水工建筑物课程设计设计说明书1.docx

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1、水工建筑物课程设计设计说明书(D0C18)(1)第一部分设计资料。1一、设计资料1二、设计依据4第二部分枢纽布置7一、坝型的选择7二、泄水建筑物型式的选择8三、其它建筑物型式的选择8四、枢纽的组成建筑物及等级8五、枢纽布置9第三部分土石坝的设计9一、土石坝坝型的选择9二、大坝断面尺寸及构造型式9三、渗流运算12四、稳固运算13五、材料及细部构造14第四部分溢洪道设计16一、溢洪道的形式16二、堰面形式16三、溢洪道的水力运算16四、工程布置17六、掺气水深23七、消能防冲23八、溢洪道的其它构造设计24第五部分施工图纸24附图25水工建筑物课程设计设计说明书姓 名：耿恒银班 级：2002101

2、2学 号：2002101216 指导老师：舒浩光 徐卫超二00五年七月水工建筑物课程设计第一部分 设计资料一、设计资料1、概 况平山水库位于 G 县西南 3 公里处的平山河中游坝址以上操纵流域面积 431km2 ；沿河道有地势较平坦的小平原，地势自南向东有高变低。最低高程为 62.5m。河床比降为千分之三，河流发源于苏唐乡大源锭子，整个流域物产风丰富。 土地肥沃，下游盛产稻麦，上游蕴藏着丰富的木材，竹子等土特产。平山河为山 区性河流，雨后山洪常给农作物和村镇造成灾难，另外，当雨量分布不均时，又 造成洪涝现象，因此，有关部门对本地区作了多次勘测规划以开发那个地点的水 资源。2、枢纽任务 枢纽要紧

3、任务是以灌溉发电为主，并结合防洪，航运，养鱼及供水等任务进 行开发。初步规划，本工程灌溉面积为20万亩高程在102m以上装机容量 9000KW。防洪方面，使平山河下游不致洪水成灾，同时配合下游水利枢纽，大意 下游起到一定的防洪作用，在流域规划中规定本枢纽在通过设计洪水流量时，操 纵最大泄流流量不超过900 m3/s。航运方面，上游库区能增加航运里程20公里， 下游可利用发电尾水等航运条件，并拟建竹木最大过坝能力为25吨的筏道。3、地势地质概况地势情形：平山河流域多为丘陵山区，在平山枢纽上游均为大山区。河谷山 势陡峭，河谷边坡一样为60。70。，地势高差都在80120m,河谷冲沟切割专门深, 山

4、脉走向大约为东西方向，岩基出露较好，河床一样为100m左右河道弯曲相当厉 害，沿河沙滩及坡积层发育，尤以坝址下游段的更为发育，在坝轴下游300m处的 两岸河谷呈马鞍形，其覆盖物较厚，岩基产状凌乱。地质情形：靠上游有泥盆五通砂岩，靠下游为二迭纪灰岩，几条坝轴线皆落 在五通砂岩上面，地质构造特点：在平山咀以南，即灰岩与沙岩分界处，发觉一 大断层，其走向近东西，倾向大致向北西，在第一坝轴线左肩的为五通砂岩，专 门破裂，在100多米范畴内就有三四处小断层，产状凌乱，坝区右岸破裂深达60m 的钻孔芯获得率仅为20%，岩石裂隙十分发育。岩石的渗水率专门小。坝区下游石灰岩中发觉两处溶洞，平山咀大溶洞和大泉眼

5、大溶洞，前者对大坝及库区均无 阻碍，后者朝南东方向延伸的话，可能通过库壁，库水有可能顺着溶洞漏到库外。坝址覆盖层沿坝轴线厚度达1.55.0m, K=1X10-4cm/s,浮容重V =10.7KN/ m3，浮内摩擦角=35。4、水文、气象1 、水文：千年一遇雨量498 . 1 mm ，二百年千年一遇雨量3 48 . 2 mm ，五十年千年一遇雨量 299.9mm，雨洪峰流量Q =1860 ms/s, Q =1550m3/s，Q =1480m3/s，多年平均水量为4.55亿m30.1%0.5%1%2、气象：多年平均风速10m/s,水库吹程D=9Km，多年平均将雨量430mm/ 年,库区气候温顺，年

6、平均气温16.9C,年最高气温40.5C,年最低气温-14.9C5、其它1、坝顶无交通要求2、对外交通情形水 路:可通行36吨木船，枯水季只能通过3吨以下的船只，水运较困难 公 路：尚无公路通行铁 路：到工地有53公里处有乐万铁路车站二、设计依据1、工程等级:工程的灌溉面积为2万亩，装机容量9000 KW ,总库容2.00亿m3判定此工程为二等工程 要紧建筑物：挡水坝，溢洪道，电站厂房。 次要建筑物：筏道，泻洪洞，导流洞后改为泻洪洞、。2、水库规划资料1、正常水位：113.10m，设计洪水位：113.30m，校核洪水位：113.50m 死水位：105.0m发电极限工作深度8m、，灌溉最低水位：

7、104.0m2、总库容：2.00亿m3，水库有效库容：1.15亿m33库容系数：0.5754发电调剂流量Qp=7.35m3 /s，相应下游水位68.2m发电最大引用流量Q =28 m3 /s，相应的下游水位68.65m，通过设计洪水 max位流量Q 时。溢洪道最大泄量Q =1340 m3 /s，相应的下游最高洪水位 0.1% max74.3 m3、枢纽组成建筑物1大坝：布置在1#坝轴线上2溢洪道：堰顶高程为107.50m3水电站：装机容量9000KW, 3台机组，厂房尺寸30X9平方米4灌溉：要紧灌溉区在河流的右岸，渠首底高程102m,灌溉最大引用流量8.15 m3/s，相应渠道最大水深1.7

8、5m，渠底宽3.5m，渠道边坡1： 15水库放空隧洞：为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作为防空泛。洞底高程70.0m，洞直径3.5m6筏道：为干筏道，上游坡不陡于1：4，下游坡不陡于1：3，转运平台高程115.0m，平台尺寸为30X20m24、筑坝材料枢纽大坝采纳当地材料筑坝1土料：要紧有粘土和壤土，可采纳坝下1.53.0公里丘陵区与平原地带，储量多，质量尚佳可作为筑坝材料，其性能见表12砂土：可从坝上下游0.53.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使 用，其性能见表23石料：可在坝址下游邻近开采，石质为石灰岩及砂岩，质地坚硬，储 量丰富，便于开采，其性能见表3.表一土料特性表土壤

9、类别干容重rcKN/m3最优含水率孔隙率 n内摩擦角粘着力CKpa透水系数 K cm/s粘土15.4254018。30/371X10-6壤土15.814.541.723。41/121X10-5坡土16.022.539.822o湿33。干7.5湿1X10-3表二砂土特性表土壤类别干容重rcKN/m3孔隙率 n内摩 擦角渗透系数 K cm/s浮容重Y，砂土1640.630o1 X 10-210.06表三 石料特性干容重丫 KN/m3 c孔隙率n 内摩擦角1.83338o第二部分 枢纽布置一、坝型的选择在基岩上筑坝有三种类型可选择:重力坝、拱坝、土石坝。重力坝方案：重力坝尽管对地势，地质条件适应性强

10、且枢纽泄洪问题容易 解决等优点，然而建重力坝清基开挖量大，且不能利用当地筑坝材料，故重力坝 不经济。拱坝方案：修建拱坝理想条件是河岸左右对称，岸坡平顺无突变，在平面上 向下游收缩的峡谷段，而该水利枢纽布置处成 S 形，沿河沙滩及坡积发育，坝轴 线下游河谷程马鞍形，无建拱坝的可能。土石坝方案：土石坝对地势、地质的要求低，几乎在所有的条件下都能够修 建，且该工程在坝轴线的邻近丘陵区与平原地带的土料储量专门多，土质佳，可 作筑坝之用，同时有丰富的质地好，开采容易的筑坝用的砂土和石料。故修建土 石坝，其材料来源广泛，开挖量小，可减小工程投资，综合考虑地势，地质条件， 建筑材料，施工条件，综合效益等因

11、素，最终选择土石坝方案。二、泄水建筑物型式的选择溢洪道选择：依照当地地质条件，确定为开敞式溢洪道，开敞式溢洪道分为 正槽式和侧槽式，正槽式溢洪道中，泻水槽与堰上水流方向一致，水流平顺，泄 流能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量，且坝轴线下 300m 处两岸河谷呈马鞍形，选该形式最合理。放空隧的选择：洞水库放空隧洞其进口高程能够专门低，因此除了担负泄洪 任务，还能够承担灌溉放水，施工导流，排泄泥沙和防空水库等任务。因此本工 程利用施工期的导流隧洞作为水库放空隧洞。三、其它建筑物型式的选择引水建筑物的型式：河道水量丰沛，水位较底，引水量较大，无坝取水不能 满足要求，那么选用有坝取水

12、枢纽即溢流坝。施工导流方式：选用导流隧洞，能够作为坝修建好之后的泄水隧洞，减小工程量。四、枢纽的组成建筑物及等级表四建筑物分类建筑物名称土石坝溢洪道放空隧洞灌溉电站厂房筏道级别233323五、枢纽布置 挡水建筑物：土石坝布置在1#坝轴线上 泄水建筑物：溢洪道布置在左岸的垭口上，可减小工程的开挖量，同时与大 坝离开，有利于大坝的安全。电站厂房应该设在平坦的地点，引水隧洞布置在凸岸，能够缩短长度，减小 工程量。因此电站厂房布置在凸岸，即河的右岸比较合理。第三部分土石坝的设计一、土石坝坝型的选择 在坝址邻近有丰富的饿土料，坝址上下游及两岸滩地又有大量的砂、石灰岩 及砂岩，质地坚硬，储量丰富，可作为坝

13、壳材料，从建筑材料上说，斜墙坝、心 墙坝均可。斜墙坝由于抗剪强度较低的防渗体位于上游面，故上游坝坡较缓，坝的工程 量相对较大，同时斜墙对坝体的沉降变形比较敏锐，与陡峻河岸的连接较困难， 故不选择此方案。心墙坝的防渗体位于坝体的中央，适应变形的条件好，粘土心墙所用的粘土 量少，施工较方便。因此选择粘土心墙坝。二、大坝断面尺寸及构造型式1、坝坡：采纳三级变坡，在变坡处设置马道，其宽度取2 m 。上游坝坡：1：3.0、1：3.25、1：3.5下游坝坡：1：2.5、1：2.75、1：3.02、坝顶宽度：本坝无交通要求，坝高 H=VT-V底=115.156=49.im，在30m-60m，因此坝顶宽度B

14、 6 8 m且无交通要求，取B =7 m 对中低坝最小宽度B5m，取=7m。3、坝顶高程运算：超高 d = h + e + A超高： ah 一波浪在坝坡上的爬高mae风浪引起的坝前水位壅高mA 安全加高 mh =0.45hlm-1n-0.6 a51h = 0.116V 4 D 31KV 2 cos ah J设计波咼m ：坝坡坡率取2.5n ：坝坡护面糙率，选干砌石取0.0275V :多年平均运算风速m/sD :吹程KmK :综合摩擦系数 取3.6 x 10-33H :水库水域平均水深m :风向与坝轴线方向的夹角 g :重力加速度 取9.81m2/s二 H + d坝顶高程:设设二者取大值、二

15、H + d校校表五坝顶高程运算运用情 形静水位 mh mae(m)A(m)防浪墙高程(m)坝顶高程m设计洪 水113.31.400.01980.5115.42115.42114.22校核洪 水113.50.840.00891.0115.14取 114.3验算：坝顶高程114.30 设计洪水位+0.5m=113.8m校核洪水位113.5满足要求。4、坝体排水设备及尺寸拟定 常用坝体排水要紧有以下几种形式:贴坡排水、棱体排水、褥垫排水。 贴坡排水不能降低浸润线，多用于浸润线专门底和下游无水情形。 褥垫排水对地基不平均沉降适应性较差，易断裂，且难以检修，不宜采纳。 棱体排水能够降低浸润线，防止坝坡冻

16、胀，爱护下游坝脚不受尾水淘刷且有 支持坝体，增加稳固的作用。坝址邻近有丰富的石料可开采，其石料质地坚硬， 能够利用，做堆石料棱体排水。棱体顶面的高程高出下游最高水位至少1.0 2.0m， 取1.7m，下游最高水位为校核时的水位74.3m，棱体顶面的高程为76.0m。棱 体内坡坡度取1:1.5,外坡取1: 2.0,顶宽取2.0m。5、防渗体本设计粘土承诺坡降J = 4。承担最大水头为47.9 m ,墙厚T三H / J =11.98m，心墙的顶宽取5m 3m满足机械化施工的要求。上下游坡度 均取1： 0.2。墙顶高程为设计洪水位加0.3-0.6 m超高，取0.3 m，因此墙顶高 程为 113.4m

17、6、大坝差不多剖面三、渗流运算 心墙采纳粘土料，渗透系数专门小，因此运算时能够不考虑上游水头降落，下 游坝壳的浸润线比较平缓，水头要紧在心墙部位缺失。xyxxx/x / xxx/xy 弋 y 筑、y x y y x y x大坝剖面图将心墙看成等厚的长方体6= (8 + 8 )/2 = 15mS二143.5m12K = 1 x 10 -2 cm / s K = 1 x 10 -6 cm / sK = 1 x 10-4 cm / s123H = 74.3 - 66 = 8.3mH = 113.3 - 66 = 47.3 mT = 4.0m21通过心墙段的单宽流量q = K x (H + T)2

18、 (h + T)2/281 2 2通过心墙下游坝壳段的单宽流量q 2 =牛严+等船q = q 得 h =2. 96m ,12q = 0.83 X10 一6 m3/s浸润线方程为 y2 = 2(h - H )x/ S 即：y = (0.0014x)t2心墙之后的坝壳防渗坡降及渗透性专门小，发生破坏的可能不大。四、稳固运算无粘性土的坝坡常形成折线形的滑动面，在此只考虑上游水位在 1/3坝高处上 游坝坡的稳固。W /W cot -P) cot(eQ) (1 + W /W )tan(0 -6) = 01231122 = tan i (tan / K ) = tan 1 (tan / K ) = ta

19、n 1 (tan / K )11 c22 c33 c由图测的角度为 P= 4.2 ； 9 = 28 ； 6 = 11 ；= = 14.5123oK = 2.035 1.25 W /W = 1.12 因此该假想滑动面是稳固的。c 1 2五、材料及细部构造1、坝 顶坝顶无公路要求，故路面采纳黄泥浆砌石路面，为排除雨水，将扒顶向下游 向下游倾斜2%-3%取 i=2%。2、护 坡上游采纳干砌石护坡，块径一样为30cm以上。选双层，约厚为0.4-0.6m， 砌石下面设碎石垫层，其厚约为0.15-0.25m，取0.25m。护坡范畴自坝顶起延 至水库最低水位以下一定距离，一样为2.5m，护坡的最低高程为10

20、5m，下游护 坡为碎石护坡厚 25 cm 。3、坝的防渗体及排水设施 坝的防渗体为粘土心墙，心墙上下游设置反滤层，坝体排水为堆石棱体排水，在 排水与坝体，坝基之间设置反滤层，下游马道在靠近坡处设置排水沟，并在坝坡 设置横向排水沟以聚拢雨水，岸坡与坡体交接处也设置排水沟，以聚拢岸坡雨水， 防止雨水掏刷坝坡。4、反滤层设计1设计标准：被爱护土相邻的第一层反滤料D / Q溢0maxs 闸墩侧收缩系数，取0. 95m 流量系数，取0. 48重力加速度,9.81 m3/s溢洪道在开挖的时候，为了增强防冲刷能力，需要设置衬砌，粗糙率取 n = 0.016 。四、工程布置1、进水渠 1、拟定引水渠的形式引水

21、渠采纳梯形断面，低坡平坡，边坡采纳1：1.5且流速小于3m/s渠底宽 度大于堰宽，取lm,渠底高程取87.5 m。2、引水渠尺寸校核水位H二113.50mQ = 1340m 3 / sQ = vAA = (B + mH) HA为过水断面B渠底宽度假设v二2m/ s为了安全取B二70m进水渠与操纵堰之间20m为渐变段，采纳弧线连接。2、操纵段 1拟定操纵段的形式为了操纵泻流能力，设置弧形闸门，堰型选用 WES 标准剖面堰，顶高程 107.50m，b x h 二 9m x 6mH = (0.7 0.95)H = (0.7 0.95) x 6.0 - 4.2m 5.7md0P 0.3HP 0.5H1

22、d2d取 P = 20 m1P = 22m2查表：m = 0.467x = (0.282 0.85)Hy = (0 0.37)Hdd与泄槽底版相连采纳反弧曲面，R = (3 6)h其中h为校核洪水位全开时的 反弧最低点3、泄 槽 泄槽布置在基岩上，断面为挖方，为适应地势，泻槽分为收缩段、泻槽一段泻槽二段，依照已建的工程拟定收缩段收缩角为12度。首端与操纵堰同宽B=61m。 末端采纳矩形。4、出口消能 溢洪道出口段为冲沟，岩石质地较好，离大坝较远，采纳挑流消能。水流冲刷可不能危及大坝安全。五、溢洪道的运算泄槽水面线运算：对称布置由地质平面图可知堰顶到下游水面高程74.3m 处的水平距离是86m，

23、高差33.2m。坡降i=33.2/86=0.386i ,属急流，槽内 形成b型降水曲线，属于明渠非平均流的运算。K1差不多运算 采纳各段试算的方法运算 2、差不多运算公式流段距离：a v 2a v 2M =1一2(h cos0 + 2 2)一 (h cos0 + ii) 22gR = L03、用试算法进行求h 2gi Jn 2 v 2J =4R 3式中收缩断面处开始运算h Lh-0 + 2h10*2g(H h cos0)H0=6mP2=22m=H+P =6+22=28m 02_Q _1340_28q max 28m3 / sb 45取几组 h 的值，进行试算，使得两公式算的 h 相等110 =

24、 0.95cos0 = 0.933列表如下：h 的值2.01.71.41.351.340J2g(H h cos0) 0 121.5121.6321.7521.7721.77q1.351.341.341.341.34Oj2g(H - h cos0)以h = 1.34，求两断面点的距离ASQAA 二 bh V = Q n 二 0.015 i 二 0.31623 x 二 b + 2hR =Axhvv平均RR平均v2/2gJSES1.3421.7922.211.281.2624.200.076.906.901.2922.641.2426.111.2423.5524.041.191.1728.260.0

25、99.2916.191.1924.541.1530.691.1425.6126.201.101.0833.440.1213.3129.501.0926.791.0536.581.0428.0828.791.010.9840.180.1621.1250.620.9929.490.9644.344、堰的剖面的确定R = 0.50 H = 0.50 x 4.5 = 2.25m1dR = 0.20 H = 0.20 x 4.5 = 0.9 m2dR 二 0.04H = 0.04 x 4.5 二 0.18m3dx =一0.175 x 4.5 = 一0788m1x =一0276 x 4.5 = 一1242

26、m2x =一0282 x 4.5 = 一1269m3作出泻槽水面线：O 点下游的曲线方程（-H）二。5（ H ”5dd按上式列表运算：x(m)123456789y (m)0.1390.5021.0631.8102.7343.8315.0956.5238.112坡度m二0.6的下游直线段与曲线段相切点的坐标值，作一阶导数: adx=1.85 x 0.139x0.85 = 0.258x o.85dy直线的坡度 学二丄二1dy ma故 x =(0258)0.85 = 9.0y 二 0.139 x (9)1.85 二 8.112 那么 C9.0，8.112。反弧线圆心的确定：反弧半径R = (2505

27、)(日门+2口0%)式中：上下游水位差：Z =113.3-74.2=39m,manR = (0.5 1)(4.5 + 39) = (21.75 43.5)m取 R=22m。六、掺气水深、掺气发生的位置按体会公式：L = 14.7 q 0.53 = 14.7 x 280.53 = 85.96mkq 单宽流量理论上是不需要考虑的，然而一样依旧在 4 段末考虑掺气，从而减小阻碍从水面线上得到此点的流速v = 28.4m/s , h = 0.97，代入 h = (1 +皂)ha 100h 不计波动和掺气的水深v不计波动和掺气的运算断面的平均流速E修正系数，一样为1.0 1.4那么 h = (1+1.2

28、 X 28.4) x 0.97 = 1.3ma100边墙的超高一样为0.51.5m，取0.6 m槽面到墙顶的垂直距离为1.3 + 0.7 = 2m七、消能防冲用挑流进行消能 1、鼻坎形式：平顺连续式2、为了减小冲坑深度，应该选取角度20。30。，那么选用28O3、反弧半径：采纳双圆弧，半径分别取为 R =18m r2 = 24m4、鼻坎高程：高于下游最高水位12m，取AS = 1.2m那么高程为75.50m、冲刷深度tt = kq0.5z0.25 - h = 1.5 x 280.5 x 2.030.25 - (74.3 - 66) = 1.02mtt冲刷坑深度k 抗冲系数，取1.5q 单宽流量z 上下游水位差 h 下游水深t八、溢洪道的其它构造设计1、假如流速超过土壤或岩石的抗冲刷时的流速时，要用混凝土衬砌，厚度 取 0.5 m2、横纵向温度分缝距离 10 m3、挑流消能的鼻坎用连接面版和齿墙两部分组成。第五部分 施工图纸 施工图见图纸。5卜 iigr山3七石屯冷迓型、J、丫7 1. Z丿U丿