河章谷水利枢纽毕业设计终稿.doc

目录目录 摘要：摘要：.i 第一章第一章 基本资料基本资料 .1 1.1 流域及枢纽任务概况.1 1.2 水文气象资料.1 1.2.1 河流特性 .1 1.2.3 河流泥沙情况 .3 1.2.4 其它 .3 1.3 地形地质情况.3 1.4 工程材料、交通运输及劳动力供应情况.4 1.4.1 当地材料 .4 1.4.2 交通运输及劳动力及机械供应条件.4 第二章第二章 坝型选择与主要建筑物的选择坝型选择与主要建筑物的选择.5 2.1 基础数据.5 2.2 工程等别.5 2.3 坝基的力学参数.6 2.4 水文条件.6 2.4.1 淤积高程的确定.6 2.4.2 死水位及死库容的确定.6 2.5 气象数据.8 2.6 枢纽总布置.8 2.7 坝址选择.8 第三章第三章 非溢流坝设计非溢流坝设计.9 3.1 剖面设计.9 3.1.2 坝顶宽度 .12 3.1.3 坝底宽度 .12 3.1.4 坝面坡度 .12 3.2 抗滑稳定及坝基面应力分析 .13 3.2.1 荷载组合及计算.13 3.2.2 上下游坝面应力计算.19 第四章第四章 溢流坝剖面设计溢流坝剖面设计 .26 4.1 泄水方式的选择.26 4.2 孔口净宽的拟定.26 4.3 求溢流坝段净宽 l0.27 4.4 求堰上水头 h0.27 4.5 堰型的确定.27 第五章第五章 消能防冲设计消能防冲设计.30 5.1 消能形式及其比较.30 5.2 洪水标准和相关参数的选定 .31 5.3 反弧半径的确定.31 5.4 坎顶水深的确定.32 5.5 水舌抛距计算.33 5.6 最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度 .34 第六章第六章 泄水孔的设计泄水孔的设计.36 6.1 有压泄水孔的设计.36 6.1.1 孔径 d 的拟定.36 6.1.2 进水口体形设计.36 6.1.3 闸门与门槽 .36 6.2 泄水口断面设计.38 6.2.1 渐宽段 .38 6.2.2 出水口 .38 6.2.3 通气孔和平压管.38 第七章第七章 坝体细部构造设计坝体细部构造设计.39 7.1 坝顶构造.39 7.1.1 非溢流坝 .39 7.1.2 溢流坝 .39 7.1.3 闸门的布置 .39 7.1.4 闸墩 .39 7.1.5 导水墙 .40 7.2 坝体分缝设计.40 7.2.1 横缝 .40 7.2.2 水平施工缝 .41 7.3 止水设计.41 7.4 廊道设计.41 7.4.1 基础廊道 .41 7.4.2 坝体廊道 .41 7.5 坝体防渗与排水.41 7.5.1 坝体防渗 .41 7.5.2 坝体排水 .42 7.6 坝体混凝土的强度等级.42 附表：枢纽的技术指标和图例附表：枢纽的技术指标和图例.44 附表 1 枢纽的主要技术指标.44 附图 1 非溢流坝剖面设计计算 .45 附图 2 非溢流坝剖面设计计算 .46 附图 3 非溢流坝剖面设计计算 .47 附图 4 枢纽工程的布置平面图 .48 附图 5 枢纽工程的下游立面图 .49 参考文献参考文献.50 致谢致谢.51 毕业论文承诺书毕业论文承诺书 .52 i 春河章谷水利枢纽重力坝设计 指导老师 田奥 信息与工程技术学院 农业水利工程 蒲蛟 摘要：摘要： 本设计对春河章谷水利枢纽进行了详细的论述和设计，包括了设计说明书和计算说 明书两部分。 设计说明书主要包括：春河章谷流域状况，坝型选择与主要建筑物的选择，挡水建 筑物的设计，泄水建筑物的设计。 枢枢纽以防洪和发电为主，本枢纽属于中型等工程，永久性建筑物为 3 级，按规 范要求，采用 50 年一遇洪水设计，500 一遇洪水校核。水库正常蓄水位 1300.58m，设计 洪水位 1305.31m。其主要建筑物有：非溢流坝、溢流坝、泄水建筑物、消能设施等。 关键词：水利枢纽；设计；重力坝 ii the gravity dam design of zhang valley on spring river tutor tianao information and engineering technology college agriculture hydraulic engineering pujiao abstract the designs of zhang valley water control project for spring river are discussed in detail and design, including the design specification and calculation instruction in two parts. the design specification mainly includes: spring river zhang valley basin condition, main buildings dam type selection and selection of the design of buildings, retaining water discharge water, the design of buildings. atlas of flood control and power hub is given priority to, this dam project belongs to medium-sized permanent buildings is 3 classes, according to standard requirement, the design flood happen 50 years in a flood, 500 dynamic rigidity. the reservoir 1300.58 m, normal impoundment level of design flood 1305.31. and its main building has: the overflow, overflow and discharging water buildings, energy facilities, etc. keywords: hydro project；design；gravity dam 1 第一章第一章 基本资料基本资料 1.1 流域及枢纽任务概况流域及枢纽任务概况 春河属于山区河道，流域内多高山峡谷，平原范围甚小，章谷以上河床平均坡度为 1/600，以下平均坡度为 1/1000，坡陡流急，暴雨急流时间甚短，每逢暴雨，山洪暴发， 易泛滥成灾，下游农田受到洪水威胁，流域内山区占 70，垦地占 30。 本流域内除粮食外，还出产棉花、桐油、木耳、药材等，上游以发现铜、银、锌、铅、 铁等矿很多，但目前尚未得到开发，春河本身虽流量不大，但因地势关系，水流遄急，蕴 藏着丰富的水力资源。 春河滩多流急，航行不便，故暂可不考虑航运问题。春河左岸有公路干线通过，交通 较便，右岸则仅有山区小道。 本枢纽位于春河上游山区，坝址选定在张谷，主要任务是防洪发电。发电尾水可供下 游农田灌溉，规划中仅在章谷以下 120km 处兴建壅水枢纽引水灌溉。 规划部门根据满足各水利专业部门的需要，提出了下列数据，可作为设计水工建筑物 的依据： 水电站正常高水位 1300.58m 最有利工作深度 41m 汛前水位 1287m 水库最高水位不得超过 1305.31m 设计泄水时下游安全泄量 807m3/s 校核洪水时下游安全泄量 956m3/s 电站装机容量 45000kw 机组数目 7 台 电站最大引用流量 140m/s 水轮机型式 hl-220-lh-250 1.2 水文气象资料水文气象资料 1.2.1 河流特性 2 降雨为形成春河洪水的原因,本流域水灾多由暴雨产生。洪水一般出现在 710 月份， 因坡陡流急，洪峰涨落时间很短，一般为 23 天。 表 1-1 各种频率下的最大洪峰流量（m/s） 频率 （%） 0.010.10.512510 夏秋季 1110902770730675600540 冬春季 350330285 表 1-2 实测洪峰过程（m/s） 时间（h） 04812162024283236 流量（m/s) 3540108216486597512436373310 时间（h） 404448525660646872 流量（m/s) 2481931561168863534031 表 1-3 实测月平均流量（m/s） 月份 123456789101112 流量 （m/s) 252432601801911831401701353522 表 1-4 多年平均降雨量（mm） 月份 项目 123456 多年平均 降雨量（mm） 10.734.244.156.9135165 多年平均 降雨日数（d） 58.68.68.29.87.4 月份 项目 789101112 多年平均 降雨量（mm） 191.618190.495.954.417.1 多年平均 降雨日数（d） 1211.410.61110.85.4 最多雨量发生在 1952 年，共计 201mm，最少雨量发生在 1954 年，只有 37mm。一 日最大雨量达 196mm。 1.2.2 气温情况 3 本流域气候温和，年平均温度约为 17，最低月平均温度为 4.6，极少冰冻现象， 最高月平均温度不超过 50，故夏季亦不太热，一年四季都可以施工。 表 1-5 每月的气温变化（）： 月份 123456789101112 月平均温度 4.661217.123.425.528.529.223.115.111.88 最高温度 20.121.829.535.638.140.24036.836.532.122.119.7 最低温度 -9.5-9-3.1-3.15.111.616.111.79.93-6-9.3 表中所示温度皆以摄氏度表示。 1.2.3 河流泥沙情况 泥沙大部分是页岩风化的产物，颗粒很细。据资料统计，该工程多年平均输沙量为 3.57wt， ，查得淤沙的饱和容重为 19.5kn/m3。在预留淤沙库容时，水土保持有效年限估计为 30 年。 1.2.4 其它 本地区多年平均最大风速为 14m/s，设计情况计算风速 21m/s，校核情况风速 14m/s，吹程为 1km。 1.3 地形地质情况地形地质情况 张谷坝址右岸高山重叠，交通不便。左岸地势较平坦，小丘陵绵延。在张谷上游地 形开阔，可以蓄水，容纳水量很多。张谷是一个峡谷，两岸悬崖陡壁，十分险要，河岸 狭窄，宽仅一百余米，是理想的筑坝地点。 坝址地质为青灰色的石灰岩，为整体岩石，石质坚硬。右岸山岗覆有薄层黄土。 在甲坝轴线上，右岸山岗沙壤土覆盖层最厚的为 5m，岩石风化厚度为 3m。左岸岩石露 头，节理不多，风化层有 3m 米多厚。 在乙坝轴线上，右岸山岗沙壤土覆盖层较厚，最后的达 18m。风化岩石最厚的达 7m。左岸山头亦有沙壤土覆盖。 经过调查研究，已查明坝址附近无断层。坝址基础石英岩的抗压强度为 1000 1200kg/cm2，摩擦系数为 0.65。抗剪断摩擦系数为 1.1 ，抗剪断凝聚力为 1.2mpa。 4 本地区曾发生过轻微地震，据分析地震烈度为 4 级。 1.4 工程材料、交通运输及劳动力供应情况工程材料、交通运输及劳动力供应情况 1.4.1 当地材料 石料 距坝址上游一公里处，两岸石英岩及页岩可大量开采，而且石质良好。 在 25 次冻融之后，抗压强度为 900kg/cm2。 砂料 距坝址上游 3km 处，滩地有坚硬的砾石和粗砂，蕴藏量约有 40 万 m3，砂为 石英颗粒，是风化产物。 土料 距坝址上游 5km 处有粘壤土，蕴藏量约为 20 万 m3，其内摩擦角为 20 (饱和的) ，天然干容重 =1.6t/m3，渗透系数值为 410-7cm/s。 木材 可自距坝址 15 公里的深山内取得。 1.4.2 交通运输及劳动力及机械供应条件 目前主要交通运输靠公路干线，公路干线距坝址左岸约 2km。水泥钢材可由公路自 离坝址 60km 处的甲城运来。 附近无施工动力，机械可由甲城供应。普通工人当地可以供应三万人，技术工人可 由甲城调来。 5 第二章第二章 坝型选择与主要建筑物的选择坝型选择与主要建筑物的选择 2.1 基础数据基础数据 由图 2-1 下游水位流量关系曲线可知当流量为零时，水位为 1253m，即河床高程为 1253 m。假设向下开挖地基 3 m，则坝基面高程为 1253-3=1250 m。 图 2-1 2.2 工程等别工程等别 经查表（课本 p10 表 1-1） ，由水库总库容为 1490 万 m3(0.149 亿 m3)可判断该工程为 中型级工程；由灌溉面积 6.28 万亩可判断该工程为中型级工程；由电站装机容量为 下游水位流量关系曲线 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 125212541256125812601262 水位(m) 流量(m3/s) 流量（m3/s） 6 2250=500kw1 万 kw 可判断为小（2）型级工程。对于综合利用的水利水电工程，其 工程等别应按其中最高等别确定，所以该工程为中型级工程。 我们所设计的建筑物为大坝，属永久性水工建筑物，查表（课本 p10 表 1-2）可得 该大坝属于 3 级主要建筑物，再查表（课本 p11 表 1-3）可得该水工建筑物的结构安全级 别为级。 2.3 坝基的力学参数坝基的力学参数 由于岩体较完整，有一定强度，抗滑、抗变形性能受结构面和岩石强度控制，可根 据表 1-4（混凝土重力坝设计规范坝基岩体工程地质分类及岩体力学系数表）判断该 坝基岩体的工程地质分类为中硬岩等。从而根据规范可查得混凝土与坝基接触面的抗 剪断参数为：，抗剪参数为：。 1.10 0.90,1.10 0.70()fcmpa0.65 0.55f 2.4 水文条件水文条件 本枢纽属于中型等工程，永久性建筑物为 3 级，按规范要求，采用 50 年一遇洪水 设计，500 一遇洪水校核。 2.4.1 淤积高程的确定 该工程多年平均输沙量为 3.57 万吨，本工程考虑正常运行期为 30 年，查得淤沙的饱 和容重为 19.5kn/m3,则淤积库容为： 4 3.57 1030 9.8 53.8m 19.5 m v r 3 万 由图 1-2 查得相对应的淤积高程为 1265m,淤沙高度为 1265-1250=15m,由于淤积库 容相对于总库容很小，故可不设排沙系统。 2.4.2 死水位及死库容的确定 在满足一定生态要求的条件下，死水位越低死库容越小，兴利库容越大，经济效益 7 越高，所以一般死水位取略高于淤积高程，即取 1270m。 查图 2-2 可得对应的死库容为 108.99 万 m3，兴利库容=正常蓄水位以下库容-死库容 =1188.99-108.99=1080 万 m3 图 2-2 因此可得下表： 表 2-1 特征水位 上游水位 （m） 下游水位 （m） 库容（万 m3） 溢流坝泄量 （m3/s） 校核洪水位1304.341258.141490965 设计洪水位1303.431257.261413807 正常蓄水位1300.581188.99 死水位1270108.99 水位库容关系曲线 0 500 1000 1500 2000 2500 1260128013001320 高程（m） 库容（万m3） 系列1 8 2.5 气象数据气象数据 本地区多年平均最大风速为 14m/s，设计情况计算风速 21m/s，校核情况风速 14m/s，吹程为 1km。 2.6 枢纽总布置枢纽总布置 根据对地形、地质、天然建筑材料等因素的考虑，本工程选用混凝土重力坝方案。 重力坝由溢流坝段和非溢流坝段组成。 2.7 坝址选择坝址选择 经地质勘查和流域资料分析，坝址选在平直峡谷段(长 1.0km)的出口处，坝轴线长度 (两岸等高线 1310.0m 间的距离)540.0m，左岸平均坡度 1：0.5，右岸平均坡度 1：0.45， 下游 500m 开始右岸有 1.5km2平地。 9 第三章第三章 非溢流坝设计非溢流坝设计 3.1 剖面设计剖面设计 3.1.1 坝顶高程的确定 （1）波浪要素按官厅水库公式计算： （m） ； 5/41/3 0 0.00166 l hvd （m） ； 0.8 10.4 l lh （m） ；（一般峡谷水库因，所以：） ； 2 2 coth l z hh h ll 2 l h 2 l z h h l lzc hhhh 其中： 为计算风速，m/s。正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应季节 50 年重现期最 0 v 大风速，校核洪水位时宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值。 吹程，m；d 波长，m；l 波浪高度，m； l h 波浪中心线高于静水位的高度，m； z h 坝前水深，m；h 超高，m； h 安全加高（根据建筑物的安全级别可查表 2-1，课本 p34，由于该工程的结构 c h 安全级别为级，故查得，） 。0.5 c h 设 0.4 c h 校 （2）max(hh ) 设校 防浪墙顶高程正常蓄水位+，校核洪水位+ 其中： 正常蓄水位基本荷载组合作用下需要的超高；h 设 10 校核洪水位时需要的超高。h 校 计算过程如下： 1、在正常蓄水位中： 5/41/3 0 5/41/3 0.00166 0.00166 211000 0.746 l hvd 设设 取0.75 l h 设 0.8 0.8 10.4 10.4 0.75 8.226 l lh 设设 （） 取0.823l 设 2 2 2 coth 3.14 0.752 3.14 (1300.58 1253) coth 8.238.23 0.21 l z hh h ll 设设 设 设设 则，在正常蓄水位时，超高为： 0.750.21 0.5 1.46 lzc hhhh 设 设设设 则在正常蓄水位的情况下： 防浪墙高程为=水位高程+超高=1300.58+1.46=1302.04m 2、再校核蓄水位中： 11 5/41/3 0 5/41/3 0.00166 0.00166 141000 0.449 l hvd 校校 取0.45 l h 校 0.8 0.8 10.4 10.4 0.449 5.487 l lh 校校 （） 取5.49l 校 2 2 2 coth 3.14 0.452 3.14 (1304.34 1253) coth 5.495.