面板堆石坝毕业设计说明书

本科毕业设计计算书题 目 顺场滩水利枢纽工程设计（堆石坝方案） 学 院 水 利 水 电 学 院 专 业 学生姓名 学 号 年 级 指导教师 二 一三年六月七日目 录目 录 .I1 水文水利计算 .11.1 水文计算 .11.1.1 水文资料.11.1.2 工程等别及建筑物级别.11.1.3 洪水频率曲线的推求.21.1.4 洪水过程线的推求.41.2 水利计算 .61.2.1 列表试算法.61.2.2 计算机调洪.81.3 淤沙高程计算 .141.3.1 计算淤沙系数.141.3.2 计算淤沙高程.142 坝体剖面设计 .152.1 坝顶高程计算 .152.1.1 波浪爬高的计算.152.1.2 风壅水面高度的计算.162.1.3 确定坝顶高程.162.2 坝体设计 .172.2.1 坝坡拟定.172.2.2 钢筋混凝土面板设计.172.2.3 趾板设计.173 溢洪道计算 .193.1 引水渠的计算 .193.2 控制段的计算 .193.2.1 堰面曲线的确定.203.2.2 剖面衔接计算.213.2 泄槽的计算 .213.2.1 泄槽临界水深和临界坡降.213.2.2 泄槽水面曲线确定.213.3 消能防冲段的计算 .253.3.1 水舌挑距的计算.253.3.2 冲坑及鼻坎的计算.264 施工初步设计 .274.1 导流标准 .274.2 导流洞设计 .274.3 围堰设计 .295 重力坝方案设计 .315.1 坝顶高程计算 .315.2 剖面设计 .325.3 稳定计算 .335.3.1 荷载及荷载组合.335.3.2 荷载计算.345.3.3 稳定计算.375.4 溢流坝段设计 .385.4.1 剖面设计.385.4.2 稳定计算.416 工程造价估算及方案选择 .456.1 面板堆石坝方案工程量计算 .456.1.1 土石方开挖工程量.456.1.2 坝体填筑工程量.476.2 重力坝方案工程量计算 .516.2.1 土石方开挖工程量.516.2.2 坝体混凝土浇筑工程量.531 水文水利计算1.1 水文计算1.1.1 水文资料顺河流域属亚热带气候，根据桑坪水文站 19671986 年完整的水文资料分析，多年平均流量为 240.5m3/s，实测最大洪峰流量为 1600 m3/s。实测洪峰流量及有代表性的两次历史洪水流量分别见表 1.1 和表 1.2。表 1.1 实测洪峰流量年 份 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976洪峰流量（m 3/s）1240 590 640 795 1010 910 700 16001120 570年 份 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986洪峰流量（m 3/s）1060 725 820 930 1380 630 1430 680 860 770表 1.2 历史洪水流量 年份 历史洪水量（m 3/s）1957 年 23001899 年 2040顺河无大面积固体径流来源，所以沙量变化较平稳。经分析，河流多年平均输沙总量为 2.1 万 m3。淤沙浮容重 0.75 t/m3，内摩擦角 13。1.1.2 工程等别及建筑物级别由顺场滩水利枢纽工程的基本资料知：（1）水库库容：顺场滩水利枢纽工程正常高水位 469.5m，由水位库容曲线查得对应库容为 3652 万 m3；（2）电站装机：发电站装机容量为 4000kW。（3）灌溉面积：工程建成后，可以灌溉下游 8 万多亩田地。综合考虑顺场滩水利枢纽工程水库库容、灌溉、防洪、电站装机等要求，根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）确定顺场滩水利枢纽工程的工程等别为等，工程规模为中型，主要建筑物级别为 3 级，次要建筑物为 4 级，临时建筑物为5 级。1.1.3 洪水频率曲线的推求（1）特大洪水的处理实测系列的经验频率计算按系列经验频率公式为 ；=10%mPn；10MPN特 大 洪 水 系 列 经 验 频 率 计 算 公 式 为式中：P m实测系列第 m 项的经验频率；m实测系列由大到小排列的序号，m=1、2、320；n实测系列的年数，n=1986-1967+1=20 ；PM特大洪水第 M 序号的经验频率；M特大洪水由大到小排列的序号，M=1、2；N自最远的调查考证年份迄今的年数，N=1986-1899+1=88 。（2）经验频率曲线计算将逐年实测的年最大洪峰流量（包括特大洪水系列）填入表 1.3 的（1） 、 （2）栏。将第（2）栏中的洪峰流量按从大到小的顺序重新排列，并填入第（5）栏。分别计算特大洪水系列与实测资料系列经验频率，填入第（9）栏。以第（5）栏的水文变量 Qm 为纵坐标，以第（9）栏的 P 为横坐标，在频率格子上点绘经验频率点，目估通过点群中间练成一条光滑曲线，即为年最大洪峰流量的经验频率曲线。（3）理论频率曲线计算统计参数年最大洪峰流量的均值： n3i=128016m/sQn3i=1280m/s5Q式 中 为 表 中 第 （ ） 栏 的 总 和 。变差系数：n2ii=1v-4.=05-1KC（ ）i=QK式 中 为 各 项 的 模 比 系 数 。表 1.3 顺场滩水利枢纽最大洪峰流量频率计算表年份 年最大洪峰流量 Q(m3/s) 序号 由大到小排列 Q(m3/s)模比系数KiKi-1 （K i-1） 2经验频率p=m/n+1（%）（1） (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)1899 2040 1 2300 2.219 1.219 1.487 1.11957 2300 2 2040 1.968 0.968 0.938 2.31967 1240 1 1600 1.544 0.544 0.296 4.8 1968 590 2 1430 1.380 0.380 0.144 9.5 1969 640 3 1380 1.332 0.332 0.110 14.3 1970 795 4 1240 1.196 0.196 0.039 19.0 1971 1010 5 1120 1.081 0.081 0.007 23.8 1972 910 6 1060 1.023 0.023 0.001 28.6 1973 700 7 1010 0.975 -0.025 0.001 33.3 1974 1600 8 930 0.897 -0.103 0.011 38.1 1975 1120 9 910 0.878 -0.122 0.015 42.9 1976 570 10 860 0.830 -0.170 0.029 47.6 1977 1060 11 820 0.791 -0.209 0.044 52.4 1978 725 12 795 0.767 -0.233 0.054 57.1 1979 820 13 770 0.743 -0.257 0.066 61.9 1980 930 14 725 0.700 -0.300 0.090 66.7 1981 1380 15 700 0.675 -0.325 0.105 71.4 1982 630 16 680 0.656 -0.344 0.118 76.2 1983 1430 17 640 0.618 -0.382 0.146 81.0 1984 680 18 630 0.608 -0.392 0.154 85.7 1985 860 19 590 0.569 -0.431 0.186 90.5 1986 770 20 570 0.550 -0.450 0.203 95.2 22800 22800 4.241 配线Q 平均 =1036m3/s，取 Cv=0.45，并假定 Cs=2Cv，查水文水利计算附表 2，得出相应于不同频率 P 的 Kp 值，列入表 1.4 中的第（2）列，乘以 Q 平均得相应的 Qp 值，列入表 1.4 中第（3）列。将表 1.4 中第（1） 、(3)两栏的对应数值点绘曲线，以 Qp 为纵坐标，P 为横坐标，将此频率曲线花在绘有经验点据的图上，发现理论频率曲线头部于经验频率点据的下方，而尾部又偏于经验频率点的上方。改变参数，重新配线，分别取Cv=0.4、C s=2Cv 和 Cv=0.4、C s=3Cv 进行第二次和第三次配线，发现第三次配线时理论频率曲线和经验频率曲线大致重合，即作为采用的理论频率曲线。 表 1.4 理论频率曲线选配计算表第一次配线 第二次配线 第三次配线Cv=0.45Cs=2Cv=0.9Cv=0.4Cs=2Cv=0.8Cv=0.4Cs=3Cv=1.2频率P(%)Kp1 Qp1 Kp2 Qp2 Kp3 Qp3（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7）0.01 3.59 3719 3.20 3315 3.56 3688 0.1 2.98 3087 2.70 2797 2.92 3025 0.2 2.80 2901 2.54 2631 2.73 2828 0.33 2.65 2745 2.42 2507 2.58 2673 0.5 2.53 2621 2.32 2404 2.46 2549 1 2.33 2414 2.16 2238 2.26 2341 2 2.13 2207 1.98 2051 2.05 2124 5 1.84 1906 1.74 1803 1.76 1823 10 1.60 1658 1.54 1595 1.54 1595 20 1.35 1399 1.31 1357 1.29 1336 50 0.93 963 0.95 984 0.92 953 75 0.67 694 0.71 736 0.70 725 90 0.48 497 0.53 549 0.57 591 95 0.40 414 0.45 466 0.50 518 99 0.26 269 0.30 311 0.42 435 1.1.4 洪水过程线的推求在理论频率曲线上查频率 P=1%，P=0.05%对应的流量分别为：Q 设 =2341m3/s Q 校 =3234m3/s本工程采用同倍比放大法推求洪水过程线，以洪峰流量控制，其放大倍比为 K。设计洪水情况： K 设 = =2341/1600=1.46设 典校核洪水情况： K 校 = =3234/1600=2.02校 典将典型洪水过程线按放大倍比放大，得到表 1.5。表 1.5 洪水过程线对应点值流量 时段典型洪量 Q 典（m/s） 设计洪量 Q 设 （m/s） 校核洪量 Q 校 （m/s）0 40 58.40 80.80 1 129.5 189.07 261.59 2 335 489.10 676.70 3 660 963.60 1333.20 4 1000 1460.00 2020.00 5 1381.7 2017.28 2791.03 6 1560 2277.60 3151.20 7 1562.5 2281.25 3156.25 8 1281.7 1871.28 2589.03 9 869.3 1269.18 1755.99 10 649.8 948.71 1312.60 11 500 730.00 1010.00 12 389.5 568.67 786.79 13 304.8 445.01 615.70 14 239.4 349.52 483.59 15 190 277.40 383.80 16 154 224.84 311.08 17 128 186.88 258.56 18 108.8 158.85 219.78 19 93.5 136.51 188.87 20 80 116.80 161.60 21 66.5 97.09 134.33 22 53.7 78.40 108.47 23 42.6 62.20 86.05 24 34.4 50.22 69.49 25 30 43.80 60.60 26 29.8 43.51 60.20 1.2 水利计算1.2.1 列表试算法以计算来水为设计洪水情况为例。（1） 根据已给的水库水位容积关系曲线 ZV,泄洪建筑物为有闸门溢洪道，堰顶高程与防洪限制水位齐平为 461.50m，初步拟定堰顶净宽为 40m，堰流系数为 m=0.502，汛期水轮机过水能力 Q 电 =12m3/s 引水发电。（2） 列表计算 qV 曲线。在堰顶高程 461.50m 之上，假定不同库水位 Z，列于表 1.6 中第(1)栏，用它们分别减去堰顶高程 461.50m，得第（2）栏所示的堰顶水头 H，代入堰流公式： 32qmbgH从而算出各 H 相应的溢洪道泄流能力，加上发电流量 12m3/s，得 Z 值相应的水库泄流能力为 q=q 溢 +q 电 ，列于第（ 3）栏。再由第（1）栏的 Z 值查 ZV 曲线，得 Z 值相对应的库容 V，列于表中第（4）栏 表 1.6 水库 qV 关系计算表库水位 Z（m） （1） 461.5 463.5 465.5 467.5 469.5 471.5 473.5堰顶水头 H（m） （2） 0 2 4 6 8 10 12泄流能力q(m3/s） （3） 12.00 251.44 711.19 1306.53 2011.54 2811.21 3695.43库容 V（10 4m3） （4） 2250 2595 2935 3278 3645 4108 4680（3） 绘制 qV 曲线。由表中第（ 3） 、 （4）栏对应值，绘制水库蓄泄曲线 qV，见图 1-1。0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 50004604624644664684704724740_500_1000_1500_2000_2500_3000_3500_4000_q（m3/s）Z（m）V（104m3图 1-1 水库蓄泄曲线 qV 表.调洪计算表（列表试算法） th时 间（ ） 时 段（ ） 3m/s Q（ ） 123(/s） 1263t(0Qm） 3 q/s（ ） 123(/） 1263qt(0m） 63V（ ） Z（ ）（1） （2) （3） （4) （5) （6) （7) （8) （9) （10)0 58.40 12 22.50 461.5