水工建筑物课程设计

1、PAGE PAGE 27目录第一部分分设计资资料0（1）一、设计计资料（1）二、设计计依据（4）第二部分分枢纽布布置（7）一、坝型型的选择择（7）二、泄水水建筑物物型式的的选择（8）三、其它它建筑物物型式的的选择（8）四、枢纽纽的组成成建筑物物及等级级（8）五、枢纽纽布置（9）第三部分分土石坝坝的设计计（9）一、土石石坝坝型型的选择择（9）二、大坝坝断面尺尺寸及构构造型式式（9）三、渗流流计算（12）四、稳定定计算（13）五、材料料及细部部构造（14）第四部分分溢洪道道设计（16）一、溢洪洪道的形形式（16）二、堰面面形式（16）三、溢洪洪道的水水力计算算（16）四、工程程布置（17）六、掺气

2、气水深（23）七、消能能防冲（23）八、溢洪洪道的其其它构造造设计（24）第五部分分施工图图纸（24）附图（25）水工建建筑物课课程设计计设计说明明书姓名：耿耿恒银班级：22002210112学号：22002210112166指导老师师：舒浩浩光徐卫卫超二00五五年七月月水工建筑筑物课程程设计第一部分分设计资资料一、设计计资料1、概况况平山水库库位于GG县西南南3公里处处的平山山河中游游坝址以以上控制制流域面面积4331kmm2；沿河河道有地地势较平平坦的小小平原，地势自自南向东东有高变变低。最最低高程程为622.5mm。河床床比降为为千分之之三，河河流发源源于苏唐唐乡大源源锭子，整个流流域物

3、产产风丰富富。土地地肥沃，下游盛盛产稻麦麦，上游游蕴藏着着丰富的的木材，竹子等等土特产产。平山山河为山山区性河河流，雨雨后山洪洪常给农农作物和和村镇造造成灾害害，另外外，当雨雨量分布布不均时时，又造造成干旱旱现象，因此，有关部部门对本本地区作作了多次次勘测规规划以开开发这里里的水资资源。2、枢纽纽任务枢纽主要要任务是是以灌溉溉发电为为主，并并结合防防洪，航航运，养养鱼及供供水等任任务进行行开发。初步规规划，本本工程灌灌溉面积积为200万亩（高程在在1022m以上上），装装机容量量90000KWW。防洪洪方面，使平山山河下游游不致洪洪水成灾灾，同时时配合下下游水利利枢纽，大意下下游起到到一定的的

4、防洪作作用，在在流域规规划中规规定本枢枢纽在通通过设计计洪水流流量时，控制最最大泄流流流量不不超过9900 m3/s。航航运方面面，上游游库区能能增加航航运里程程20公里里，下游游可利用用发电尾尾水等航航运条件件，并拟拟建竹木木最大过过坝能力力为255吨的筏筏道。3、地形形地质概概况地形情况况：平山山河流域域多为丘丘陵山区区，在平平山枢纽纽上游均均为大山山区。河河谷山势势陡峭，河谷边边坡一般般为60007000，地势势高差都都在8001220m，河谷冲冲沟切割割很深，山脉走走向大约约为东西西方向，岩基出出露较好好，河床床一般为为1000m左右右河道弯弯曲相当当厉害，沿河沙沙滩及坡坡积层发发育，

5、尤尤以坝址址下游段段的更为为发育，在坝轴轴下游3300mm处的两两岸河谷谷呈马鞍鞍形，其其覆盖物物较厚，岩基产产状凌乱乱。地质情况况：靠上上游有泥泥盆五通通砂岩，靠下游游为二迭迭纪灰岩岩，几条条坝轴线线皆落在在五通砂砂岩上面面，地质质构造特特征：在在平山咀咀以南，即灰岩岩与沙岩岩分界处处，发现现一大断断层，其其走向近近东西，倾向大大致向北北西，在在第一坝坝轴线左左肩的为为五通砂砂岩，特特别破碎碎，在1100多多米范围围内就有有三四处处小断层层，产状状凌乱，坝区右右岸破碎碎深达660m的的钻孔芯芯获得率率仅为220%，岩石裂裂隙十分分发育。岩石的的渗水率率很小。坝区下下游石灰灰岩中发发现两处处溶

6、洞，平山咀咀大溶洞洞和大泉泉眼大溶溶洞，前前者对大大坝及库库区均无无影响，后者朝朝南东方方向延伸伸的话，可能通通过库壁壁，库水水有可能能顺着溶溶洞漏到到库外。坝址覆覆盖层沿沿坝轴线线厚度达达1.555.0m，K=1110-44cm/s，浮浮容重VV浮=100.7KKN/ m3，内摩摩擦角=35504、水文文、气象象（1）、水文：千年一一遇雨量量4988.1mmm，二二百年千千年一遇遇雨量3348.2mmm，五十十年千年年一遇雨雨量2999.99mm，雨洪峰峰流量QQ0.11%=118600 m3/s，Q0.5%=15550mm3/s，Q1%=114800m3/s，多多年平均均水量为为4.555

7、亿m3（2）、气象：多年平平均风速速10mm/s，水库吹吹程D=9Kmm，多年年平均将将雨量4430mmm/年年，库区区气候温温和，年年平均气气温166.9，年最最高气温温40.5，年最最低气温温-144.9 5、其其它（1）、坝顶无无交通要要求（2）、对外交交通情况况水路:可可通行336吨吨木船，枯水季季只能通通过3吨以下下的船只只，水运运较困难难公路：尚尚无公路路通行铁路：到到工地有有53公里里处有乐乐万铁路路车站二、设计计依据1、工程程等级:工程的灌灌溉面积积为2万亩,装机容容量90000,总库容容2.000亿判定此工工程为二二等工程程主要建筑筑物：挡挡水坝，溢洪道道，电站站厂房。次要建

8、筑筑物：筏筏道，泻泻洪洞，导流洞洞（后改改为泻洪洪洞）。2、水库库规划资资料（1）正正常水位位：1113.110，设设计洪水水位：1113.30，校核洪洪水位：1133.500死水位：1055.0mm（发电电极限工工作深度度8m），灌灌溉最低低水位：1044.0mm（2）总总库容：2.000亿，水库库有效库库容：11.155亿（3）库库容系数数：0.5755（4）发发电调节节流量=7.335，相相应下游游水位668.22发电最大大引用流流量=228 ，相应的的下游水水位688.655,通过设设计洪水水位流量量（Q0.11%）时时。溢洪洪道最大大泄量=13440 ，相应的的下游最最高洪水水位74

9、4.33、枢纽纽组成建建筑物（1）大大坝：布布置在11#坝轴轴线上（2）溢溢洪道：堰顶高高程为1107.50mm（3）水水电站：装机容容量90000KKW，3台机组组，厂房房尺寸3309平方米米（4）灌灌溉：主主要灌溉溉区在河河流的右右岸，渠渠首底高高程1002m，灌溉最最大引用用流量88.155 m33/s，相相应渠道道最大水水深1.75mm，渠底底宽3.5m，渠道边边坡1：1（5）水水库放空空隧洞：为便于于检修大大坝和其其它建筑筑物，拟拟利用导导流隧洞洞作为防防空洞。洞底高高程700.0mm，洞直直径3.5m（6）筏筏道：为为干筏道道，上游游坡不陡陡于1：4，下游游坡不陡陡于1：3，转运运

10、平台高高程1115.00m，平平台尺寸寸为30020mm24、筑坝坝材料枢纽大坝坝采用当当地材料料筑坝 （1）土土料：主主要有粘粘土和壤壤土，可可采用坝坝下1.533.0公公里丘陵陵区与平平原地带带，储量量多，质质量尚佳佳可作为为筑坝材材料，其其性能见见表1（2）砂砂土：可可从坝上上下游00.53.55公里河河滩上开开采，储储量多，可供筑筑坝使用用，其性性能见表表2（3）石石料：可可在坝址址下游附附近开采采，石质质为石灰灰岩及砂砂岩，质质地坚硬硬，储量量丰富，便于开开采，其其性能见见表3.表一土料料特性表表土壤类别干容重rrc（KN/m3）最优含水水率（%）孔隙率 n（%）内摩擦角角粘着力 C

11、（Kpaa）透水系数数 K（cm/s）粘土15.44254018o330371100-6壤土15.8814.5541.7723o441121100-5坡土16.0022.5539.8822o（湿）33o（干）7.5（湿）1100-3表二砂土土特性表表土壤类别别干容重rrc（KN/m3）孔隙率 n（%）内摩擦角角渗透系数数 K（cm/s）浮容重 砂土1640.6630o1100-210.006表三石料料特性干容重（KN/m3）孔隙率（%）内摩擦角角1.83338o第二部分分枢纽布布置一、坝型型的选择择在基岩上上筑坝有有三种类类型可选选择:重力坝坝、拱坝坝、土石石坝。重力坝方方案：重重力坝虽虽然对

12、地地形，地地质条件件适应性性强，且且枢纽泄泄洪问题题容易解解决等优优点，但但是建重重力坝清清基开挖挖量大，且不能能利用当当地筑坝坝材料，故重力力坝不经经济。拱坝方案案：修建建拱坝理理想条件件是河岸岸左右对对称，岸岸坡平顺顺无突变变，在平平面上向向下游收收缩的峡峡谷段，而该水水利枢纽纽布置处处成S形，沿沿河沙滩滩及坡积积发育，坝轴线线下游河河谷程马马鞍形，无建拱拱坝的可可能。土石坝方方案：土土石坝对对地形、地质的的要求低低，几乎乎在所有有的条件件下都可可以修建建，且该该工程在在坝轴线线的附近近丘陵区区与平原原地带的的土料储储量很多多，土质质佳，可可作筑坝坝之用，并且有有丰富的的质地好好，开采采容

13、易的的筑坝用用的砂土土和石料料。故修修建土石石坝，其其材料来来源广泛泛，开挖挖量小，可减小小工程投投资，综综合考虑虑地形，地质条条件，建建筑材料料，施工工条件，综合效效益等因因素，最最终选择择土石坝坝方案。二、泄水水建筑物物型式的的选择溢洪道选选择：根根据当地地地质条条件，确确定为开开敞式溢溢洪道，开敞式式溢洪道道分为正正槽式和和侧槽式式，正槽槽式溢洪洪道中，泻水槽槽与堰上上水流方方向一致致，水流流平顺，泄流能能力大，结构简简单，运运行安全全可靠，适用于于各种水水头和流流量，且且坝轴线线下3000m处处两岸河河谷呈马马鞍形，选该形形式最合合理。放空隧的的选择：洞水库库放空隧隧洞其进进口高程程可

14、以很很低，因因此除了了担负泄泄洪任务务，还可可以承担担灌溉放放水，施施工导流流，排泄泄泥沙和和防空水水库等任任务。所所以本工工程利用用施工期期的导流流隧洞作作为水库库放空隧隧洞。三、其它它建筑物物型式的的选择引水建筑筑物的型型式：河河道水量量丰沛，水位较较底，引引水量较较大，无无坝取水水不能满满足要求求，则选选用有坝坝取水枢枢纽即溢溢流坝。施工导流流方式：选用导导流隧洞洞，可以以作为坝坝修建好好之后的的泄水隧隧洞，减减小工程程量。四、枢纽纽的组成成建筑物物及等级级表四建筑筑物分类类建筑物名名称土石坝溢洪道放空隧洞洞灌溉电站厂房房筏道级别233323五、枢纽纽布置挡水建筑筑物：土土石坝布布置在1

15、1#坝轴轴线上泄水建筑筑物：溢溢洪道布布置在左左岸的垭垭口上，可减小小工程的的开挖量量，并且且与大坝坝离开，有利于于大坝的的安全。电站厂房房应该设设在平坦坦的地方方，引水水隧洞布布置在凸凸岸，可可以缩短短长度，减小工工程量。所以电电站厂房房布置在在凸岸，即河的的右岸比比较合理理。第三部分分土石坝坝的设计计一、土石石坝坝型型的选择择在坝址附附近有丰丰富的饿饿土料，坝址上上下游及及两岸滩滩地又有有大量的的砂、石石灰岩及及砂岩，质地坚坚硬，储储量丰富富，可作作为坝壳壳材料，从建筑筑材料上上说，斜斜墙坝、心墙坝坝均可。斜墙坝由由于抗剪剪强度较较低的防防渗体位位于上游游面，故故上游坝坝坡较缓缓，坝的的工

16、程量量相对较较大，并并且斜墙墙对坝体体的沉降降变形比比较敏感感，与陡陡峻河岸岸的连接接较困难难，故不不选择此此方案。心墙坝的的防渗体体位于坝坝体的中中央，适适应变形形的条件件好，粘粘土心墙墙所用的的粘土量量少，施施工较方方便。所所以选择择粘土心心墙坝。二、大坝坝断面尺尺寸及构构造型式式1、坝坡坡：采用用三级变变坡，在在变坡处处设置马马道，其其宽度取取2。上游坝坡坡：1：3.00、1：3.225、1：3.55下游坝坡坡：1：2.55、1：2.775、1：3.002、坝顶顶宽度：本坝无无交通要要求，坝坝高，在在30mm-600m，所所以坝顶顶宽度=且无交交通要求求，取=7对中低坝坝最小宽宽度B5m

17、，取取=7mm。3、坝顶顶高程计计算：超高：波浪在在坝坡上上的爬高高 m风浪引引起的坝坝前水位位壅高 m安全加加高 mm=0.445hllm-11n-0.6：设计波波高 ：坝坡坡坡率取22.5：坝坡护护面糙率率，选干干砌石取取0.002755：（多年年平均）计算风风速：吹程：综合摩摩擦系数数取3：水库水水域平均均水深 m：风向与与坝轴线线方向的的夹角 ：重力加加速度取取坝顶高程程：二者者取大值值表五坝顶顶高程计计算运用情况况静水位（m）（m）e(m)A(m)防浪墙高高程(mm)坝顶高程程（m）设计洪水水113.31.4000.011980.5115.42115.42114.22（取1114.3

18、3）校核洪水水113.50.8440.000891.0115.14验算：坝坝顶高程程1144.300设计计洪水位位+0.5m=1133.8mm校核洪洪水位1113.5 满满足要求求。 4、坝体体排水设设备及尺尺寸拟定定常用坝体体排水主主要有以以下几种种形式：贴坡排排水、棱棱体排水水、褥垫垫排水。贴坡排水水不能降降低浸润润线，多多用于浸浸润线很很底和下下游无水水情况。褥垫排水水对地基基不均匀匀沉降适适应性较较差，易易断裂，且难以以检修，不宜采采用。棱体排水水可以降降低浸润润线，防防止坝坡坡冻胀，保护下下游坝脚脚不受尾尾水淘刷刷且有支支持坝体体，增加加稳定的的作用。坝址附附近有丰丰富的石石料可开开

19、采，其其石料质质地坚硬硬，可以以利用，做堆石石料棱体体排水。棱体顶顶面的高高程高出出下游最最高水位位至少，取1.7，下下游最高高水位为为校核时时的水位位74.3，棱棱体顶面面的高程程为766.0。棱体内内坡坡度度取1：1.55，外坡坡取1：2.00，顶宽宽取2.0。 5、防渗体体本设计粘粘土允许许坡降。承受最最大水头头为477.9，墙厚/=11.98，心墙的的顶宽取取53满足机机械化施施工的要要求。上上下游坡坡度均取取1：0.22。墙顶顶高程为为设计洪洪水位加加0.33-0.6超高高，取00.3，所以墙墙顶高程程为1113.44。 6、大坝坝基本剖剖面三、渗流流计算心墙采用用粘土料料，渗透透系

20、数很很小，因因此计算算时可以以不考虑虑上游水水头降落落，下游游坝壳的的浸润线线比较平平缓，水水头主要要在心墙墙部位损损失。将心墙看看成等厚厚的长方方体通过心墙墙段的单单宽流量量通过心墙墙下游坝坝壳段的的单宽流流量得=2.96mm ，m3/s,浸润线方方程为即即：心墙之后后的坝壳壳防渗坡坡降及渗渗透性很很小，发发生破坏坏的可能能不大。四、稳定定计算无粘性土土的坝坡坡常形成成折线形形的滑动动面，在在此只考考虑上游游水位在在1/33坝高处处上游坝坝坡的稳稳定。由图测的的角度为为；所以该假假想滑动动面是稳稳定的。五、材料料及细部部构造1、坝顶顶坝顶无公公路要求求，故路路面采用用黄泥浆浆砌石路路面，为为

21、排除雨雨水，将将扒顶向向下游向向下游倾倾斜（22%-33%）取取i=22%。2、护坡坡上游采用用干砌石石护坡，块径一一般为330以上上。选双双层，约约厚为00.4-0.66，砌石石下面设设碎石垫垫层，其其厚约为为0.115-00.255，取0.25。护坡范范围自坝坝顶起延延至水库库最低水水位以下下一定距距离，一一般为22.5，护坡的的最低高高程为1105，下游护护坡为碎碎石护坡坡厚255。3、坝的的防渗体体及排水水设施坝的防渗渗体为粘粘土心墙墙，心墙墙上下游游设置反反滤层，坝体排排水为堆堆石棱体体排水，在排水水与坝体体，坝基基之间设设置反滤滤层，下下游马道道在靠近近坡处设设置排水水沟，并并在坝

22、坡坡设置横横向排水水沟以汇汇集雨水水，岸坡坡与坡体体交接处处也设置置排水沟沟，以汇汇集岸坡坡雨水，防止雨雨水掏刷刷坝坡。4、反滤滤层设计计（1）设设计标准准：被保保护土相相邻的第第一层反反滤料D15/d8554-55 式中中： DD15：反反滤料的的特征粒粒径，小小于粒径径土占总总土重的的15%D15/d1555 d855，d15：被被保护土土粒径，小于该该粒径土土分别占占总土重重的855%，15%（2）防防渗体周周边部位位：第一层dd50=00.5厚厚20第二二层d50=22.0厚厚30排水部位位：第一层dd50=330厚20第二二层d50=990厚60坝顶顶及心墙墙反滤层层，棱体体排水及及

23、反滤层层、岸坡坡排水、护坡详详图见图图纸。坝基处理理需将防渗渗体部位位进行开开挖，挖挖去覆盖盖层3mm，并下下挖0.3m，将防渗渗体坐落落在岩基基上形成成截水墙墙，隔断断渗流，岩面不不平整或或存在微微小裂缝缝处，通通过灌浆浆，喷水水泥砂浆浆或浇筑筑混凝土土进行处处理。在在基岩面面建混凝凝土齿墙墙作用不不明显，受力条条件不好好，易产产生裂缝缝。在基基岩内部部防渗处处理的主主要设施施是帷幕幕灌浆，用以提提高其不不透水性性，强度度，完整整性，减减小防渗渗坡降。第四部分分溢洪道道设计溢洪道的的形式。选在垭口口处，见见图示平平面位置置，并采采用开敞敞式的正正槽溢洪洪道。二、堰面面形式：采用WEES型堰堰

24、面形状状 取三、溢洪洪道的水水力计算算 1、孔孔口尺寸寸设计（1）、单宽流流量的确确定。校核洪水水高程 1113.55堰顶高高程 1077.5单宽宽流量根据堰顶顶形式可可选则取取孔口宽宽度为99则孔口口宽度闸墩墩厚度（取2.0）则进行验算算：闸墩墩侧收缩缩系数，取0.95流量量系数，取0.48重力力加速度度，9.81溢洪道在在开挖的的时候，为了增增强防冲冲刷能力力，需要要设置衬衬砌，粗粗糙率取取。四、工程程布置 1、进进水渠（1）、拟定引引水渠的的形式引水渠采采用梯形形断面，低坡平平坡，边边坡采用用1：1.55且流速速小于渠渠底宽度度大于堰堰宽，取取1，渠底底高程取取87.5。（2）、引水渠渠

25、尺寸校核水位位为过过水断面面渠底底宽度 假设为了了安全取取进水渠与与控制堰堰之间为为渐变段段，采用用弧线连连接。 2、控控制段（1）拟拟定控制制段的形形式为了控制制泻流能能力，设设置弧形形闸门，堰型选选用WEES标准准剖面堰堰，顶高高程，取查表：与泄槽底底版相连连采用反反弧曲面面，（其其中为校校核洪水水位全开开时的反反弧最低低点）3、泄槽槽泄槽布置置在基岩岩上，断断面为挖挖方，为为适应地地形，泻泻槽分为为收缩段段、泻槽槽一段、泻槽二二段，根根据已建建的工程程拟定收收缩段收收缩角为为12度。首端与与控制堰堰同宽BB=611m。末末端采用用矩形。4、出口口消能溢洪道出出口段为为冲沟，岩石质质地较好

26、好，离大大坝较远远，采用用挑流消消能。水水流冲刷刷不会危危及大坝坝安全。五、溢洪洪道的计计算泄槽水面面线计算算：对称称布置由由地质平平面图可可知堰顶顶到下游游水面高高程（774.33）处的的水平距距离是886，高高差333.2。坡降ii=333.2/86=0.3386iK，属急急流，槽槽内形成成b型降水水曲线，属于明明渠非均均匀流的的计算。（1）、基本计计算采用各段段试算的的方法计计算（2）、基本计计算公式式流段距离离： 式中收缩缩断面处处开始计计算（3）、用试算算法进行行求取几组的的值，进进行试算算，使得得两公式式算的相相等列表如下下：的值2.01.71.41.3551.34421.55121.66321.77521.77721.7771.3551.3441.3441.3441.344以，求两两断面点点的距离离hvv平均RR平均v2/22gJSS1.34421.779 22.221 1.288 1.266 24.220 0.077 6.900 6.900 1.29922.664 1.244 26.111 1.24423.555 24.004 1.199 1.177 28.226 0.099 9.