毕业设计说明书-H江碾压混凝土重力坝设计.doc

水利水电工程专业毕业设计 1 摘要摘要 全套图纸加扣 3012250582 本设计对位于我国西南地区的某水利枢纽进行了以坝工为重点的工程设 计。经过对几种可建造坝型的经济比较估算，最终选择建造高碾压混凝 土重力坝。 溢洪道为河川水利枢纽中必备的泄水建筑物，用以排泄水库不能容纳的 多余洪水量，保证枢纽挡水建筑物及其它有关建筑物的安全运行。重力 坝通常设置坝顶溢洪道。入库设计洪水的选择和确定，必须在充分研究 流域水文因素的基础上进行，然后才能确定溢洪道尺寸。对于过坝水流 的调泄，需要有合理审慎的设计，以避免生命财产的损失。本次设计的 调洪演算在基于水量平衡的基础上，采用列表试算法，在可行的几种泄 流方案中，择优选出采用的方案和相应的设计与校核水位。 然后进入主要建筑物设计。确定枢纽的组成建筑物，包括挡水建筑物、 泄水建筑物、水电站等。在定性分析的基础上，确定出大坝的型式。 在第一主要建筑物设计阶段，确定出大坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定 地基的处理方案和坝身构造。之后依次进行了细部构造设计、稳定计算、 材料力学法分析、应力有限元法和渗流计算，从各个方面验证了设计剖 面的可行性。 在设计坝体断面时，必须本着重力坝依靠自身重量来维持结构稳定的原 则。本次设计中，下游面坡度是一致的，和上游面交于水库设计洪水位 处。坝体上游面垂直，只在坝踵附近有陡的折坡，溢流坝上游顶部有倒 悬。重力坝坝体的应力以材料力学法分析，坝体稳定的条件是坝体和坝 基的最大应力须在坝段混凝土和坝基岩石的容许应力范围之内。 重力坝以材料力学法分析，它可以直接求出坝体横剖面边界之内的任何 一点的应力。坝体稳定的条件是坝体和坝基的最大应力须在坝段混凝土 和坝基岩石的容许应力范围之内。溢流坝段的分析也是一样。 其次为第二主要建筑物设计。确定出泄水建筑物的结构型式和轮廓尺寸， 进行选线布置。进行水力计算，从挑距和冲刷深度等方面验证设计型式 的可行性。并进行细部构造设计。 本次设计我掌握了碾压混凝土重力坝的设计方法，了解了这样一个水利 工程项目建设的主要步骤，完成了专业知识从理论学习到实际运用的过 渡，体会了身为一个水利项目设计者所需要具备的品质和担负的责任， 这些必将在我今后的学习工作中起到关键性的指导作用。 关键词：碾压混凝土重力坝；有限单元法；RCC H 江碾压混凝土重力坝设计 2 Abstract The design is designed for one river water control project lying to the Southwest of China and the dam construction is emphasized . After making and evaluating alternative economic estimates of the possible type of dam, we chose the type of high RCCD. The spillway is a necessary discharge structure for a river project, which is used to discharge the excess flood that thereservoir can not accommodate so as to guarantee the project retaining structure and other structure security run. Usually the gravity dam installs spillway in the crest. The selection of the reservoir inflow design flood must be based on an adequate study of the hydrologic factors of the basin and then to decide the spillway size. The routing of the flow past the dam requires a reasonably conservative design to avoid loss of life and property damage. The design of the blood calculus based on the water balance, and I used the list algorithm, find out the best one in the practicable spilling alternatives, with their design water level and check water level together. Then it is the main structure design grade. the parts of project are defined, consisting of blocking structure ,spillway structure ,hydropower station, and so on. The dam type is defined based on the qualitative analysis. The basis cross section and the outline dimension is defined in the first main structure design grade. The processing alternative of the dam foundation and the construction of the dam body is formulated in the same time. After this, the feasibility of design construction is verified from detail construction plan , infiltrating stability analysis , gravity methods analyzed, FEM theory ,seepage compute. When we design the cross section of a gravity dam, we must rely on the principle that a gravity dam depends on its own weight for structural stability. In this design, the downstream face is uniform slope and would intersect the upstream face at the maximum reservoir level. The upstream face is normally vertical excepting for steep batter near the heel.I used mechanics of materials to analyze the stress of the gravity dam. For the gravity dam to be stable, maximum stresses in the dam section and the foundation should be within the permissible stress of the concrete used in the dam section and the foundation rock respectively. Gravity dams can be analyzed by gravity methods. It provides a direct method of calculating stresses at any point within the boundaries of a transverse section of the 水利水电工程专业毕业设计 3 dam. Then the author has made a particular analysis and research in the basis of the FEM theory with a project practice and literatures research. After that, study on the FEM theory cited by the analysis of the seepage. The author has analyzed its seepage- control measures and seepage characteristics. The design has enabled us to grasp the method of RCCD and know the main steps of the construction water project. In practice, I achieve the professional knowledge of the theoretical study and know the necessary responsibility and factors as a water project designer. These experiences will definitely play a instructive role in my future work. Keywords: RCCD; finite element method (FEM);RCC H 江碾压混凝土重力坝设计 4 目录目录 目录-4 第一章 综合说明 -7 第一节 枢纽任务与规模 -7 一、发电-7 二、防洪-7 三、航运-7 第二节 设计要求 -8 第三节 工程特性表 -8 第四节 设计依据的规范和规程 -9 第二章 设计基础资料-10 第一节 自然地理-10 一、流域概况 -10 二、气候特征 -10 三、 径流、洪水、泥沙-11 第二节 工程地质-15 一、地震烈度 -15 二、地形地貌 -15 三、地层岩性 -15 四、地质构造 -16 第三章 枢纽整体布置与坝型选择-17 第一节 工程等级及建筑物级别划分-17 第二节 坝型选择-17 一、 土石坝-17 二、拱坝 -17 三、面板堆石坝 -18 四、实体重力坝,宽缝重力坝,碾压混凝土重力坝-18 第三节 枢纽布置-19 一、枢纽布置原则 -19 二、坝轴线确定 -19 三、溢流坝布置 -19 四、非溢流坝布置 -19 五、发电厂房的布置 -19 六、通航建筑物的布置 -19 第四章 洪水调节演算-19 第一节 调洪演算计算方法-19 第二节 调洪演算计算结果-20 第五章 非溢流坝剖面设计 -21 第一节 剖面尺寸拟定-21 一、坝顶高程确定 -21 二、实用剖面设计 -22 第二节 坝体强度和稳定承载能力极限状态及应力计算-23 水利水电工程专业毕业设计 5 一、荷载计算 -23 二、 稳定的校核计算-27 三、三个不同截面不同工况下的荷载计算结果及稳定应力分析 -29 四 、坝体应力计算:-43 五、应力图 -59 第三节 坝体砼分区及配合比设计-63 一、坝体分区 -63 配合比设计 -63 第四节 细部及基础处理-63 HYPERLINK l _Toc293734985 第五节 坝体防渗排水设计 -63 第六节 坝体温度控制及防裂设计-63 第六章 溢流坝段剖面设计-64 第一节 、孔口设计-64 一、 泄水方式的选择-64 二、 洪水标准的确定-64 三、 流量的选择-64 四、 单宽流量的选择-64 五、 孔口净宽拟定-64 六、溢流坝段总长度确定 -64 七、堰顶高程的确定 -64 八、 闸门设计-64 九、 定型水头的确定-65 第二节 消能防冲-65 一、消能方式 -65 二、挑流鼻坝设计 -65 三、反弧半径的确定 -65 四、挑距和冲抗的估算 -66 五、闸墩和导水墙的设计 -67 第三节 剖面设计-67 一、堰面曲线的拟定 -67 第四节 荷载计算-68 一、自重 -68 二、水平水压力 -68 三、水重 -69 四、扬压力 -69 六、浪压力 -70 七、 校核水位时的动水压力-71 八、地震作用 -71 第五节 坝基面坝体强度和稳定承载能力极限状态验算 -72 一、荷载计算成果和强度稳定分析 -72 第六节 坝内应力计算-79 一、应力计算结果 -79 二、 应力分布图-84 第七章 非溢流坝渗流和应力有限元计算-88 H 江碾压混凝土重力坝设计 6 第一节 渗流有限元计算-88 一、渗流计算成果 -88 第二节 应力有限元计算-91 一、应力计算成果 -91 第八章 第二建筑物（压力钢管）的设计计算 -103 第一节 引水管道的布置 -103 一、压力钢管的型式-103 二、管道轴线布置-103 三、进水口设计-103 第二节 闸门及启闭设备 -104 第三节 细部结构 -104 一、通气孔-104 二、充水阀-105 三、伸缩节-105 第四节 压力钢管结构设计 -105 一、确定钢管厚度-105 二、承受内水压力的结构分析-106 三、混凝土开裂情况的判别-108 四、钢管稳定强度分析-110 第九章 施工组织设计-111 第一节 施工导流方案 -111 一、导流标准-111 二、导流方案的选择-111 三、导流建筑物-111 四、 导流时段的确定 -112 第二节 施工总进度安排 -112 第三节 导流工程参数-112 一、导流工程特性表-112 第十章 专题：水库水位设计 -113 参考文献-114 水利水电工程专业毕业设计 7 第一章第一章 综合说明综合说明 第一节第一节 枢纽任务枢纽任务与规模与规模 本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用效益。 一、发电一、发电 装机容量 7600MW，正常蓄水位 374.8m，死水位 329.9m， 台机组满发 时的流量为 7537m3/s，尾水位为 225.5m。 厂房为全地下式厂房，主厂房尺寸为 338.528.574.4(mmm)，机组间距 为 32.5m，安装间（主/副）长度为 60/30m。主变室为地下式，尺寸为 405.519.532.334.2(mmm)。开关站为地面户内式，平面尺寸为 33517.5 (mm)。 二、防洪二、防洪 LT 水库是 W 江防洪的战略性工程，承担 W 江中下游地区防洪任务，总防护 人口达 1200 万人，保护耕地近 700 万亩。工程的兴建可使 W 江和 W、N 江三角 洲防洪标准由约 20 年一遇提高到约 400 年一遇（400m 提高到约 50 年一遇） ， 遇 DTX 水库联合防洪，可使下游的防洪标准由 20 年一遇提高到 100 年一遇；无 论式从防洪效益还是替代防洪工程投资来说，其防洪作用均非常显著。 在遇 500 年和 10000 年一遇的洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来 27600m3/s 和 35500m3/s 分别削减为 23379m3/s 和 28280.41m3/s。要求校核洪 水时最大下泄流量限制为 28000m3/s，校核洪水位不超过正常蓄水位的 4.7m。 三、航运三、航运 H 河属于滩多、坡陡、流急的河流，全河大小滩险约 300 处。天然情况下， 除 O 滩至 SL 镇（L 江河口）170km 河段为常年通航河段外，其余河段基本不能 通航。LT 建成后，水库会使库区干流以上 250km 范围内形成深水航道，坝址下 游河道枯水流量得到大幅度增加，为实现 H 河全面通航，并直达珠江三角洲出 海奠定了基础，为西南有关省区物资外运提供了一条廉价的水上运输线，从而 可带动沿河经济的发展，促使西部大开发战略的实施。 H 江碾压混凝土重力坝设计 8 第二节第二节 设计要求设计要求 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的形式、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，确定坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟订地 基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算； 4对碾压混凝土重力坝进行设计，选择建筑物的形式与轮廓尺寸，确定布 置方案，拟订细部构造，进行水力、静力计算； 5决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制进度 第三节第三节 工程特性表工程特性表 表 1-1 工程特性表 名称数量单位备注 流域面积98500km2坝址控制面积 多年平均径流总量508108m3 设计洪水流量27600m3/s洪峰 校核洪水流量35500m3/s洪峰 河 流 特 性多年平均径流量1610m3/s 正常蓄水位376.9m 发电死水位330.4m 设计洪水位378.06m 校核洪水位378.38m 库容161.97108m3 设计下泄流量23390m3/s 设计下游水位255.7m 校核下泄流量 28283 108m3 校核下游水位262.4m 水 库 特 性 发电装机容量7600MW 大坝等级一级 大坝类型碾压砼重力坝 水利水电工程专业毕业设计 9 坝顶高程380.0m 防浪墙顶高程 381.20m 最大坝高185.0 坝顶宽度12m 上游坡度0.15 下游坡度0.7 河 大 坝 上游折坡点高程290m 堰顶高程354.9m 溢流前沿净宽105m 消能方式挑流消能 鼻坎高程262m 反弧半径46m 挑射角25度 泄 水 建 筑 物 单宽流量245.528立方 m/秒 第四节第四节 设计依据的规范和规程设计依据的规范和规程 H 江碾压混凝土重力坝设计 10 第二章第二章 设计基础资料设计基础资料 第一节第一节 自然地理自然地理 一、流域概况一、流域概况 H 河是 W 江水系的中上游河段。H 河全长 1573km，流域面积 138340km2。流域属副热带气候区，气候温和多雨，410 月份为雨季，降水量 占年降水量的 89.5%，雨日占全年的 71.2%，流域各地多年平均降水量在 7601860mm 之间，总的趋势山东向西递减。径流主要由降雨形成，径流年内 分配为：510 月份占年总量的 82.9%，11 月次年 4 月占年总量的 17.1%。 LT 水电站位于 H 上游。坝址以上流域面积为 98500km2，占 H 河流流域面 积的 71%。坝址以上流域，大支流多，地形复杂，汛期暴雨量级虽不大但却频 繁发生，造成洪水连续、洪水总量较大。 二、气候特征二、气候特征 1、气温： 坝址多年平均气温为 20.1，月平均最低（1 月份）气温为 11.0，月平 均最高气温（7 月份）为 27.1，实测最低值（1 月份）为-2.9，实测最高 值（7 月份）为 38.9。 2、湿度： 历年平均相对湿度为 80%，其中最高为 6、7、8 月，历年平均值均为 85%；最低为 2 月，历年平均值为 74%。 3、降雨量 坝区多年平均降水量 1343.5mm，雨季（410 月份）降水量占年降水量的 89.2%，其中 59 月份降水量占全年的 76.0%，多年平均降雨日数为 156d，雨季 雨日占全年的 69.7%。多年平均日雨量10mm（中雨及以上）日数为 38.5d，日 雨量25mm（大雨及以上）日数为 15.0d，日雨量50mm（暴雨）日数为 3.9d，日雨量100mm（大暴雨）日数为 0.6d。 表 2-1 坝区历年（19721992 年）各时段最大降水量 时段 (min) 10203060901201802403605407201440 水利水电工程专业毕业设计 11 雨量 (mm) 25.240.258.899.9117.3125.8139.5144.6155.6158.6159.4160.9 4、蒸发量： 历年水面蒸发量平均值为 1023.3mm，历年最大值为 1218.7mm，历年最小 值为 842.7mm。 5、风向风力： 历年最大风速为 14m/s,相应风向为 NE，极大风速为 24m/s,相应风向为 E、NE.多年平均风速为 0.7m/s,多年平均最大风速为 13.7m/s,水库吹程为 2km。 三、 径流、洪水、泥沙 1、 径流 径流主要由降水形成，多年平均径流量为 1610m3/s，多年平均年径流总量 为 508 亿 m3，年际变化较为平稳，年变差系数为 0.24，实测最大年平均径流量 和最小平均径流量分别为多年平均流量的 1.42 倍和 0.54 倍。实测最大流量为 16900m3/s，实测最小流量为 174m3/s，各频率年径流成果见表 2-2。 表 2-2 年径流频率成果表 2、洪水 H 河流域洪水由暴雨形成。LT 以上流域面积大，主流源远流长，大支流多， 汛期暴雨量级虽不大，但发生频繁，往往造成连续性洪水，单峰洪水甚少，复 峰居多。设计洪水成果见表 2-3。 表 设计洪水成果表 项目 洪峰流量 H 江碾压混凝土重力坝设计 12 7d 洪量亿(m3/s) 表 坝址处设计洪水过程线（P=0.2%） 月日时流量月日时流量 水利水电工程专业毕业设计 13 H 江碾压混凝土重力坝设计 14 水利水电工程专业毕业设计 15 3、泥沙 H 河泥沙以悬移质为主，悬沙颗粒较细。由实测资料统计，坝址处多年平 均输沙率为 1660kg/s，多年平均含沙量为 1.05kg/m3 ，多年平均输沙量为 5240 万 t 坝前百年淤沙高程 287.6m，淤沙内摩擦角 24，浮容重 12kN/m3。 第二节第二节 工程地质工程地质 一、地震烈度 坝址位于相对稳定地块内，属弱震环境，无区域性活动断层穿过，不存在 发生地震的地质背景，区域地震危险性主要受外围地震影响，经审定：坝址地 震基本烈度和水库可能诱发地震影响烈度均为 7 度。 二、地形地貌 坝址河谷为较平坦“V”形谷，宽高比为 3.5。河流流向为 S32E，至坝 址处转为 S80E。枯水期河水面高程为 219m，水面宽 90-100m，水深 13- 19.5m 。河床沙卵石厚 0-6m ，局部达 17m。河床两侧均有基岩礁滩裸露，左岸 宽 10m，右岸宽 40-70m 。 左岸地形整齐，山体宽厚。右岸受冲沟切割，地形完整程度稍逊于左岸。 两岸山顶高程 600m，岸坡坡度 32-42，残坡积物厚 0.5-2m，局部厚 8- 25m。 三、地层岩性 坝址上游地层为三叠系下统罗楼组，以薄层、中厚层硅质泥板岩、硅质泥 质灰岩为主，夹少量粉砂岩互层岩组。坝址及其下游出露地层为三叠系中统板 纳组，由厚层钙质砂岩、粉砂岩、泥板岩互层组成，属坚硬和中坚硬岩石。 地下洞室布置区是坝区地质条件相对较好的地段之一，90%95%以上的洞 体位于质量较好和中等的、类围岩内，围岩地层为板纳组；岩性以砂岩为 H 江碾压混凝土重力坝设计 16 主，或为砂岩、泥板岩互层岩组， 岩石强度较高。进水口边坡蠕变岩体自然现 状稳定，只要开挖后采取一定的工程措施，边坡整体稳定。 四、地质构造 坝址岩层为单斜构造，走向 N520W，与河流向夹角约为 70，倾向 NE（下游偏左岸） ，倾角 55063。坝址下游岩层倾角逐步变缓至约 40左 右。断层依其走向，主要可分为四组。 第一组：产状 N520W,，以层间错动为主，多达 200 余条，80%以上 的破碎