挡水坝毕业设计

1 / 27 挡水坝毕业设计 本科生课程设计任务书 2016 2016 学年夏季学期 学院 课程设计名称： 水工建筑物课程设计 设计题目： 温泉水库枢纽 挡水坝初步设计 完成期限：自 2016 年 7 月 15 日至 2016 年 7 月 26 日，共 2 周 1枢纽概况 本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成 6000070000m2 面积的水域，蓄水 30 万 m3，可以在一定程度上减少流域内 的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边植物生长条件。同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。水库枢纽主要建筑物有挡水坝、溢洪道、引水管等。 2. 设计要求 根据所给资料进行枢纽工程设计，要进行设计构思、方案论证、计算分析、编制工程图、编制毕业设计说明书等。各阶段要求详见课程设计指导书。 3. 设计内容 枢纽布置，包括枢纽方案选择，大坝的平面布置。 挡水坝的剖面和构造设计 2 / 27 挡水坝的渗流设计 挡水坝的稳定设计 4. 设计成果及要求 计算说明书一份，字数不应少于 1 万字。 CAD 绘制 A2 号图纸一张：在地形图上绘制枢纽平面布置图，在地质剖面图上绘制下游立视图，交电子版图纸。 手绘 1 号图纸一张：大坝典型剖面图，细部结构图23个，比例尺自定。 5主要参考文献 碾压式土石坝设计规范 . 北京：中国水利水电出版社， 2002 林继镛主编 . 水工建筑物 . 北京：中国水利水电出版社， XX 指导教师： 系主任： 批准日期： 2016 年 6月 25日 目录 1 设 计 基 本 资料 . 3 1 1 枢 纽 概3 / 27 况 . 3 1 2 流 域 概况 . 3 1 3 枢 纽 任 务 和 规 划 数据 . 3 1 3 1 特 征 水位 . 3 1 3 2 防 洪 标 准 与 安 全 泄量 . 3 1 4 自 然 条件 . 4 4 / 27 1 4 1 地形 . 4 1 4 2 地质 . 4 1 4 3 水 文 气象 . 5 1 5 建 筑 材料 . 6 1 6 其 它 资料 . 7 1 6 1 外 来 材料 .5 / 27 . 7 1 6 2 交通 . 7 1 6 3 施 工 动 力 、 劳 动 力 情况 . 7 2 枢 纽 布置 . 7 2 1 工 程 等 别 及 建 筑 物 级别 . 7 2 1 1 水 库 枢 纽 建 筑 物 组成 . 8 2 1 2 工 程 规模 .6 / 27 . 8 2 2 坝 址 及 坝 型 的 选择 . 9 2 2 1 坝 址 的 选择 . 9 2 2 2 坝 型 选择 . 9 2 2 3 泄 水 建 筑 物 型 式 的 选择 . 9 2 3 枢 纽 建 筑 物 的 平 面 布置 . 10 3 坝 工 设7 / 27 计 . 10 3 1 坝 型 选择 . 10 3 2 坝 体 断 面 设计 . 11 3 2 1 坝 顶 宽度 . 11 3 2 2 坝 底 高程 . 11 3 2 3 坝 坡 与 马道 .8 / 27 . 11 3 2 4 坝 顶 高程 . 12 3 2 5 防 渗 设施 . 16 3 2 6 排 水 设施 . 17 4 挡 水 坝 渗 流 计算 . 18 4 1 单 宽 渗 流 量 计算 . 18 4 2 总 渗 流 量 计9 / 27 算 . 26 5 稳 定 计算 . 25 5 1 基 本 原 理 与 计 算 方法 . 25 5 2 安 全 系 数 试算 . 26 1设计基本资料 1 1 枢纽概况 本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成 6000070000m2 面积的水域，蓄水 30 万 m3，可以在一定程度上减少流域内的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边植物生长条件。同时为农业灌溉和生活用水提供补充10 / 27 水源。水库枢纽主要建筑物有挡水坝、溢洪道、引水管等。 1 2 流域概况 白家疃沟发源于京郊香山北麓，自南而北流经海淀区温泉镇，为温榆河水系之南沙河的支流，流域面积。 拟建的温泉水库坝址 位于温泉镇白家疃村南、白家疃沟出山口的河道狭窄处。距温颐公路约，有简易公路相通。工程区距中关村科技开发区约 15km，距上地科技园区约10km，距颐和园亦仅 13km，水库上游及下游均有密集的住宅区。坝址以上主沟长，流域面积，沟底平均坡降 %。 1 3 枢纽任务和规划数据 本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成 6000070000m2 面积的水域，蓄水 30 万 m3，可以在一定程度上减少流域内的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边 植物生长条件。同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。 水利枢纽经过可行性研究，提出如下参数作为建筑物设计依据。 1 3 1 特征水位 注：下游无水 1 3 2 防洪标准与安全泄量 考虑到工程特点及工程区下游现状和未来的发展，11 / 27 设计洪水标准为 50年一 遇，校核洪水标准为 200年一遇。 1 4 自然条件 1 4 1 地形 工程区位于九龙山 碧云寺向斜东北翼。在微地貌上处于山前过渡区，相对高度 20100m。库 区左岸为冲积 洪积堆积阶地，阶面由北向南逐渐抬升，高程自左坝头至库尾由 100m递升至 120m，平均坡比。库盘区为河漫滩。 坝址位于沟口河道狭窄处，沟底河道宽约 35m，高程。 1 4 2 地质 水库区工程地质条件 水库区为一由西北方向向东南方向渐扩的扇形谷地，北、东、南三面环山，相对高差 2080m，西面为山前堆积阶地，相对高差 1015m。 库区内第四纪冲积 洪积层广为分布，厚度在 15m以上，水库的北、东、南三面及库盆下，基岩均为石炭 二叠系 或二叠系地层，透水性弱。西面广泛分布的洪积碎石层，以及坝下沉积的粉质粘土、漂石夹粉质粘土层，是未来渗漏的主要设防地段，也是影响大坝安全的主要因素。淹没损失小，无浸没及大的库岸稳定和淤积问题。 在地质构造上，处于九龙山 碧云寺向斜东北翼端部的转折端。基岩内节理、裂隙发育，但未发现较大规模12 / 27 断裂构造，区域稳定性好。 基岩中分布有裂隙潜水。第四系松散层中有孔隙潜水，水面埋深 ，其补给来源为大气降水及山区基岩裂隙水，其排泄流向基本上与河道流向一致。 坝址工程地质条件 坝址区呈“ U”形河谷，谷底宽约 35m，高程。上部宽约 120m，主河道由南向北流经库区后，改向为由南东向北西方向穿过坝址。谷底沉积有深达的第四系沉积层。左坝头亦为山前冲积 洪积阶地沉积物。右坝头为古生代二叠纪板岩，其产状为倾向南，倾角 50?。未发现较大规 模断裂构造。 板岩为黄绿色，主要成分为粘土矿物，含白云母、绢云母和绿泥石等变质矿物，节理、板理发育，裂隙面上有氧化铁薄膜，裂隙中有红色粘土充填。露头岩石呈强风化。 经分析和钻探资料证实，坝基覆盖层下基岩亦为板岩。 坝基覆盖层表层为卵砾石，向下依次为碎石、漂石、粉土层等，其中的孔隙潜水水面埋深。岩性在水平方向和垂直方向均存在明显的交替、穿插，透水性变化较大。 对分布于坝基和左坝头的覆盖层，需采取可靠有效的防渗措施，方能确保大坝安全和水库的正常运转。 1 4 3 水文气象 13 / 27 流域内无水文测站和气象站。可参照借鉴的颐和东闸站和昌平站，至水库的直线距离分别为 12km和 20km。 河流水文特性： 白家疃沟为间歇性河流，除遇较大降雨时沟中有径流外，一般均为干沟。根据北 京市山区水文资料，流域多年平均降水量 640mm，多年平均径流深为 240mm。代表性水文年的年径流量如表 1-3所列。 洪水： 历史资料说明，洪水多发生在 78 月，洪水过程多为单峰型，一次洪水历时不超过 15h。设计洪水过程线见表1-4。 库水位与面积、库容关系见表 1-5。 第二节挡水坝剖面设计 一、挡水坝剖面初步拟定 本次设计挡水坝剖面主要对挡水坝的最大剖面进行拟定，并进行稳定和强度校核，应用计算机确定挡水坝的最优断面，以下为手算部分。 坝基高程设计 确定最大剖面的位臵，首先要知道清基后坝基的最低点位臵，地基的处理根据混凝土重力坝设计规范。 1、坝基设计原则 一般规定，砼重力坝的基础经处理应满足下列要求： 14 / 27 具有足够的强度，以承受坝体的压力； 具有足够的整体性和均匀性，以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷； 具有足够的抗渗性，以满足渗透稳定，控制渗流量； 具有足够的耐久性，以防止岩体性质在水的长期作用下发生恶化。 2、坝基开挖 砼重力坝的建基应根据 大坝稳定、坝基应力、岩体物理力学性质、岩土类别、基础变形和稳定性，上部结构对基础的要求、基础加固处理效果及施工工艺、工期和费用等经技术经济比较确定，原则上应考虑技术加固处理后，在满足坝的强度和稳定的基础上，减少开挖。 坝高超过 100m时，可建在新鲜、微风化或弱风化下部的基岩上。 重力坝的基坑形状应根据地形地质条件及上部结构的要求确定，坝段的基面上下游高差不宜过大，并略向上游倾斜，若基础面高差过大或向下游倾斜时，应开挖成带钝角的大台阶状，台阶的高差与砼浇筑块的尺寸和分缝的位臵相协调，并和坝址处的坝体砼厚度相适应。对地形悬殊部位的坝体应调整坝段的分缝。 基础中存在的局部工程地质缺陷，例如表层夹泥裂缝、强风化区、断层破碎带、节理密集带及岩溶充填物等均应结合基础开挖予以挖除。 3、坝基高程拟定 15 / 27 由水库坝轴线工程地质剖面图量得，河床高程在 137m左右，标准洪 水位为，地基开挖时河床上的冲积砂夹石层、冲积粘土夹碎石层必须清除，所以开挖应按 100m 以上坝高标准要求考虑。由图上量的电站坝段最低建基面高程为126m。 坝高拟定 1、超高值 h的计算 基本公式 坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，可由式计算，应选择两者中防浪墙较高者作为选定高程。 h = 2hl + hz + hc h 防浪墙顶与正常蓄水位或校核洪水位的高差m； h% 波浪高度 m； hz 波浪中心线至正常蓄水位或校和洪水位的高差 m； h c 安全超高按表 3 1 采用 ,对于一级工程设计情况 hc，特殊组合 hc。 表 3 1坝的安全加高 hc 必须注意，在计算 h 和 hz 时，正常蓄水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。正常蓄水位时，采用重现期为50年的年最大风速；校核洪水位时，采用多年平均最大风速。坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算： 坝顶高程 =正常蓄水位 + h 正 坝顶高程 =校核洪水16 / 27 位 + h 校 式中， h 正、 h校分别为计算的 坝顶据正常蓄水位和校核洪水位的高度。由于正常蓄水位和校核洪水在计算坝顶超出静水位 h 时， 所采用的风速计算值及安全超高值不一样，所以在决定坝顶高程时，应按正常蓄水情况和校核洪水情况分别求出坝顶高程，但坝顶高程应高于校核水位。 首先计算波浪高度 2hl 和波浪长度 2LI 和波浪中心线超出静水面的高度 hz。 正常蓄水位时 h计算 风速采用 50年一遇的风速，取为多年平均最大风速的倍，即： 风速 V= 43m/s，吹程 D=3km。 各波浪要素计算如下： 波高 2hl= V5/4 D1/3= 435/4 31/3=波长 2Ll= = = ho=4 hl2/2Ll= 规范规定应采用累计频率为 1%时的波高，对应于 5%波高，应乘以；对应于 10%波高，应乘以； V 计算风速，设计情况采用 50年一遇 ,风速取为多年平均最大风速的倍，校核情况采用多年平均最高风速； D 吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线17 / 27 距离； hz = ho= hc = h = 2hl + hz + hc=+= 校核洪 水位时 h计算 风速采用多年平均风速，即： V=/s,D=3km。各波浪要素计算如下： 2hl= V5/4 D1/3 = /4 31/3= 2Ll= = = ho=4 hl2/2Ll= 所以； hz = ho= = h = 2hl + hz + hc=+= 2、坝顶高程计算 根据以上两种水位时 h计算结果，得出两种状况下坝顶高程。 正常蓄水位时的坝顶高程： 坝顶 =正常蓄水位 + h =+= 校核洪水位时的 坝顶高程： 坝顶 =校核洪水位 +h =+= m 为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值坝顶，当坝顶设臵有与坝体连成整体的防浪墙时，可降低坝顶的高程，所以取坝顶高程为 228m。建基面最低开挖高程为 126m，则最大坝高为 102m，属于高坝。 剖面尺寸拟定 根据规范 DL5108-1999，常态混凝土实体重力坝非溢流坝段的上游面可为铅直面，斜面或折面。上游坝坡宜采用18 / 27 n 0 ，取 n；当设臵纵缝时，应考虑其对纵缝灌浆前施工期坝体应力的影响，坝坡不宜太缓，采用折面时， 折坡点高程应结合坝内发电进水管，泄水孔建筑物的进水口一并考虑，下游坝坡可采用一个或几个坡段，并根据稳定和应力要求，结合上游坝坡同时选择，下游坝坡宜采用 m ，取 m；对横缝设有键槽进行灌浆的整体重力坝，坝坡可适当变陡。 根据水工建筑物，有时为了同时满足稳定和强度坝体抗滑稳定要求，同时也避免施工期下游面产生拉应力，折坡起点高度应结合引水管、泄水孔的进口布臵等通过优化设计确定，一般的为坝前最大水头的 1/2 1/3。 上游设臵成折面可利用淤沙增加坝体自重，折点设臵在淤沙水位以上， 由资料可知，五十年坝前淤沙高程为，由于死水位为180m，折点取在高程为 181m 的位臵。上游坝坡取 1：，下游坝坡取 1：。 坝顶宽度拟定 坝顶宽度应根据设备布臵、运行、检修、施工和交通等需要确定并应满足抗震，特大洪水时维护等要求。在严寒地区，当冰压力很大时，还要核算段面的强度。 非溢流坝段的坝顶宽度可根据要求确定，必要时可在坝的上、下游面加做悬臂结构，增加坝顶宽度，常态混凝土坝顶最小宽度为 3m，为了满足施工要求，大中型工程不低19 / 27 于 10 15m，本工程取坝顶宽度为 12m。扣除上游防浪 墙厚度、下游侧护栏和排水沟槽，坝顶路面宽度为 10m。因为两岸没有 交通要求， 10m宽路面能满足大坝维修作业通行需要。 基础灌浆廊道尺寸拟定 高中坝内必须设臵基础灌浆廊道，兼作灌浆、排水和检查之用。 基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据浇灌机具尺寸即工作要求确定，宽度可取，高度可取，为了保证完成其功能且可以自由通行的尺寸，本次设计基础灌浆廊道断面取，形状采用城门洞型。 廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面倍作用水头、且不小于 4 5m，本次设计取，为满足 压力灌浆，基础灌浆廊道距基底为 4 5m，取 5m。挡水坝段剖面拟定见下图： 1： 摘 要 在我们这个蓝色的星球上只有不到百分之三的水是淡水，其中不足百分之三十三的水是流动水，有一半以上都建了水坝，水坝对人类发展作出了重大的贡献，水坝的效益是可观的同时也给环境和社会和经济带造成了效益之外的影响，随着人们经验的积累水坝的绩效和影响开始成为人们关注的对象，水坝则是人们管理利用和分配水资源的一种手20 / 27 段。水坝建设的作用不是单一的，除了防洪、灌溉、航运、旅游、水产养殖等等之外，最主要是 供水和发电。通过建坝蓄水，达到控制洪水并将其转化为可利用的水资源是现代水坝的重要作用之一。坝体堆石常见的自然灾害就是滑坡，滑坡是在一定的地形、地质条件下的边坡，由于外界因素的变化，破坏了原有的力学平衡条件，使边坡上的不稳定体在自重或其他荷载的共同作用下，沿着一定的相对软弱面作整体的、缓慢的、间歇性的有时甚至是突发性的向下滑动的不良地质现象。因此，开展研究抗滑稳定分析工作具有重要的实践价值和学术意义，具有很高的的经济效益和社会效益。 本文通过分析钢筋混凝土面板混合坝方案和沥青混凝土面板混合坝方案的 不同剖面的挡土墙后受力情况，计算出挡土墙后不同位置的最大土压力，并依此来分析挡土墙的抗滑抗倾覆稳定性，同时选择不同的摩擦角进行对比性计算校核，对未达到安全标准的剖面提出相应的加固措施。 通过计算表明，选取的各个剖面中，除了一个剖面未达到安全标准外，其余均符合安全标准，对未达到安全标准的剖面采用锚索加固或者适当加大挡土墙尺寸。 关键词：混合坝， 土压力， 库伦理论， 稳定分析， 剖面 Gravity retaining wall and the stability of foundation 21 / 27 Abstract In our blue planet, less than 3 percent of the water is fresh water, 33 percent less than the flow of water is water, more than half of the dams are built, the dam of human development has made a significant contribution to the effectiveness of the dam is also significant to the environment and social and economic benefits created with the impact of outside, as people experience the performance and impact of dams has become the object of attention, the dam is the use of people management and a means of distribution of water resources. The role of dam construction is not a single, in addition to flood control, irrigation, shipping, tourism, aquaculture, etc., the most important thing is the water supply and power generation. Water through the dams to flood control and into the availability of water resources is the modern one of the important role of the dam. Rockfill dam is a common natural disasters landslides, landslide topography in certain geological conditions of the 22 / 27 slope, due to changes in external factors, damage to the mechanical balance of the original conditions for the body of slope instability in the self or other, under the combined effect of load along a surface as a whole is relatively weak and slow, intermittent and sometimes the down sliding of sudden adverse geological phenomena. Therefore, anti-slide stability analysis of research work has important practical value and academic significance, with high economic and social benefits. In this paper, through the analysis of reinforced concrete panels mixed asphalt concrete dam and dam program mixed panel of different profiles after the retaining wall by the force, calculated after the retaining wall at different positions of the largest earth pressure, and so to analyze the retaining wall stability against sli