水利水电工程专业毕业设计

1、水利水电工程专业毕业设计目 录摘 要1第一章 综合说明21.1 工程特性表21.2 建设目的和依据31.3 建设的条件31.4 建设的规模及综合利用效益41.4.1 建设规模41.4.2 综合利用效益4第二章 自然地理条件52.1 地形条件52.2 水文特性52.3 工程地质条件52.3.1 库区工程地质62.3.2 坝址工程地质62.3.3 引水发电隧洞工程地质条件82.4 气象、地震及其他92.4.1 气象、地震92.4.2 天然建筑材料9第三章 设计条件和设计依据103.1 设计任务103.2 设计依据10第四章 洪水调节计算114.1 洪水调洪演算114.1.1 洪水调洪演算原理114

2、.1.2 洪水调洪演算方法选择124.2 泄水建筑物的型式选择134.3 调洪演算及泄水建筑物尺寸的确定144.3.1 调洪演算过程144.3.2 洪水过程线的模拟154.3.3 计算结果154.3.4 方案选择154.3.5 坝顶高程的确定16第五章 主要建筑物型式选择及枢纽布置195.1 枢纽等别及组成建筑物级别195.2 坝型选择195.2.1 定性分析195.2.2 定量分析245.3 泄水建筑物型式选择255.4 主要建筑物型式255.4.1 挡水建筑物复合土工膜防渗堆石坝255.4.2 泄水建筑物正槽溢洪道255.4.3 水电站25第六章 第一主要建筑物设计266.1 大坝轮廓尺寸

3、及防浪墙设计266.1.1 坝顶高程及坝顶宽度266.1.2 坝体分区266.1.3 坝坡与马道296.1.4 防浪墙设计296.2 堆石料设计366.2.1 堆石料基本特性参数366.2.2 主、次堆石料设计366.2.3 垫层、过渡层设计366.2.4 堆石体设计技术参数表386.2.5 堆石体填筑技术参数表386.3 复合土工膜设计396.3.1复合土工膜的选型和分区396.3.2土工膜强度及厚度校核406.4 坝坡稳定分析426.4.1 计算原理及方法426.4.2 计算原理446.4.2 计算结果446.4.3 坝坡面复合土工膜的稳定分析456.5 副坝设计466.5.1 副坝型式选

4、择466.5.2 强度和稳定验算476.5.3 副坝与主坝的连接496.5.4 副坝的防渗设计496.6 细部构造设计及地基处理506.6.1 坝顶构造506.6.2 护坡设计506.6.3 分缝及止水506.6.4 坝基处理516.7 趾板设计536.7.1 趾板的作用536.7.2 趾板的体型及定线536.7.3 趾板剖面设计546.7.4 趾板的分缝及配筋586.7.5 趾板的地基开挖和处理596.8 工程量汇总606.8.1 堆石坝各分区工程量606.8.2 趾板工程量616.8.3 混凝土面板工程量616.8.4 副坝工程量626.8.5 防浪墙工程量63第七章 施工组织设计647.

5、1 基本资料分析647.1.1 工程概况647.1.2 施工条件分析647.1.3 有效工日分析667.2 施工导流667.2.1 导流标准667.2.2 导流方案667.2.3 大坝施工分期677.2.4 度汛方案677.2.5 导流建筑物设计及布置677.3 主体工程施工707.3.1 堆石体施工707.3.2 混凝土工程施工767.3.3 导流隧洞施工787.4 施工交通827.4.1 施工交通布置原则827.4.2 施工交通布置827.4.3 施工道路维护847.5 施工总布置847.5.1 布置原则847.5.2 施工总布置857.5.3 施工总进度85第八章 溢洪道设计868.1建

6、筑物型式868.2溢洪道的组成部分和总体布置878.2.1引水渠设计878.2.2 .控制堰的结构设计888.3泄槽设计908.3.1泄槽的纵剖面布置908.3.2 泄槽的平面布置908.3.3边墙设计：918.4泄槽水力计算938.5出口消能段设计968.5.1消能段型式选择968.5.2具体挑流消能计算.97参考文献99小结101- 103 -摘 要本次设计主要是为了开发利用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效益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江水利枢纽为复合土工膜防渗堆石坝。最大坝

7、高54m，装机6400KW，电站设计水头为174m，设计洪水位277.68m，校核洪水位279.45m。多年平均发电量为1700×104kW·h，保证出力1461KW。本电站装2台3200KW机组，正常蓄水位276.0m。设计主要内容为：1、根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，最终确定坝顶高程为279.8m； 2、通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的型式、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，确定大坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；4、确定趾板等的构造并进行初步设计阶段的施工组织设计；5、进行专题

8、的设计：材料选型及护坡设计与计算，泄水建筑物设计复合土工膜防渗堆石坝是一种新的坝型，其防渗材料-复合土工膜的设计、施工、质量控制是该类坝型的技术关键，在本设计说明书第六章第三节有详细说明。设计中，根据已经定好的坝体参数，进行了施工组织设计，确定了工程的起始时间和完工时间。编写了适合本工程施工阶段的施工组织设计文件。在设计过程中充分运用所学知识，广泛参考堆石坝设计、施工方面的相关书籍，严格遵照规范的规定进行设计，体现了本设计的科学性、规范性。关键词：复合土工膜防渗堆石坝 施工组织设计 泄水建筑物设计第一章 综合说明1.1 工程特性表表1-1 工程特性表序号及名称单 位数 量备 注一、水库流域面积

9、km233正常高水位m276.0死水位m248.0设计洪水位m277.68校核洪水位m279.45设计泄洪流量m3/s213.87校核泄洪流量m3/s346.03总库容万m32128.70死库容万m3172.0二、大坝坝型复合土工膜防渗堆石坝坝顶高程m279.8防浪墙顶高程m2810坝顶宽度m8.0最大坝高m54.0上游坝坡11.55下游坝坡11.55主坝坝轴线长m220副坝型式重力式挡墙副坝坝轴线长m84.5导流洞型式圆形断面导流洞进口底高程m227.5导流洞出口底高程m226.5导流洞半径Rm2.4导流洞长度m200续表1-1 工程特性表序号及名称单 位数 量备 注三、溢洪道溢流前缘净宽m

10、10堰顶高程m273设计流量m3/s213.87校核流量m3/s346.03闸门型式平板闸门尺寸（宽×高）m210.4×6四、厂房系统1动能指标最大净水头m174.0额定水头m最小水头m引用流量m3/s5.0额定出力kW6400保证出力kW14612厂房厂房型式地面式厂房面积m231.5×15.7主厂房宽度m10.8机组台数2机组安装高程m103.0水轮机型号HL110-WJ-76发电机型号SFW-J3000-6/1480开关站面积m211.5×27.251.2 建设目的和依据钟吕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效益的

11、跨流域开发的水利枢纽工程。1.3 建设的条件建设资金基本到位，施工准备工作已经就绪。1.4 建设的规模及综合利用效益1.4.1 建设规模本电站装机6400 kW，保证出力1461kW。厂房总面积为31.5×15.7。开关站尺寸为11.5×27.25。水库总库容（校核洪水位以下的全部库容）为2154.8万m³。1.4.2 综合利用效益1.4.2.1 发电装机6400kW，电站设计水头为174m，多年平均发电量为1700×104kW·h，保证出力为1461kW。本电站装2台3200kW机组，正常蓄水位为276.0m，引水式发电，引水隧洞布置在右岸山

12、体中，最大引用流量为5m³/s。厂房位于段莘水江湾湖山村左岸下游340m处，地面式，总面积为31.5×15.7，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。1.4.2.2 灌溉下游利用发电尾水灌溉，上游增加灌溉面积1.0万亩。1.4.2.3 供水供钟吕村及其下游村民生活用水。1.4.2.4 防洪可减轻洪水对钟吕村及下游江湾镇的威胁，要求设计洪水最大下泄量限制为230m³/s。1.4.2.5 渔业水库蓄水后，正常

13、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。第二章 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。2.2 水文特性据水文资料推算，坝址处多年平均流量1.28m³/s，多年平均总径流量4040万m³；经频率分析：p=0.1%的洪峰流量为551.5m³/s

14、,三日洪量为1569万m³，p=2%的洪峰流量为364.5m³/s,三日洪量为965万m³。流域多年平均降雨值2047.7mm。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见表2-1。表2-1 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）5011.05236.0810022.1237.78水库水位库容关系曲线见表2-2。表2-2 水库水位-库容关系曲线表水位（m）227.5236.08237.78248276278.11库容（104m³）011.0522.117

15、2.01910.02145.2坝址水位-流量关系曲线见表2-3。水位(m)227.5228.0228.5229.0229.5230.0230.5流量(m³/s)06.028.966.77121.97196.05281.78表2-3 坝址水位-流量关系曲线表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。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

16、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280450m，坝区河床较宽，约2050m，为一“U”型河谷，两岸山坡不对称，左岸山体雄厚，山坡角3040度，右岸山体较为单薄，山坡角2030度，且在右岸有一低矮

17、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 地质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：(1)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°。(2)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。(3)第四系松散

18、堆积物主要为冲击砂卵石，漂石，厚11.5m，分布于河床部位，残坡积壤土、碎块石土，厚16m，分布于两岸山坡及冲沟部位。(4)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条及两条风化夹层，但密度均较小。(1)主要断层：F5压扭性断层：产状N35°，NW<80

19、76;，宽0.10.15m，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0.20.4m，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0.10.25m，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0.080.1m，主要由碎裂岩组成，见0.51.5cm

20、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。(2)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。(3)风化夹层：坝基开挖后，在河床右侧趾板齿槽部位发现了两

21、条风化夹层WJ1，WJ2，产状N42°E，NW<38°，厚分别为2m和0.4m，风化夹层为强风化岩石和强风化至弱风化上部岩石。2.3.2.4 岩体风化坝区岩体风化，主要受地形、岩性、构造等因素影响，一般表现为表面的均匀风化，沿断层有风化加深现象。坝址左岸240m高程以上为强风化中下部岩石，240m高程以下为弱风化岩石，235270m高程为强风化岩石，270m高程以上为全风化岩石。局部残留有01.5m厚第四系残坡积壤土。2.3.2.5 水文地质条件坝址区地下水类型主要为第四系松散堆物孔隙潜水和基岩裂隙水，主要受大气降水补给，排泄于河床及河谷，地下水动态类型属降水-径流型

22、。鉴于本坝址的工程地质条件差，适用于当地材料坝。坝址区岩石的透水性及相对不透水埋深经先导孔压水试验，左岸山坡相对不透水层埋深1024m，上部透水岩层q值一般为6.7196.7Lu，大者达341.7Lu，属中等严重透水层；河床部位相对不透水层埋深1117m，上部透水岩层q值一般为729.9Lu，属中等严重透水层；右岸山坡相对不透水层埋深1927m，上部透水岩层q值一般为5.650.3Lu，大者达127.3Lu，属中等较严重透水层，中间夹严重透水层透镜体。2.3.2.6 建基面岩体有关地质参数建议值(1)与基面岩石接触面之间的摩擦系数：强风化千枚岩: f=0.30.38；弱风化千枚岩：f=0.50

23、.6。(2)坝基岩体结构面之间的摩擦系数：裂隙夹泥与含断层泥的断层：f=0.30.35；一般裂隙、断层：0.350.45。(3)岩石的弹性模量：弱风化千枚岩：E=(0.81.0)×104MPa。(4)岩石泊松比：弱风化千枚岩：µ=0.250.3。(5)堆石试验参数软化系数：微新岩石>0.7；弱风化岩石>0.55。饱和抗压强度：微新岩石>40MPa；弱风化岩石>25MPa。其他实验参数见表2-4。表2-4 堆石试验参数表组别试验干密度（g/cm³）C(KPa)KnRfGFDA2.104738.58800.350.820.460.201.5B2

24、.056037.72600.320.810.430.181.82.3.3 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300400m相对高程100200m，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，其中绢云母千枚岩、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

25、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1640Mpa，软化系数0.630.93，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/s，吹程1.6km。地震烈度：坝址及库区地震烈度属度以下，设计时可不考虑地震荷载。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

26、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1015km,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。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。第三章 设计条件和设计依据3.1 设计任务在对原始材料进行综合分析的基础上，并结合本次设计的专题研究，要求：(1)根据防洪要求，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

27、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)进行专题的设计：技术标的施工组织设计；对总进度计划编制进行深入研究。3.2 设计依据包括相关参考文献、主要设计规范以及上级机关批文。(1)中华人民共和国水利部.混凝土面板堆石坝设计规范.北京:中国水利水电出版社，1998(2)中华人民共和国水利部.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，1998(3)中华人民共和国水利部.水工建筑物荷载设计规范.北京：中国水利水电出版社，1998(4)

28、中华人民共和国水利部.水利水电工程等级划分.北京：中国水利水电出版社，2000(5)中华人民共和国水利部.水工挡土墙设计规范.北京：中国水利水电出版社，2007第四章 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。明渠非恒定流的基本方程是圣维南方程组。连续性方程： （4-1）运动方程： （4-2）式中： 过水断面面积，m²； 时间，s； 流量，m³/s； 沿水流方向距离，m； 水位，m； 重力加速度，m/s²； 断面平均流速，m/s； 流量系数，m

29、79;/s。式（4-1）（4-2）难以求出精确解，故常用瞬态法、差分法和特征线法等近似解法求解。根据求解释所考虑的因素不同，可分为静库容法（又称平库容法）、动库容法（又称斜库容法或全库容法）和非恒定流法。静态库容法仅考虑坝前水位水平面以下的库容对洪水进行调节，连续性方程可写为有限差形式的水量平衡方程为： （4-3）式中：， 分别为计算时段初、末的入库流量，m³/s； 计算时段中的平均入库流量，m³/s ；， 分别为计算时段初、末的下泄流量，m³/s； 计算时段中的平均下泄流量，m3/s；， 分别为计算时段初、末水库的蓄水量，m3； 与之差； 计算时段，s。式(4-

30、3)实际上是水量平衡方程式，表明一个计算时段的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，公式未计及洪水入库处至泄洪建筑物间的行进时间，以及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，式（4-3）、均为已知;、，则是计算时段开始时的初始条件，未知数有两个（和），须增加一个方程才能求解。假定暂不考虑自水库取水的兴利部门泄向下游的流量，则q应是泄洪建筑物泄流水头H的函数。当泄洪建筑物的型式、尺寸等已定时，有 (4-4)式中： 为随建筑物的型式和尺寸、闸孔开度以及淹没系数等而变化的系数； 指数，对于堰流，一般为3/2；对于闸孔出流，一般为1/

31、2。根据水力学公式，与的关系曲线可求。若是堰流即为库水位Z与堰顶高程之差；若是闸孔出流即为库水位Z与闸孔中心线高程之差。因此可以根据与的关系曲线求出Z与的关系曲线，并且由库水位Z，又可借助于水库容积特性曲线，求出相应的水库蓄水容积，则式(4-4)可用下泄流量与库容的关系曲线代替，即，与式(4-3)联立方程组，求解、。当水库承担下游防洪任务时，要求保持不大于下游允许的最大下泄流量时，就要利用闸门控制流量，但计算的基本公式和方法与上述一致。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，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

32、出洪水过程线，故采用三角形法拟画出洪水过程线，并初步按50年一遇进行设计，千年一遇进行校核，最后通过调洪演算，定出设计、校核水位及相应的下泄流量，确定该工程级别，再复核所选的洪水标准是否符合要求。4.1.2 洪水调洪演算方法选择进行洪水调节计算的方法很多，目前常用的是列表试算法和图解法。两种方法相对而言，列表法的精确度更高，为了以后工作的准确性，本次设计采用列表试算法。4.2 泄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。本设计采用坝型为混凝土面板堆石坝，因此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

33、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，左岸相对不透水层埋深1024米，上部透水层q值为6.7196.7Lu，大者达到341.7Lu，属中等-严重透水层。本

34、工程最大坝高55.5米，正常蓄水位276.6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，上游水库多余的来洪经此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有较大的超泄能力。包括两种型式：正槽溢洪道过堰水流方向与堰后泄槽纵轴线方向一致；侧槽溢洪道过堰水流过堰后急转近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

35、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

36、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，同时水流在槽中形成螺旋流。考虑到侧槽溢洪道水流现象的复杂，而且本工程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。若采用侧槽溢洪道，考虑侧槽内流态复杂，则侧槽及泄水段的衬砌工程含量很大；同时考虑到堆石坝溢洪道可紧靠坝体布置这一优点，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

37、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。4.3 调洪演算及泄水建筑物尺寸的确定4.3.1 调洪演算过程通过洪水资料，由三角形法作出设计情况和校核情况下的洪水过程线，之后假定堰顶高程、堰宽，确定起调水位，并根据公式 （4-5）式中： 侧收缩系数； m 流量系数，m=0.502； B 溢流孔口净宽，m； H 堰上水头，m。注：1、由于在初步设计是不考虑淹没出流的情况，故淹没系数直接取为1。 2、由水力学可知；单孔闸门，则；圆弧边墩，则，由上可得上述公式简化为：。计算出该起调水位下的下泄流量作为起调流量，以此作为调洪演算的初始状态。然后确定第一

38、时段时长，假定一个第一时段末的上游水位，按照公式（4-5）计算得到第一时段末的下泄流量，这样，式（4-3）中所有值均已知，可由此得出第一时段中水库蓄水的变化量，从而得到第一时段末的水库蓄水量。若由水位库容关系曲线查得此蓄水量对应的水位与假定值相同，则表示假定是正确的，否则重新假定。再以此作为第二时段的初始条件，逐时段进行演算，直到下泄流量与来水流量相等，水库水位达到最高值。4.3.2 洪水过程线的模拟原始资料： P=2%的洪峰流量为364.5 m³/s，三日洪量为965万m³。 p=0.1%的洪峰流量为551.5 m³/s，三日洪量为1569万m³。由于

39、本设计中资料有限，仅有以上两种频率下的洪峰流量及相应的三日洪量，无法准确画出洪水过程线。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P型。根据洪峰流量和三日洪水总量，可大致作出一个三角形，根据水量相等原则，对三角形进行修正，得到两条模拟的洪水过程线。4.3.3 计算结果 堰顶高程宽度最大下泄流量最高洪水位单宽流量最大下泄流量最高洪水位单宽流量2748184.42278.9223.052749197.44278.7621.9427410366.34280.736.632738200.39278.225.052739207.48277.9223.0527310213.87277.6

40、821.39346.03279.4534.62728215.6277.4626.952729224.79277.1930.827210236.88277.0123.69表4-1 调洪演算方案计算结果4.3.4 方案选择本设计对此只做定性分析。一般情况下堰顶高程越低，溢洪道开挖量越大；溢流前缘宽度一定的情况下，堰顶高度越高，大坝洪水位越高，坝顶高程越高，大坝工程量越大；堰顶高程一定的情况下，堰宽B越大，溢洪道开挖量越大； Q/B即单宽流量越大消能越困难，衬砌要求也高；另外，坝顶高程必须要低于282m，否则会漫过右岸山头。最终选择方案6，设计洪水位277.68m，对应下泄流量213.87m3/2；

41、校核洪水位279.45m，对应下泄流量346.03m3/s。4.3.5 坝顶高程的确定4.3.5.1 工程等别及建筑物级别和洪水标准的复核由校核洪水位279.45m查得相应水库的总库容为2265.2万m3，水电站装机容量为6400kW，根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），本工程工程等别为三等，工程规模为中型，主要建筑物级别为3级、次要建筑物级别为4级。水工建筑物为3级的洪水标准：设计状况下洪水重现期为50100年，校核状况下洪水重现期为10002000年，因此之前分别以2%和0.1%频率的洪水过程作为设计和校核状况进行调洪演算是合理的。4.3.5.2波浪要素计算本工程位

42、于江西省南部，属于低山丘陵地貌，当，按碾压式土石坝设计规范SL2742001，波浪要素的计算可采用鹤地水库公式进行： （4-6） （4-7）上式中：累积频率为2%的波高，m； 平均波长，m。为水面以上10m处的风速，正常运用条件下级坝，采用多年平均最大风速的1.5倍；非常运用条件下的各级土石坝，采用多年平均最大风速。不同累积频率P（%）下的波高可由平均波高与平均水深的比值和相应的累积频率按下表中规定的系数计算表4-2 不同累积频率下的波高与平均波高比值hp/hmp%0.010.112451014< 0.13.422.972.422.232.021.951.711.60.10.23.252

43、.822.32.131.931.871.641.544.4.6.3 静水位以上超高的确定根据碾压式土石坝设计规范公式(5.3.1)，坝顶在水库静水位以上超高按下式确定： （4-8）式中：y坝顶在水库静水位以上超高；R设计波浪爬高值，3级坝采用累积频率为1%的值R1%，平均波浪爬高值按下式计算： （4-9）其中：Rm平均波浪爬高，m；m 单坡的坡度系数，若坡脚为a，即等于cota；K 斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型由表查得，混凝土板护面时取0.9； Kw经验系数，按表查得，取1表4-3 不同累积频率下的爬高与平均爬高比值（Rp/Rm）hm/Hp%0.1124510142030500.12.6

44、62.232.071.91.841.641.531.391.220.960.1-0.32.442.081.941.81.751.571.481.361.210.970.32.131.861.761.651.611.481.391.311.190.99e最大风雍水面高度，按下式算： （4-11）安全超高，根据碾压式土石坝设计规范5.3.1规定取值。4.4.6.3 坝顶高程的确定坝顶高程的计算，应同时考虑以下四种情况：设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高；正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高；正常高水位加非常运用情况的坝顶超高再加地震区安全超高。最后取其中最大值作为

45、坝顶高程。由于该库区地震烈度在度以下，因此不考虑地震超高，仅在、三种情况中取最大值作为坝顶高程。同时，为了降低坝顶高程，减少填筑量，在大坝建造时普遍设置坝顶放浪墙，本设计也采用此方案。当设置放浪墙时，所得坝顶高程为放浪墙高程，同时规范还要求：正常情况下坝顶应高出静水位至少0.5m，非常运用情况下，坝顶不得低于静水位。在计算中，坝前水深按正常蓄水位下49.1m、设计洪水位下50.46m、校核洪水位下52.23m计取，单坡的坡度系数按初设1.55计取。 表4-4 坝顶高程确定表超高Y最大波浪爬高R最大风浪壅高e安全超高A坝顶高程正常蓄水位2.81.420.680.7278.8设计水位2.81.42

46、0.680.7279.81校核水位1.470.770.30.4281防浪墙顶高程为281m，根据要求，防浪墙顶要高出坝顶11.2m，本设计取1.2m，则坝顶高程为279.8 m，满足正常情况下坝顶应高出静水位至少0.5m，非常运用情况下，坝顶不得低于静水位的要求。4.4.6.4 闸门设计堰宽B=10m，单扇闸门挡水，选用平板闸门。闸门的高度由挡正常蓄水位确定，取5m；则其宽高比10/5=2，在1.62.0的范围之内，满足闸门定型制造要求。另外布置时将闸门放在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴着堰面下泄。闸墩(边墩)的长度应满足工作桥、交通桥及启闭机等布置要求，取8m。闸墩高度取决于闸门和启闭机的

47、形式，应保证开启后的闸门底缘高出水库最高洪水位，并留有一定安全超高，取为8m，闸墩厚度取2.0m。第五章 主要建筑物型式选择及枢纽布置5.1 枢纽等别及组成建筑物级别经调洪演算得，校核洪水位为279.45m，水电站装机容量为6400kW,水库总库容为，根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000，本工程等别为三等。B江水利枢纽工程：工程等别为三等； 主要建筑物级别：3级； 次要建筑物级别：4级。5.2 坝型选择坝型选择是坝工设计中首先要解决的一个重要问题，因为它关系到整个枢纽的工程量、投资和工期。坝高、筑坝材料、地形、地质、气候、施工和运行条件等都是影响坝型选择的主要因素。5.2.1

48、 定性分析5.2.1.1 各种常见坝型比较水利枢纽中的挡水建筑物拦河坝常见的主要型式有：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。(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，将荷载传给拱座；二是依靠悬臂梁的作用将荷载传给基岩。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

49、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，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。(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。(3) 重力坝重力坝工作原

50、理：一是依靠自重在坝基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强度要求。重力坝的主要特点：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，且弱风化岩与混凝土之间的摩擦系数f=0.50.6,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离坝址1015km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

51、力坝。(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。土石坝的优点：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。土石坝的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，便于维修加高。不足之处：5)坝顶不能溢流，常需另开溢洪道；6)施工导流不如混凝土坝方便，因而相应也增加了工程造价；7)坝体断面大，土料填筑的质量易受气候影响。5

52、.2.1.2 土石坝各坝型比较我国幅员辽阔，各种自然条件、土料特性等千差万别，需要根据具体情况，发展和选择适宜形式的土石坝。在坝型选择中，不应拘泥于现存观点。筑坝技术在不断进步，新的施工机械也在不断出现，以前看来似乎没有什么前途的面板堆石坝，由于应用大型振动碾提高压实效果，今日已发展成为具有强大生命力的坝型。土石坝设计中的许多问题，不少是偏经验性的，在很大程度上需要依靠分析和判断。应用沥青混凝土作防渗体的土石坝，采用土工薄膜防渗的土石坝以及定向爆破堆石坝等，在各种条件下都有一定的应用和发展前景。(1)均质坝、土质防渗体的心墙坝和斜墙坝均质坝、土质防渗体的心墙坝和斜墙坝可以适应任意的地形、地质条

53、件；对筑坝土料的要求逐渐放宽；既可采用先进的施工机械进行建造，在条件不具备时，也可采用比较简单的施工机械修筑，因而对我国的中小型工程是值得优先考虑的坝型。均质坝坝体材料单一，施工方便，当坝址附近有数量足够的适宜土料时可以选用。这种坝所用的土料的渗透系数较小，施工期坝体内会产生孔隙水压力，影响土料的抗剪强度，所以，坝坡较缓，工程量大。一般适用于中、低高度的坝，但近年来也有向高坝发展的趋势，特别是在具有较大内摩擦角的含粘性的砂质和砾质土的情况下，由于在坝的中部设置竖向和水平排水，可以大大降低坝体内的浸润线，并减少孔隙水压力。心墙坝和斜墙坝的土质心墙和斜墙便于与坝基内的垂直和水平防渗体系相连接，心墙和斜墙坝可以在深厚的覆盖层上修建。这种坝型不仅适宜于建低坝，也适宜于建高