伦潭水利枢纽工程重力坝毕业设计(1)

1、南昌工程学院本科毕业设计 目录 第一章 工程概况与设计任务及要求 .1 1.1 工程概况 .1 1.2 设计任务与要求 .1 第二章 设计基本资料及水库工程特性 .3 2.1基本资料 .3 2.1.1 水文气象 .3 2.1.2 工程地质 .3 2.1.3 筑坝材料及其物理力学性质 .4 2.1.4 水库的运用要求 .5 2.2 水库工程特性 .5 第三章 枢纽布置及工程等级 .7 3.1 工程等级及建筑物级别 .7 3.2 枢纽布置 .8 3.2.1 坝址选择 .9 3.2.2 坝轴线选择 .9 3.2.3 坝型选择 .10 3.2.4 引水隧洞的布置 .11 第四章 重力坝非溢流坝剖面设计

2、 .13 4.1 坝顶高程的确定 .13 4.2 坝顶宽度的确定 .14 4.3 坝坡的设计 .14 4.4 坝底宽度的拟定 .14 4.5 荷载组合及其计算（以单宽计算） .14 4.6 稳定计算 .16 4.7 应力分析及边缘应力计算 .18 第五章 溢流坝段设计 .21 5.1 泄水方式的选择 .21 5.2 溢流坝的孔口布置 .21 5.3 溢流坝剖面拟定 .23 5.4 消能防冲设计 .25 5.5 挑距和冲坑的估算 .27 5.5.1 水舌挑射距离L .27 5.5.2 最大冲坑水垫厚度的计算（按校核洪水位情况考虑） .28 .29 第六章 细部构造设计6.1 混凝土分区设计 .2

3、9 6.2 非溢流坝细部结构 .29 6.3 溢流坝细部结构 .30 6.3.1 闸门和启闭机 .30 6.3.2 闸墩和工作桥 .30 6.4 坝体分缝及止水设计 .30 I 6.5 坝体排水 .32 6.6 坝体廊道系统 .32 6.6.1 基础灌浆廊道 .32 6.6.2 坝体廊道 .32 第七章 引水隧洞的设计 .34 7.1洞径的计算 .34 7.1.1洞径的拟定 .34 7.1.2洞径泄流验算 .34 7.2 洞线的布置 .34 7.2.1 洞线的布置原则 .34 7.2.2 隧洞围岩厚度的确定 .35 7.2.3 隧洞纵坡设计 .35 7.2.4 洞线的选择 .35 7.3进口段

4、的布置与设计 .36 7.3.1 进水口的具体形式选择 .36 7.3.2 事故闸门与检修闸门 .36 7.3.3 进水口高程的验算 .36 7.3.4 进口段、渐变段和闸门段的设计 .37 7.3.5 拦污栅的设计 .38 7.3.6 通气孔设计 .38 7.3.7 启闭机设计 .38 7.4 引水隧洞水力计算 .39 7.4.1 局部水头损失计算 .39 7.4.2 沿程水头损失计算 .39 7.5 调压室设计 .40 第八章 地基处理 .41 8.1 重力坝对地基的要求 .41 8.2 坝基开挖与清理 .41 8.3 坝基的固结灌浆 .41 8.4 坝基帷幕灌浆 .42 8.5 坝基排水

5、设施 .43 II 南昌工程学院本科毕业设计 I 南昌工程学院本科毕业设计 第一章 工程概况与设计任务及要求 1.1 工程概况 伦潭水利枢纽工程位于铅山县天柱山乡境内，距县城约50km，坝址地处铅山河支流杨村水中游，是铅山河流域内具有防洪、灌溉、发电、供水及水产养殖等综合效益的控制性工程。 铅山河是信江中上游南岸的一条主要支流，发源于闽赣边境的武夷山脉。流域东邻石2溪水，西毗陈坊河，南靠武夷山，北抵信江，集雨面积1255km。流域内山高林密 ，植被8 良好，气候温和，矿产资源丰富，尤以铜矿著称。铅山河流域理论电力蕴藏量约1410kWh，4 8 初步查明的可开发水电装机有18.4610kW，可开

6、发电量6.710kWh，其水力资源之丰富为信江之冠。 铅山河流域是我省暴雨中心之一，也是我省小流域治理规划的重点流域。伦潭水利枢纽工程项目在2002年7月已经国务院批准立项。 1.2 设计任务与要求 1.2.1 设计任务 （一）枢纽布置 1、坝址、坝轴线及坝型的选择。 2、引水隧洞的布置。 （二）挡水及泄水建筑物设计 1、坝体设计，包括地基处理、剖面设计、坝体应力分析、稳定分析及细部构造设计。 2、泄水建筑物设计，包括溢流坝或泄水孔的孔口尺寸、体形、消能防冲设计及稳定计算等。 包括进水口设计，隧洞直径确定、衬砌设计及调压室设计等。 1.2.2 设计要求 （一）设计说明书、设计计算书各一份 说明

7、书和计算书要求用钢笔书写，章节分明，语句通顺，字体工整，对于论断的依据，公式的来源以及所引用的符号意义均需交代清楚，并应附必要的简图和表格。此外，要求前有目录，页有编号，如使用程序时须附源程序说明，编制原理和程序框图打印结果等， 1 第一章 工程概况与设计任务及要求 必要时附源程序。 （二）图纸 主要设计图有： 1、大坝平面布置图、上游立视图、下游立视图； 2、挡水坝剖面图、溢流坝剖面图及细部结构图 3、引水系统平面布置图、剖视图，包括进水口、调压室及隧洞断面图 图纸要求用计算机或铅笔绘制，能表达设计意图，尺寸齐全，干净美观，符合国家制图标准，图中应有附注以说明技术要求等问题。图应编号，有设计

8、制图者签名。 2 南昌工程学院本科毕业设计 第二章 设计基本资料及水库工程特性 2.1基本资料 2.1.1 水文气象 潭水利枢纽坝址处于铅山河支流杨村水中游。杨村水为信江二级支流，发源于武夷山脉读书尖。河流自南向北流经篁碧、港口、天柱山、港东、杨村、五都等地，在下坂与石2塘水相汇后称铅山河。杨村水主河长70km，流域面积465km，河道平均坡降6.6。伦潭2水库坝址以上集雨面积242km、主河长41.9km，流域平均宽度5.77km，主河道平均比降11.62。坝址附近无水文测站，选择铅山河流域内铁路坪水文站作为参证站，由1959年3至2000年共42年径流资料，推求坝址多年平均流量为11.0m

9、/s，C=0.31,C=2.5C，多年vsv83平均径流深1438.8mm，多年平均径流量3.4810m。铅山河为雨洪式河流，洪水与暴雨相应，多发生在49月份，洪水主要由锋面雨形成，台风雨也能形成较大洪水。经分析计3算，坝址设计洪水成果：校核洪水标准（P=0.1%)，相应洪峰流量为2640m/s，洪量W=87.7316363310m、W=155.1710m；设计洪水标准（P=1%）、相应洪峰流量为1500m/s，洪量W=52.06316363410m、W=92.0810m。铅山河属少泥沙河流，坝址多年平均悬移质输沙量4.5510t、34推移质输沙量1.8210t。 铅山河流域属亚热带季风气候区

10、，流域内各地多年平均气温18.1，极端最高气温40.1，极端最低气温-10.6，多年平均相对湿度79%。多年平均降水量1908.9mm，最大年降水量2856.7mm（1998年），最小年降水量1177.1mm（1971年），多年平均蒸发量1550.4mm，多年平均风速1.9m/s，实测最大风速20.3m/s。坝址区洪水期多年平均最大风速16/，吹程为2.5公里。 2.1.2 工程地质 本区处华南褶皱系、赣中南褶隆、饶南拗陷区。区内地势东南高、西北低，下游为低山丘陵区，中上游属中低山中高山构造剥蚀地貌，不良物理地质现象不甚发育。区内出露地层主要为燕山早期花岗岩。枢纽及库区处于次一级的陈坊永平八都

11、区域隆起构造带，未发现孕震断裂分布，不存在产生水库诱发地震的可能性，根据GB18306-2001中国地震动参数区划图，本区地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱周期小于0.35s，区域构造稳定性较好。 3 第三章 枢纽布置及工程等级 水库区地层岩性单一，组成库盆、库岸的花岗岩体岩性坚硬，透水性弱，库周分水岭雄厚，库区产生永久性渗漏的可能性小，库岸稳定性较好。未来库区淤积问题不大。库区内未发现有工业开采价值的矿产资源及古文化遗址分布，淹没影响较小。不存在浸没问题。 坝区含上、下两个坝址，均属构造剥蚀中低山地貌，位于燕山早期侵入的伦潭岩体上岩性，为细粒花岗岩，岩性单一，一般弱风化微新岩体为中

12、等较好质量岩体。地质构造较简单，未发现较大的断裂构造及顺河断层。构造节理主要为北东向和北西向两组，卸荷裂隙发育不明显。 坝区的地下水主要为基岩裂隙潜水。地下水埋深多受大气降水和地形条件及季节变化等因素所控制。岩体透水性则受地形条件、节理裂隙的密度与贯通，节理裂隙充填状况及岩体风化程度等多种因素影响，一般遵循自上而下，由大到小的规律。据水质分析结果，坝区河水和地下水对混凝土具中等溶出型侵蚀性。 上、下坝址存在的工程地质问题，主要为渗漏及坝肩稳定问题。由于岩体风化及节理裂隙的影响，坝址基础开挖以后，建基面以下一般为弱中等透水岩体，需作防渗处理。上坝址可利用基岩埋深较大，建基面以下透水岩体厚度也较大

13、。下坝址拱坝方案右坝肩，由于局部分布有缓倾角节理裂隙，其与坝区较发育的北西或北东向两组陡倾角结构组合，存在与拱肩推力方向夹角很小的不利组合面，有沿该组面产生滑动的可能，对拱肩稳定不利。 就工程地质条件而言，上、下坝址均具备修建90m左右大坝的条件。而下坝址的工程地质条件优于上坝址。 据本阶段对三条引水隧洞、一条导流隧洞、一个溢洪道及三个发电厂房和下坝址上、下游围堰作的地质勘探工作，这些建筑物均处于中低山地貌，围岩为细粒花岗岩，洞室大部分置于弱风化微新岩体，地下水量不丰，地质构造较简单，洞线进出口及厂房区未见较大的滑坡、崩塌等不良物理地质现象。各引水隧洞线及厂房均未发现大的工程地质问题。上、下游

14、围堰不存在大的工程地质问题。 2.1.3 筑坝材料及其物理力学性质 水库枢纽工程所需天然建材，石料可就地取材，储量及质量均可满足要求。砂砾料在坝址区缺乏，需在坝区下游较远处采运，其中砂料质量可满足规范要求，但粗骨料级配较差，粗细骨料储量均可满足需求。 4 南昌工程学院本科毕业设计 2.1.4 水库的运用要求 伦潭水利枢纽工程位于铅山河流域杨村水中游，是以防洪、灌溉为主，兼顾发电、供水和水产养殖的综合利用工程。经综合分析论证，伦潭工程规模基本选定为：水库正常蓄水位253.0m，死水位为230.0m，防洪限制水位250.0m，防洪高水位为254.70m，相应防洪838383库容为0.26110m，

15、调节库容0.93810m，水库总库容1.79810m；灌溉农田面10.6243万亩；电站装机容量20.0MW；枯水季节能为下游工矿企业补充150010m生产生活用水。 伦潭水利枢纽工程综合利用效益显著。在防洪方面：经水库调蓄可使下游沿河两岸和港东、杨林、五铜、永平、鹅湖、福惠等7个乡（镇）的村镇和农田、永平铜矿的供水设施和尾矿污水排放设施、横南铁路线和上饶联络段铁路线以及铅山县河口镇的防洪标准由5年一遇提高到20年一遇；在灌溉方面：从水库坝下取水可灌溉下游铅山西部灌区的杨林、五铜、福惠、虹桥、汪二、河口茶场、新安埠、汪二垦殖场等九个乡（镇、场）的10.624万亩，农田灌溉保证率达90%；在发电

16、方面：电站装机210.0MW，年发电量607410kW.h，保证出力4520kW，年利用小时3037h；在供水方面：枯水季节能补充下游工矿企业生活生43产用水150010m。 2.2 水库工程特性 （一）水库枢纽工程主要特征值 正常蓄水位 253.00 防洪高水位 254.70 设计洪水位（P=1） 254.75 3 相应下泻流量 975/ 相应下游水位 176.43 校核洪水位 256.45 3 相应下泻流量 1310/ 相应下游水位 177.51 死水位 230.00 水电站装机容量 210MW 3 总库容 1.798亿河床地面高程 170m 5 第三章 枢纽布置及工程等级 （二）重要物理

17、力学设计指标 （1）坝址处地基物理力学设计指标 坝址处具有砂质亚粘土覆盖层，河床处覆盖深度约为5米，两岸垂直坡面覆盖左岸3米，右岸12米。砂质亚粘土覆盖层物理力学指标如下： 33 干容重=1.59/ 饱和容重=2.00/S3 -6浮容重=0.98/渗透系数K=4.510/ 2 0凝聚力=0.38/ 内摩擦角=20.57 （2）砼与基岩抗剪指标及基础承载力 纯摩时 =0.7 =0 2剪摩时 =0.9 =2.8/ 2基础承载力 =30/ 3砼容重 =2.4/ 工作桥及启闭机作用于一个墩上荷载45吨，弧形门重20吨 （三）引水隧洞 3设计引用流量 32.40/ 相应下游尾水位163.64 水轮机安装

18、高程165.63 6 南昌工程学院本科毕业设计 第三章 枢纽布置及工程等级 3.1 工程等级及建筑物级别 该水库总库容为1.796亿，电站装机容量为2万KW。按照水利水电枢纽工程等级划分及划分标准，综合考虑水库总容量、防洪效益、灌溉面积、电站装机容量、工程规模，查教材水工建筑物 表3-1 水利水电工程分等指标 防洪 灌溉 供水 发电 水库总 工程 工程 保护城镇及库容 保护农田 灌溉面积供水对象装机容量（万等别 规模 工矿企业重（亿） （万亩） （万亩） 重要性 KW） 要性 大型 10 特别重要 500 200 特别重要 120 大型 101.0 重要 500100 20060 重要 120

19、30 中型 1.00.1 中等 10030 6015 中等 305 小型 0.10.01 一般 305 153 一般 51 0.01 小型 5 3 1 0.001 表3-2 永久性水工建筑物的级别 2 3 永久性建筑物的级别 工程等别 主要建筑物 次要建筑物 1 3 3 4 4 5 5 6 该工程等级为等，工程规模为大型，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建 7 第三章 枢纽布置及工程等级 筑物为4级。 永久性水工建筑物洪水标准：正常运用（设计）洪水重现期100年；非常运用（校核）洪水重现期2000年。 永久性水工建筑物洪水标准：永久性挡水建筑物和泄水建筑物正常运用（设计）洪水重现期10

20、0年；非常运用（校核）洪水重现期2000年；水电站厂房正常与非正常洪水标准分别为50年和500年；临时性水工建筑物采用洪水标准为20-30年。 3.2 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

21、。 坝线、坝型选择 (1)地质条件。地质是坝址、坝型选择的主要依据之一。拱坝、重力坝需建在岩基上；土石坝则岩基，土基均可修建。坝址选择应该注意一下几个方面的问题：对断层破碎带，软弱夹层要查明其产状、宽度（厚度）、充填物和胶结情况，对垂直水流方向的陡倾角断层应尽量避开，对具有规模较大的垂直水流方向的断层或是存在活断层的河岸，均不应选择坝址；在顺向河谷（指岩层走向与河流方向一致）中，总有一岸指与岩层倾向一致的顺向坡，当岩层倾角小于地形坡角，岩层又有软弱结构面时，在地形上存在临空面，这种岸坡极易发生滑坡，应当注意；对于岩溶地区，要掌握岩溶发育规律，特别要注意潜伏溶洞、暗河、溶沟和溶槽，必须查明岩溶对

22、水库蓄水和对建筑物的影响；对土石坝，应尽量避开细砂、软粘土、淤泥、分散性土、湿陷性黄土和膨胀土等土基。 (2)地形条件。河谷狭窄，地质条件良好，适宜修建拱坝；河谷宽阔，地质条件较好，可选用重力坝或支墩坝；河谷宽阔、河床覆盖层深厚或是地质条件较差，且土石、沙砾等当地材料储量丰富，适宜修建土石坝。在高山峡谷区布置水利枢纽，应尽量减少高边坡开挖。坝址选在峡谷地段，坝轴线短，坝体工程量小，但不利于泄水建筑物等的布置，因此需综合考虑。 (3)筑坝材料。坝址附近应有足够的符合要求的天然建筑材料。 8 南昌工程学院本科毕业设计 (4)施工条件。便于施工导流，坝址附近特别是其下游应有开阔地形，便于布置施工场地

23、；距离交通干线近，便于交通运输；可与永久电网连接，解决施工用电问题。 (5)综合效益。选择坝址应综合考虑防洪、灌溉、发电、航运、旅游、环境等各部门的经济效益。 坝址选择与地形、地质条件、坝型、枢纽布置和施工导流等因素有关，在满足枢纽布置和施工导流要求的前提下，坝轴线应尽可能短，以节省工程量。从地质条件看，坝址应选在地质构造简单，无大的地质构造的地方。 3.2.1 坝址选择 根据坝区水文气象以及地质条件，伦潭水利枢纽可行性研究阶段，在选择坝型、坝址时，初选了上、下两个坝址。 上、下坝址均属构造剥蚀中低山地貌，位于燕山早期侵入的伦潭岩体上岩性，为细粒花岗岩，岩性单一，一般弱风化，微新岩体为中等，较

24、好质量岩体。地质构造较简单，未发现较大的断裂构造及顺河断层。构造节理主要为北东向和北西向两组，卸荷裂隙发育不明显。上、下坝址存在的工程地质问题，主要为渗漏及坝肩稳定问题。由于岩体风化及节理裂隙的影响，坝址基础开挖以后，建基面以下一般为弱中等透水岩体，需作防渗处理。上坝址可利用基岩埋深较大，建基面以下透水岩体厚度也较大。下坝址拱坝方案右坝肩，由于局部分布有缓倾角节理裂隙，其与坝区较发育的北西或北东向两组陡倾角结构组合，存在与拱肩推力方向夹角很小的不利组合面，有沿该组面产生滑动的可能，对拱肩稳定不利。 就施工条件而言，上、下坝址均具备修建90m左右大坝的条件。而下坝址的工程地质条件优于上坝址。 经

25、综合必选后，上、下两个坝址的地形、水工枢纽布置和施工条件等诸多因素，以下坝址较优，故选定下坝址，见图1。 3.2.2 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。 9 第三章 枢纽布置及工程等级 首先

26、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

27、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。 3.2.3 坝型选择 由基本资料知坝址千年校核洪水洪峰流量2640m/s，百年设计流量1500 m/s，洪水来量大，要求泄水建筑物有较大的过水能力，由于本水库除满足千年一遇的防洪标准外，尚需要承担下游防洪任务，所以单宽流量不宜过大。坝区水文气象和工程地质条件具备了修建90m左右坝高及成库条件，坝址处为细粒花岗岩。一般弱风化，微新岩体为中等，较好质量岩体。坝址基础开挖以后，建基面以下一般

28、为弱中等透水岩体，需作防渗处理。首先考虑重力坝、土石坝、拱坝三种基本坝型。 （1）从地质来看，重力坝是用混凝土或石料等材料修筑、主要依靠坝身自重保持稳定的坝，对地形、地质适应性强。任何形状的河谷都可以修建重力坝。在土基上也可修建高度不高的重力坝。拱坝坝体的稳定主要依靠两岸拱段的反力作用，不像重力坝那样依靠自重维持稳定。因此拱坝对坝址的地形、地质条件要求较高，对地基处理要求也较严格。再者由于下坝址拱坝方案右坝肩局部分布有缓倾角节理裂隙，其与坝区较发育的北西或北东向两组陡倾角结构组合，存在与拱肩推力方向夹角很小的不利组合面，有沿该组面产生滑动的可能，对拱肩稳定不利。所以不适合修建土石坝。土石坝能适应不同的地形、地质和气候条件。除极少数例外，几乎任何不良地基，经处理后均可修建土石坝。但因洪水泄量及导流和渡汛流量大的特点，不适合修建土石坝。故考虑地质条件以修建混凝土坝较为适宜。 （2）地形条件。河谷狭窄，地质条件良好，适宜修建拱坝；河谷宽阔，地质条件较好， 10 南昌工程学院本科毕业设