毕业设计说明书-双曲拱坝设计.doc

水利水电工程专业毕业设计 - 1 - 摘摘 要要 全套图纸加扣 3012250582 A 江水利枢纽同时兼有防洪，发电，灌溉，渔业等综合作用，水库正常蓄水 位 183.25m，设计洪水位 186.2m，校核洪水位 188.57m，汛前限制水位 182m，死 水位 164m，尾水位 103.5m。水库死库容 4.80 亿 m3，总库容 10.81 亿 m3。 A 江水利枢纽工程等别为一等，工程规模为大（1）型工程，主要建筑物级别 为 1 级，次要建筑物级别为 3 级，临时性建筑物级别为 4 级。 A 江水利枢纽的主要组成建筑物有挡水建筑物，主副厂房，泄水建筑物，过 木筏道等。 挡水建筑物是一变圆心变外半径的双曲拱坝，坝顶弧长 359m，最大坝高 98m，坝底厚 26.09m，坝顶宽 8.23m。 泄水建筑物由两个浅孔和两个中孔组成：浅孔位于两岸，孔口宽 9m，高 8.5m，进口底高程为 164m，出口底高程为 154m；中孔位于水电站进水口两侧， 孔口宽 7.5m，高 7m，进口底高程为 135m，出口底高程为 130m。在坝身泄水孔 的上下游侧分别布置检修闸门和工作闸门，检修闸门采用平板门，工作闸门采用 弧形闸门，在每一个工作闸门的上方有启闭机房，浅孔启闭机房高程为 177m， 中孔启闭机房高程为 160.5m。泄槽支撑结构采用框架式结构。坎顶高程为 119m, 浅孔反弧半径为 40m,中孔反弧半径为 50m。泄槽直线段的坡度与孔身底部坡度一 致,挑射角 =14o,导墙厚度为 1.0m, 浅孔导墙高度为 11m,中孔导墙高度为 8.5m。 坝后式厂房装有 4 台 5 万 kw 的发电机组，主厂房长 81m，宽 18m，副厂房 长 66m，宽 10m，安装场长 21m，宽 18m。压力管道的直径为 4.6m，进水口底高 程为 152.3m。发电机层高程为 115.1m，厂房顶高程 130.5 m，尾水管底高程为 91.3m。 双曲拱坝设计 - 2 - 为防止坝基渗漏，在坝基靠近上游侧进行帷幕灌浆，并且为了减少坝基的扬 压力，在灌浆帷幕之后设置排水孔。 为了防止混凝土产生裂缝，拱坝坝体设置横缝，横缝面上需设置键槽，以咬 合加固，增强坝体的抗剪能力。当底宽在 4050m 以上的拱坝，才考虑设置纵横 缝，而本设计中，拱坝坝底宽为 26.09m，小于 40m，故可不设置纵缝。 水利水电工程专业毕业设计 - 3 - AbstractAbstract Ajiang hydrocomplex play parts in flood control,water power,irrigation,water conservancy related fisheries,and so on.The reservoir normal water level is 183.25m,design flood level is 186.2m,maximum flood level is 188.57m,flood control level is 182m,dead water level is 164m,and tailwater level of hydropower station is 103.5m.The dead reservoir capacity is 480,000,000m3,and the total reservoir capacity is 1,081,000,000 m3. The hydraulic engineering grade is Grade I. The hydroproject is consist of water retaining structure,power house,auxiliary room,sluice structure,raft sluice,and so on. The water retaining structure is a double curvature arch dam.The length of the axis of crest dam is about 359m.Maximum height of the dam is 98m,the thickness of the bottom of the dam is 26.09m,and the width of the top of the dam is 8.23m. The release structure is comprised of 2 mid-level outlet and 2 short-level outlet.The width of the mid-level outlet is 7.5m,and the height is 7m;the width of the short-level outlet is 9m,and the height is 8.5m.The upstream and the downstream side of every outlet are a bulkhead gate and a operating gate which is a radial gate.There is a room where a gate hoist is put above every service gate.The two rooms which are above the mid-level outlet service gate are at an elevation of 160.5 metres,and the other two rooms are at an elevation of 177 metres.The intake of the mid-level outlet is at an elevation of 135 metres,and the intake of the short-level outlet is at an elevation of 164 metres. The type of the power house is at damtoe.The dimensions of the power house and the auxiliary room are 81m18m and 66m10m.The generator floor is at an elevation of 115.1 metres,and the bottom of the draft tube is at an elevation of 91.3 metres,and the intake of hydropower station is at an elevation of 152.3 metres. In case of leakage of the dam foundation,there is grouting curtain at the base of the dam,behind which there are drainage holes which decrease the uplift pressure of the dam foundation. In radial directions there are transverse joints in which there are keys,and because the thickness of the bottom of the dam is smaller than 4050 metres,there is no 双曲拱坝设计 - 4 - longitudinal joint. 水利水电工程专业毕业设计 - 5 - 目录目录 摘摘 要要 .1 ABSTRACTABSTRACT .2 第一章第一章 综合说明综合说明 .6 1.1 枢纽任务.6 1.1.1 发电.6 1.1.2 灌溉.6 1.1.3 防洪.6 1.1.4 渔业.6 1.1.5 过木.6 1.1.6 其它.7 1.2 设计要求.7 1.3 A 江水利枢纽设计资料说明.7 1.3.1 自然地理.7 1.3.2 工程地质.10 1.3.3 筑坝材料.11 1.3.4 库区经济.11 1.3.5 其它.12 1.4 附录：.12 第二章第二章 枢纽主要建筑物的型式与总体布置枢纽主要建筑物的型式与总体布置 .13 2.1 工程等级及技术规范设计标准.13 2.1.1 工程等级.13 2.1.2 技术规范.13 2.1.3 洪水标准.13 2.2 调洪演算及设计基本数据.13 2.2.1 调洪演算的目的.13 2.2.2 调洪演算的原理.14 2.2.3 泄洪方案的选择.14 2.3 枢纽组成建筑物.15 2.4 坝型选择.16 2.4.1 坝型初选.16 2.4.2 坝体形态选择.17 2.5 泄水建筑物型式选择.18 2.6 厂房及引水系统布置.18 2.7 枢纽总体布置.19 第三章第三章 拱坝设计拱坝设计 .20 3.1 拱坝型式及布置.20 双曲拱坝设计 - 6 - 3.1.1 拱坝剖面设计.20 3.2,1 拱坝的布置.21 3.2 荷载及其组合.22 3.2.1 荷载及计算.22 3.2.2 荷载组合.24 3.3 计算原理和计算步骤.24 3.3.1 计算原理.24 3.3.2 计算步骤.25 3.4 应力强度分析(电算,手算).25 3.4.1 电算.25 3.4.2 手算.26 3.5 坝肩稳定验算.29 3.5.1 验算原理.29 3.5.2 验算工况.30 3.5.3 验算结果.30 第四章第四章 泄水建筑物设计泄水建筑物设计 .32 4.1 泄水建筑物组成与布置.32 4.2 泄槽设计.32 4.2.1 泄槽尺寸.32 4.2.2 导墙尺寸.32 4.3 消能与防冲.33 4.3.1 水舌挑距.33 4.3.2 冲刷坑深度.33 4.3.3 消能率计算.33 4.4 泄水孔口应力及配筋.34 第五章第五章 坝体细部构造及地基处理坝体细部构造及地基处理 .36 5.1 坝体构造与细部结构设计.36 5.1.1 坝体与坝面.36 5.1.2 坝体分缝.36 5.1.3 坝内廊道和坝后工作桥.36 5.2 坝基处理.37 5.2.1 坝基处理的一般要求:.37 5.2.2 地基的处理和开挖.37 5.2.3 坝基排水孔.39 附表附表 .42 参考文献参考文献 .46 水利水电工程专业毕业设计 - 7 - 第一章 综合说明 1.1 枢纽任务 本工程同时兼有防洪，发电，灌溉，渔业等综合作用。 1.1.1 发电 装机 20 万千瓦，多年平均发电量 5.09 亿度。 本电站 4 台 5 万千瓦机组。正常蓄水位为 183.25 米，汛期限制水位为 182 米，死水位为 164 米，4 台机满载时的流量为 338 秒立米，尾水位为 103.5 米。 厂房形式为坝后式，主厂房平面尺寸为 81 米18 米，发电机层高程：114.8 米，尾水管底高程：90. 8 米，厂房顶高程：130. 5 米。副厂房平面尺寸为 66 米 10 米，安装场尺寸为 21 米18 米，开关站尺寸为 20 米75 米。 1.1.2 灌溉 增加保灌面积 50 万亩。 1.1.3 防洪 可减轻洪水对 A 江平原及 A 市的威胁，在遇 5 千年一遇和 1 千年一遇洪水时， 经水库调洪后，洪峰流量由原来 14900 m3/s、11700 m3/s 分别削减为 7600m3/s、6600m3/s。要求设计洪水时最大下泄流量限制为 6500m3/s。 1.1.4 渔业 正常蓄水位时，水库面积为 35.6 平方公里，为发展养殖创造了有利条件。 1.1.5 过木 根据林业部门提供的要求，木材过坝量为每年 33.3 万 m3。其木材最大材长 10 米，大头直径为 100 厘米。 双曲拱坝设计 - 8 - 1.1.6 其它 施工期五年 1.2 设计要求 在明确设计任务及对原始资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，确定坝顶高程及溢洪道孔口 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 处理方案与坝身构造，进行水力计算，静力计算； 4对 双曲拱坝设计（待坝型选定后指定）进行设计：选择建筑物的型式与 轮廓尺寸，确定布置方案；拟定细部构造，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。 1.3 A 江水利枢纽设计资料说明 1.3.1 自然地理 1.3.1.1 流域概况 A 江是我国东南的一条河流,流向自西向东,流经 A 省南部地区,汇人东海,干 流全长 153 公里,流域面积 4860 平方公里。 坝址以上流域面积761 平方公里,流域境为山区,平均高度为 662 米,最高山 峰达 1921 米,流域境气候湿润,雨量充沛,属热带气候.径流主要来自降雨,小部分 由地下水补给,每年 49 月为汛期,其中 5、6 两月为梅雨季节,河道坡降上游陡, 下游缓,平均坡降 6.320.97%,因为河道陡,调蓄水能低,汇流快,由暴雨产生的洪 水迅速涨落,一次洪水过程线尖瘦,属典型的山区性河流。 流域境内以农林为主,森林茂盛,植被良好,水土流失不严重,枢纽下游为 A 省 的重要农副生产基地 A 平原。 坝址下游约 50 公里有县级城市两座,在河流入海处有省直辖市一座。 水利水电工程专业毕业设计 - 9 - 1.3.1.2 气候特性 （1）气温 坝址处的多年平均气温为 17.3，月平均最低气温（一月份）5，最高 （七月份）29。实测极端最低气温（一月份）-8.2，最高（七月份）为 40.6。 （2）湿度 年平均相对湿度为 79%左右，其中以 6 月份 87%为最大，1 月份 72%为最小， 日变化较大。 （3）降雨量 坝址以上流域的年平均降雨量为 1680 毫米，实测最大年降雨量为 2389 毫米， 最少为 1380 毫米，雨量在年内分配不均，其中 49 月的降雨量占全年降雨量的 75%，而 5、6 两月的占全年降雨量的 1/3。 各月雨量的雨型及日数统计表 月 份 项 目 6789101112 实际天数 312331303130313130313031 0.310mm 雨日 345712121098764 1030mm 雨日 234589654321 30mm 以上雨日 911856322100 （4）蒸发量 坝址处多年平均蒸发量为 1349 毫米，其中全年以 7 月份为最大，月蒸发量为 217 毫米，2 月份为最小，月蒸发量为 45.4 毫米。 （5）风向风力 实测最大风速为 17m/s，风向西北偏西，吹程 4.5 公里。多年平均最大风速 为：汛期为 12m/s，非汛期为 13m/s，风向基本垂直于坝轴线，吹程 4 公里。 （6）水库水温 据资料分析，各层水温的多年平均水温（Th）及年变幅（Tc）按下列公式计 算： Th=8.5e-(H/27.12)2.45+10.8 双曲拱坝设计 - 10 - Tc=5.1e-(H/25.21)2.40+2.40 其中：H水深。 1.3.1.3 水文特性 （1）正常径流 根据资料分析，坝址处的多处平均流量为 100m3/s，多年平均径流总量为 31.5 亿 m3，各频率的月平均量由下表所示： 月 频率 123456789101112 多年 平均 1116267324490689679346263331102121113186 578179235364510537352177210737773150 5021498914121627778444426161697 80819477312134221512134574 952522366912154261155 23651031622152951156167312424100 （2）洪峰流量及总量 据水文资料推算，坝址处的洪峰流量及总量如下： 洪峰流量 Q=3310m3/s，Cv=0.45,Cs=4Cv，皮型线，各频率流量如下表所示： 频率(%) 0.020.10.215102050 备 注 流 量 1490011700m3/s 洪峰总量 三日洪水总量的均值 W=3.5 亿 m3，Cv=0.38,Cs=3Cv,皮 IV 型线，各频率流量 如下表所示： 频率(%) 0.010.10.215102050 备注 总量 7.946.58 亿 m3 可能最大三日洪量为 15/4 亿 m3。 水利水电工程专业毕业设计 - 11 - 三日洪水过程线见附图 3。 施工期设计洪水频率量 施工时段 频率 104 月96 月103 月116 月112 月122 月 52087177213671367884824 101673141010721072654596 2012751045784784434332 （3）固体径流量及水库淤积 据水文站实测资料分析。年固体径流量总量为 331 万吨，百年后水库淤积高 程 115 米。淤沙浮容重为 8.5KN/m3，内磨擦角为 10。 1.3.2 工程地质 1.3.2.1 库区工程地质 库区岩性以火山岩和沉积岩为主，褶皱规模不大，均为背斜，两翼地层平缓， 且不对称。有较大的断层二条，这些褶皱和断层呈北东向展布，以压扭性为主， 倾角较陡，延伸长度达几至几十公里，断层单宽 1 米左右。个别达 10 米以上。 断层破碎带都已胶结。 库区水文地质简单，以裂隙水为主，地下分水岭高程均高出库水位以上。 1.3.2.2 坝址工程地质 （1）地貌 坝址处的河床宽度约 100 米，河底高程约 100 米，水深 13 米。河谷近似 “V”型，两岸约 40 度60 度。 河床覆盖层由大块石，卵石组成。厚度约 56 米，两岸山坡为第四系覆盖层， 厚度为 510 米左右。 （2）岩性和工程地质 坝基为花岗斑岩，风化较浅，岩性均一，新鲜坚硬完整，抗压强度达 120200 兆帕。 坝址的地质构造简单，无大的地质构造，缓倾角节理延伸短，整体滑动可能 性很小。但陡倾角节理较发育，以构造节理为主，左右岸各有走向互相垂直的二 组节理。基中一组近似平行于山坡等高线，方向见地形图，节理倾角约 35 双曲拱坝设计 - 12 - 度90 度，节理面无夹泥存在。坝址处的水文地质较简单，未发现裂隙承压水。 （3）岩石的物理力学性质 磨檫系数 容重 (KN/m3) 抗压强 度 (Mpa) 抗剪系 数 抗剪断 系数岩性 或地 质构 造干湿 孔 隙 率 （ % ） 干 饱 和 弹性 模量 (Mpa ) 单位 吸水 率 (mm/ s) 混 凝 土 基 岩 内 混 凝 土 基 岩 内 粘着 力 (Mpa) 泊松 比 （ ） 花岗 斑岩 27. 3 28. 1 2. 3 21 0 19 0 2.2 104 0.70 0.75 0.75 1.20 0.5 基 岩与 砼 0.2 节理 面 0.650.75 1.0 基 岩与 混凝 土 相对隔水层离基岩表面深 15 米。 1.3.3 筑坝材料 1.3.3.1 石料 坝区大部分地区为花岗岩，基岩埋深浅，极易开采，且河床覆盖层中的块石， 卵石也可以利用，因此筑坝石料极易解决。 1.3.3.2 砂料 在坝下游勘探，有 6 个砂料场，最远料场离坝约 9 公里，以石英破碎带的料 场为主，初估砂料储量约 430 万方。经质量检验，砂石料符合规范要求。 坝址处缺乏筑坝的土料。 水利水电工程专业毕业设计 - 13 - 1.3.4 库区经济 库区除有小片盆地外，其余 多为高山峡谷地带，耕地主要分布在小片盆地上， 高山上的森林茂密。在正常蓄水位时，需迁移人口 21444 人，拆迁房屋 19240 间， 淹没，浸没耕地 16804 亩，淹没森林面积 18450 亩，淹没县社建造的二座小型水 电站（装机 2210 千瓦） ，共需赔偿费 4120 万元。 1.3.5 其它 1.3.5.1 对外交通 本坝址上游左岸 30 公里处有铁路干线车站。另有公路与坝址下游 50 公里的 二座县城相通，二县城有公路和水路与河流入海处的直辖市相连，对外交通较为 方便。 1.3.5.2 附属工厂和生活建筑区 坝址下游两岸有较大的冲积台地，地形平缓面积较大，适宜布置附属工厂和 生活建筑区。 1.3.5.3 负荷位置 本电站主要供应坝下游 A 平原的农村生产用电及直辖市的工业用电，并担负 A 电网的部分调峰任务。 1.3.5.4 坝顶有双线公路布置的要求。 1.4 附录： 1、水库水位容积关系曲线 2、坝址处水位流量关系曲线 3、设计洪水（三日）过程线 4、坝址地形图 双曲拱坝设计 - 14 - 第二章 枢纽主要建筑物的型式与总体布置 2.1 工程等级及技术规范设计标准 2.1.1 工程等级 在工程安全与经济之间存在着矛盾，为使工程的安全可靠性与其造价的经济 合理性适当统一起来，水利枢纽及其组成建筑物要分等分级，即先按工程的规模， 效益及其在国民经济中的重要性，将水利枢纽分等，而后再对各组成建筑物按其 所属枢纽等别，建筑物作用及重要性进行分级。 本工程校核水位为 188.57m，查库容曲线得相应库容为 11.58 亿 m310 亿 m3，根据我国水利部颁发的现行规范水利水电枢纽工程等级划分及设计标 准（山区、丘陵区部分） ，确定 A 江水利枢纽工程等别为一等，工程规模为大 （1）型工程，主要建筑物级别为 1 级，次要建筑物级别为 3 级，临时性建筑物 级别为 4 级。 2.1.2 技术规范 混凝土拱坝设计规范（SD145-85）规定：对于基本荷载组合，允许拉应力为 1.2Mpa，安全系数为 4.0；对于特殊荷载组合，允许拉应力为 1.5Mpa，安全系数 为 3.5；当考虑地震荷载时，允许拉应力可适当提高，但不超过 30%。 2.1.3 洪水标准 设计洪水标准为千年一遇，校核洪水标准为五千年一遇。 2.2 调洪演算及设计基本数据 2.2.1 调洪演算的目的 1根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，以确定上游不同洪水标准下的 下泄流量，然后确定出设计洪水位和校核洪水位。 2根据调洪演算得出设计水位下的下泄流量，以选定泄洪方式和拟定泄洪建 水利水电工程专业毕业设计 - 15 - 筑物的孔口尺寸。 2.2.2 调洪演算的原理 先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口泄洪能力，并作孔口泄洪能力曲 线，再假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这 几组最大泄流量分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流 量分别对应的上游水位，并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线 相交得出一交点，此交点坐标即为设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应 的水库水位，再对其它泄洪方案按同样的方法进行调洪演算，最后选定的泄洪方 案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，库水位又相对比较低。 2.2.3 泄洪方案的选择 2.2.3.1 调洪方案初选 表孔溢流方案：突出优点是泄洪能力大，可减小