水利水电与港航毕业设计任务书,指导书.doc

水利水电与港航毕业设计任务书,指导书 若水水电站毕业设计任务、指导书设计课题若水水电站闸坝、引水建筑物及厂房设计 一、工程概况若水水电站位于沅水一级支流巫水下游峡谷河段，下距会同县若水水乡镇2km，距洪江市15km。 坝址下游2km有洪江绥宁省级公路从若水水乡镇经过，交通较为便利。 该工程初拟正常蓄水位192m，迥水至高椅坝址，正常库容0.0738亿m总装机12MW，是一座以发电为主，兼有航运的中型水电工程，枢纽建筑物由闸坝、引水建筑物及厂房组成。 3，电站 二、设计基本资料（参见附录一） 三、设计任务及基本要求（一）设计任务第一组闸坝设计 1、根据地形、地质、筑坝材料、水文气象、施工条件和枢纽建筑物的组成等因素进行坝轴线比较选择； 2、根据已知基本资料、毕业设计课题要求比选闸坝型式及溢流孔口尺寸； 3、根据枢纽建筑物的组成，进行枢纽布置方案的比较，确定枢纽布置推荐方案。 绘制枢纽总平面布置图及大坝上、下游立视图； 4、坝工设计，包括溢流闸坝断面设计（堰型按课题要求确定）、泄流计算、消能工设计、闸坝稳定应力计算、基础处理、细部构造设计； 5、根据毕业设计课题要求分别进行闸墩、弧门启闭平台、弧门牛腿结构设计、或坝顶公路桥结构设计。 第二组厂房及引水建筑物设计 1、根据地形、地质、水文气象、施工条件和枢纽建筑物的组成等因素进行引水建筑物及厂房布置； 2、根据已知基本资料、毕业设计课题要求确定引水建筑物及厂房型式； 3、根据枢纽建筑物的组成，结合上下坝线进行引水建筑物及厂房布置方案的比较，确定引水建筑物及厂房布置推荐方案，并绘制枢纽总平面布置图。 4、引水建筑物设计，包括进水口、隧洞型式及断面拟定、水力及结构计算； 5、厂房设计，包括厂区布置、机电设备选型、厂内设备布置、主副厂房结构尺寸拟定及结构图绘制； 6、根据课题要求，分别进行蜗壳或尾水平台结构计算。 （二）设计要求1.设计者必须发挥独立思考能力，创造性的完成设计任务，在设计中应遵循技术规范，尽量采用国内外的先进技术与经验；对待设计计算绘图等工作，应具有严肃认真一丝不苟的工作作风，以使设计成果达到较高水平；必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定的时间内圆满完成要求的设计内容。 2.设计成果设计说明书一份；设计图56张，具体见各自的任务书。 3.说明书分章节编写，并附目录。 要求说理清楚，层次分明，文句简练通顺并附有必要的插图、表格及主要设计成果；4.计算要写明基本资料、计算原则、计算公式及详细的计算过程和计算结果等。 5.图纸要求按制图标准绘制，应避免出现原则性错误。 四、时间安排本设计共14周，学生应在规定时间内充分发挥独立工作能力，创造性地完成全部设计任务。 附录一若水水电站枢纽设计原始资料 一、基本资料1概述1.1工程概况若水水电站位于沅水一级支流巫水下游峡谷河段，下距会同县若水水乡镇2km，距洪江市15km。 坝址下游2km有洪江绥宁省级公路从若水水乡镇经过，交通较为便利。 该工程初拟正常蓄水位192m，迥水至高椅坝址，正常库容0.0738亿m总装机12MW，是一座以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益的水电工程，枢纽建筑物由溢流闸坝、重力式挡水坝、引水建筑物及厂房组成。 3，电站1.2工程等别和建筑物级别本工程以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益。 水库正常蓄水位时库容为0.0738亿mSL252-2000规定，工程规模为小 （1）型，工程等别为等。 永久性建筑物闸坝、电站厂房等属4级建筑物，临时建筑物属5级。 相应洪水标准为1）大坝、发电引水隧洞等永久性主要建筑物的设计洪水重现期为50年（P=2%），校核洪水重现期为500年（P=0.2%）。 2）电站主、副厂房、变电站及公路等建筑物的设计洪水重现期为30年（P=3.33%），校核洪水重现期为100年（P=1%）。 3，电站总装机容量为12MW，根据水利水电工程等级划分及防洪标准2水文气象资料1）洪水各频率洪峰流量详见表2-1。 坝址洪峰流量表表2-1频率（%）0.10.20.5123.335102050坝址洪峰流量（m3/s）9420844071606190522045403990308022xx90厂址洪峰流量（m3/s）98008790746064605460475041803240234012602）水位流量关系曲线下坝线水位流量关系曲线详见表2-2。 下坝线水位流量关系曲线表表2-2高程系统85黄海水位Z（m）182.44183.00184.00185.00186.00187.00流量Q（m3/s）36.518552291213101730水位Z（m）188.00189.00190.00191.00192.00193.00流量Q（m3/s）218026803240384044405040水位Z（m）194.00195.00196.00197.00198.00199.00流量Q（m3/s）564062406840744080408640上坝线水位流量关系曲线详见表2-3。 上坝线水位流量关系曲线表表2-3高程系统85黄海水位Z（m）184.23185.00186.00187.00188.00189.00流量Q（m3/s）36.52556xx6015402060水位Z（m）190.00191.00192.00193.00194.00195.00流量Q（m3/s）265032703890451051305750水位Z（m）196.00197.00197.50198.00199.00199.50流量Q（m3/s）637069907300761082308540厂址水位流量关系曲线详见表2-4。 厂址水位流量关系曲线表表2-4高程系统85黄海水位Z（m）179.12180.00181.00182.00183.00184.00185.00流量Q（m3/s）30263600980138018002250水位Z（m）186.00187.00188.00189.00190.00190.5191.00流量Q（m3/s）27303270385044805140548058303）泥沙多年平均含沙量0.089kg/m多年平均输沙量22.05万t设计淤沙高程169.0m淤沙内摩擦角12淤沙浮容重0.9t/m4）气象多年平均气温16.6极端最高气温39.1极端最低气温-8.6多年平均风速1.40m/s历年最大风速13.00m/s，风向NE水库吹程3.0km。 5）引水式电站特征水头最大水头12.9m最小水头9.5m额定水头11.5m坝后式电站特征水头上坝线:最大水头8.9m最小水头5.5m额定水头7.5m下坝线:最大水头10.9m最小水头7.5m额定水头9.5m3033工程地质3.1工程地质资料1）地震设防烈度根据1/400万中国地震动峰值加速度区划图及中国地震动反应谱特征周期区划图，该工程区地震基本烈度小于度。 2）基岩物理力学指标上坝线下坝线饱和抗压强度2030MPa饱和抗压强度1525MPa抗剪指标f砼/岩=0.60.65抗剪指标f砼/岩=0.60.62抗剪断指标fc=0.70.8MPa c=0.70MPa砼/岩=0.80.9抗剪断指标f砼/岩=0.70.83.2坝线工程地质条件1)上坝线工程地形、地质条件上坝线位于河流弯曲段下游，流向279岩裸露，高程181184m，河床宽136m，水深0.53.0m。 坝轴线上游100350m，河床深槽较发育，一般槽宽2040m，槽深1114.5。 当蓄水位192m时，河谷宽161m，左岸冲沟较发育，坝轴线上、下游分别分布2缓特征，高程227m以下坡角45顺，上游有一小冲沟分布，边坡较陡峻，坡角35坝址区除两岸均分布有宽度较窄，厚34m冲积阶地堆积及左岸分布厚13m残积堆积外，基岩大部分裸露，出露的主要岩性为砂质板岩、绢云母板岩夹长石砂岩、厚层长石砂岩、含砾砂岩、含砾砂质板岩。 坝区岩层走向与河流交角70见F1断层及物探探测的F3断层，破碎带宽0.10.6m，延伸长度均小于50m。 主要节理有四组。 坝区岩石风化受岩性与地形等因素影响，长石砂岩抗风化能力较强，风化较浅；板岩、绢云母板岩抗风化能力较弱，风化深度较大，两岸山顶受地形切割呈弧立小山包，则强风化深达2536m。 据钻孔压水试验和地下水观测资料，坝区岩体透水性较差，地下水位坡降陡达4050%，埋藏较浅，远高于设计正常蓄水位。 坝基岩体透水率小于5lu占96.8%，基本属弱透水岩体；防渗帷幕下限（q5lu）埋深，左岸5.220m，河床57m，右岸2.512m。 2)下坝线工程地形、地质条件下坝线位于上坝线下游660m，基本为“U”型横向谷，河流流向265大部分为冲积砂砾石覆盖，河床高程182183.5m，河床宽202m，右河床为浅滩，水深0.51.0m,左河床为人工改造河槽，水深1.52.0m。 当正常蓄水位192m时，河谷宽232m。 两岸地形对称，边坡较陡峻。 左岸坡角40所覆盖，山顶高程324.74m；右岸坡角42坝区除少部分为第四系松散堆积物覆盖外，基岩大部分裸露，出露的主要岩性有绢云母板岩夹中薄层长石砂岩。 坝区地质构造较简单，断层未见。 岩层产状N20向与河流交角60坝区岩石风化主要受岩性所控制，坝基及坝肩大部分为绢云母板岩，其抗风化能力较弱，两岸肩强风化相对较深。 据钻孔地下水位观测资料，左坝肩地下水位埋深9.540m（高程225m以上），右坝肩地下水位埋深323m（高程226m以上），远高于蓄水位。 据钻孔压0，基本为“U”型横向河谷。 河床基#及3#冲沟，边坡具下陡上0，以上坡角250，山顶高程271m；右岸地形较平0450，山顶高程292m。 0800，倾上游偏左岸，坝址区构造较简单，仅上游0，河床0430，为崩坡积物0450，基岩裸露,山顶高程315.25m.0250E,SE600700，其走0650，倾向上游偏左岸。 水试验资料表明，基岩的透水性与岩体风化程度密切相关，强风化带及弱风化带上部岩体节理裂隙较发育，岩体完整性较差，透水性较强，为中等透水带，弱风化带中下部和微风化岩体透水性较差，基本为弱透水或微透水带。 坝基防渗帷幕下限（q5lu）埋深，左岸1028m，河床210m，右岸620m。 3)坝基岩石物理力学指标建议值表坝基岩石物理力学指标建议值表表3-1岩石名称风化程度天然密度(g/cm3)饱和抗压强度(Mpa)砼与岩石抗剪强度砼与岩石抗剪断强度弹性模量(Gpa)抗冲流速(m/s)临时开挖坡比备注f C(Mpa)fc(Mpa)长石砂岩含砾砂岩强2.52.630350.50.5500.70.750.30.3534451:0.5上坝线弱2.72.7545500.60.6500.90.950.80.9810781:0.3砂质板岩强2.542.568100.400.4500.550.600.100.1522.5231:0.75上坝线弱2.752.7620250.550.600.800.850.450.5068451:0.5绢云母板岩强2.52.55680.380.4000.500.550.080.101222.51:0.75下坝线弱2.722.7515200.50.5500.750.800.350.40453.54.51:0.53.3引水发电隧洞及厂房工程地质条件3.3.1引水发电隧洞引水隧洞进口位于坝线右岸上游，洞段穿越河间地块，出口位于河湾下游#冲沟口附近。 洞轴向N16W，洞线长约310m，洞径8m，洞底板高程171m。 进口段（040m）地形坡角2860，上覆岩体厚618m，围岩为Zaj岩组灰绿色绢云母板岩，劈理发育，岩层产状N20E，SE65，倾向洞外偏右侧，与洞轴线交角36，主要发育产状N70W，SE78，N50W，SW87及N10E，SE85三组节理，面多闭合平直，延伸长0.5.0。 强风化带下限埋深812m，岩体因节理裂隙发育较破碎，成洞条件差，建议采取明挖。 开挖92-4坡比i性较差，建议采取加固处理措施。 洞身段（40110m）上覆岩体厚1866m，围岩为Zaj状长石砂岩，围岩呈弱微风化状态。 岩层产状N22E，SE64，与洞轴线交角38。 主要发育N5060W，SW8587及N10E，SE8085两组节理，面紧密闭合，延伸长0.51.0m。 该段位于地下水位以下，岩体完整性较好，基本稳定，成洞条件较好。 其中平距4070m段属类围岩，f=45，K0=3540Mpa/cm；平距70110m段属类围岩，f=67，K0=5055MPa/cm。 洞身段（110350m）上覆岩体厚24107m，围岩为Zaj绢云母板岩夹中厚层长石砂岩，围岩呈弱微风化状态，岩层产状N22E，SE64，与洞轴线交角38，板岩内产状N15E，NW75劈理较发育。 主要发育N5060W及N10E两组高倾角节理，面平直闭合，延伸长0.5.m。 该段位于地下水位以下，岩体完整至较完整，大部分洞段基本稳定，成洞条件较好，但局部洞段（310350m）劈理、节理较发育，稳定性较差。 其中平距110310m段属类围岩，f=45，K0=3035Mpa/cm；平距310350m段属类围岩，f=34，K0=1520MPa/cm。 出口段（350m以后）地形坡角1545，上覆岩体厚224m。 围岩为ZajSE6570，倾向洞内偏右侧，与洞轴线交角31。 主要发育N30E，NW35，N85W，SW86，N15W，SW79及N80E，NW36四组节理，面多闭合，延伸长15m。 强风化带下限埋深516m。 该段位于地下水位以下，岩体因节理、劈理发育完整性差，成洞条件差，建议采取明挖，开挖坡比，i临=10.5,i永久=1:0.75。 由于N10E及N80E，倾向洞外的两组缓倾角节理较发育，加上与NWW向、NNW向高倾角节理组合形成不稳定块体，对洞脸边坡与开挖边坡稳定不利，建议采取锚固处理措施。 临=10.5，i永久=1:0.75。 洞脸边坡由于受层面与多组节理组合切割稳定2-3岩组上部灰白色厚层2- 3、Zaj2-2岩组灰绿色2-2岩组灰绿色绢云母板岩夹长石砂岩，板岩内劈理发育。 岩层产状N15E，3.3.2厂房厂房位于河弯下游9阶面高程183184m，后山坡坡角45，基岩裸露。 阶地上部为灰褐色粉质粘土，下部为砂砾石，厚1.01.8m，基岩为Zaj白色长石砂岩。 岩层产状，N1520E，SE6570，板岩劈理发育，主要发育NE向、NEE向、NNW向及NWW向四组节理，面多闭合，延伸长15m。 强风化带下限埋深25m，厂房基础持力层为弱风化岩体，其强度满足建筑物地基应力要求。 但NE及NEE向两组缓倾角（3536）节理较发育，且倾向坡外，对厂房开挖边坡稳定不利，建议采取加固处理措施。 推荐的岩体物理力学指标建议值弱风化长石砂岩Rg=4550Mpa，f砼/岩=0.60.65；弱风化绢云母板岩Rg=1520Mpa，f砼/岩=0.50.55；开挖坡比i临=10.310.5,i永久=051:0.75。 #冲沟出口的冲积堆积级阶地一带，阶地宽1012m，2- 3、Zaj2-2岩组灰绿色绢云母板岩夹灰3.4天然建筑材料本工程设计要求用量土料810阶段勘察按普查精度要求进行，除对原规划料场进行复核外，重点对石料进行了勘测，共勘查储量砂砾料180.8510m3.4.1土料4m3，砂砾料15104m3，块石料5104m3。 本4m3，土料77.5104m3，石料988.221043，储量基本能满足要求。 共调查了7个料场，总储量77.510红棕色粘土、土层较密实，呈可塑硬塑状，中低压缩性。 料场分布面积大，有用层厚度34m，无用层厚度仅0.5m。 除高标、若水水两料场有少量农田及柑桔林外，其他产地均为荒地，开采条件好。 除若水水料场运距为2.5km较近外，其他料场运距较远达1014km。 各料场距公路较近，运输方便，推荐料场土的物理力学指标天然含水量26%，最优含水量22%，最大干密度1.561.60g/cmVa1-2=0.32MPa3.4.2砂砾料共调查26个料场，总储量180.8510134.4610沅水等河流。 团河的砂料场，砾石成分板岩较多，磨园度较差，粗砾含量偏高，砂约占1520%，砂砾石质量较差。 巫水、沅水的砂砾料场，砾石成份主要为砂岩，石英砂岩等，磨园较好，含泥较少，砂约占2040%。 质量较好。 团河、巫水河的料场单个储量较小，一般13102.0m。 无用层厚度00.8m，最厚2m，开采较为方便。 沅水的料场单个储量较大，一般103010开采条件好。 八宋、陈田、若水水、胡家湾、上江西团、下江西团、红庙湾、陡滩料场，远距近，仅25km。 其他料场运距较远达9.528.5km。 除三洲、高椅料场不通公路，运输不便外，其他料场距公路均较近，运输较方便。 3.4.3石料共调查5个料场，总储量988.2410四个料场均实测断面，用平行断面法计算储量。 5个料场均位于库内两岸。 为ZajZaj度Rg=2550Mpa。 表部无用层为风化破碎岩石，厚度020m。 靠近河岸边为弱风化岩石，山坡无用层厚度较大，开采条件较差。 芦塘等四个料场运距近，小于1km，应优先开采。 独岩滩料场远距较远，达5.5km,可作为备用料场。 各料场均无公路相通，需修建简易公路。 4m3，均分布在团河级阶地，为黄褐色、3，压缩系数-1，内摩擦角180，凝聚力23KPa。 4m3，其中砂约46.39104m4m3，砾4m3，水上66.56104m3，水下114.29103，主要分布在团河、巫水、4m3。 水上可采厚度0.51.5m，水下可采厚度1.54，可采厚度水上1.02.0m,水下1.52.0m。 基本没有无用层，4m3。 除独岩滩料场为估算储量外，其他 2、3的厚层砂岩、含砾砂质板岩、含砾砂岩等，弱风化岩石较坚硬，饱和抗压强4设计基本数据4.1工程开发的任务若水水水电站工程开发的任务是以发电为主，兼顾防洪、旅游、生态治理等综合利用，它的兴建将促进会同县工农业生产的发展。 4.2主要技术规范及参考资料 (1)水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准SL252-2000 (2)混凝土重力坝设计规范DL5108-1999 (3)水电站厂房设计规范SD335-89 (4)水电站进水口设计规范SD303-88 (5)水利水电工程可行性研究报告编制规程DL5020-93 (6)水工隧洞设计规范SD134-84 (7)水电站调压室设计规范DL/T5058-1996 (8)水利水电工程设计防火规范SDJ278-90 (9)水工设计手册相关册4.3水库特征水位、下泄流量及下游水位1）下坝线正常蓄水位192.00m，单机引用流量83m设计洪水位（P=2%）193.75m，下泄流量Q=5220m校核洪水位（P=0.2%）199.4m，下泄流量Q=8440m死水位191.50m。 2）上坝线正常蓄水位192.00m，单机引用流量83m设计洪水位（P=2%）194.78m，下泄流量Q=5220m校核洪水位（P=0.2%）200.24m，下泄流量Q=8440m199.34m；死水位191.50m。 4.4水文气象资料见前。 4.5工程地质资料见前。 3/s；3/s，相应下游水位193.3m；3/s，相应下游水位198.67m；3/s；3/s，相应下游水位194.15m；3/s，相应下游水位若水水电站枢纽毕业设计指导书 一、了解任务书及分析原始资料设计任务及原始资料是设计工作的依据，因此必须首先全面了解本设计的任务。 熟悉该河流的一般自然地理条件，坝址附近的水文、气象特性、枢纽及水库的地形、地质条件。 当地材料、对外交通及有关规划设计的基本数据，只有在熟悉资料的基础上才能正确地选择建筑物的类型，进行枢纽布置、建筑物设计及施工组织设计，因此应该把必要的资料到说明书中去，了解每一项资料在设计中的用处，通过对资料的了解和分析，初步掌握原始资料中对设计和施工有较大的影响的主要因素和关键性的问题，为以后设计工作的进行和进一步深入掌握资料打下基础。 二、坝线、坝型选择和枢纽布置方案比较 (一)坝轴线的选择根据坝址的地质、地形条件，以及建筑物工程量通过定性分析确定坝轴线位置。 (二)坝型选择根据坝址的地形、地质、建筑材料，宣泄洪水的能力以及抗震性能等特点，通过定性分析，初步选择两种坝型进行较详细的技术经济比较，选取既满足工程要求又比较经济的坝型。 (三)闸孔尺寸的确定本工程要严格控制移民洪水标准二十年一遇洪水时上游水位不雍高，即在上游为正常水位192.0m时泄洪量不小于3990m先对坝址水位流量关系曲线进行认真仔细的复核,结合坝址地形、地质条件及枢纽布置情况，水库淹没等因素，初步拟定3个堰顶高程（可为184.0m、184.5m、185.0m）及5组闸孔尺寸（可为11-127. 5、13-127. 5、15-127.5（孔数-宽高）进行技术经济比较。 最终确定堰顶高程及闸孔尺寸。 (四)枢纽布置方案比较根据选定的坝址，在进行枢纽总平面布置时，应在满足枢纽泄洪要求前提下，力求平面布置紧凑、工程投资最省、施工及管理运行方便。 根据枢纽的任务及要求确定枢纽建筑物的组成，然后根据地质、地形等条件，拟定一到二个枢纽布置方案，并画出草图，通过定性分析确定较合理的枢纽布置方案。 本阶段坝线、坝型选择及枢纽布置是水工设计中具有战略意义的一项重要工作，综合性强，涉及面广，工作量也有相当分量，由于所给资料及时间有限，内容从简,但仍要求认真思考，分析作一定的训练。 三、溢流闸坝设计内容与要求 (一)溢流坝断面设计 1、断面尺寸的拟定参考已建工程、初步确定堰面曲线，上下游边坡，消能型式以及尺寸，并根据一般工程经验拟定宽缝尺寸。 2、水力计算，包括闸门堰顶过流量计算，下游冲刷坑验算，堰顶水面曲线的估算等。 3、闸墩尺寸的拟定，包括闸门型式选择，工作、交通桥的布置及闸墩的型式、长度、高度、厚度等尺寸的拟定。 (二)溢流坝断面设计挡水坝的剖面拟定则是参考已建工程并考虑与溢流坝的联接等具体情况对坝顶高程，坝顶宽度，上、下游边坡及起坡点和宽缝尺寸的初步拟定。 (三)坝体稳定应力分析 1、稳定应力计算原理和控制标准，稳定应力计算原理要求论述计算方法基本假设和采用公式，说明公式和符号的意义，控制标准则根据工程等级和计算情况按有关规范规定指标选取。 2、荷载及荷载组合荷载组合分基本组合和特殊组合，基本组合有正常运用情况和设计洪水情况，特殊组合有校核洪水情况和地震情况相应各组合的荷载。 基本组合1正常蓄水位的水压力、扬压力、浪压力、自重泥沙压力等。 基本组合2设计洪水位时静(动)水压力、扬压力(浪压力)自重、泥沙压力等。 特殊组合1校核洪水时(静)动水压力、扬压力(浪压力)、自重、泥沙压力等。 特殊组合2正常蓄水位的水压力、扬压力、浪压力、自重、泥沙压力和地震惯性力、地震动水压力和动土压力等。 注对于基本组合2和特殊组合1，溢流坝设计无浪压力，挡水坝设计无动水压力。 3、稳定应力计算分别计算坝基截面各组合情况的荷载，抗滑稳定安全系数的连缘应力。 并对几个代表性水平截面的边缘应力和宽缝重力坝上游头部局部应力进行分析，校核其安全。 要求画出计算简图，且尽量采用表格计算。 3/s来进行闸孔尺寸的确定。 首 4、成果分析根据以上计算结果，分析所拟断面是否安全可靠、经济合理，是否需要修改断面，最后确定坝体剖面。 (三)地基处理主要包括开挖清基、灌浆、断层处理等内容，开挖与清基后提出开挖要求、方法和清理标准，并对一些简单的工程问题提出解决措施。 灌浆包括帷幕灌浆和固结灌浆，确定灌浆排数、深度、孔距、排距以及灌浆压力等。 断层处理则根据基本资料所给的断层性质和破碎程度以及对坝体影响的大小分别提出相应的处理措施。 四、发电引水隧洞设计发电引水隧洞入口位于坝上290m处，出口位于山背另一侧，隧洞长380m，隧洞走向与岩层走向夹角约4050，岩层为灰白色厚层状长石砂岩，灰绿色绢云母板岩。 隧洞沿线地质构造简单，成洞条件好，结构处理简单。 进口设置进水建筑，出口接主厂房土建结构，发电引水隧洞进口为河岸式，底板高程