重力坝毕业设计

摘要摘要:该水利枢纽位于中国西南某市。本毕业设计内容为某水利枢纽工程重力坝设计,基本内容包括重力坝枢纽布置、洪水调节计算、重力坝非溢流坝段和溢流坝段设计、大坝细部构造及地基处理等。根据设计总要求,设计要求偏重于重力坝非溢流坝段和溢流坝段设计、大坝细部构造及地基处理设计。枢纽工程采用凝土重力坝,枢纽建筑物包括混凝土重力坝、泄水设备及水电站等,但此次只介绍混凝土重力坝的设计。设计成果包括设计说明书一份和图纸三张。关键词:混凝土重力坝枢纽布置溢流坝非溢流坝荷载坝体稳定灌浆地基处理Abstract:XXprojectislocatedinChina'sguangxizhuangautonomousregionBaiSeShi.ThemaindesignisoftheBaiseproject,thebasicpartincluding:damtypedesign、layoutdesign、routing、theblockdesignofthedamsection、thedesignofspillwaysection、detailthedesignofstructures、andfoundationtreatment,etc.Inordertomeetthedamstructureandtheapplicationoftherequirements,mostofthedesignisabouttheblockdesignofthedamsection、thedesignofspillwaysection、detailthedesignofstructuresandfoundationtreatment.TheProjectusesgravityconcretedam,includingthemaindamofthehubbuilding,equipmentandpowerstation,suchasdischarge.butDesignachievementsincludeonedesigninstructionbookletandthreeblueprints.Keywords:concretegravitydam、layoutofhydroproject、non-overflowdam、thedamblock、load、damstability、grouting、foundationtreatment前言毕业设计是各工科高校为大学生安排的最后一次全面性、总结性的教学实践环节,既是学生在教师指导下运用所学知识和技能,解决具体问题的一次尝试,也是学生走向工作岗位前的一次实战演习。本次设计的目的是:参加毕业设计的同学,首先应熟悉本枢纽的基本资料,明确设计任务。要严肃认真地对待设计工作,树立正确的设计思想和观点,设计中应实事求是,刻苦钻研,勇于探索、创新,并应注意贯彻党的建设方针和政策。要认真总结、运用几年来所学的理论知识及专业知识,结合毕业设计的任务进行思考、分析应用。在设计中注意培养与提高独立思考与独立工作的能力,并加强计算、绘图、编写设计文件,使用规范、手册能力的培养。设计中既应遵循技术规范,亦应尽量采用国内、外成熟的先进技术与经验,出色地、创造性地按期完成设计任务。本次设计的范围:本次设计是依据有关规范主要进行混凝土重力坝设计。本次设计我的题目为西南某水库坝址一混凝土重力坝方案,基本要求是先熟悉基本资料,通过坝址选择和枢纽布置,来设计主要建筑物(挡水坝、溢流坝,最后设计细部构造。通过本次设计,提高了我的动手能力,加强了我的整体思维能力,推进了理论联系实际的实用能力,贯穿我们四年所学知识的综和利用能力。使之了解相关的水利水电建筑工程的知识:水位及工程地质在实际工程中的应用;重点掌握坝址的选择、枢纽的布置,尤其是水工部分的挡水坝、溢流坝的设计及应力计算。在这次设计中对于所遇到的问题主要应用所学的知识加以解决,辅以指导老师的耐心、细致的解答,同时查阅资料以及参考以建工程的资料等。西南某水库坝址一混凝土重力坝的毕业设计使我掌握了水利水电学科的基本理论和基本知识,了解对于水利水电建筑工程师的基本素质和实际工作能力的要求,对于今后成为高级的应用型人才打下了良好的基础。目录摘要前言第1章工程概况与设计任务及要求.........................11.1工程概况................................................11.2设计任务与要求..........................................1第2章设计基本资料及水库工程特性........................32.1基本资料................................................32.2水库工程特性............................................8第3章枢纽布置...........................................113.1.坝轴线选择...........................................113.2.坝型选择.............................................12第4章水文水利计算......................................164.1工程等级、建筑物级别及防洪标准确定.....................164.2水文计算.............................................174.3.调洪计算.............................................19第5章重力坝非溢流坝剖面设计...........................405.1.坝顶高程的确定.......................................405.2坝顶宽度拟定..........................................425.3坝坡的设计............................................425.4坝底宽度的拟定........................................435.5基础灌浆廊道尺寸拟定..................................435.6.荷载组合及其计算(以单宽计算........................435.7稳定计算..............................................525.8.应力分析及边缘应力计算................................57第6章溢流坝段设计......................................796.1泄水方式的选择........................................796.2.溢流坝剖面拟定........................................806.3闸门高度的确定........................................846.4消能防冲设计..........................................846.5.挑距和冲坑的估算......................................876.6溢流坝坝体稳定、强度验算..............................90第7章细部构造设计......................................947.1混凝土分区设计........................................957.2非溢流坝细部结构......................................967.3溢流坝细部结构........................................967.4坝体分缝及止水设计....................................977.5坝体排水.............................................1007.6坝体廊道系统.........................................101第8章地基处理..........................................1028.1坝基开挖与清理.......................................1038.2坝基的固结灌浆.......................................1038.3坝基帷幕灌浆.........................................1048.4.坝基排水设施........................................105外文翻译...................................................107结语........................................................117参考文献...................................................119附表.......................................................121第1章工程概况与设计任务及要求1.1工程概况该水库座落云贵高原与西南某市盆地过渡的斜坡地段内,地势西北高东南低,山地高程一般在600~800之间,两岸山体雄厚。坝址位于XX江上游的右江河段,坝址距某市22km,水库控制集水面积19600km3,占右江流域面积的47.5%,占XX江南宁水文站以上面积的27%,多年平均流量263m3/s,水库控制集水面积为19600km2,总库容为56.6亿m3。水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成,该水利枢纽是一座以防洪为主,兼顾发电、灌溉、航运及供水等综合利用的大型水利水电枢纽工程,同时缓解西南某市缺调峰容量和枯水期严重缺电的局面。根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用,枢纽定为一等工程,主坝为Ⅰ级建筑物,其它均按Ⅱ级建筑物考虑。1.2设计任务与要求1.2.1设计任务:1.根据地质、地形条件和枢纽建筑物的作用进行坝轴线、坝型选择,通过分析比较确定枢纽布置方案,绘制枢纽平面布置及下游立视图。2.进行挡水坝的剖面设计:拟定剖面尺寸,进行稳定、应力分析,绘制设计图。3.进行溢流坝的剖面设计:拟定剖面尺寸,进行水力计算及稳定分析,绘制设计图。4.进行细部构造设计和地基处理设计:坝体混凝土标号分区,分缝、止水、廊道、排水以及地基开挖、清理、灌浆、断层处理等,并绘制有关设计图。1.2.2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。2、设计者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。3、设计者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,成果包括:设计说明、计算书各一份、设计图纸3-5张。(平面布置图、下游立视图、横断面图、细部构造图第2章设计基本资料及水库工程特性2.1基本资料2.1.1水文分析:1、年径流坝址径流分析计算,是以坝址下游的XX水文站实测径流资料为依据,考虑集水面积的差异及澄碧河水库的影响来推球坝址径流。多年平均径流量为263m3/s,径流年内分配情况见表1-2表2-1XX坝址年平均流量频率计算成果表(m^3/s表2-2XX坝址多年平均各月流量表单位:m3/s2、洪水XX江洪水由暴雨形成,7~9月为台风盛行期,西南低涡也是形成流域大暴雨的主要天气系统,多发生在5~8月期间。XX江干流上游右江流域年均暴雨日数为2.8~7.0天,右江河谷为3.6~4.1天。一次降雨过程多为3天左右,主要暴雨集中在1天内,如1958、1968、1977、1979、1986年暴雨1天量占3天雨量的80%左右。根据XX水文站的多年实测资料可知,右江洪水过程多为单峰线,洪水涨洪历时较短,洪水从起涨到峰顶2天左右,峰顶滞时5~8小时,峰后退水历时较长,6天左右,一场洪水过程在7~10天。XX坝址控制集水面积为19600km2,在下游约22km处的XX水文站有60多年水文资料。根据XX站的实测水文资料分析,流域的洪水主要发生在5~9月份。可行性研究设计阶段,坝址设计洪水计算以XX水文站和澄碧河水库站作为依据,推求出坝址洪峰、洪量频率见表2-3XX坝址洪峰流量与洪量频率计算成果表根据1937~2000年实测洪水过程线,选出代表不同类型的1937、1942、1968年洪水过程线作为模型。(11937年型洪水过程线,是实测62年资料中洪峰大,过程线尖瘦。(21942年型洪水过程线为肥胖形状,XX㈠站实测最大流量为2940m3/s,洪水持续时间较长。(31968年型洪水过程线,是建国以来最大的一场洪水,右江XX㈢站实测最大流量为5490m3/s,最大峰前有一小洪水,有一定代表性。XX坝址控制集水面积为19600km2,最大河长为370km,流域形状系数为0.143,坝址下游约22km有百XX文站,至今有76年降雨资料,实测24小时最大雨量为240.6mm,流域边缘外的平塘雨量站实测最大24小时雨量为461.3mm。某市的特大暴雨多出现在7月和8月,峰面暴雨和西南低涡多发生在4~6月。XX坝址可能最大降水的估算采用水汽风速联合放大法、统计法、区域历时洪水外包法推估。设计采用值为QPMF=24200m3/s,WT=48.5亿m3。2.1.2工程地质:1.库区地质:(1水库渗漏问题XX水库座落云贵高原与XX盆地过渡的斜坡地段内,地势西北高东南低,山地高程一般在600~800之间,两岸山体雄厚。水库两岸山体雄厚,岩性以砂岩、泥岩为主,隔水性能良好。(2库岸稳定问题库区两岸为中低山地形,山势不高,河谷多为较开阔的“U”型谷。库区岩层主要成北西向展布,倾角一般30~60°。河流与岩层走向多正交或斜交,故河谷以两岸稳定性较好的横向谷和斜向谷为主,纵向谷较少,且岩层倾角大于山体自然坡角,无较大规模的滑坡和崩塌体。当蓄水位为228m时,回水线附近绝大部分为岩质岸坡,岸坡稳定条件良好。经水利部长江勘测研究所对劲坝库段的航、卫片及侧视雷达的分析、研究,均未发现有较大的滑坡和潜在的不稳定体,认为库岸主要为稳定的和基本稳定的,基本无不稳定的库岸。(3水库坍岸问题库岸阶地不发育,正常回水线附近绝大部分由基岩组成,岸坡稳定性较好,不存在大规模的坍岸问题。但乐里河库尾的汪甸局部防护地段,岸坡较陡,属冲~洪基层岸坡,具有二元结构:上部粉质粘土,下部为漂卵石层。地面高程220~230m,在正常回水线变幅范围,会产生小范围的岸坡崩塌。2.坝址地质:(1地貌:坝区河段为较平直的开阔“U”型斜向谷,河水自北向南流。平水期水面119.5m高程时,河面宽45~110m,水深0~12m。河床地形较平,发育礁滩4处,一般高出水面0.5m。河床砂卵石层厚度为0~15.64m,基岩顶板高程100~120m。两岸冲沟主要沿软弱岩带或软硬界面发育;冲沟基本对称,岸坡较整齐。岸坡一般为24~38°,山顶高程271~331.5m,高出水面151.5~212m。右岸受右IV沟深切,上游为三面临空的右坝肩山梁,山顶高程为334.6m,坡度20°;下游为右IV沟、牛棚沟等形成的一级平缓山头,高程为233.6m,坡度约40°;其后的二级山头高程为267.4m。两岸坡残积层厚度一般为0.5~7m,局部9~11m。(2岩性:坝区地层主要有泥盘系中统罗富组(D2I及上统榴江组(D3I、石炭系、二迭系、三迭系下统和华力西期辉绿岩。按层位及岩性、坝区沉积岩可分26层,坝区出露的辉绿岩体,规模较大的有5条(βμ4-1~βμ4-5,分布于泥盘、石炭及二迭系地层内,大部分与围岩平行展布,少部分与围岩斜交,均与围岩产生同步褶皱。辉绿岩岩性均一,相变特征不明显,其矿物粒度以中细粒为主,由边缘至中心,粒度由细变粗,为渐变过渡关系。3.构造:构造上,坝址位于坡平顶背斜的南西翼,岩层呈单斜产出,产状稳定,一般为N50°-70°W,SW∠50°-60°,即倾向下游偏右岸,与河流呈50°-65°斜交。坝址区地质构造复杂,出露断层较多,可分北西和北东两组。北西组较北东组发育,规模也较大。而切割坝基的断层共有7条,全为北北东向-北东向的张扭性陡倾角断裂。其中,F6断层规模最大,它从坝上游切至坝下游,破碎带宽3m-4m,充填物胶结不好,透水性较大。另外,辉绿岩与围岩接触部位蚀变严重,风化强烈,岩体破碎,形成具有一定规模的软弱层带。坝基岩体节理裂隙较发育(局部形成密集带,共有5组,主要为北西向似层状和北东向中-陡倾角裂隙,而缓倾下游的节理裂隙不发育。裂隙充填物以方解石和石英脉为主,少数为全蚀变石榴石矽卡岩或岩屑,均为硬性结构面。4.地震:本区处于桂西堤镇亚带较为稳定的部位,地震活动主要受邻郊区强烈地震活动的影响。国家地震局烈度评审委员会审定:该水利枢纽坝址的地震基本烈度为7度。XX水库不具备诱发强烈水库地震的条件,诱发弱至中强度的水库地震的可能性也较小,水库诱发地震的强度低于坝区地震基本烈度7度。2.1.3当地建筑材料主坝区砂砾石料缺乏,只能满足临时工程用量,灰岩料主要以中石炭统地层为主,但由于厚度偏小,单个料场的储量偏少,开采困难,剥采率偏高,又有碱活性反应,在开采中还存在高边坡的稳定问题。辉绿岩料储量较为丰富,无碱活性反应,开采条件较好,运输距离近,交通便利,剥采率为27%。但辉绿岩的抗压强度高,破碎难度大。经综合比较,建议采用右Ⅳ沟辉绿岩作为主坝区砼人工骨料料场。坝址附近有足够的防渗性能好的全风化土料,可供围堰或临时挡水建筑物用。通航建筑物使用百色萝卜洲砂砾石料作砼骨料,质量和储量均满足要求,但运距较远。2.1.4交通条件施工现场对外交通方便,仅需将工地与交通要道的连线公路修通即可,坝顶无重要交通要求。2.2水库工程特性2.2.1水库水位与库容关系及水位流量关系曲线表2-4水库水位与库容关系图2-1某水库水位库容关系曲线图2-2某水库水位流量关系曲线2.2.2效益水库正常蓄水位228.00m,预留防洪库容16.4亿m3,通过水库调节,增加枯水期流量,遇干旱灾害可进行临时调水缓解灾情。同时,XX水利枢纽电站计划装机容量为540MW,多年平均发电量16.9亿kWh,主要承担电网调峰,对缓解XX电网峰谷矛盾具有很大作用。另外,能改善下游水环境,加速经济社会可持续发展。2.2.3淹没损失XX水利枢纽水库淹没涉及XX市的XX市、XX县等,共计12个乡(镇、42个村(办、169个组(屯和某茶场。根据2000年的水库淹没调查统计,全库区淹没耕地4061hm2,需搬迁安置人口26969人,其中X市17450人,Y市9519人。库区淹没影响的文物有百达旧石器散布点、弄瓦新石器时代遗址、阳圩古营盘、剥隘粤东会馆、观音庙等共12处。2.2.4工期根据施工总进度设计原则,经论证后确定工程设计施工期为6年2.2.5其它施工期下游有供水要求,须考虑通航、过木问题。第3章枢纽布置坝址、坝型选择和枢纽布置是水利枢纽设计的重要内容,三者相互联系。在选择坝址/坝型和枢纽布置时,不仅要研究枢纽附近的自然条件,而且需要考虑枢纽的施工条件,运行条件,综合效益,投资指标以及远景规划等,这是水利枢纽设计中贯穿在各个阶段的一个十分重要的问题。不同的坝址适用于不同的坝型和枢纽布置,所以选择坝址、坝型要同时做出枢纽布置。针对不同坝址做出不同坝型的各种枢纽布置方案,进行技术经济比较,最后选定较为理想的坝轴线位置及相应的坝型和枢纽布置。3.1.坝轴线选择根据上述坝址岩基地质特点和地形情况,坝轴线布置时考虑以下因素:(1坝体与岩基联合作用的应力场和应变场合理,应力应变最大值控制在允许范围之内;(2作用于坝面的水、淤沙荷载与坝体自重的合力尽可能作用于辉绿岩带的中部,最大限度地使辉绿岩真正成为主要持力层,使因建坝产生的地基应力尽量在辉绿岩体中消散;(3设置在岩基中的防渗帷幕工程量小,且防渗效果可靠;(4坝脚尽可能远离蚀变带,对蚀变带处理工作量较小;(5便于坝基开挖施工。首先对河床段坝轴线作了上线(坝踵位于上游蚀变带边缘、中线(坝踵和坝趾分别离上、下游蚀变带有一定距离和下线(坝趾位于下游蚀变带边缘3个方案进行比较研究,中线方案的坝体和地基应力分布最为理想,非库空工况地基中的第二主应力压应力.大值全部分布在质地坚硬的辉绿岩体中,且沿上下游两侧衰减得很快,使上下游相邻的较软弱岩层如马口、马已所产生的应力相对很小。同时,辉绿岩的第二主应力方向基本与该岩层的倾角一致,极利于整个坝基的稳定安全。这种应力分布特征,表明非库空工况作用于地基的合力作用点不仅在辉绿岩带的中部区域,而且其方向亦基本与辉绿岩岩层的倾角一致。这正是我们所希望的。此外,中线方案因坝踵和坝趾分别距上、下游蚀变带相对较远,基础处理相对简单、可靠,同时坝踵底部的辉绿岩体厚度既可保证强度需要,亦可适当延长库水从上游蚀变带渗入坝底的渗径,并较多削减渗压梯度,以便于设置防渗帷幕。故主坝轴线布置选择中线方案。3.2.坝型选择(一土石坝土石坝又称当地材料坝,是历史最为悠久的一种坝型。土石坝主要分为:均质坝、心(斜墙坝、土石混合(堆石坝坝等。1.土石坝优点(1可以就地、就近取材,节省大量水泥、木材和钢材,减少工地的外线运输量,几乎任何土石料均可筑坝。(2能适应各种不同的地形、地质和气候条件。任何不良的坝址地基,经处理后均可筑坝。(3大容量、多功能、高效率施工机械的发展,提高了土石坝的施工质量,加快了进度,降低了造价,促进了高土石坝的发展。(4由于岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展,提高了大坝分析计算的水平,加快了设计进度,进一步保障了大坝设计的安全可靠性。(5土石坝适应地基变形,施工方便,而且我国拥有丰富的建坝经验。土石坝与砼坝相比,其造价为砼坝的1/10,工程量为砼坝的4倍,由此可见土石坝经济性优于砼坝。2.缺点由所给水库基本资料可知,坝址附近主坝区砂砾石料缺乏,只能满足临时工程用量,且土石坝有它本身的特点,就是坝身不能过水,泄水建筑物需另设溢洪道。由本枢纽基本资料知,两岸均为高山,山峰绵绵,没有崖口,没有合适地形布置溢洪道,因此,从这方面看,不宜建土石坝。由于坝址附近无大量的粘性土及砂壤土料,只可供应围堰防渗材料之用。不能满足土石坝所需的大量粘性土和砂壤土料,因此,从这方面考虑,此处建设土石坝条件不足。综合上述优缺点,故本次设计不采用土石坝,而采用混凝土坝。(二混凝土坝如果选择混凝土坝应考虑采用拱坝、支墩坝还是重力坝,1.拱坝优缺点优点:拱坝是高次超静定空间整体结构,坝体的稳定性主要依靠两岸拱端山体反力作用来维持,并不全靠坝体自重来维持。由于拱是一种主要承受轴向压力的推力结构,拱内弯矩较小,应力分布较均匀,有利于发挥材料的强度,从而坝体厚度可以减薄,节省工程量。拱坝的体积比同一高度的重力坝大约可节省1/3~2/3,从经济意义上讲,拱坝是一种很优越的坝型。且较好的超载能力可达设计荷载的5~11倍,具有很强的抗震能力。缺点:建筑拱坝要求河谷的宽高比小于4.5,由水库坝轴线工程地质剖面图量得河谷长为820米,高87米,L/H>4.5,为宽浅形河道,不宜修建拱坝;而且拱坝对坝肩的岩体要求坚固完整,但从坝址河谷段构造分析图可发现河谷左岸有大的断层,右岸又存在一个滑坡体,也不宜选择拱坝;理想的拱坝地形应是左右岸对称,岸坡平顺无突变,在平面上向下游收缩的峡谷段。而此坝址处河段顺直,两岸由于受断层、软弱地带的影响,坝轴线为折线形,不适宜建拱坝。综合上述,本坝址处不适宜建混凝土拱坝。2.支墩坝优缺点优点:支墩坝,自重较轻,坝体工程量小,其中连拱坝与平板坝可节省10%~60%工程量;支墩可随受力情况调整厚度,能充分利用圬工材料的抗压强度;节省坝基开挖量和固结灌浆工作量,可加快施工速度;由于坝体较薄,施工散热条件较好。缺点:支墩本身单薄,侧向刚度比纵向刚度低,在遭遇垂直水利流向的地震作用时,抗震能力明显低于重力坝;支墩的应力较大,对地基要求比重力坝高;施工期坝体对温度变化较敏感,容易产生裂缝;模板较复杂且用量较大,混凝土标号要求高,单方混凝土钢筋用量多,施工存在难度;而且支墩坝有一个致命的缺点,抗压性差,据资料显示库区附近历史上地震活动较为频繁。国家地震局烈度评审委员会审定:百色水利枢纽坝址的地震基本烈度为7度。考虑到枢纽的重要性和水库激发的地震的可能性,拦河坝设防烈度采用8度,基于此种情况,当地是不能选用支墩坝的。综合上述,本坝址处不适宜建支墩坝,适宜选择重力坝坝型。3.重力坝重力坝坝身可以过水,对地形地质条件适应性强,枢纽泄洪问题容易解决,可以大型机械化施工,施工速度快,故本枢纽选择重力坝坝型。重力坝又分为宽缝重力坝、空腹重力坝、实体重力坝。需对三种坝型进行比较做出结论:(1宽缝重力坝优缺点:宽缝重力坝,坝体设置宽缝后,坝基的渗透水可自宽缝排出,减小了渗透压力,但宽缝坝增加了模板用量,立模也较复杂,分期导流不便,而且由资料可知当地无霜期较短(90~180天冰冻期较长(120~200天,对宽缝坝需要采取保温措施,工程造价大大增加且不能大型机械化施工,工期较长,因此不宜选用宽缝重力坝。(2空腹重力坝优缺点:空腹坝与实体坝相比具有以下优点:1由于空腹下部设底板,减小了坝底面上的扬压力,可节省坝体混凝土方量20%左右;2减小了坝基开挖量;3坝体前后腿嵌固于岩体内,有利于坝体的抗滑稳定;4前后腿应力分布均匀,坝踵压应力较大;5便于混凝土散热;6坝体施工可不设纵缝;7便于监测和维修;8空腹内可以布置水电站厂房。缺点有:1施工复杂;2钢筋用量大;3如在空腹内布置水电站厂房,施工干扰大,基于以上缺点,将难以进行大型机械化施工,不能实现机械化程度较高的快速施工,选此坝型不够经济合理。因此不适宜建空腹重力坝。(3结论实体重力坝由于结构简单,安全可靠,对地形、地质条件适应性强,枢纽泄洪问题容易解决,便于施工导流,可以大型机械化施工,施工方便且速度快,结构作用明确,适合建高坝。基于以上各种坝型的比较分析,本水库采用混凝土重力坝较为合理。第4章水文水利计算4.1工程等级、建筑物级别及防洪标准确定为使工程的安全可靠性和其造价的经济合理性统一起来,水利枢纽及其组成建筑物要分等分级。水利枢纽等别根据水库总库容、装机容量、防洪、治涝、灌溉、供水来确定。4.1.1枢纽的组成为了满足枢纽的正常运行,充分发挥各方面的社会、经济效益,拟建筑物有:主坝、坝后式发电系统及及通航建筑物等四部分组成。4.1.2确定建筑物的等级由于该工程正常蓄水位高程228m,相应库容48.0亿m^3,因此工程等别属于大(I型。水工建筑物在SDJ12-1978第五条规定,该类大(I型的主要水工建筑物为1级,次要建筑物为2级,临时建筑物为3级。永久性水工建筑物的洪水标准:XX水利枢纽应属Ⅰ等工程,大坝按一级建筑物设计,即按500年一遇洪水设计,5000年一遇洪水(大坝校核。正常(设计洪水重现期500年对应频率:0.2%非常(校核洪水重现期5000年对应频率:0.02%4.2水文计算按洪峰流量同一个倍比放大典型洪水过程线的各纵坐标值从而求得设计洪水过程线和校核洪水过程线。其放大倍比为KWY=QmP/QMd.(4-1式中KWY——以峰控制的放大系数QmP——设计洪水过程线的洪峰值QMD——典型洪水过程线的洪峰值校核洪水过程线同理得到。设计放大系数:91.3350013700==Qk;校核放大系数:34.5350018700==Qk。计算结果如表4-1图4-1洪水过程线4.3.调洪计算4.3.1起调水位的分析与选择在不影响水库正常正常供水,不增加坝高的前提下,使用部分有效库容滞洪并给泄水建筑物争取一段开闸准备时间,需设汛限水位,并作为调洪验算的起调水位。此水位的选择应兼顾水库防洪与兴利的结合问题。1920经前一阶段设计,水库正常蓄水位为228m,死水位203m,则选择从防洪限制水位高程起调。4.3.2调洪计算的目的无论在水库的规划阶段还是在已建水库的管理运用阶段,水库的调洪计算总是必须的。不过,由于不同阶或同一阶段所遇到的具体情况不同,其计算目的是不同的.水库在规划阶段,往往是根据水库的设计洪水,拟订若个泄洪措施方案,通过调洪计算,分别求出下泄洪水过程、防洪特征库容、特征水位、坝顶高程以及投资、效益等,然后在通过综比较,选择技术上可行且经济合理的水库、泄洪建筑物及下游防洪工程的规模和有关参数;而在水库的运用管理阶段,库容和泄洪建筑物的尺寸是定值,这时的调洪计算是根据某种频率的入库洪水或预报的入库洪水,在不同防洪限制水位时,求出水库的洪水位与最大下泄流量Qmax,为编制防洪调度规程、制订防洪措施提供科学依据,既要尽可能满足下游防洪要求,又要保证水工建筑物的安全。4.3.3.调洪计算的原理根据水库的水量平衡原理和水库的蓄池关系组成方程组((tVVqqQQ∆-=+-+12212122(4-2(tfq=(4-3用已知(设计或预报的入库洪水过程线Q~t,由起调水位开始,逐时段连续求解方程组,从而求得水库出流过程q~t,这就是调洪演算的基本原理。这里采用单辅助曲线半图解法,将改写成式(4-2改写成21222211122QQqtVqtV++-∆=+∆(4-4用221QQQ+=、22111qqq-=-代入上式,整理得1112222qQqtVqtV-++∆=+∆(4-5式中Q为时段t∆始末入库平均流量,由洪水过程线上得到,1V、1q为时段初已知值,左端2V、2q为时段初末知值,由式(4-5可以看出⎪⎭⎫⎝⎛+∆2qtV是q的函数,故可将q与⎪⎭⎫⎝⎛+∆2qtV之间的关系绘制成调洪辅助曲线。因式(4-5两端都有⎪⎭⎫⎝⎛+∆2qtV,只需绘制一条辅助曲线就能求解2q、2V,此就为单辅助曲线法。计算过程为首先,根据起始条件1q,在辅助曲线上查出相应的⎪⎭⎫⎝⎛+∆211qtV值,然后由式(4-5计算出1112222qQqtVqtV-++∆=+∆,再由⎪⎭⎫⎝⎛+∆222qtV值在单辅助曲线上反查出相应的2q值,以2q作下一时段的1q,重复上述图解计算,即得下泄流量过程线(tfq=。4.3.4调洪演算过程本工程确定采用实体重力坝,为充分利用混凝土坝身能泄水的特点,泄水建筑物选用坝顶溢流式根据选定坝轴线长度,选定溢流坝段净长为30m、40m和35m三个方案进行比较。方案一:堰顶高程214m、B=30m取t=6小时=6×3600s根据上面B=30m计算的库水位~下泄流量曲线,即可计算相应工作曲线(2//qtVq+∆-,计算成果见表4-1,图见4-2表4-2水库q=f(V/△t+q/2计算表22图4-2q-V/△t+q/2曲线表4-3某水库半图解法调洪计算表(P=0.2%23图4-3入库流量与下泄流量关系曲线(设计洪水位表4-4某水库半图解法调洪计算表(P=0.02%2425图4-4入库流量与下泄流量关系曲线(校核洪水位由两个图中入库流量与下泄流量的交点得qm,然后查上游水位与下泄流量关系曲线Z-q(如图4-5分别得设计洪水位和校核洪水位以及库容。26由此得设计下泄洪水流量qm=2650(m^3/s、上游水深Z=228.4m、V=48.6(亿m^3、V设=17(亿m^3校核下泄洪水流量qm=3650(m^3/s、上游水深Z=232m、V=54(亿m^3、V校=22.4(亿m^3图4-5上游水位与下泄流量关系曲线Z-q方案二:堰顶高程215m、溢流坝顶净宽B=40m。表4-5水库q=f(V/△t+q/2计算表27由此得水库水位流量关系曲线和q~V/△t+q/2辅助曲线图4-6上游水库水位与下泄流量关系Z-q曲线28图4-7q-V/△t+q/2曲线表4-6某水库半图解法调洪计算表(P=0.2%29得入库流量与下泄流量关系曲线图4-830图4-8入库流量与下泄流量关系曲线(设计洪水位由图可以读出最大下泄流量qm=3300(m^3/s,查水库水位与下泄流量关系曲线得Z=229m,此时的总库容V=50(亿m^3,设计库容为V设=17.4(亿m^3。表4-7半图解法调洪计算表(P=0.02%3132同理得入库流量与下泄流量关系曲线图。图4-9入库流量与下泄流量关系曲线(校核洪水位同理由图可以读出最大下泄流量qm=4200(m^3/s,查水库水位与下泄流量关系曲线得Z=231.4m,此时的总库容V=53(亿m^3,设计库容为V校=20.4(亿m^3。方案三:堰顶高程215m,溢流坝顶净宽B=35m。表4-8水库q=f(V/△t+q/2计算表33根据上表可画出水库水位与下泄流量关系曲线(4-11和q~V/△t+q/2辅助曲线(4-10图4-10q-V/△t+q/2曲线3435图4-11上游水库水位与下泄流量关系Z-q曲线根据表4-3-9画出入库流量与下泄流量关系曲线图(4—12,则可以由下图4-12可以知道最大下泄流量qm=3000(m^3/s,在查图4-11得Z=229.2,总库容V=50(亿m^3,则校核库容V校=17.4(亿m^336图4-12入库流量与下泄流量关系曲线(设计洪水位37根据表4-10画出入库流量与下泄流量关系曲线图(4-1338图4-13入库流量与下泄流量关系曲线(校核洪水位由以上调洪计算可以得出各方案的结果,列下表进行比较。表4-11调洪计算结果第一个方案下泄流量小,水库的蓄水量大,则需要的坝高高,经济效益不好;第二个方案与第三个方案比较在正常使用时没有明显的区别,但在非常时期第三个方案下泄流量小且满足下游建筑的最大抗冲能力,也充分发挥了水库的防洪作用,但较第二个方案安全,因此选择方案三。第5章重力坝非溢流坝剖面设计5.1.坝顶高程的确定根据天津大学编的《水工建筑物》可查得坝顶高程可按以下两个公式计算,并选用其中较大值。①坝顶高程=设计洪水位