机面上产生摩阻力来抵抗水平水压力以达到稳定要求；二是利用坝体自重在水平面上产生压应力来抵消由于水压所引起的拉应力以满足迁都要求。重力坝特点：1) 抗冲刷能力强；2) 结构简单；3) 对地形地质条件适应性能好；4) 坝体与地基的接触面积大，受扬压力影响大；5) 重力坝的剖面尺寸较大；6) 坝体体积大，水泥用量多，混凝土水化热高，散热条件差。对于本工程，地质条件差，地基承载能力较低，且弱风化岩鱼混凝土之间的摩擦系数f=0.50.6,为达到稳定要求必然增加断面面积，增加工程量，而且，用来拌和混凝土的砂砾石料只有在理坝址1015km处才有料场，这样会大大增加工程造价，不合理，故不宜选用重力坝。4. 土石坝通过以上几种坝型分析，并结合本工程坝址附近具有储量丰富且质量较好的堆石料的情况，建议采用土石坝（又称为当地材料坝）的型式。土石坝的特点：1) 筑坝材料就地取材，节省大量钢材、水泥、木材等建筑材料。2) 适应地形变形能力强。土石坝三立体结构具有适应地基变形的良好条件，对地基的要求比混凝土坝的低；3) 施工方法选择灵活性大。能适应不同的施工方法，且工序简单、施工速度快，质量容易保证。4) 结构简单，造价低廉，运行管理方便，工作可靠，便于维系加高。不足之处：1) 坝顶不能溢流，常需另开溢洪道；2) 施工导流不如混凝土坝方便，因而相应也增加了工程造价；3) 坝体断面大，土料填筑的质量易受气候影响。就本工程而言，坝址附近粘土很少。坝址上下游有一定的粘土分布，但都是当地农民耕地，要利用这些粘土，则必须把当地农民迁移，增加工程中移民费用，在经济比较中不合算，故也不采用土石坝型式。堆石坝属于土石坝的一种，是以石料为主要填筑材料的挡水建筑物，坝体由堆石体、防渗体和过渡层三部分组成，与前述土坝相比具有剖面小、造价低、施工速度快、抗震性能好等优点，且本工程坝址附近广泛分布有炎性较坚硬，力学强度高，质量较好，储量丰富的堆石料，因此可优先考虑