《水工建筑物課程設(shè)計》設(shè)計說明書

36/36目錄第一部分設(shè)計資料…………………（1）一、設(shè)計資料………（1）二、設(shè)計依據(jù)………（4）第二部分樞紐布置……………………（7）一、壩型的選擇…………………（7）二、泄水建筑物型式的選擇……（8）三、其它建筑物型式的選擇……（8）四、樞紐的組成建筑物及等級……（8）五、樞紐布置………（9）第三部分土石壩的設(shè)計………………（9）一、土石壩壩型的選擇……………（9）二、大壩斷面尺寸及構(gòu)造型式……（9）三、滲流計算……………………（12）四、穩(wěn)定計算……………………（13）五、材料及細部構(gòu)造……………（14）第四部分溢洪道設(shè)計………………（16）一、溢洪道的形式………………（16）二、堰面形式……………………（16）三、溢洪道的水力計算…………（16）四、工程布置……………………（17）六、摻氣水深……………………（23）七、消能防沖……………………（23）八、溢洪道的其它構(gòu)造設(shè)計……（24）第五部分施工圖紙…………………（24）附圖………………（25）《水工建筑物課程設(shè)計》設(shè)計說明書姓名：班級：學(xué)號：指導(dǎo)老師：二00五年七月水工建筑物課程設(shè)計第一部分設(shè)計資料一、設(shè)計資料1、概況平山水庫位于G縣西南3公里處的平山河中游壩址以上控制流域面積431km2；沿河道有地勢較平坦的小平原，地勢自南向東有高變低。最低高程為62.5m。河床比降為千分之三，河流發(fā)源于蘇唐鄉(xiāng)大源錠子，整個流域物產(chǎn)風豐富。土地肥沃，下游盛產(chǎn)稻麥，上游蘊藏著豐富的木材，竹子等土特產(chǎn)。平山河為山區(qū)性河流，雨后山洪常給農(nóng)作物和村鎮(zhèn)造成災(zāi)害，另外，當雨量分布不均時，又造成干旱現(xiàn)象，因此，有關(guān)部門對本地區(qū)作了多次勘測規(guī)劃以開發(fā)這里的水資源。2、樞紐任務(wù)樞紐主要任務(wù)是以灌溉發(fā)電為主，并結(jié)合防洪，航運，養(yǎng)魚及供水等任務(wù)進行開發(fā)。初步規(guī)劃，本工程灌溉面積為20萬畝（高程在102m以上），裝機容量9000KW。防洪方面，使平山河下游不致洪水成災(zāi)，同時配合下游水利樞紐，大意下游起到一定的防洪作用，在流域規(guī)劃中規(guī)定本樞紐在通過設(shè)計洪水流量時，控制最大泄流流量不超過900m3/s。航運方面，上游庫區(qū)能增加航運里程20公里，下游可利用發(fā)電尾水等航運條件，并擬建竹木最大過壩能力為25噸的筏道。3、地形地質(zhì)概況地形情況：平山河流域多為丘陵山區(qū)，在平山樞紐上游均為大山區(qū)。河谷山勢陡峭，河谷邊坡一般為600~700，地勢高差都在80~120m，河谷沖溝切割很深，山脈走向大約為東西方向，巖基出露較好，河床一般為100m左右河道彎曲相當厲害，沿河沙灘及坡積層發(fā)育，尤以壩址下游段的更為發(fā)育，在壩軸下游300m處的兩岸河谷呈馬鞍形，其覆蓋物較厚，巖基產(chǎn)狀凌亂。地質(zhì)情況：靠上游有泥盆五通砂巖，靠下游為二迭紀灰?guī)r，幾條壩軸線皆落在五通砂巖上面，地質(zhì)構(gòu)造特征：在平山咀以南，即灰?guī)r與沙巖分界處，發(fā)現(xiàn)一大斷層，其走向近東西，傾向大致向北西，在第一壩軸線左肩的為五通砂巖，特別破碎，在100多米范圍內(nèi)就有三四處小斷層，產(chǎn)狀凌亂，壩區(qū)右岸破碎深達60m的鉆孔芯獲得率僅為20%，巖石裂隙十分發(fā)育。巖石的滲水率很小。壩區(qū)下游石灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)兩處溶洞，平山咀大溶洞和大泉眼大溶洞，前者對大壩及庫區(qū)均無影響，后者朝南東方向延伸的話，可能通過庫壁，庫水有可能順著溶洞漏到庫外。壩址覆蓋層沿壩軸線厚度達1.5~5.0m，K=1×10-4cm/s，浮容重V浮=10.7KN/m3，內(nèi)摩擦角Ф=3504、水文、氣象（1）、水文：千年一遇雨量498.1mm，二百年千年一遇雨量348.2mm，五十年千年一遇雨量299.9mm，雨洪峰流量Q0.1%=1860m3/s，Q0.5%=1550m3/s，Q1%=1480m3/s，多年平均水量為4.55億m3（2）、氣象：多年平均風速10m/s，水庫吹程D=9Km，多年平均將雨量430mm/年，庫區(qū)氣候溫和，年平均氣溫16.9℃，年最高氣溫40.5℃，年最低氣溫-14.9℃5、其它（1）、壩頂無交通要求（2）、對外交通情況水路:可通行3~6噸木船，枯水季只能通過3噸以下的船只，水運較困難公路：尚無公路通行鐵路：到工地有53公里處有樂萬鐵路車站二、設(shè)計依據(jù)1、工程等級:工程的灌溉面積為2萬畝,裝機容量9000SKIPIF1<0,總庫容2.00億SKIPIF1<0判定此工程為二等工程主要建筑物：擋水壩，溢洪道，電站廠房。次要建筑物：筏道，瀉洪洞，導(dǎo)流洞（后改為瀉洪洞）。2、水庫規(guī)劃資料（1）正常水位：113.10SKIPIF1<0，設(shè)計洪水位：113.30SKIPIF1<0，校核洪水位：113.50SKIPIF1<0死水位：105.0m（發(fā)電極限工作深度8m），灌溉最低水位：104.0m（2）總庫容：2.00億SKIPIF1<0，水庫有效庫容：1.15億SKIPIF1<0（3）庫容系數(shù)：0.575（4）發(fā)電調(diào)節(jié)流量SKIPIF1<0=7.35SKIPIF1<0，相應(yīng)下游水位68.2SKIPIF1<0發(fā)電最大引用流量SKIPIF1<0=28SKIPIF1<0，相應(yīng)的下游水位68.65SKIPIF1<0,通過設(shè)計洪水位流量（Q0.1%）時。溢洪道最大泄量SKIPIF1<0=1340SKIPIF1<0，相應(yīng)的下游最高洪水位74.3SKIPIF1<03、樞紐組成建筑物（1）大壩：布置在1#壩軸線上（2）溢洪道：堰頂高程為107.50m（3）水電站：裝機容量9000KW，3臺機組，廠房尺寸30×9平方米（4）灌溉：主要灌溉區(qū)在河流的右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相應(yīng)渠道最大水深1.75m，渠底寬3.5m，渠道邊坡1：1（5）水庫放空隧洞：為便于檢修大壩和其它建筑物，擬利用導(dǎo)流隧洞作為防空洞。洞底高程70.0m，洞直徑3.5m（6）筏道：為干筏道，上游坡不陡于1：4，下游坡不陡于1：3，轉(zhuǎn)運平臺高程115.0m，平臺尺寸為30×20m24、筑壩材料樞紐大壩采用當?shù)夭牧现危?）土料：主要有粘土和壤土，可采用壩下1.5~3.0公里丘陵區(qū)與平原地帶，儲量多，質(zhì)量尚佳可作為筑壩材料，其性能見表1（2）砂土：可從壩上下游0.5~3.5公里河灘上開采，儲量多，可供筑壩使用，其性能見表2（3）石料：可在壩址下游附近開采，石質(zhì)為石灰?guī)r及砂巖，質(zhì)地堅硬，儲量豐富，便于開采，其性能見表3.表一土料特性表土壤類別干容重rc（KN/m3）最優(yōu)含水率（%）孔隙率n（%）內(nèi)摩擦角Ф粘著力C（Kpa）透水系數(shù)K（cm/s）粘土15.4254018o30′371×10-6壤土15.814.541.723o41′121×10-5坡土16.022.539.822o（濕）33o（干）7.5（濕）1×10-3表二砂土特性表土壤類別干容重rc（KN/m3）孔隙率n（%）內(nèi)摩擦角Ф滲透系數(shù)K（cm/s）浮容重SKIPIF1<0′砂土1640.630o1×10-210.06

表三石料特性干容重SKIPIF1<0（KN/m3）孔隙率SKIPIF1<0（%）內(nèi)摩擦角Ф1.83338o第二部分樞紐布置一、壩型的選擇在基巖上筑壩有三種類型可選擇:重力壩、拱壩、土石壩。重力壩方案：重力壩雖然對地形，地質(zhì)條件適應(yīng)性強，且樞紐泄洪問題容易解決等優(yōu)點，但是建重力壩清基開挖量大，且不能利用當?shù)刂尾牧?，故重力壩不?jīng)濟。拱壩方案：修建拱壩理想條件是河岸左右對稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的峽谷段，而該水利樞紐布置處成S形，沿河沙灘及坡積發(fā)育，壩軸線下游河谷程馬鞍形，無建拱壩的可能。土石壩方案：土石壩對地形、地質(zhì)的要求低，幾乎在所有的條件下都可以修建，且該工程在壩軸線的附近丘陵區(qū)與平原地帶的土料儲量很多，土質(zhì)佳，可作筑壩之用，并且有豐富的質(zhì)地好，開采容易的筑壩用的砂土和石料。故修建土石壩，其材料來源廣泛，開挖量小，可減小工程投資，綜合考慮地形，地質(zhì)條件，建筑材料，施工條件，綜合效益等因素，最終選擇土石壩方案。二、泄水建筑物型式的選擇溢洪道選擇：根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)條件，確定為開敞式溢洪道，開敞式溢洪道分為正槽式和側(cè)槽式，正槽式溢洪道中，瀉水槽與堰上水流方向一致，水流平順，泄流能力大，結(jié)構(gòu)簡單，運行安全可靠，適用于各種水頭和流量，且壩軸線下300m處兩岸河谷呈馬鞍形，選該形式最合理。放空隧的選擇：洞水庫放空隧洞其進口高程可以很低，因此除了擔負泄洪任務(wù)，還可以承擔灌溉放水，施工導(dǎo)流，排泄泥沙和防空水庫等任務(wù)。所以本工程利用施工期的導(dǎo)流隧洞作為水庫放空隧洞。三、其它建筑物型式的選擇引水建筑物的型式：河道水量豐沛，水位較底，引水量較大，無壩取水不能滿足要求，則選用有壩取水樞紐即溢流壩。施工導(dǎo)流方式：選用導(dǎo)流隧洞，可以作為壩修建好之后的泄水隧洞，減小工程量。四、樞紐的組成建筑物及等級表四建筑物分類建筑物名稱土石壩溢洪道放空隧洞灌溉電站廠房筏道級別233323五、樞紐布置擋水建筑物：土石壩布置在1#壩軸線上泄水建筑物：溢洪道布置在左岸的埡口上，可減小工程的開挖量，并且與大壩離開，有利于大壩的安全。電站廠房應(yīng)該設(shè)在平坦的地方，引水隧洞布置在凸岸，可以縮短長度，減小工程量。所以電站廠房布置在凸岸，即河的右岸比較合理。第三部分土石壩的設(shè)計一、土石壩壩型的選擇在壩址附近有豐富的餓土料，壩址上下游及兩岸灘地又有大量的砂、石灰?guī)r及砂巖，質(zhì)地堅硬，儲量豐富，可作為壩殼材料，從建筑材料上說，斜墻壩、心墻壩均可。斜墻壩由于抗剪強度較低的防滲體位于上游面，故上游壩坡較緩，壩的工程量相對較大，并且斜墻對壩體的沉降變形比較敏感，與陡峻河岸的連接較困難，故不選擇此方案。心墻壩的防滲體位于壩體的中央，適應(yīng)變形的條件好，粘土心墻所用的粘土量少，施工較方便。所以選擇粘土心墻壩。二、大壩斷面尺寸及構(gòu)造型式1、壩坡：采用三級變坡，在變坡處設(shè)置馬道，其寬度取2SKIPIF1<0。上游壩坡：1：3.0、1：3.25、1：3.5下游壩坡：1：2.5、1：2.75、1：3.02、壩頂寬度：本壩無交通要求，壩高SKIPIF1<0，在30m-60m，所以壩頂寬度SKIPIF1<0=SKIPIF1<0SKIPIF1<0且無交通要求，取SKIPIF1<0=7SKIPIF1<0對中低壩最小寬度B＞5m，取=7m。3、壩頂高程計算：超高：SKIPIF1<0SKIPIF1<0—波浪在壩坡上的爬高mSKIPIF1<0—風浪引起的壩前水位壅高mSKIPIF1<0—安全加高mSKIPIF1<0=0.45hlm-1n-0.6SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0：設(shè)計波高SKIPIF1<0：壩坡坡率取2.5SKIPIF1<0：壩坡護面糙率，選干砌石取0.0275SKIPIF1<0：（多年平均）計算風速SKIPIF1<0SKIPIF1<0：吹程SKIPIF1<0SKIPIF1<0：綜合摩擦系數(shù)取SKIPIF1<03SKIPIF1<0：水庫水域平均水深mSKIPIF1<0：風向與壩軸線方向的夾角SKIPIF1<0：重力加速度取SKIPIF1<0壩頂高程：SKIPIF1<0二者取大值表五壩頂高程計算運用情況靜水位（m）SKIPIF1<0（m）e(m)A(m)防浪墻高程(m)壩頂高程（m）設(shè)計洪水113.31.400.01980.5115.42115.42114.22（取114.3）校核洪水113.50.840.00891.0115.14驗算：壩頂高程114.30＞設(shè)計洪水位+0.5m=113.8m＞校核洪水位113.5滿足要求。4、壩體排水設(shè)備及尺寸擬定常用壩體排水主要有以下幾種形式：貼坡排水、棱體排水、褥墊排水。貼坡排水不能降低浸潤線，多用于浸潤線很底和下游無水情況。褥墊排水對地基不均勻沉降適應(yīng)性較差，易斷裂，且難以檢修，不宜采用。棱體排水可以降低浸潤線，防止壩坡凍脹，保護下游壩腳不受尾水淘刷且有支持壩體，增加穩(wěn)定的作用。壩址附近有豐富的石料可開采，其石料質(zhì)地堅硬，可以利用，做堆石料棱體排水。棱體頂面的高程高出下游最高水位至少SKIPIF1<0，取1.7SKIPIF1<0，下游最高水位為校核時的水位74.3SKIPIF1<0，棱體頂面的高程為76.0SKIPIF1<0。棱體內(nèi)坡坡度取1：1.5，外坡取1：2.0，頂寬取2.0SKIPIF1<0。5、防滲體本設(shè)計粘土允許坡降SKIPIF1<0。承受最大水頭為47.9SKIPIF1<0，墻厚SKIPIF1<0≥SKIPIF1<0/[SKIPIF1<0]=11.98SKIPIF1<0，心墻的頂寬取5SKIPIF1<0＞3SKIPIF1<0滿足機械化施工的要求。上下游坡度均取1：0.2。墻頂高程為設(shè)計洪水位加0.3-0.6SKIPIF1<0超高，取0.3SKIPIF1<0，所以墻頂高程為113.4SKIPIF1<0。6、大壩基本剖面三、滲流計算心墻采用粘土料，滲透系數(shù)很小，因此計算時可以不考慮上游水頭降落，下游壩殼的浸潤線比較平緩，水頭主要在心墻部位損失。SKIPIF1<0將心墻看成等厚的長方體SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0通過心墻段的單寬流量SKIPIF1<0通過心墻下游壩殼段的單寬流量SKIPIF1<0SKIPIF1<0得SKIPIF1<0=2.96m，SKIPIF1<0m3/s,浸潤線方程為SKIPIF1<0即：SKIPIF1<0心墻之后的壩殼防滲坡降及滲透性很小，發(fā)生破壞的可能不大。四、穩(wěn)定計算無粘性土的壩坡常形成折線形的滑動面，在此只考慮上游水位在1/3壩高處上游壩坡的穩(wěn)定。SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0由圖測的角度為SKIPIF1<0；SKIPIF1<0；SKIPIF1<0；SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0所以該假想滑動面是穩(wěn)定的。五、材料及細部構(gòu)造1、壩頂壩頂無公路要求，故路面采用黃泥漿砌石路面，為排除雨水，將扒頂向下游向下游傾斜（2%-3%）取i=2%。2、護坡上游采用干砌石護坡，塊徑一般為30SKIPIF1<0以上。選雙層，約厚為0.4-0.6SKIPIF1<0，砌石下面設(shè)碎石墊層，其厚約為0.15-0.25SKIPIF1<0，取0.25SKIPIF1<0。護坡范圍自壩頂起延至水庫最低水位以下一定距離，一般為2.5SKIPIF1<0，護坡的最低高程為105SKIPIF1<0，下游護坡為碎石護坡厚25SKIPIF1<0。3、壩的防滲體及排水設(shè)施壩的防滲體為粘土心墻，心墻上下游設(shè)置反濾層，壩體排水為堆石棱體排水，在排水與壩體，壩基之間設(shè)置反濾層，下游馬道在靠近坡處設(shè)置排水溝，并在壩坡設(shè)置橫向排水溝以匯集雨水，岸坡與坡體交接處也設(shè)置排水溝，以匯集岸坡雨水，防止雨水掏刷壩坡。4、反濾層設(shè)計（1）設(shè)計標準：被保護土相鄰的第一層反濾料D15/d85≤4-5式中：D15：反濾料的特征粒徑，小于粒徑土占總土重的15%D15/d15≥5d85，d15：被保護土粒徑，小于該粒徑土分別占總土重的85%，15%（2）防滲體周邊部位：第一層d50=0.5SKIPIF1<0厚20SKIPIF1<0第二層d50=2.0SKIPIF1<0厚30SKIPIF1<0排水部位：第一層d50=30SKIPIF1<0厚20SKIPIF1<0第二層d50=90SKIPIF1<0厚60SKIPIF1<0壩頂及心墻反濾層，棱體排水及反濾層、岸坡排水、護坡詳圖見圖紙。壩基處理需將防滲體部位進行開挖，挖去覆蓋層3m，并下挖0.3m，將防滲體坐落在巖基上形成截水墻，隔斷滲流，巖面不平整或存在微小裂縫處，通過灌漿，噴水泥砂漿或澆筑混凝土進行處理。在基巖面建混凝土齒墻作用不明顯，受力條件不好，易產(chǎn)生裂縫。在基巖內(nèi)部防滲處理的主要設(shè)施是帷幕灌漿，用以提高其不透水性，強度，完整性，減小防滲坡降。第四部分溢洪道設(shè)計溢洪道的形式。選在埡口處，見圖示平面位置，并采用開敞式的正槽溢洪道。二、堰面形式：采用WES型堰面形狀SKIPIF1<0取SKIPIF1<0三、溢洪道的水力計算1、孔口尺寸設(shè)計（1）、單寬流量的確定。校核洪水高程113.5SKIPIF1<0堰頂高程107.5SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0——單寬流量根據(jù)堰頂形式可選SKIPIF1<0SKIPIF1<0則SKIPIF1<0取SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0取孔口寬度為9SKIPIF1<0SKIPIF1<0則SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0——孔口寬度SKIPIF1<0——閘墩厚度（取2.0SKIPIF1<0）則SKIPIF1<0進行驗算：SKIPIF1<0SKIPIF1<0——閘墩側(cè)收縮系數(shù)，取0.95SKIPIF1<0——流量系數(shù)，取0.48SKIPIF1<0——重力加速度，9.81SKIPIF1<0溢洪道在開挖的時候，為了增強防沖刷能力，需要設(shè)置襯砌，粗糙率取SKIPIF1<0。四、工程布置1、進水渠（1）、擬定引水渠的形式引水渠采用梯形斷面，低坡平坡，邊坡采用1：1.5且流速小于SKIPIF1<0渠底寬度大于堰寬，取1SKIPIF1<0，渠底高程取87.5SKIPIF1<0。（2）、引水渠尺寸校核水位SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0——為過水斷面SKIPIF1<0——渠底寬度假設(shè)SKIPIF1<0為了安全取SKIPIF1<0進水渠與控制堰之間SKIPIF1<0為漸變段，采用弧線連接。2、控制段（1）擬定控制段的形式為了控制瀉流能力，設(shè)置弧形閘門，堰型選用WES標準剖面堰，頂高程SKIPIF1<0，SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0取SKIPIF1<0SKIPIF1<0查表：SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0與泄槽底版相連采用反弧曲面，SKIPIF1<0（其中SKIPIF1<0為校核洪水位全開時的反弧最低點）3、泄槽泄槽布置在基巖上，斷面為挖方，為適應(yīng)地形，瀉槽分為收縮段、瀉槽一段、瀉槽二段，根據(jù)已建的工程擬定收縮段收縮角為12度。首端與控制堰同寬B=61m。末端采用矩形。4、出口消能溢洪道出口段為沖溝，巖石質(zhì)地較好，離大壩較遠，采用挑流消能。水流沖刷不會危及大壩安全。五、溢洪道的計算泄槽水面線計算：對稱布置由地質(zhì)平面圖可知堰頂?shù)较掠嗡娓叱蹋?4.3SKIPIF1<0）處的水平距離是86SKIPIF1<0，高差33.2SKIPIF1<0。坡降i=33.2/86=0.386＞iK，屬急流，槽內(nèi)形成bⅡ型降水曲線，屬于明渠非均勻流的計算。（1）、基本計算采用各段試算的方法計算（2）、基本計算公式流段距離：SKIPIF1<0SKIPIF1<0式中收縮斷面處開始計算SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0（3）、用試算法進行求SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0取幾組SKIPIF1<0的值，進行試算，使得兩公式算的SKIPIF1<0相等SKIPIF1<0SKIPIF1<0列表如下：SKIPIF1<0的值2.01.71.41.351.34SKIPIF1<021.5121.6321.7521.7721.77SKIPIF1<01.351.341.341.341.34以SKIPIF1<0，求兩斷面點的距離SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0hvv平均RR平均v2/2gJ△S∑△S1.3421.7922.211.281.2624.200.076.906.901.2922.641.2426.111.2423.5524.041.191.1728.260.099.2916.191.1924.541.1530.691.1425.6126.201.101.0833.440.1213.3129.501.0926.791.0536.581.0428.0828.791.010.9840.180.1621.1250.620.9929.490.9644.34作出瀉槽水面線：SKIPIF1<0（4）、堰的剖面的確定SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0點下游的曲線方程SKIPIF1<0SKIPIF1<0按上式列表計算：SKIPIF1<0123456789SKIPIF1<00.1390.5021.0631.8102.7343.8315.0956.5238.112坡度SKIPIF1<0的下游直線段與曲線段相切點