毕业设计（论文）-某金属冶炼企业固体废弃物拦挡坝设计.doc

学 位 论 文 诚 信 声 明 书本人郑重声明：所呈交的学位论文（设计）是我个人在导师指导下进行的研究（设计）工作及取得的研究（设计）成果。除了文中加以标注和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究（设计）成果，也不包含本人或其他人在其它单位已申请学位或为其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究（设计）所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了致谢。申请学位论文（设计）与资料若有不实之处，本人愿承担一切相关责任。学位论文（设计）作者签名： 日期： 学 位 论 文 知 识 产 权 声 明 书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：在校期间所做论文（设计）工作的知识产权属西安科技大学所有。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文（设计）被查阅和借阅；学校可以公布本学位论文（设计）的全部或部分内容并将有关内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适用本声明。学位论文（设计）作者签名： 指导教师签名： 年 月 日论文题目：某金属冶炼企业固体废弃物拦挡坝设计专 业：环境工程本 科 生： （签名） 指导老师： （签名） 摘要本设计主要为某金属冶炼企业产生的固体废弃物提供贮存地点，在冶炼厂区向东1.5km处设置拦挡坝。设计根据我国现有的土坝设计标准，结合坝址处地质条件，以量算沟道面积、确定拦挡量、计算坝高、设计坝体建筑物、绘制cad图纸、做出工程预算的流程设计坝体。本设计书包括以下重要部分：工程概况、拦挡总量计算、坝高计算、坝体坡面及护坡设计、泄洪道设计、工程预算。设计结果：工程坝体坝高18m，库容10672.82立方米，在坝体两侧设置护坡，整个工程总投资136.06万元，耗费人工15651工日。本设计共完成3张设计图纸，1份工程预算，1份设计说明书。关 键 词：金属废弃物；土坝设计；泄洪道设计类型：建筑设计Subject ：Dam Design For The Solid Waste Of A Metal Smelting EnterpriseSpecialty : Environmental engineeringName : (Signature) Instructor : (Signature) AbstractThis design mainly for some metal smelting enterprise to produce solid waste storage location, in a setting smelting factory area 1.5 km east dam. Design according to our country existing earth dam design standard, combining with the geological conditions of dam site, with measurement channel area, determine amount, high dam, dam building design, draw cad drawings, to make the process design of dam engineering budget.This specification includes the following parts: the engineering situation, volume, high dam calculation, the dam slope and slope protection design, the spillway design, project budget.Design results: 18 m high dam, capacity of 10672.82 cubic meters, set on both sides of the dam slope protection, with a total investment of 1.3606 million Yuan, the whole project cost 15651 artificial man-days.This design completed three design drawings, 1 engineering budget, and 1 of design specifications.Key words: Solid waste of metal Dam design SpillwayThesis : Architectural design目录1 工程概况11.1 项目背景11.2 枢纽任务11.3 气象条件11.4 交通状况22 设计数据32.1 废弃物体积32.2 年雨水量42.3 设计拦挡总量43 坝体设计53.1 坝址的选择53.2 坝高-库容曲线53.3 确定坝高63.4 坝型的选择63.5 坝顶宽度73.6 坝体坡面73.7 护坡83.8 防渗系统83.9 排水系统94 工程概预算104.1 工程预算的依据104.2 基础费用标准104.3 工程单价104.4 工程预算结果11设计成果12致谢13参考文献141 工程概况1.1 项目背景2013年中国环境统计年鉴显示，我国工业废物产生量331509万吨，工业固体废物排放量144.2万吨，工业固体废物综合利用量204467万吨，工业固体废物贮存量60633万吨，工业固体废物处置量71443万吨。由此可见，我国现阶段仍有大量固体废物处于未处理、贮存状态，而这部分废物往往难以处理，但仍有利用价值1。某金属冶炼厂是以生产锌为主要产品的大型国有企业 ,每年有8000吨以上的废渣排出，经分析 ,其中含有大量的铜、锌、钴、镍、福、铁、铅、砷、锑等。铜渣约有100吨以上,钴渣约有50吨以上，镍渣约有40吨以上，铁渣约有7000吨以上。由于没有适当的回收方法，厂家一直受着这些废渣的困扰,这不但造成了大量的资源流失，给厂家造成了很大的经济损失，而且对周围环境造成了严重污染，威胁着人民的生命安全2。这些金属废弃物会严重破坏土地资源的自然生态环境，破坏自然景观，并且由于其成分多为金属，对附近水源及地下水造成严重的影响。而其中砷是具有毒性的，对人体能产生严重影响，并且铅等金属也能对人体造成危害3。1.2 枢纽任务本设计的主要目的是为某金属冶炼企业所产生的固体废弃物提供可贮存的地点，拦挡废弃物，防止对附近水源及土地、植被造成危害，并可以起到一定的防洪效果。预计项目使用年限为10年，并预防50年一遇的降水量。1.3 气象条件工程所在地50年一遇降水量为710.0mm。全年主导风向为东南风，年平均风速1.5m/s，最大风速8.0m/s。本区域气候的主要特征：降水量最多的月份为7、8、9月，整体上呈现夏秋雨水多、冬春雨水少得趋势。月份123456789101112平均气温-1.02.18.114.119.125.226.625.519.413.76.60.7表1.1 各月平均气温（单位：）月份123456789101112总量降水7.610.624.652.063.252.299.471.798.362.431.56.7580.2表1.2 各月平均降水量及总量（单位：mm）1.4 交通状况公路：坝体左侧有可供倾倒废弃物的道路，公路连接金属冶炼厂，至冶炼厂道路约1.5km，右侧有公路直连当地干道，为今后废弃物处理做准备。铁路：铁路位于当地市区，距坝址60km。2 设计数据2.1 废弃物体积铜渣铁渣钴渣镍渣其他总量100700050408108000表2.1 某金属冶炼厂各废弃物数量（单位：吨/年）某金属冶炼厂年产生固体废弃物为8000吨，工程使用年限为10年，总废弃物量为80000吨。废弃物密度以加权平均数的方法计算：均=（ini） 公式2.1式中：均废弃物平均密度（g/cm3）i各废弃物成分密度（g/cm3）ni各废弃物所占总废弃物比例（%）均=87.5%7.8g/cm3(铁密度)+1.25%8.9g/cm3（铜密度）+0.625%8.9g/cm3（钴密度）+0.5%8.9g/cm3（镍密度）=7.94g/cm3=7.94吨/立方米废弃物体积计算方式如下：V废=m/总 公式2.2式中：V废废弃物体积（立方米）m废弃物总质量（吨）均废弃物平均密度（吨/立方米）V废=80000吨7.94吨/立方米=10075立方米2.2 年雨水量本设计标准50年一遇降水量为710.0mm，土坝上口降水区域面积为842m2。将降水量折算成体积，计算方式如下：V水=HS 公式2.3式中：V水降水量体积（立方米）H降水量（毫米）S接受雨量面积（平方米）V水=（710.0mm/1000）842m2=597.82m32.3 设计拦挡总量由于本设计的土坝位于非流域地区不考虑泥沙量、渗透量及蒸发量。故，拦挡总量分为降水量及废弃物量两部分，计算方法如下：V总=V废+V水 公式2.4式中：V总拦挡总体积（立方米）V废废弃物体积（立方米）V水降水量体积（立方米）V总=597.82m3+10075m3=10672.82m33 坝体设计3.1 坝址的选择坝址的选择在很大程度上取决于地形和地质条件，但是如果单纯从地质的好坏的观点去选择坝址是不全面的。首先，坝址应尽量选择地形上最有利的坝址，如坝轴线较短，河谷较窄，便于布置泄水建筑物等。现在地形上较有利的坝址，就能节省工程造价。坝址的地质条件是影响坝址选择的最重要因素之一，地质必须有足够的地基承载力，能够有较好的均匀性，渗透性较低且能再水中不溶解、不软化。坝址附近的建筑材料也是坝址的选择因素，因为建筑材料的种类、储量、质量和分布情况，影响到坝的类型和造价。在金属冶炼企业东部1.5km处，有一处人烟稀少的低洼山谷，其附近及山谷内部多为粘性黄土，黄土可以作为建筑材料，且地质条件满足坝址的选择要求。坝址离企业较近，能节省较多的运输成本。坝基高程为1110m，并且无5.0级以上地震记录。3.2 坝高-库容曲线坝高0m5m10m15m20m库容0m3744m34824.8m38967.3m312844.8m3表2.2 坝高-库容关系表图2.1 水位/坝高-库容曲线图3.3 确定坝高由图1中所示的坝高与库容关系，将拦挡总量代入图1，可确定坝高为17m。根据碾压式土坝设计规范SL274-2001规定，土坝应根据工程等级设定安全加高。各工程等级与加高关系如下：运用情况坝的级别1级2级3级4、5级正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3表2.3 土坝工程级别与加高本设计土坝工程等级为2级，安全加高在正常运行情况下取1.0m，非正常运行情况下取0.5m。由于本次设计主要用于拦挡固体废弃物，所拦截的水量有限，并不能对整个库区的容量及液位高度起到大的影响，所以不考虑由于波浪引起的坝顶超高。可以确定，本设计土坝最终标高为18m。3.4 坝型的选择坝型选择是土坝设计过程中首先要解决的问题，其设计许多重要影响因素，如坝址的条件、工程造价、施工工期、地形条件、生态环境问题、地质条件、枢纽布置方案、抗震因素、施工方案的选择、材料价格及材料运输费用、施工导流方案、施工干扰度、自然环境条件、料场的选择利用及开采程度、维修管理费用等。需要根据坝址的自然条件，结合坝型特点，选择合适的坝型4。本设计工程主要考虑因素如下：(1) 坝高 高坝宜选择采用土质防渗分区坝，低坝可采用均质坝。设计中坝高18m，属于低坝范围。(2) 筑坝材料 坝址附近可挖掘材料为粘性黄土，且储量丰富、运输便利。(3) 工期及造价 根据目前各坝型造价及工期时间，碾压式土坝造价较低、工期较短，适合低坝。结合各因素及经济技术条件，工程最终选择坝型为碾压式黄土均质坝。3.5 坝顶宽度坝顶宽度首先要满足心墙或斜墙顶部及反滤过度层布置的需要，还要考虑施工要求和运行检修运输的需要，坝顶不宜过窄5。本设计中的坝顶，需要作为运输公路使用，可作为金属废弃物倾倒地点及运输地点。根据碾压式土石坝设计规范SL-274-2001规定，坝高不超过30m，坝顶宽度可选择5m10m。结合多中因素，设计中坝顶宽度选择为5m。3.6 坝体坡面通常来说，粘性土筑成的坝高于15米时，坝坡做成折线型，上部较陡、下部较缓。并且在一定高度设置马道，其主要目的是为了检修坝坡时工作便利并防止雨水对坝坡的冲刷，马道的宽度应根据检修时所用的机械性能及施工方便而定，一般不小于1.5m。本设计中，均质坝碾压干容重为1.65吨/米2。根据水工设计手册土石坝卷，其上游坡度为1:2.5至1:2.0，下游坡为1:2.0。且由于坝体高度高于15米，需要设置变坡。在前破变坡处不设置戗道，在后坡变坡处设置马道，马道宽1.5m。其分级情况如下： 级别坡道一（坝顶至12m处）二（12m处至坝基）上游坡1:2.01:2.5下游坡1:2.01:2.5表3.1 坡道分级表3.7 护坡通常来说，土坝的前后坡均需要设置护坡。对于本设计中的土坝，设置护坡的主要目的如下： 保护上游坡土料不被固体废弃物侵蚀; 在冬季，使上游坡免受冰层影响； 防止坝体粘性土发生形变（膨胀、收缩、冻结）； 防止雨水的冲刷； 防止洞穴居动物对土坝造成影响； 防止植物在坝坡上生长。由于坝址附近为粘性壤土，故，护坡材质选择为土壤水泥护坡。且设计中为去除固体废弃物的影响，需在全部上游坡坡面设置护坡。护坡的厚度为0.5m。在下游坡使用植被护坡。3.8 防渗系统由于前文中的护坡设置为全部上下游坡，并且土壤水泥的防渗能力比较好，本设计中不再另外设置外表面防渗系统。由于坝体土壤为粘性土质，在本设计中防渗体使用土质防渗层粘性土心墙。在心墙的两侧不设置过滤层，在心墙底部向下延伸5m，并铺设一长5.5m的地基，以固定坝基。3.9 排水系统本设计的主要任务是拦挡金属固体废弃物，并不排除水量过大对坝体拦挡的影响，所以，需要在坝体某岸设置泄洪道，泄洪道设置在坝高17m处，即高程1127m。溢洪道是土坝结构中的主要建筑物之一，它承担着排水以及保护工程安全的作用。溢洪道在坝体外的河岸上修建成为河岸溢洪道，当拦挡坝是土石坝是，几乎都采用溢洪道【6】。土石坝坝顶不易过水，所以为了保证大坝的安全，在枢纽布置中应十分重视泄水建筑物的布置，以提高土石坝枢纽的拦挡能力以及运行可靠性。本设计中，坝址附近有天然山坳，布置溢洪道较为理想。溢洪道一般包括进水渠、控制段、泄槽、消能防冲设施及出水渠。4 工程概预算4.1 工程预算的依据工程预算的依据主要有以下几方面： 设计施工图纸； 当地建设基价及相关费用； 当地工程造价信息、材料及主要设备价格； 施工单位预期利润。 施工工期4.2 基础费用标准 水费水费按施工用水单价：2元/立方米 电费施工用电价按市用电价：0.538元/度 人工工时单价人工工时单价按照当地人工费用计算 基础材料价格在施工过程中所使用的汽油、柴油以现行市场价格计算，材料费用以当地就近材料市场价格为标准，运输费、装卸费、管理及采购费根据当地情况另加。4.3 工程单价建设工程费用包括：基础直接费、其他直接费、间接费、利润、税金等。其中，其他直接费按照基础直接费4%计算。土石方工程产生的间接费按直接费的7%计算，混凝土工程产生的间接费按直接费的3.5%计算。利润按照工程所有预算的12%计算。由材料安装及施工产生的税金统一按照5%计算。4.4 工程预算结果设计中共使用土方5.4万立方米。本设计中，工程总投资136.06万元，其中独立费用6.11万元。设计成果本文对设计中应考虑的问题及选择做出了详细的说明，严格按照现有的设计标准及设计流程完成设计。本文以为金属冶炼企业所产生的固体废弃物提供贮存地点为依据，成功的设计出了一个高18米、库容为10672.82立方米的拦挡坝，基本解决了胡乱堆放固体废弃物对周围环境及土壤的影响。在工程预算书中，提高了施工方基本工资，导致设计中总投资偏高，无法控制总预算金额。本设计共完成3份设计图纸，1份工程预算书以及1份设计说明书。设计完成的图纸分别为：土坝施工图、土坝平面布置图和溢洪道施工图。工程预算书详见附录。致谢首先，必须要感谢我的导师。刚开始做这次设计的时候遇到了很多的困难，不知道从何开头，也不知道自己需要做什么，整个人都有点迷茫。当老师第一次给我讲解设计的时候，给了我一种豁然开朗的感觉，这恍如醍醐灌顶，一下子理清了整个设计的流程和思路。而当我觉得自己已经完全掌握的时候，老师又给我当头棒喝，让我从错误的逻辑中走了出来。总是在我想要放松自己、出去尽情的释放自