毕业设计说明书-B江水利枢纽工程设计.doc

水利水电工程专业毕业设计 1 目录 全套图纸加扣 3012250582 摘 要 5 ABSTRACT 6 1 综合说明 7 1 1 建设目的和依据 7 1 2 建设规模和综合利用效益 7 1 2 1 建设规模 7 1 2 2 综合利用效益 7 1 3 工程特性表 8 2 自然地理条件 10 2 1 地形条件 10 2 2 水文特征 10 2 3 工程地质条件 11 2 3 1 库区工程地质 11 2 3 2 坝址工程地质 11 2 4 气象 地震及其他 14 2 4 1 气象 地震 14 2 4 2 天然建筑材料 14 3 设计条件和设计依据 16 3 1 设计任务 16 3 2 设计依据 16 4 洪水调节计算 17 B 江水利枢纽工程毕业设计 2 4 1 洪水调洪演算 17 4 1 1 洪水调洪演算原理 17 4 1 2 洪水调洪演算方法 19 4 2 洪水标准分析 19 4 3 洪水建筑物的型式选择 19 4 4 调洪演算及泄水建筑物尺寸 孔口尺寸 堰顶高程 的确定 21 4 4 1 调洪演算过程 21 4 4 2 洪水过程线的模拟 21 4 4 3 计算公式 21 4 4 4 计算结果 22 4 4 5 方案选择 22 4 4 6 坝顶高程的确定 23 5 主要建筑物型式选择和枢纽布置 25 5 1 枢纽等别及主要建筑物的级别 25 5 2 坝型选择 25 5 2 1 拱坝 25 5 2 2 支墩坝 26 5 2 3 重力坝 26 5 2 4 土石坝 26 5 2 5 堆石坝 27 5 2 6 坝型选择 28 5 3 泄水建筑物 28 5 4 水电站建筑物 29 5 5 枢纽方案的综合说明 29 5 5 1 挡水建筑物 堆石坝 29 5 5 2 泄水建筑物 正槽溢洪道 29 5 5 3 水电站建筑物 29 6 第一主要建筑物设计 30 6 1 大坝的轮廓尺寸及防渗体设计 30 6 1 1 坝体组成 30 6 1 2 坝顶高程 30 6 1 3 坝顶宽度及 L 型挡墙设计 30 6 2 堆石料的设计 39 6 2 1 坝体分区 39 6 2 2 堆石料的填筑标准 41 6 3 坝坡稳定分析 42 6 3 1 稳定分析方法 42 6 3 2 计算原理 流程 分析 43 6 4 混凝土面板 底座设计 48 水利水电工程专业毕业设计 3 6 4 1 混凝土面板设计 48 6 4 2 底座设计 50 6 5 细部构造设计及地基处理 54 6 5 1 坝顶构造 54 6 5 2 分缝及止水 54 6 5 3 副坝设计 56 6 5 4 大坝基础处理 58 7 第二主要建筑物设计 60 7 1 引水渠段 60 7 2 控制堰段 61 7 2 1 溢流堰的断面型式 61 7 2 2 堰顶是否设闸门的比较 62 7 2 3 堰顶高程和孔口尺寸的选定及堰的平面布置 63 7 2 4 堰体 闸墩及其他结构布置 63 7 3 泄槽段 64 7 3 1 泄槽的纵剖面布置 64 7 3 2 泄槽的平面布置 65 7 3 3 泄槽的衬砌结构 65 7 3 4 消能段 66 8 工程量清单与概算编制 68 8 1 工程量清单 68 8 2 初步概算编制 69 8 2 1 编制内容 69 8 2 2 主要工程项目及概算总价 70 8 2 3 编制原则 依据及编制方法 70 8 2 4 基础单价 71 8 2 5 取费标准及税 费率 74 8 2 6 其他说明 75 8 2 7 附表 75 9 施工组织设计 76 9 1 基本资料 76 9 1 1 工程概况 76 9 1 2 施工条件 76 9 2 施工导流设计 80 9 2 1 导流标准 80 B 江水利枢纽工程毕业设计 4 9 2 2 导流方案选择 81 9 2 3 大坝施工分期 81 9 2 4 导流建筑物的设计 82 9 2 5 围堰 85 9 3 主体工程量 大坝 86 9 3 1 工程量计算方法 86 9 3 2 施工强度 86 9 3 3 施工机械及人员 87 9 4 堆石体施工 89 9 4 1 趾板 89 9 4 2 现浇混凝土保护层 90 9 4 3 挡浪墙 90 9 4 4 副坝 91 9 4 5 导流隧洞 91 9 4 6 溢洪道 91 9 4 7 混凝土工程机械选择 91 9 5 导流隧洞施工 92 9 5 1 基本资料 92 9 5 2 开挖方法选择 92 9 5 3 钻机爆破循环作业项目及机械设备的选择 92 9 6 施工交通运输道路布置 95 9 7 施工总进度 96 9 7 1 进度性计划编制步骤 96 9 7 2 进度计划编制原则 96 9 7 3 施工顺序安排 96 附录一 边坡稳定分析 98 附录二 导流隧洞循环作业图 110 附录三 施工进程横道图 111 参考文献 112 附件一 113 水利水电工程专业毕业设计 5 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 水利枢纽混凝土面板堆石坝高 53 5m 米 装机 6400KW 电站设计水头 174 米 多 年平均发电量为 1700 万 KWh 保证出力 1461KW 本电站装有两台 3200KW 机组 主坝长 204 米左右 上游边坡 1 1 5 下游边坡 1 1 52 本混凝土面板堆石坝的设计主要包括坝高 趾板 面板 溢洪道的设计以及 一些细节部分的设计 混凝土面板堆石坝其防渗结构为混凝土面板 趾板 防浪墙 水平缝 垂直 缝 帷幕的设计 施工 质量控制是该类坝型的技术关键 本次设计以一般为参 考 重点考虑边坡稳定分析及工程量计算及概算编制 同时 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 体现了本工程的科学性和规范性 B 江水利枢纽工程毕业设计 6 关键字 混凝土面板堆石坝 趾板 面板 溢洪道 副坝 Abstract This 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 53 5meters high membrane installation 6400 KW hydropower station design 174 meters of flood peaks Guarantee and exert oneself 1461KW equip with two 3200 KW units main dam 204 meters long and the slope at upriver is 1 1 5 the slope at downriver is 1 1 52 水利水电工程专业毕业设计 7 The design of concrete face rockfill dam mainly concludes height of dam anchoring of footwall the design of the slab the design of spillway and some other details Compound geotechnological concrete face rockfill dam whose prevention of concrete face concret face slab and wave wall periphery joint vertical joint curtain grouting Compound geotechnological design construction quality control of membrane the technological key of dam type The design s process above mentioned is referenced to the former design of rock fill dam in pay attention to every detail while 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 Keywords conrete face rockfill dam Plinth Panel spillway Secondary 1 综合说明明 1 1 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 建设规模和综合利用效益 1 2 1 建设规模 本电站装机 6400 保证出力 1461KW 厂房总面积为 31 5 15 7 B 江水利枢纽工程毕业设计 8 总库容 1950 万 m3 1 2 2 综合利用效益 1 2 2 1 发电 装机 6400KW 电站设计水头为 174m 多年平均发电量为 1700 104KWh 保 证出力为 1461KW 本电站装 2 台 3200KW 机组 正常蓄水位 276 5m 死水位 248 0m 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 5 15 7m2 其中主厂房宽 10 8m 主厂房内安装二台 HL110 WJ 76 配 SFW J3000 6 1480 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 5 27 25 m2 1 2 2 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 1 2 2 3 供水 供钟吕村及其下游村民生活用水 1 2 2 4 防洪 可减轻洪水时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 551 5m3 s 364 5 m3 s 分别削减为 328m3 s 210 m3 s 要求设计洪水最大下泄量限制为 240m3 s 1 2 2 5 渔业 水库蓄水后 正常蓄水位时水库面积 1 09km2 为发展养鱼等水产养殖业创 造了有利条件 1 3 工程特性表 表 1 1 工程特性表 主要特性内容数 量 流域面积 33 k 1 河流特性 坝址多年平均径流量 1 28 m3 s 水利水电工程专业毕业设计 9 多年平均总径流量4040 万 m3 千年一遇洪水洪峰流量 551 5 m3 s 五十年一遇洪水洪峰流量 364 5 m3 s 泥沙容重 1 3t m3 正常高水位 276 5m 兴利库容1966 0 万 m3 死水位 248 0m 死库容172 0 万 m3 设计洪水位 276 7m 拦洪库容2036 4 万 m3 校核洪水位 278 4m 2 水库特性 调洪库容2178 0 万 m3 设计洪水下泄量 210 m3 s 设计泄量下游水位 230 0m 校核洪水下泄量 328 m3 s 3 下泄流量及相应下 游水位 校核泄量下游水位 230 7m 防洪的设计洪水最大下泄量 240 m3 s 灌溉 上游灌溉面积增加 1 0 万亩 装机容量 6400KW 4 综合利用效益指标 渔业 正常蓄水位时水库面 积 1 09 km2 坝型混凝土面板堆石坝 坝顶高程 279 0m L 型挡墙顶高 280 2m 最大坝高 53 5m 坝顶长约 204m 坝顶宽 6m 上游边坡1 1 5 5 大坝特性 下游边坡1 1 52 型式正槽溢洪道 6 泄水建筑物 孔口宽度 10m B 江水利枢纽工程毕业设计 10 堰顶高程 272 0m 鼻坎高程 231 5m 孔口数目一个 闸门尺寸10 6 宽 高 闸墩宽度 2 0m 消能方式挑流消能 挑距 85 5m 冲坑20 1m 反弧半径 10m 挑角30 度 厂房尺寸 31 5 15 7m2 厂房型式地面式 发电机机台数2 台 水轮机安装高程 103m 水轮机型号 HL110 WJ 76 发电机型号 SFW J3000 6 1480 7 水电站 开关站面积 11 5m 27 25m 迁移人口384 人 8 其他 淹没统计455 亩 2 自然地理条件 2 1 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 33km2 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 水利水电工程专业毕业设计 11 2 2 水文特征 据水文资料推算 坝址处多年平均流量 1 28 m3 sec 多年平均总径流量 4040 万 m3 p 0 1 的洪峰流量为 551 5 m3 sec 三日洪量为 1596 万 m3 p 2 的 洪峰流量为 364 5 m3 sec 三日洪量为 965 万 m3 多年平均径流量 4040 万 m3 死水位 248 0m V死 172 0 万 m3 坝址多年平均流量 1 28 m3 sec 正常蓄水位 276 5m V正 1966 0 万 m3 多年平均降雨均值 2047 7mm 设计洪水位 276 7m 设计三天洪量 965 万 m3 p 2 校核洪水位 278 4 m V校 2178 0 万 m3 校核三天洪量 1596 万 m3 p 0 1 弧形门尺寸 10 6m 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 m3 估计水库 淤积年限与高程关系如下表 表 2 1 水库淤积年限与高程关系表 淤积年限 年 泥沙淤积量 万 m3 淤积高程 m 5011 05236 08 10022 1237 78 表 2 2 水库水位 库容关系曲线 水位 m 227 5236 08237 78248276278 11 库容 104m3 011 0522 1172 01910 02145 2 表 2 3 坝址水位 流量关系曲线 2 3 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 水位 m 227 5228 0228 5229 0229 5230 0230 5 流量 m3 s 06 028 966 77121 97196 05281 78 B 江水利枢纽工程毕业设计 12 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 2 3 2 1 地貌 坝址区属构造剥蚀低山地貌 山顶高程为 280 450m 坝区河床较宽 约 20 50m 为一 U 型河谷 两岸山坡不对称 左岸山体雄厚 山坡角 30 40 度 右岸山体较为单薄 山坡角 20 30 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 3 2 2 地层岩性 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 绿泥绢云母千枚岩 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 N40 60 E NW 38 60 变质砂岩 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 第四系松散堆积物主要为冲击砂卵石 漂石 厚 1 1 5m 分布于河床部位 残坡积壤土 碎块石土 厚 1 6m 分布于两岸山坡及冲沟部位 变质辉长岩 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 水利水电工程专业毕业设计 13 或岩脉产出 2 3 2 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 主要断层 F5 压扭性断层 产状 N35 NW 80 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 N40 E NW 66 宽 0 2 0 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 N55 E NW 55 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 N25 E NW 70 宽 0 08 0 1m 主要由碎裂岩组 成 见 0 5 1 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 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 N40 60 E NW 38 60 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 NW 30 50 W SW 或 NE 40 80 裂面光滑平整 见 Fe Mn 质浸染 间距一般 20cm 延伸较短 发育 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 N42 E 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 表 2 4 堆石材料试验参数表 组别 试验干密度 g cm3 C KPa KnRfGFD A2 104738 586800 350 820 460 201 5 水利水电工程专业毕业设计 15 B2 056037 726000 320 810 430 181 8 2 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 300 400m 相对高程 100 200m 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 隧洞围岩由绿绢云母千枚岩 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 16 40MPa 软化系数 0 63 0 93 属半坚硬 较软化 抗水性较差的片状 薄层状 岩体 2 4 气象 地震及其他 2 4 1 气象 地震 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 7mm 2 4 2 天然建筑材料 2 4 2 1 砂砾石料 坝址流域砂砾石料贫乏 但在江湾水和段莘水流域有梨苗场和古玩料场 距 大坝约 10 15km 有公路相通 运输方便 梨苗场 古玩料场均为砂卵 砾 石混合料 砂卵 砾 石储量丰富 质 量良好 满足工程要求 B 江水利枢纽工程毕业设计 16 2 4 2 2 堆石料 坝址附近广泛分布绿泥绢云母千枚岩 弱至微风化岩石 岩性较坚硬 力学 强度较高 质量较好 储量丰富 可作为大坝堆石料 坝址附近粘土很少 坝址上下游有一定的粘土分布 均为当地农民耕地 3 设计条件和设计依据 3 1 设计任务 在明确设计任务及对原始材料进行综合分析的基础上 要求 水利水电工程专业毕业设计 17 1 根据防要求 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 对泄水建筑物进行设计 选择泄槽方式 确定边墙高度 以及进行边墙 稳定计算 5 决定枢纽的施工导流方案 安排施工的控制性进度 3 2 设计依据 根据已有的地形 地质等资料 按照我国的现行水利水电工程的规范进行设 计 参考规范如下 1 中华人民共和国水利部 1998 混凝土面板堆石坝设计规范 SL228 98 北 京 中国水利水电出版社 2 中华人民共和国水利部 1998 水利水电工程土工合成材料应用技术规范 SL T225 98 北京 中国水利水电出版社 3 中华人民共和国电力工业部 1998 水工建筑物荷载设计规范 DL5077 1997 北京 中国水利水电出版社 4 中华人民共和国水利部 2002 水利建筑工程概算定额 北京 黄河水利 出版社 5 中华人民共和国水利部 2002 水利工程设计概算编制规定 北京 黄河 水利出版社 6 中华人民共和国水利部 2002 水利工程施工机械台时费定额 北京 黄 河水利出版社 7 中华人民共和国水利部 2005 混凝土重力坝设计规范 SL319 2005 北京 黄河水利出版社 B 江水利枢纽工程毕业设计 18 4 洪水调节计算 4 1 洪水调洪演算 4 1 1 洪水调洪演算原理 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 4 1 0 s Q t 运动方程 4 2 2 2 1 Ks v g v s v gs z 式中 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 4 1 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 4 3 t V t VV qqQQqQ 12 2121 2 1 2 1 式中 分别为计算时段初 末的入库流量 m3 s 1 Q 2 Q 计算时段中的平均入库流量 m3 s 2 QQ 1 Q 2 Q q1 q2 分别为计算时段初 末的下泄流量 m3 s 水利水电工程专业毕业设计 19 计算时段中的平均下泄流量 m3 s q 2 21 qqq V1 V2 分别为计算时段初 末水库的蓄水量 m3 V1与 V2之差 V 计算时段t 公式 4 3 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Q 段开始时的初始条件 于是 式 4 3 中的未知数仅剩下 V2 q2 当前一时段的t 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 4 3 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 4 4 AHBHfq 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 4 可用下泄流 量 q 与库容 V 的关系曲线代替 即 q f V 与式 4 3 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 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 B 江水利枢纽工程毕业设计 20 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 4 4 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 1 2 洪水调洪演算方法 进行洪水调节计算的方法很多 目前常用的是 列表试算法 半图解法 本 设计采用的是简化三角形法 也叫高切林法 4 2 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 洪水建筑物的型式选择 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 本设计采用坝型为面板堆石坝 具体见 5 2 节 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 水利水电工程专业毕业设计 21 埋深 10 24 米 上部透水层 q 值为 6 7 196 7Lu 大者达到 341 7Lu 属中等 严重透水层 本工程最大坝高 53 5 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 多余的来洪量经此泄往下游河床 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 要注意衬砌和防冲的设计 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 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 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 B 江水利枢纽工程毕业设计 22 4 4 调洪演算及泄水建筑物尺寸 孔口尺寸 堰顶高程 的确定 4 4 1 调洪演算过程 通过洪水资料 做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做出 一条 Q H 曲线 根据公式 又可做出一条 Q H 曲线 对应于每 2 3 2 HgmBQ 一种情况 可从 Q H 图中确定相应交点的 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 按照规范 洪水过程线应用 PIII 型曲线拟合 但实 际操作过程中较难 故本设计中采用三角形法模拟洪水过程线 并在曲线形状上 尽量拟合为 PIII 型 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 4 4 3 计算公式 计算采用公式 图 4 1 三角形法图 4 2 洪水过程线图 4 3 调洪演算 水利水电工程专业毕业设计 23 4 5 2 3 2 HgmBQ 式中 侧收缩系数 1 0 14H B 当 H B 1 时 取 H B 1 m 流量系数 m 0 502 B 溢流孔口净宽 H 堰上水头 起调流量 2 3 2 HgmBQ 起调 式中 H 为汛前限制水位 堰顶高程 4 4 4 计算结果 计算结果 可行性方案 见表 4 1 表 4 1 调洪方案汇总表 方 案 堰顶高程 m 堰顶宽 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 12728277 1188279 12912 6 227210276 7210278 43281 9 32738277 8177 1279 82803 3 427310277 4199 4279 23182 7 527312277 2214278 73482 2 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 设计洪水位均小于设计洪水最大下泄流量 240m3 s 因而对这 五个方案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 一般来说超高 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 3 安全超 高较大 剔除 考虑到设计下泄流量越接近最大下泄流量对设计越有利 因此 仅考虑 2 5 方案 在这两个方案中 与方案 5 相比 方案 2 的超高更小 因此 节省工程量 所以最终选择方案 2 即堰顶高程 272m 堰顶宽 10m 设计下泄流量 B 江水利枢纽工程毕业设计 24 为 210m3 s 校核下泄流量为 328m3 s 4 4 6 坝顶高程的确定 4 4 6 1 工程等别及建筑物级别和洪水标准的确定 校核水位 278 4m 对应的库容为 2178 万 m3 查 水利水电工程等级划分及洪 水标准 SL252 2000 得本工程等别为 III 等 工程规模为中型 相应其主要建 筑物级别为 3 级 次要建筑物为 4 级 水工建筑物为 3 级的洪水标准 设计下洪 水重现期为 100 50 年 校核下洪水重现期为 2000 1000 年 4 4 6 2 波浪要素计算 波浪要素采用官厅水库公式计算 适用于库水较深 V0 20m s 及 D 20000m 4 6 3 1 2 0 12 1 0 2 0 0076 0 V gD V V gh 4 7 75 3 1 2 0 2 0 331 0 V gD V gLm 式中 相应累积频率的波高 m h 平均波长 m m L V0为水面以上 10m 处的风速 正常运用条件下 正常蓄水位或设计洪水位 采用多年平均最大风速的 1 5 倍 非常运用条件下 校核洪水位 的各级土石坝 采用多年平均最大风速 波浪中心线高出计算静水位 hz按下式计算 4 8 mm z L H cth L h h 2 2 1 式中 H 为水深 h1 为累积频率 1 的波高 4 4 6 3 挡墙顶高程的确定 根据 碾压式土石坝设计规范 堰顶上游 L 型挡墙在水库静水位以上高度 按下式确定 水利水电工程专业毕业设计 25 4 9 cz hhhh 1 2 式中 坝顶超高 h 频率为 1 的波浪爬高 1 h 波浪中心线高出计算静水位高度 z h 安全超高 c h 表 4 4 土坝坝顶安全超高值 m 坝 的 级 别 运用情况 IIIIII IV V 正常 1 51 00 70 5 非常 0 70 50 40 3 L 型防浪墙高程 max 4 10 校核 设计 校核洪水位 设计洪水位 h h 通过计算 72 194 2 校核设计 hh 则 设计洪水位 277 7 2 94 279 64m 设计 h 校核洪水位 278 4 1 72 280 12m 校核 h 防浪墙顶高程 280 12m 取为 280 2m 墙顶 根据 混凝土面板堆石坝设计规范 SL228 98 要求 防浪墙顶要高出坝顶 1 1 2m 本设计取 1 2m 则坝顶高程为 279 0m B 江水利枢纽工程毕业设计 26 5 主要建筑物型式选择和枢纽布置 5 1 枢纽等别及主要建筑物的级别 由上一章调洪演算得 校核洪水位为 278 4m 水电站装机容量为 6400kw 水库总库容为 0 22 108m3 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 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 5 2 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 水利水电工程专业毕业设计 27 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 5 2 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 5 2 3 重力坝 重力坝工作原理 一是依靠坝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 5 0 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 10 15km 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 5 2 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 B 江水利枢纽工程毕业设计 28 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 5 2 5 堆石坝 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 因此在坝工建设中占有相当重要的地位 堆石坝的坝型可按防渗材料 防渗体位置 堆石施工方法以及坝顶是否过水 进行划分 1 按防渗体材料分类 堆石坝防渗材料最常见的是土 沥青混凝土 钢筋 混凝土及新兴的复合土工膜 2 按防渗体位置分类 心墙堆石坝 斜墙堆石坝 混凝土 或复合土工膜 防渗 面板堆石坝 3 按堆石施工方法分类 有堆石 砌石 定向爆破三种 4 按坝体是否过水分类 绝大多数堆石坝是不过水的 中小型工程偶也设 计建筑溢流堆石坝 在这些坝型中 新型面板堆石坝得到了迅速发展 在工程中得到广泛运用 之所以能如此迅速发展 与下述优点密切有关 1 面板设于堆石体上游面 整个坝体都是受力结构 水压力在上游面的铅 水利水电工程专业毕业设计 29 直分力有助于坝的稳定 坝体工程量是土石坝中最小的 2 振动碾压导致的高密实度堆石体变形小 面板扛裂防渗有了保证 坝的 运行安全度也被认为是很高的 而且经论证 即使面板少许漏水 也不会危及堆 石体的稳定和坝的安全 3 面板兼起护坡防渗作用 经济合理 4 面板在上游面 便于检查维修 即使水库不能放空也便于潜水检修 5 坝体填筑没有粘性土填方 施工干扰小 气候影响也小 基本可全年施 工 设计建造这种坝时自然也应注意她仍存在的弱点 其一是面板堆基础沉陷很 敏感 故要重视坝基缺陷的处理 其二是面板抗漂浮物冲击 抗严寒冰冻及抗环 境水侵蚀作用方面性能稍差 其三是抗震性能差 总之 这一新型坝优点很突出 值得大力推广应用 但仍注意精心设计 精 心施工 5 2 6 坝型选择 影响堆石坝坝型选择的因素很多 最主要的石坝址附近的筑坝材料以及地形 地质条件 气候条件 施工条件 坝基处理 抗震要求等 根据堆石坝的各种坝 型选择几种比较合理的 拟定剖面轮廓尺寸 进而比较工程量 工期 造价 最 后选定技术上可靠 经济上合理的坝型 因为本工程坝址附近粘土很少 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 就要涉及当地农民的移民问题 费用很大 从经济 的角度上是不可取的 因此排除以粘土为防渗体的心墙堆石坝 斜墙堆石坝 根据当地的地形条件以及材料的来源情况等 选择面板堆石坝 钢筋混凝土面板堆石坝可以充分利用当地材料筑坝 大量节省三材和投资 坝体结构简单 施工工序干扰小 便于