水利枢纽设计与实际毕业论文.doc

水利枢纽设计与实际毕业论文 目 录摘 要IIAbstractIII第1章 综合说明- 1 -1.1 工程特性表- 1 -1.2 建设目的和依据- 4 -1.3 建设的条件- 5 -1.4 建设的规模及综合利用效益- 5 -1.4.1 建设规模- 5 -1.4.2 综合利用效益- 5 -第2章 B江水利枢纽设计资料说明- 7 -2.1流域概况- 7 -2.2气候特性- 7 -2.2.1气温- 7 -2.2.2降雨量- 7 -2.2.3风速及吹程- 7 -2.3水文特性- 7 -2.3.1年日常径流- 7 -2.3.2洪峰流量- 7 -2.3.3水库水位库容关系- 8 -2.3.4坝址水位-流量关系- 8 -2.3.5固体径流- 8 -2.4工程地质- 9 -2.4.1库区工程地质- 9 -2.4.2坝址工程地质- 9 -2.4.3引水发电隧洞工程地质条件- 14 -2.4.4地震烈度- 18 -2.5建筑材料- 18 -2.5.1砂砾石料- 18 -2.5.2堆石料- 18 -2.6经济资料- 19 -第3章 设计要求及参考书目- 19 -3.1设计要求- 20 -3.2设计依据- 20 -第4章 洪水调节计算- 21 -4.1洪水调节演算- 21 -4.1.1洪水调节演算原理- 21 -4.1.2洪水调洪演算方法- 22 -4.2 洪水标准分析- 22 -4.3 泄水建筑物的型式选择- 22 -4.4 调洪演算及泄水建筑物尺寸（堰顶高程/孔口尺寸）的确定- 23 -4.4.1 调洪演算方法（高切林法）- 23 -4.4.3 计算公式- 24 -4.4.4 计算结果- 25 -4.5坝顶高程的确定- 26 -4.5.1 波浪要素计算- 26 -4.5.2挡墙顶高程的确定- 27 -第5章 主要建筑物型式选择及枢纽布置- 28 -5.1 枢纽等别及组成建筑物级别- 29 -5.2 坝型选择- 29 -5.2.1 定性分析- 29 -5.2.2 定量分析- 35 -5.3 泄水建筑物型式选择- 36 -5.4水电站建筑物- 36 -5.5枢纽方案的确定- 36 -5.5.1挡水建筑物堆石坝- 36 -5.5.2泄水建筑物正槽溢洪道- 37 -5.5.3水电站建筑物- 37 -第6章 第一主要建筑物设计- 38 -6.1 大坝轮廓尺寸及防浪墙设计- 38 -6.1.1 L型挡墙顶高程及坝顶高程、宽度- 38 -6.1.2 坝体分区- 38 -6.1.3 L型防浪墙设计- 39 -6.2 堆石料设计- 41 -6.2.1堆石料基本特性参数- 41 -6.2.2主、次堆石料设计- 42 -6.2.3防护层、垫层、过渡层材料设计- 43 -6.3 复合土工膜设计- 43 -6.3.1复合土工膜的选型和分区- 43 -6.3.2复合土工膜强度校核- 45 -6.4 大坝稳定分析- 47 -6.4.1 计算原理及方法- 47 -6.4.2 坝坡稳定分析- 49 -6.5 副坝设计- 49 -6.5.1 副坝的型式选择- 50 -6.5.2 副坝的稳定验算- 51 -6.5.3 副坝与主坝的连接- 52 -6.5.4 副坝的地基处理防渗设计- 53 -6.6 细部构造设计及地基处理- 53 -6.6.1 坝顶构造- 53 -6.6.2 护坡设计- 53 -6.6.3 复合土工膜与趾板、防浪墙的连接设计- 54 -6.6.4 坝基处理- 55 -6.7趾板设计- 58 -6.7.1 趾板的作用、体型及定线- 58 -6.7.2 趾板剖面设计- 59 -第7章 施工组织设计- 64 -7.1 基本资料- 64 -7.1.1工程概况- 64 -7.1.2施工条件- 64 -7.2主体工程量计算- 65 -7.2.1 大坝分期及计算公式- 65 -7.2.1 计算过程- 66 -7.3 L型挡墙工程量计算- 69 -7.4土石方机械的选择及数量计算- 69 -7.5机械生产率- 69 -7.6 导流隧洞施工- 72 -7.6.1 基本情况- 72 -7.6.2开挖法选择- 72 -7.6.3钻孔爆破循环作业项目及机械设备的选择- 72 -7.6.4 开挖循环作业组织- 72 -参考文献- 74 -致谢- 77 -水利水电工程专业毕业设计第1章 综合说明1.1 工程特性表表1-1 工程特性表 一、水库流域面积km233序号及名称单 位数 量备 注正常高水位m276.6死水位m248设计洪水位m277.2校核洪水位m278.3设计泄洪流量m3/s183.4校核泄洪流量m3/s250.07总库容万m32169.4死库容万m3172.0兴利库容万m31738二、大坝表1-1（续）序号及名称单 位数 量备 注坝型混凝土面板堆石坝石坝坝顶高程m279.8防浪墙顶高程m281坝顶宽度m5最大坝高m53上游坝坡11.4下游坝坡11.5252m高程上1：1.5252m高程下主坝坝轴线长m236副坝型式重力式挡墙副坝坝轴线长m50.5导流洞型式圆形导流洞进口底高程m227.5表1-1（续）序号及名称单 位数 量备 注导流洞出口底高程m226.5导流洞半径Rm2.4导流洞长度m200三、溢洪道溢流前缘净宽m10堰顶高程m273设计流量m3/s210校核流量m3/s325闸门型式平板闸门尺寸（宽高）m2105四、厂房系统1动能指标最大净水头m174.0额定水头m174.0表1-1（续）序号及名称单 位数 量备 注最小水头m143.0序号及名称单 位数 量备 注引用流量m3/s5.0额定出力kW6400保证出力kW14612厂房厂房型式地面式厂房面积m231.515.7主厂房宽度m10.8机组台数2机组安装高程m103.0水轮机型号HL110-WJ-76发电机型号SFW-J3000-6/1480开关站面积m211.527.251.2 建设目的和依据B江水利枢纽工程是以发电为主，同时兼顾了灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用效益的跨流域开发的水利枢纽工程。1.3 建设的条件建设资金基本到位，施工准备工作已经就绪。1.4 建设的规模及综合利用效益1.4.1 建设规模本电站装机6400 kW，保证出力1461kW。厂房总面积为31.515.7 m2。开关站尺寸为11.527.25 m2。水库总库容（校核洪水位以下的全部库容）为2169.4万m3。1.4.2 综合利用效益a. 发电装机6400kW，电站设计水头为174m，多年平均发电量为1700104kWh，保证出力为1461kW。本电站装2台3200kW机组，正常蓄水位为276.2m，死水位248m，引水式发电，引水隧洞布置在右岸山体中，最大引用流量为5m3/s。厂房位于段莘水江湾湖山村左岸下游340m处，地面式，总面积为31.515.7 m2，其中主厂房宽10.8m，主厂房内安装二台HL110-WJ-76，配SFW-J3000-6/1480的水轮发电机组，机组安装高程为103m，开关站位于厂房的左上侧，尺寸为11.527.25 m2。b. 灌溉下游利用发电尾水灌溉，上游增加灌溉面积1.0万亩。c. 防洪可减轻洪水对钟吕村及下游江湾镇的威胁，在遇1000年一遇和50年一遇洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来的551.5 m3/s和364，5 m3/s分别削减为345 m3/s和245 m3/s，要求设计洪水最大下泄量限制为245m3/s。d. 渔业水库蓄水后，正常蓄水位时水库面积1.09km2，为发展养鱼等水产养殖业创造了有利条件。e. 供水供钟吕村及其下游村民生活用水。f. 其它工程计划在三年内完成。第2章 B江水利枢纽设计资料说明2.1流域概况本工程位于江西婺源县乐安河一级支流晓港水的钟吕村上游约160m处，坝址以上控制流域面积33km。晓港水在钟吕村上游约300m处，由两支水系汇合而成，其中东支发源于石耳山，南支发源于清湾头尖，河流在晓港村汇入乐安河，本流域上游为中低山区，山势陡峭，中下游为低山丘陵区，山体凌乱，冲沟发育。2.2气候特性2.2.1气温流域内多年平均气温16.7，以一月份平均气温4.6为最低，七月份平均气温28为最高，历年极端最高气温41，极端最低气温-11。2.2.2降雨量流域多年平均降雨均值2047.7mm。2.2.3风速及吹程多年平均最大风速12.6m/s，吹程1.6km。2.3水文特性2.3.1年日常径流据水文资料推算，坝址处多年平均流量1.28m/s，多年平均总径流量4040万m。2.3.2洪峰流量经频率分析，p=0.1%的洪峰流量为551.5m/s,三日洪量为1569万m，p=2%的洪峰流量为364.5m/sec,三日洪量为965万m。2.3.3水库水位库容关系水库水位库容关系见表2-1：表2-1 水库水位库容关系水位（m）227.5236.08237.78248276278.11库容（104m）011.0522.1172.01910.02145.22.3.4坝址水位-流量关系坝址水位-流量关系见表2-2：表2-2 坝址水位-流量关系水位(m)227.5228.0228.5229.0229.5230.0230.5流量(m/s)06.028.966.77121.97196.05281.782.3.5固体径流流域河段多年平均输砂量为0.29万吨，泥沙容重估算为1.3t/m。估计水库淤积年限与高程关系如表2-3：淤积年限（年）泥沙淤积量（万m）淤积高程（m）5011.05236.0810022.1237.78表2-3 水库淤积特性2.4工程地质2.4.1库区工程地质库区属构造剥蚀低山地貌，山势陡峭，分水岭雄厚，地形封闭，植被良好， 未见滑坡等不良物理地质现象。组成库岸及库盆的地层岩性主要为前震旦系板溪群的千枚状绿泥绢云母板岩，千枚岩和变质砂岩。库区岩石受多次构造运动的影响，断层和裂隙发育，岩石的褶皱和挠曲也很常见，构造行迹以北东向压扭性为主，常见有北西向张扭性断裂和近东西向平推断层，未见有较大的导水断裂连通库外。库区地下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水，受大气降水补给，排泄于河谷与河床，库岸山体地下水位较高，一般在300m高程以上，组成库岸及库盆的岩石表部透水性强，但深部岩石透水性微弱，属相对不透水层。库区工程地质良好，水库蓄水后，不存在永久渗漏、岸边再造、浸没及水库诱发地震等问题。2.4.2坝址工程地质(1) 地貌坝址区属构造剥蚀低山地貌，山顶高程为280450m，坝区河床较宽，约2050m，为一“U”型河谷，两岸山坡不对称，左岸山体雄厚，山坡角3040度，右岸山体较为单薄，山坡角2030度，且在右岸有一低矮垭口，顶高程约276m，坝址区冲沟发育，且切割较深，未见滑坡等不良物理地质现象，自然边坡稳定。(2) 地层岩性坝址区出露的地层岩性为前震旦系板溪群第四段绿泥绢云母千枚岩夹变质砂岩，第四系松散堆积物及变质辉常岩，其岩性特征为： 绿泥绢云母千枚岩：灰绿色，主要矿物成分为绢云母、石英、长石、绿泥石等，千枚状构造，其余碎屑显微鳞片状构造，岩石挠曲和褶皱常见，片理极发育，岩层产状N4060E，NW3860。 变质砂岩：青灰色，主要矿物成分未石英、长石及岩屑等，中细砂粒结构，层状构造，有轻微的变质，岩石结构致密，岩性坚硬。 第四系松散堆积物主要为冲击砂卵石，漂石，厚11.5m，分布于河床部位，残坡积壤土、碎块石土，厚16m，分布于两岸山坡及冲沟部位。 变质辉长岩：暗绿、深绿色，主要矿物成分为绿泥石、绿帘石、纤闪石及少量石英，辉长结构，块状构造，微具定向构造，岩石质地坚硬，在坝址区呈岩株或岩脉产出。(3) 地质构造坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，出露的地层古老，经历了多次构造运动，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。在初步设计阶段共发现断层20条。坝基开挖后，在坝基部位新发现小断层14条及两条风化夹层，但密度均较小。主要断层：F5压扭性断层：产状N35，NW80，宽0.1 0.15m，主要由片状岩、碎性岩组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽228m高程附近。F12压扭性断层：产状N40E，NW66，宽0.20.4m，主要由片状岩组成，构造岩呈强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽236m高程附近。F22层间挤压破碎带：产状N55E，NW55，宽0.10.25m，主要由片状岩、石英脉组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽260m高程附近。F29压扭性断层：产状N25E，NW70，宽0.080.1m，主要由碎裂岩组成，见0.51.5cm厚的断层泥继续分布，断层间较平，构造岩呈强风化，性状差，出露于河床趾板齿槽部位。裂隙：坝址区岩石裂隙发育，岩石破碎，坝基开挖后，对坝基岩石裂隙作了统计，主要有两组发育方向：一是NE向层面，裂隙产状N4060E，NW3860，裂面稍扭，普遍见Fe、Mn质浸染，表面张开或微张，局部见次生泥充填，延伸长，极发育；二是NW3050W，SW或NE4080，裂面光滑平整，见Fe、Mn质浸染，间距一般20cm，延伸较短，发育。风化夹层：坝基开挖后，在河床右侧趾板齿槽部位发现了两条风化夹层WJ1，WJ2，产状N42E，NW0.7弱风化岩石0.55饱和抗压强度：微新岩石40MPa弱风化岩石25MPa其它试验参数见表2-4。表2-4 堆石试验参数表组别试验干密度（g/cm）C(KPa)。KnRfGFDA2.104738.58800.350.820.460.201.5B2.056037.72600.320.810.430.181.8b复合土工膜表2-5 复合土工膜试验参数表项 目单 位量 值备 注单位面积质量g/m211001300350/0.4/350350/0.6/350膜 厚250m高程以上mm0.4250m高程以下mm0.6周边缝等处mm0.8周边缝、水平缝、分缝处宽条纵向拉伸强度kN/m1518350/0.4/350350/0.6/350伸长率%50窄条纵向拉伸强度kN/m1518350/0.4/350350/0.6/350伸长率%50摩 擦 系 数与水泥砂浆0.577与现浇砼0.6粘 结 力kg/cm20.1表2-5（续）项 目单 位量 值备 注渗 透 系 数cm/s110-112.4.3引水发电隧洞工程地质条件 引水发电隧洞通过地段属低山地貌区，山顶高程300400m相对高程100200m，隧洞区冲沟发育，山体切割较深且较零乱，地表植被发育，未见有不良物理地质现象。隧洞围岩由绢云母千枚岩、变质粉砂岩、凝灰质千枚岩与粉砂质板岩层。绢云母千枚岩偶夹粉砂质板岩及粉砂质板岩等组成。岩石层面裂隙极发育、褶皱、挠曲严重，断层发育切规模大，性状差，其中绢云母千枚岩、凝灰质千枚岩水理性质较差，且遇水易软化，软化系数低，凝灰质千枚岩成分复杂，还易于风化。绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩在洞线出露的长度占洞线总长的19%，说明洞线围岩大部分由绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩构成。根据工程类比可知：千枚岩的单轴饱和抗压强度为1640Mpa，软化系数0.630.93，属半坚硬较软化，抗水性较差的片状（薄层状）岩体。根据中小型水利水电工程地质勘查规范可以确定隧洞围岩大部分属类岩体。少部分为或类岩体。其有关力学参数如表2-6：表2-6 围岩主要特征及f、K值一览表桩 号围岩主要特性fk (10N/cm)0+000-0+013强风化绢云母千枚岩250表2-6（续）桩 号围岩主要特性fk (10N/cm)0+013-0+095弱风化绢云母千枚岩341502000+095-0+740微新千枚岩变质粉砂岩563004000+740-0+800微新千枚岩变质粉砂岩，滴水较严重，覆盖层厚度接近0.7倍水452002500+800-0+845F、F断裂破碎带2500+845-0+895微新千枚岩，偶见滴水，裂隙密集带452002500+895-1+030微新千枚岩变质粉砂岩，覆盖层厚度接近0.7倍水头563004501+030-1+090F断层破碎带2501+090-1+885微新千枚岩变质粉砂质岩板，变质粉砂岩，局部洞段滴水较严重，裂隙密集成带，覆盖层厚度小于0.7倍水头563004501+885-1+940弱变质粉砂岩夹千枚岩，F断层破碎带偶见滴水，覆盖层厚度小于0.7倍水头34150250表2-6（续）桩 号围岩主要特性fk (10N/cm)1+940-1+960弱风化凝灰质千枚岩，覆盖层厚度小于0.7倍水头2801001+960-2+021强风化凝灰质千枚岩，F、F、F断裂破碎带，覆盖层厚度小于0.7倍水头2502+021-2+461弱风化凝灰质千枚岩、变质粉砂岩夹板岩、绢云母千枚岩、泥质、粉砂质板岩、凝灰质千枚岩与粉砂质板岩互层，常见滴水，较分散，FFFF断层破碎带，裂隙密集带较多，围岩稳定性差，覆盖层厚度小于0.7倍水头231002002+461-2+493强风化变质石英砂岩，有滴水，裂隙密集带，覆盖层厚度小于0.7倍水头341502002+493-2+501弱风化凝灰质千枚岩，覆盖层厚度小于0.7倍水头，有滴水280100表2-6（续）桩 号围岩主要特性fk (10N/cm)2+501-2+511F断层破碎带，覆盖层厚度小于0.7倍水头2502+511-2+516强风化凝灰质钱枚岩，覆盖层厚度小于0.7倍水头，偶见滴水2801002+516-2+554强风化变质岩屑砂岩、变质辉长岩偶夹板岩，常见滴水，F断层破碎带，裂隙密集带较多，覆盖层厚度小于0.7倍水头231001502+554-2+565明挖、冲沟2+565-2+580强风化绢云母千枚岩，覆盖层厚度小于0.7倍水头2502+580-2+670弱风化绢云母千枚岩，覆盖层厚度小于0.7倍水头，F断层破碎带，有滴水231001502+670-2+840微风化绢云母千枚岩，偶夹粉砂质板岩，覆盖层厚度小于0.7倍水头，有滴水452003002+840-3+185微新绢云母千枚岩，偶见滴水56300450表2-6（续）桩 号围岩主要特性fk (10N/cm)3+185-3+290微新绢云母千枚岩，覆盖层厚度小于0.7倍水头452003003+290-3+323弱风化绢云母千枚岩，覆盖层厚度小于0.7倍水头231001503+323-3+365（出口）强风化绢云母千枚岩，F断层破碎带，塌方严重，覆盖层厚度小于0.7倍水头2502.4.4地震烈度坝址及库区地震烈度属度以下，设计时可不考虑地震荷载。2.5建筑材料2.5.1砂砾石料坝址流域砂砾石料贫乏，但在江湾水和段莘水流域有梨苗场和古玩料场，距大坝约1015km,有公路相通，运输方便。梨苗场 、古玩料场均为砂卵（砾）石混合料，砂卵（砾）石储量丰富，质量良好，满足工程要求。2.5.2堆石料坝址附近广泛分布绿泥绢云母千枚岩，弱至微风化岩石，岩性较坚硬，力学强度较高，质量较好，储量丰富，可作为大坝堆石料。坝址附近粘土很少，坝址上下游有一定的粘土分布，均为当地农民耕地。2.6经济资料1.库区经济：淹没耕地455亩，迁移人口384人。2.对外交通3.附属工厂及生活区4.负荷位置第3章 设计要求及参考书目3.1设计要求在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上，要求：1.根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝高程及岸坡溢洪道尺寸；2.通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物型式，轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；3.详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案和坝身结构，进行水力、静力计算；进行专题一的设计；4.进行专题二的施工组织设计：决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制性进度，进行第一主要建筑物的概预算，编制招标公告及投标文件。3.2设计依据包括相关参考文献、主要设计规范以及上级机关批文。第4章 洪水调节计算4.1洪水调节演算4.1.1洪水调节演算原理由于本设计中资料有限，仅有p=2%、p=0.1%的流量及相应的三日洪水总量，无法准确画出洪水过程线。设计中采用三角形法模拟洪水过程线。根据洪峰流量和三日洪水总量，可作出一个三角形，根据水量相等原则，对三角形进行修正，得到一条模拟的洪水过程线，如图1-1,图1-2 。根据本工程软弱岩基，选用单宽流量约为2050m3/s，允许设计洪水最大下泄流量245m3/s，故闸门宽度约为4.9m12.5m，选择四种宽度进行比较，假定堰宽分别为8m、10m和12m,并假定两个堰顶高程，由于假定的堰顶高程比较接近，故根据公式求得的也非常接近，所以每个堰宽中只选择一种堰顶高程及其相应的作出HQ关系曲线。正常蓄水位275.5m，对应库容为1879.0万m3。通过洪水资料，作出设计情况和校核情况下的洪水过程线；假定堰高、堰宽，确定各情况下的起调流量；假定不同的下泄流量q,由洪水过程线求出库容V，由库容V，查水位-库容曲线，找出相应的水位H，从而，对于每一组情况下可作出一条QH水位上升曲线；根据公式,又可作出一条QH泄流曲线；对应于每一种情况，可从QH图中确定相应的Q和H值。 (1-1) 式中：侧收缩系数，取=0.9；m流量系数，m=0.5； B溢流孔口净宽； H堰上水头；4.1.2洪水调洪演算方法进行洪水调节计算的方法很多，目前常用的是：列表试算法，半图解法。本设计采用的是简化三角形法，也叫高切林法。4.2 洪水标准分析设计情况，采用50年一遇的洪水标准。P=2%的洪峰流量为364.5 m3/s,三日洪量为965万m3。校核情况，采用千年一遇的洪水标准。P=0.1%洪峰流量为551.5 m3/s,三日洪量为1569万m3。4.3 泄水建筑物的型式选择水利枢纽中的泄水建筑物一般包括设于河床的溢流坝、泄水闸、泄水孔，设于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。本设计采用坝型为混凝土面板堆石坝（具体见5.2节），因此泄水建筑物一般可以布置紧挨坝体。下面根据本工程的地形、地质条件，对正槽溢洪道、侧槽溢洪道及泄水隧洞这三种泄水建筑物进行比较选择。泄水隧洞布置得一般原则是：地质条件好，路线短，水流顺畅，与枢纽其他建筑无相互不良的影响。洞线宜选择在沿线地质构造简单、岩体完整稳定、岩性坚硬，上覆岩体厚度大，水文地质条件有利和施工方便的地段。避开围岩破碎、地下水位高或渗水量很大的岩层和可能坍塌的不稳定地带，同时防止洞身离地表太浅。本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，出露的地层古老，经历了多次构造运动，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。坝址区岩石的透水性及相对不透水层埋深经先导孔压水试验，布置泄水建筑物的左岸山坡相对不透水层埋深1024米，上部透水层q值为6.7196.7Lu，大者达到341.7Lu，属中等-严重透水层。本工程最大坝高53米，正常蓄水位276.6米，因此要避开透水层而布置泄水隧洞，工程量显然很大，而且本工程地质条件不好，故不采用隧洞泄洪。河岸溢洪道是布置在拦河坝坝肩或拦河坝上游水库库岸的泄洪通道，水库的多余的来洪经此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有较大的超泄能力。正槽溢洪道过堰水流方向与堰下泄槽纵轴线方向一致。侧槽溢洪道水流过堰后急转近90，再经泄槽下泄。从地质条件上来说，溢洪道应力争位于较坚硬的岩基上，但较泄洪隧洞要求较低，但在地基条件差的基岩上，要注意衬砌和防冲的设计。同时对于堆石坝而言，河岸溢洪道可与坝体相接，从而既可减少溢洪道的开挖量，也可以减少坝体的填筑量。因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。4.4 调洪演算及泄水建筑物尺寸（堰顶高程/孔口尺寸）的确定4.4.1 调洪演算方法（高切林法）通过洪水资料，作出设计情况和校核情况下的洪水过程线；假定不同的堰高、堰宽，假定不同的下泄流量Q，由洪水过程线做切线，求出对应的起调流量和增加的库容V，再加上对应的该种假设情况下的堰顶高程水位以下对应的库容，得到总的库容V，查水位-库容关系曲线，找出相应的水位H，从而，对于每一组情况下可作出一条QH曲线；根据公式,又可作出一条QH曲线；对应于每一种情况，可从QH图中确定相应交点的Q和H值。4.4.2 洪水过程线的模拟由于本设计中资料有限，仅有p=2%、p=0.1%的洪峰流量及相应的三日洪水总量，无法准确画出洪水过程线。按照规范，洪水过程线应用P型曲线拟合，但实际操作过程中较难，故本设计中采用三角形法模拟洪水过程线，并在曲线形状上尽量拟合为P型。根据洪峰流量和三日洪水总量，可作出一个三角形（如图中虚线），根据水量相等原则，对三角形进行修正，得到一条模拟的洪水过程线（如图中的曲线）。图4-1 三角形法 图4-2 洪水过程线 图4-3 调洪演算4.4.3 计算公式计算采用公式： （4-5）式中：m流量系数，溢洪道采用实用堰形式，初步设计时取m=0.502 侧收缩系数，；因闸门宽度较小，故只采用单孔闸门n=1，设置两个半圆形边墩，故=0.7,所以。 B溢流孔口净宽； H堰上水头。4.4.4 计算结果各方案计算结果如下表表4-1 调洪演算结果汇总表方案堰顶宽度(m)堰顶高程(m)设计洪水位(m)设计下泄流量(m3/s)校核洪水位(m)校核下泄流量(m3/s)超高（m5276.2206.21.22272275.8126.4277.11911.33273277.4157.9278.5228.21.1410271274.5147.2275.6213.91.15272275.3145.8276.5196.41.26273277.2183.4278.3250.70.9712271274.4154.9275.1221.10.78272275.1136276.1206.819273276.9188.1278.1282.61.2综合工程量和安全性可知选用堰顶宽度10米，堰顶高程273米，设计洪水位277.2米，设计下泄流量183.4m3/s，校核洪水位278.3米，校核下泄流量250.7m3/s。4.5坝顶高程的确定4.5.1 波浪要素计算由于大坝所在地区为丘陵地区，所以根据水工建筑物荷载设计规范DL 5077-1997,波浪要素宜采用鹤地水库公式计算（适用于库水较深，V026.5m/s及D7.5km）。 （4-6） （4-7）式中：累积频率为5%的波高(m) Lm平均波长(m) V0为水面以上10m处的风速，正常运用条件下（正常蓄水位或设计洪水位）三级坝采用相应洪水期多年平均最大风速的1.5倍；非常运用条件下（校核洪水位）的各级土石坝，采用相应洪水期多年平均最大风速。表4-2 不同累积频率下的波高与平均波高比值(hp/hm) hm/Hm0.112345101320500.02.972.422.232.112.021.951.711.611.430.940.12.702.262.092.001.921.871.651.561.410.960.32.462.091.961.881.811.761.591.511.370.980.42.011.781.681.641.601.561.441.391.301.010.51.801.631.561.521.491.461.371.331.251.01波浪中心线高出计算静水位hz按下式计算： （4-8）式中：H水深； h1%累积频率1%的波高。4.5.2挡墙顶高程的确定根据碾压式土石坝设计规范,坝顶上游L型挡墙在水库静水位以上高度按下式确定： y=R+e+A （4-9） (4-10)式中：y坝顶超高； R最大波浪在坝坡上的爬高，按h1%算； A安全超高，根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）表5.3.1规定，本坝按照正常使用情况下的三级坝取：安全超高A=0.7mL型防浪墙顶高程=max （4-11）计算结果 正常蓄水位+正常运用情况：H顶=H正常+y正常=276.6+1.65211=278.25m设计洪水位+正常运用情况：H顶=H设计+y设计=272.2+1.65211=278.25m校核洪水位+非常运用情况： H顶=H校核+y校核=278.3+0.9719=279.27m故挡墙顶高程为279.27m，考虑施工方便和施工的精度，选取L型挡墙顶高程为281m。根据混凝土面板堆石坝设计规范（SL228-98）要求，防浪墙顶要高出坝顶11.2m，本设计取1.2m,则坝顶高程为279.8m。第5章 主要建筑物型式选择及枢纽布置5.1 枢纽等别及组成建筑物级别由上一章经过调洪演算得，校核洪水位为278.2m，水电站装机容量为6400kW,水库总库容为2127.03万m3,根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000，本工程等别为三级，工程规模为中等。主要建筑物级别：3级；次要建筑物级别：4级；临时建筑物级别：5级。5.2 坝型选择 坝型选择是坝工设计中首先要解决的一个重要问题，因为它关系到整个枢纽的工程量、投资和工期。坝高、筑坝材料、地形、地质、气候、施工和运行条件等都是影响坝型选择的主要因素。5.2.1 定性分析a. 各种常见坝型比较水利枢纽中的挡水建筑物拦河坝常见的主要型式有：重力坝、拱坝、支墩坝、土石坝及新型坝型如碾压混凝土坝、面板堆石坝等。下面根据本工程的地形、地质条件和材料储备情况对以上坝型进行比较，选择适合的坝型。（1）重力坝重力坝在我国的应用十分广泛。重力坝工作原理：一是依靠自重在坝基面上产生摩阻力来抵抗水平水压力以达到稳定要求；二是利用坝体自重在水平面上产生压应力来抵消由于水压所引起的拉应力以满足强度要求。重力坝的主要特点：1)抗冲刷能力强；2)结构简单；3)对地形地质条件适应性能好；4)坝体与地基的接触面积大，受扬压力影响大；5)重力坝的剖面尺寸较大；6)坝体体积大，水泥用量多，混凝土水化热高，散热条件差。重力坝对坝址处地基的要求：具有足够的强度，以承受坝体的压力；具有足够的整体性和均匀性，以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷的要求；具有足够的抗渗性，以满足坝基渗透稳定和减少渗漏的要求；具有足够的耐久性，以防止在水的长期作用下基岩性质发生恶化。但对于本工程，地质条件差，地基承载能力较低，且弱风化岩与混凝土之间的摩擦系数f=0.50.6,为达到稳定要求必然增加断面面积，增加工程量，而且，用来拌和混凝土的砂砾石料只有在离坝址1015km处才有料场，这样会大大增加工程造价，不合理，故不宜选用重力坝。（2）拱坝拱坝是在平面上呈凸向上游的挡水建筑物，借助拱的作用将上游水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。拱坝的工作原理：一是依靠拱的作用，将荷载传给拱座；二是依靠悬臂梁的作用将荷载传给基岩。其主要特点：1)受力条件好，河谷形状深窄较好；2)坝体积小，主要依靠拱作用维持稳定，自重作用影响不大；3)超载能力强，安全度高；4)抗震性能好；5)施工技术要求高，地基处理要求严格。根据拱坝的特点，要求建造于狭窄河谷上；对地质较理想的条件是岩石尽量密致，质地均匀，有足够的强度、不透水性和耐久性；两岸拱座基岩坚固而完整，边坡稳定，没有大的断裂构造和软弱夹层。而本工程地形河谷较宽，特别是地质条件较差：断层裂隙发育，岩石破碎，强度低，根据实验，相对不透水层埋藏较深，透水层属中等严重透水层，若建造拱坝，则开挖量必然巨大，且大坝的安全性不高，故不宜建拱坝。（3）支墩坝支墩坝是由一系列支墩和其支承的上游挡水盖板所组成，库水压力泥沙压力等由盖板传给支墩，再由支墩传给地基。支墩坝结构较复杂，且对地质条件和拱坝一样高，故对本工程，不宜采用支墩坝的型式。（4）土石坝通过以上几种坝型分析，并结合本工程坝址附近具有储量丰富且质量较好的堆石料的情况，建议采用土石坝（又称为当地材料坝）的型式。土石坝的优点：1) 筑坝材料就地取材，节省大量钢材、水泥、木材等建筑材料。2) 适应地形变形能力强。土石坝的结构具有适应地基变形的良好条件，对地基的要求比混凝土坝的低；3) 施工方法选择灵活性大。能适应不同的施工方法，且工序简单、施工速度快，质量容易保证。4) 结构简单，造价低廉，运行管理方便，工作可靠，便于维修加高。不足之处：1) 坝顶不能溢流，常需另开溢洪道；2) 施工导流不如混凝土坝方便，因而相应也增加了工程造价；3) 坝体断面大，土料填筑的质量易受气候影响。b. 土石坝各坝型比较我国幅员辽阔，各种自然条件、土料特性等千差万别，需要根据具体情况，发展和选择适宜形式的土石坝。在坝型选择中，不应拘泥于现存观点。筑坝技术在不断进步，新的施工机械也在不断出现，以前看来似乎没有什么前途的面板堆石坝，由于应用大型振动碾提高压实效果，今日已发展成为具有强大生命力的坝型。土石坝设计中的许多问题，不少是偏经验性的，在很大程度上需要依靠分析和判断。应用沥青混凝土作防渗体的土石坝，采用土工薄膜防渗的土石坝以及定向爆破堆石坝等，在各种条件下都有一定的应用和发展前景。（1）均质坝、土质防渗体的心墙坝和斜墙坝均质坝、土质防渗体的心墙坝和斜墙坝可以适应任意的地形、地质条件；对筑坝土料的要求逐渐放宽；既可采用先进的施工机械进行建造，在条件不具备时，也可采用比较简单的施工机械修筑，因而对我国的中小型工程是值得优先考虑的坝型。均质坝坝体材料单一，施工方便，当坝址附近有数量足够的适宜土料时可以选用。这种坝所用的土料的渗透系数较小，施工期坝体内会产生孔隙水压力，影响土料的抗剪强度，所以，坝坡较缓，工程量大。一般适用于中、低高度的坝，但近年来也有向高坝发展的趋势，特别是在具有较大内摩擦角的含粘性的砂质和砾质土的情况下，由于在坝的中部设置竖向和水平排水，可以大大降低坝体内的浸润线，并减少孔隙水压力。心墙坝和斜墙坝的土质心墙和斜墙便于与坝基内的垂直和水平防渗体系相连接，心墙和斜墙坝可以在深厚的覆盖层上修建。这种坝型不仅适宜于建低坝，也适宜于建高坝。斜墙坝的坝壳可以超前于防渗体提前进行填筑，而且不受气候条件限制，也不依赖于地基灌浆施工的进度，施工干扰小。但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，坝的工程量较大。斜墙对坝体的沉降变形也较为敏感，与陡峻河岸的连接较困难，故高坝中斜墙坝所占的比例较心墙坝为小。高度超过100m的斜墙坝，绝大多数采用内斜墙，即斜墙坡度变陡，斜墙上游还填筑一部分坝壳。目前世界上已建的高200300m级的土石坝几乎都是心墙坝。碾压技术的进步和采用砾石土作为防渗体为建造高心墙坝创造了条件。心墙的坡度超过1:0.5时，会影响坝坡的稳定，需将坝坡放缓。近年的发展趋势是采用薄心墙，这样有利于降低孔隙水应力。心墙土料的压缩性较坝壳料高，易产生拱效应，对防止水力劈裂不利，对坝的安全有影响。为此，很多高坝都采用斜心墙，其上游坡设计成1:0.51:0.6，以利于克服拱效应和两侧坝壳平起上升，但是其施工干扰大，受气候条件的影响也大，这是弱点。高的心墙坝和斜墙坝多做成分区坝或多种土质坝，从防渗体到坝壳料，颗粒由细到粗逐步过渡，这对于充分利用土石料，增加坝的稳定性和抗震能力都是有利的。但是就本工程而言，坝址附近粘土很少。坝址上下游有一定的粘土分布，但都是当地农民耕地，要利用这些粘土，则必须把当地农民迁移，增加工程中移民费用，在经济比较中不合算，故也不采用均质坝、土质防渗体的心墙坝和斜墙坝型式。（2）堆石坝堆石坝属于土石坝的一种，是以石料为主要填筑材料的挡水建筑物，坝体由堆石体、防渗体和过渡层三部分组成，与前述土坝相比具有剖面小、造价低、施工速度快、抗震性能好等优点，且本工程坝址附近广泛分布有岩性较坚硬，力学强度高，质量较好，储量丰富的堆石料，因此可优先考虑选择建造堆石坝方案。堆石坝的坝型可按防渗材料、防渗体位置、堆石施工方法以及坝顶是否过水进行划分：1) 按防渗体材料分类：堆石坝防渗材料最常见的是土料、沥青混凝土、钢筋混凝土及新兴的复合土工膜；2) 按防渗体位置分类：心墙堆石坝，斜墙堆