转龙湾水利枢纽工程土坝设计毕业论文设计.doc

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1、 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)内江职业技术学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目转龙湾水利枢纽工程土坝设计指导教师李瑞职称见习所属教研室道路桥梁教研室教研室主任潘华贵学生姓名赵豪专业水利水电班级水建一班学号1211210642012年11 月11 日前言土石坝泛指由当地土料、 石料或混合料， 经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝，以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称土石混合坝。土石坝是历史最为悠久的一种坝型。也是世界坝工建设中应用最为广泛、 发展最快的一种坝型。 土石坝按坝高分为： 低坝、中坝和高

2、坝。按其施工方法分为：碾压式土石坝；冲填式土石坝；水中填土坝和定向爆破堆石坝等。 碾压式土石坝是应用最为广泛的一种坝型。 按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类，碾压式土石坝有以下几种主要类型：1 、均质坝：坝体断面分防渗体和坝壳，基本上是由均一的黏性土料（壤土、砂壤土）筑成。 2 、土质防渗体分区坝 : 即用透水性较大的土料作坝的主体， 用透水性极小的黏土作防渗体的坝， 包括黏土心墙坝和黏土斜墙坝。 防渗体设在坝体中央的或稍向上游且略为倾斜的称为黏土心墙坝；防渗体设在坝体上游部位且倾斜的称为黏土斜墙坝，是高、中坝中最常用的坝型。3 、非土料防渗体坝 : 防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土或

3、其他人工材料建成的坝，按其位置也可分为心墙坝和面板坝。本次设计为东、西乌兰木伦河交汇处至上游西乌兰木伦河约7km 处，曾提出过转龙湾坝址，控制流域面积 1417km2（包括相对闭流区 401km ），多年平均流量 4890 万 m3 ，输沙量780 万吨。该河段河床走向近东西，坝址河底高程1215.0m ，河床宽约300m，覆盖层厚 3 5m 。右岸山梁高程为 1275m ，上覆盖层为风积中细砂，坝肩主要为基岩岸坡，表层风化强烈。左坝肩为松散风积堆积物，山梁高程1280m ，均为流动沙丘。基岩出露高程 1235m，为白垩系下统伊金霍洛组紫灰色中粗砂岩夹紫红泥质粉砂岩。由于地形条件的限制，转龙湾

4、坝址最大坝高47m ，总库容 1.82亿 m3 。同转龙湾坝址比较， 最突出的优点是不涉及铁路淹没改线问题。但由于水工建筑物布置及交通条件差，控制面积为转龙湾坝址的73%，库容小，水库寿命短，供水及防洪能力低，不适应严重缺水地区对水资源的供需要求。从总体效益分析，远不及转龙湾坝址优越，因此选用转龙湾坝址是最合适的。摘要适当修建大坝可以实现一个流域地区发电、防洪、灌溉的综合效益E 江位于我国西南部地区，通过对其地形地质、水文资料、气候特征的分析，结合当地的建筑材料，设计适合的枢纽工程来帮助流域地区实现很好的经济效益。根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及泄洪建筑物尺寸；通过分析，对

5、可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；详细作出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；对泄水建筑物进行设计，选择建筑物的形式、轮廓尺寸，确定布置方案，拟定细部构造，进行水力、静力计算。水库建成后，可建装机容量约为24MW的水电站，多年平均发电量可达1.05 亿度；可增加灌溉面积约10 万亩；水库配合下游河道整治等措施，可以很大程度的减轻洪水对下游城镇、厂矿、农村、公路、铁路以及旅游景点的威胁；可为发展养殖创造有利条件。关键字：坝型选择枢纽布置大坝设计基础处理第一章 设计依据21.1 采用的主要技术规范2

6、1.2 特征参数2第二章 工程等别和标准32.1 工程等别和建筑物级别32.2 洪水标准32.3 地震裂度3第三章 工程选址、选型及布置43.1 坝址选择43.2 枢纽布置43.3 坝型比较及工程总布置方案5第四章 挡水建筑物84.1 大坝布置84.2 土坝8坝体结构12、 土坝渗流计算12坝基处理工程22第五章 溢洪道设计245.1 溢洪道地形资料245.2 溢洪道地质资料245.3 溢洪道的位置选择245.4 溢洪道布置24第六章 细部构造296.1 护坡296.2 反滤层设计296.3 防渗体的土料要求296.4 排水结构30结 论31参考文献32第一章 设计依据1.1采用的主要技术规范

7、防洪标准 (GB5021-94)水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)水利水电工程可行性研究报告编制规程（DL5020-93）水工建筑物荷载设计规范(DL5077-1997)碾压式土石坝设计规范(SL274-2001)水工建筑物抗冰冻设计规范(SL211-2006)水工建筑物水泥灌浆施工技术规范(SL62-94)水工混凝土结构设计规范(SL191-2008)1.2特征参数（1）特征水位校核洪水位 (P=0.05%) ： 1228.12m设计洪水位 (P=1%) ：1224.44m正常蓄水位： 1222.00m汛限限制水位： 1215.5m死水位： 1198.80m（2）主要气象

8、资料多年平均最大风速： 24ms，风向 :西北极端最高气温： 37.4极端最低气温： -31.4最大冻深： 2.1m冰层厚： 0.8m第二章工程等别和标准2.1工程等别和建筑物级别转龙湾水库是以防洪、排沙为主，兼顾煤矿供水的水利枢纽工程。枢纽主要由土坝、泄洪排沙洞、溢洪道、输水洞组成。水库总库容为1.92 亿 m3，初拟最大坝高为1230.55m。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）的规定，确定本工程为等工程，工程规模为大（2）型。枢纽主要建筑物级别：土坝、右岸溢洪道、左岸两个泄洪排沙洞及放水涵洞等主要工程为2 级建筑物；临时性工程为4 级建筑物。2.2洪水标准根据水利水

9、电工程等级划分及洪水标准 SL252-2000 的规定，本工程挡水建筑物洪水标准取 2 级建筑物的上限， 即设计洪水标准为 100 年一遇，相应的设计洪峰流量为 10670m3s；校核洪水标准为 2000 年一遇，相应的设计洪峰流量为 18810m3s。2.3地震裂度根据 1400万中国地震动参数区划图 （GB18306-2001），工程区地震动峰值加速度为 0. 05，反应谱特征周期为 0.45S，地震裂度为 6 度区。第三章 工程选址、选型及布置3.1坝址选择在东、西乌兰木伦河交汇处至下游悖牛川入汇口69km河段内，由于煤炭资源开发和地方经济建设的发展，煤矿、铁路、公路、辅助企业及居住区之

10、中分布于干流河谷两岸，已无修建库坝的工程条件。东、西乌兰木伦河交汇处至上游西乌兰木伦河约7km 处，曾提出过转龙湾坝址，控制流域面积1417km2（包括相对闭流区401km），多年平均流量4890 万 m3，输沙量780 万吨。该河段河床走向近东西，坝址河底高程1215.0m，河床宽约 300m，覆盖层厚35m。右岸山梁高程为 1275m，上覆盖层为风积中细砂，坝肩主要为基岩岸坡，表层风化强烈。左坝肩为松散风积堆积物，山梁高程 1280m，均为流动沙丘。基岩出露高程1235m，为白垩系下统伊金霍洛组紫灰色中粗砂岩夹紫红泥质粉砂岩。由于地形条件的限制， 转龙湾坝址最大坝高 47m，总库容 1.8

11、2 亿 m3。同转龙湾坝址比较，最突出的优点是不涉及铁路淹没改线问题。 但由于水工建筑物布置及交通条件差，控制面积为转龙湾坝址的 73% ，库容小，水库寿命短，供水及防洪能力低，不适应严重缺水地区对水资源的供需要求。从总体效益分析，远不及转龙湾坝址优越， 因此选用转龙湾坝址是最合适的。3.2枢纽布置本枢纽由土坝、泄洪排沙洞、输水洞、溢洪道、库区与道路等组成。根据调洪计算分析，转龙湾水利枢纽总体布置共设计了两个方案，具体布置如下：方案一：溢洪道加泄洪排沙洞方案在右岸布置溢洪道泄洪， 溢洪道为无闸开敞式正槽溢洪道， 堰顶高程为 1222m，堰净宽 46m；左岸布置两孔 5m(高)5.5m(宽)的泄

12、洪洞，泄洪洞为明挖埋涵式。由调洪计算，水库校核洪水位 1228.12m，坝顶高程为 1230.55m，最大坝高为 44.55m。本方案枢纽由粘土心墙坝、泄洪排沙洞、输水洞和溢洪道组成。方案二、泄洪全部采用泄洪排沙洞根据泄洪要求，在满足水库排沙条件时，泄洪任务全部由泄洪排沙洞承担，不设溢洪道。确定泄洪排沙洞尺寸为3 孔 5m(高 ) 5.5m(宽)，均为泄洪洞为明挖埋涵式。由水库调洪计算，水库校核洪水位为1228.35m，坝顶高程为 1230.78m，最大坝高为 44.78m。本方案枢纽由粘土心墙坝、泄洪排沙洞、输水洞组成。由于转龙湾水利枢纽坝址处多年平均含沙量为121kgm3，要求排沙洞进口底

13、高程尽量放低，以保证排沙效果并减少库容损失， 本次设计初选排沙洞进口低高程1188.00m。以上两方案中，方案一的土坝较方案二的土坝低0.22m，由于在右岸高边坡中布设了溢洪道，开挖量较大，仅溢洪道工程投资就高达10450.73 万元，而方案二工程总投资为 50454.13 万元，比方案一节省投资9709.18 万元。但是考虑到大坝抵御高标准洪水的能力和大坝的安全运行，经技术经济和施工条件等多因素比较，初步选定方案一为推荐枢纽布置方案设置溢洪道加2 孔宽高为 5.5m 5m 的泄洪洞方案。3.3坝型比较及工程总布置方案坝型比较转龙湾枢纽水库坝址河床地层岩性为全新统冲积砂及砂砾石，厚度在3-6.

14、5m 之间。冲积层之下为安定组和直罗组中细粒砂岩和砂岩夹泥岩、泥灰岩。岩体完整性好。根据料场调查，砂砾料场在河道上游距坝址2km 处，块石料场距坝址49km，粘土料场距坝址3km，均质坝所用土料场距坝址 2km，其储量和各项物理力学指标均满足土坝填筑和土坝防渗材料的要求。 因此，无论是从筑坝的地质条件，还是从天然建筑材料的储量和分布看，均适合用当地建筑材料修建土坝。转龙湾水利枢纽中， 土坝占工程的投资较大且为关键性的建筑物， 故初选其结构型式时，根据建筑材料的分布情况，对土坝进行了四个方案的设计，分别为：粘土心墙坝、均质坝、沥青混凝土心墙坝、粘土斜墙坝方案。具体坝型设计及比较详见表1。表 1

15、坝型方案比较投资估算小计方案项目单位数量单价合计(万元)( 元 )（元）清基土方345507.2915.65712189.04m削坡土方m311232.3624.05270138.24削坡石方m37481.5776.17569871.40粘土心墙填m3143020.9931.584516602.71方案一筑粘土心6086.35墙坝粘土心墙反m3143020.9987.8612565823.76滤坝体填筑m31430209.8522.3431950888.08C20 砼齿墙m33487.09351.481225641.33钢筋制安t1356.006491.328802229.92方案二均质坝方案

16、三沥青混凝土心墙坝方案四粘土斜墙坝普通模板m24487.0954.06242571.92其他7495.787495.78清基土方m345507.2915.65712189.04削坡土方311232.3624.05270138.24m削坡石方m37481.5776.17569871.40坝体填筑m31430209.8522.3431950888.08m34378.10C20 砼齿墙3487.09351.481225641.33钢筋制安t1356.006491.328802229.92普通模板m24487.0954.06242571.92其他7495.787495.78清基土方m345507.29

17、15.65712189.04削坡土方311232.3624.05270138.24m削坡石方m37481.5776.17569871.40沥青混凝土m3894.541230.471100710.17坝体填筑m31430209.8522.3431950888.084488.17C20 砼齿墙33487.09351.481225641.33m钢筋制安t1356.006491.328802229.92普通模板m24487.0954.06242571.92其他7495.787495.78清基土方m345507.2915.65712189.04削坡土方m311232.3624.05270138.24削坡

18、石方m37481.5776.17569871.40粘土心墙填m3143020.9931.584516602.71筑6086.35粘土心墙反m3143020.9987.8612565823.76滤坝体填筑m31430209.8522.3431950888.08C20 砼齿墙m33487.09351.481225641.33钢筋制安t1356.006491.328802229.92普通模板m24487.0954.06242571.92其他7495.787495.78坝型比较：从投资估算方面比较， 粘土心墙坝比均质坝投资高 1708.24 万元，而粘土斜墙坝又比沥青混凝土心墙坝高 1598.17 万

19、元。沥青混凝土心墙坝比均质坝投资高110.07 万元。根据所给资料，选择大坝型式，还应根据地形、地质、建筑材料、工程量以及施工条件等综合方面确定坝型。水库处于平原地区。由基本资料可知，库区土料丰富，料场距坝址较近，运输条件良好。施工简便，地质条件合理，造价低。通过以上几方面的综合分析比较，所以选用土石坝方案。综上所述，本阶段推荐坝型为均质坝。工程总体布置本枢纽由拦河坝、溢洪道、泄洪排沙洞 (两个 )、输水洞等组成。拦河坝为粘土心墙土坝。泄洪排沙洞、输水洞均布置在左岸，溢洪道布置在右岸。经调洪方案比较，转龙湾水利枢纽总体布置如下：泄洪排沙洞尺寸为两孔5m(高)5.5m(宽 )；溢洪道堰底坎高程为

20、1222m，堰净宽宽 46m，堰型为驼峰堰。总库容为 1.92 亿 m3，坝顶高程为 1230.55m，最大坝高为 44.85m。本方案枢纽由土坝、泄洪排沙洞、溢洪道、输水洞及库区道路组成。第四章挡水建筑物4.1大坝布置拦河大坝布置在主河床部位，为直线型布置，基本方向为南北向偏东 16.57。大坝型式为土石均质坝，坝顶长 271.370m。4.2土坝土坝推荐坝型为均质坝，水库正常蓄水位为1222.00m，设计洪水位为1224.44m，校核洪水位为1228.12m。经计算，校核洪水位工况为确定坝顶高程的控制工况，在此工况下，静水位以上坝顶超高为2m，选定坝顶高程1230.55m，坝顶总长526.

21、734m，坝顶宽 10m，土坝最大坝高为44.55m。坝顶高程坝顶高程计算采用碾压式土石坝设计规范SL2742001 中公式：Y=R+e+A式中： Y 坝顶超高 (m)；R最大波浪在坝坡上的爬高(m)；e最大风壅水面高度 (m);A安全加高 (m)。水库为二级建筑物，正常运用坝顶安全加高A0.7m，非常运用情况坝顶安全加高 A0.5m，最大波浪在坝坡上的爬高 R 及最大风壅水面高度 e 按蒲田试验站公式计算。0.45gh m0.70.0018gD0.13 0.7gH mthW 2（4.2.1-1）W2W20.70.13th 0.7gH mW 2Tm4.438hm0.5（4.2.1-2）式中hm

22、 平均波高， m；Tm 平均波周期， s；W 计算风速， ms；D风区长度， m；H m 水域平均深度， m；g重力加速速度， ms2平均波长可以按下式计算：2LmgTm th 2 H（）2Lm对于深水波，即H0.5Lm 时，可以简化为：gTm2（ 4.2.1-4）Lm2式中Lm 平均波长， m；Tm 坝迎水面前水深，m；风雍水面高度可按照下式计算eKW 2D（4.2.1-5）cos2gH m式中 e计算点处的风雍水面高度，m；D风区长度， m；K 综合摩阻系数，取3.6 10-6 ；计算风向与坝轴线的夹角， （）。正向来波在单坡面上的平均波浪爬高可按下式计算1、 当 m=1.55.0 时K

23、K whm Lm（ 4.2.1-6）Rmm21式中 Rm 平均波浪爬高， m；m单坡坡度系数，若坡度为，即等于 cotK 斜坡的粗率渗透系数，根据护面类型由表2-1 查得；K w 经验系数，按表 2-2 查得表 4-1糙率几渗透性系数 K护面类型K光面不透水护面（沥青混凝土）1.00混凝土或混凝土板0.90草皮0.850.90砌石0.750.80抛填两层块石（不透水基础）0.600.65抛填两层块石（透水基础）0.500.55表 4-2经验系数 K wW 11.522.533.54 5gHK w1.001.021.081.161.221.251.281.302、 当 m1.25 时Rm K K

24、 wR0hm（4.2.1-7）式中 R0 无风情况下，平均波高hm =1.0m，光滑不透水护面（K =1）的爬高值，由表 4-3 查得表 4-3R0 值m00.51.01.25R01.241.452.202.503、当 1.25m1.5 时，可由 m=1.25 和 m=1.5 的计算值按内插法计算水库多年平均最大风速为24ms，等效风区长度根据110000 地形图量得，正常运用情况下采用多年平均最大风速的1.5 倍，非常运用情况下采用多年平均最大风速。坝顶超高计算结果见表2。坝顶高程为 1230.55m，取防浪墙高度为1m，防浪墙顶高程1231.55m；粘土心墙顶高程 1230m，顶部设 0.

25、5m 厚的砂土保护层。表 4-4坝顶超高计算成果表计水域斜坡糙率平均设计等效坝前 平均平均 计算风向与坝风壅水经验安全 坝顶护面 最大算平均渗透性系波浪累计频波浪坝顶高运行情况吹程水深 波高波长 轴线法线夹角面高度系数加高超高静水位类型 风速风水深数爬高率系数爬高程速DeHmHLmeKKwRmRpAY校核洪水位22.4加非常运用2424289112280.5115.480.50.61.161.452.450.7111228.121230.556土石条件均质设计洪水位坝15.1加正常运用24362802512280.5115.480.50.61.161.452.450.7111224.44123

26、0.55条件正常蓄水位加正常运用2436271213.712280.5115.480.50.61.161.452.450.7111222.001230.55条件1.本工程土坝为2 级建筑物，地震烈度为6 度。2. 本表长度单位为米，时间单位为秒。备注3.设计风速的取值：正常运用条件下采用多年平均最大风速的2 倍，非常运用情况下采用多年平均最大风速。4.设计波浪爬高值按工程等级确定，对于2 级土石坝取累计频率P1%的爬高值 R1%。坝体结构(1)主坝主坝坝型为土石均质坝坝，坝壳用砂砾料和碾碎的砂岩填筑。坝顶采用混凝土路面。(2)坝坡根据坝体材料及坝体设计填筑指标要求，经坝坡稳定计算，确定上游坡为

27、1:3.0；下游坝坡为 1:3.5，在高程 1210.66 处设马道，马道宽2m。(3)筑坝土料坝壳填筑采用溢洪道开挖石渣以及前张家塔料场的砂砾料。前张家塔料场场地平坦，河漫滩上的砂砾料质量满足要求，适宜机械化开采，交通方便，平均运距1km。粘土心墙填筑采用布尔台乡营盘料场，开采运输条件好，平均运距3.5km。(4)护坡坝坡采用混凝土板护坡， 厚度 t 按碾压式土石坝设计规范 SL274-2001 附录 A.2的公式计算得 t 0.4m取 t0.4m下游护坡采用碎石护坡，由上至下护至棱体排水。、 土坝渗流计算渗流计算方法采用有限深透水地基上设灌浆帷幕的土石坝渗流，帷幕灌浆的防渗作用可以用相当于

28、不透水底版的等效长度代替。渗流分三种情况：上游为设计洪水位、校核洪水位、正常蓄水位和相应的下游水位见图 4-1 。校核水位设计水位正常蓄水位图 4-1 各水位示意图设计洪水位时，坝顶高程为1230.55m，设计洪水位为1224.44m，河床高度为,1186.00m，坝顶宽度为 10m，坝高为 44.55m， m 1 =3.0，m 2 =2.5。 L=L2 + m1 ( 1230.55- 1224.44)+B+ m 2 H=m1H 1+1.45m +B+ m2m1 112H=157m上游水深 H1 =36.55m下游水深 H2 =1.89m。q= k H12( H 2h )2 2L=6.8 10

29、 6m3s my= H 122q xk=1325.911.4xx(0,114.5)表 4-5设计水位浸润线计算成果表x(m)01020304050y(m)36.5534.8133.1331.3629.4927.4960708090100110114.525.3922.9720.3417.3213.638.402.93校核洪水位时坝顶高程为1228.12m，设计洪水位为1224.44m，河床高度为1186.00m，坝顶宽度为 10m，坝高为 44.55m， m1 =3.0 m 2 =2.5 。L=L2 + m1 ( 1228.12- 1224.44)+B+ m 2 H=m1H 1+0.29 m1

30、B+ m2m12H1=121m上游水深 H1 =37.71m下游水深 H2 =2.15m。q= k H 12( H 2h )2 2L=7.2 10 6m3s my= H 122q xk=1342.612xx(0,110.85)表 4-6校核水位浸润线计算成果表x(m)01020304050y(m)37.7134.9633.2031.3429.3727.2560708090100110110.8524.9522.4219.5616.2011.944.753.42正常蓄水位时坝顶高程为1230.00m，正常蓄水位为1222.00 m ，河床高度为1186.00 m，坝顶宽度为 10m，坝高为 4

31、4.55m， m1 =3.0 m 2 =2.5 。L=L 2 + m1 (1230.00 -1222.00 )+B+ m 2 Hm1=H 1 +3.47 m1 +B+ m 2 H2m11=218 m上游水深 H 1 =37.71m下游水深 H 2 =2.15mq= k H 12( H 2h )2 2L=5.67 106 m3s my=H 12 2q xk=1136.329.33xx (0,121.5)表 4-7正常蓄水位浸润线计算成果表x(m)01020304050y(m)34.5332.3030.8129.2627.6225.8860708090100110121.524.0121.9819

32、7417.2214.2610.491.65稳定分析坝坡稳定计算采用计及条块间作用力的简化毕肖普法公式如下。( W V ) sec ub sec tan c b sec 1/(1 tan tan / K )K=V ) sinM c / R(W式中 W土条重量；Q、 V分别为水平和垂直的地震惯性力；U作用于土条底面的空隙压力；土条重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；b土条宽度；c 、 土条地面的有效应力和抗剪强度指标；Mc 水平地震惯性力对圆心的力矩；R圆弧半径；稳定计算系数见表4-8 。表 4-8物理力学指标表序号位置土料名称湿容重饱和容重C(gcm3 )( g3 )(kPa)（度）c

33、m1坝壳堆石1.82心墙粘土1.651.982010.43反滤砂跞石1.8324反滤碎石1.952.00385坝基砂砾料1.86坝基黄土1.61.91稳定计算有三种情况施工期、稳定渗流期和水库水位骤降期均质坝材料为粘土湿容重=1.65KN m3饱和容重sat =2.0KN m3浮容重 =0.5KN m3坝基为砂砾料湿容重=18 KN m3饱和容重sat =19.6KN m3浮容重 =0.5KN m3施工期上游边坡稳定计算见表4-9 ，下游边坡表 4-10,第一次试算假定 k=1,求得 k= 6371 .31.255085.7第二次试算假定 k=1.25求得 k= 6375.71.25故取 k=1.255085.7第一次试算假定 k=1求得 k= 6360.51.235171.1第二次试算假定 k=1.23求得 k=6386 .21.23故取 k=1.235171.1稳定渗流期下游边坡稳定计算见表4-11 计算见附图 2第一次试算假定 k=1求得 k=64601.314931 .2第二次试算假定 k=1.31求得 k= 6480.71.31故取 k=1.314931.2