水工专业毕业设计---土石坝工程设计

水工专业毕业设计设计课题土石坝工程设计目录一一一综合说明一一一前言一一一气象和水文一一一工程地质一一一建筑材料一一一其它资料一一一工程总布置和建筑物设计一一一设计依据一一一大坝设计一一一溢洪道设计附参考文献附图1、枢纽工程布置图（SN01）2、大坝剖面图（DB01、02、03、04）3、溢洪道剖面图（YH01）一一一综合说明第一节前言设计对象为我县某山区水库，水库控制径流面积1661KM2。目前，公路、输电及通讯线路都已通到枢纽工地，具有良好的“三通一平”条件。水库兴建的目的和任务通过完全年调节蓄水，从根本上解决下游城镇供水、农田灌溉以及河道防洪等方面的问题，并可兴利发电及发展水产养殖。电站装机800千瓦，平均年发电量250万度。第二节气象和水文该坝址所在地区，冬季时间较短，夏季降雨日数较多，年平均气温129。洪水期多年平均最大风速20M/S（库面10M高），吹程15KM。水库主要建筑物按三级建筑物设计，防洪标准按期50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核，水库兴利按P75年径流量设计，浇灌流量为5M3/S。水库主要水文数据见表11水库水文数据表表11标准水库特征水位M相应库容104M3入库洪峰流量M3/S调节后下泄流量M3/S相应下游水位M水位2440100兴利水2610820设计洪水位（P20）2635110166243242360校核洪水位2675150013007032380（P02）第三节工程地质一、地质、地形条件库区为变质岩系的片麻岩，地层大部倾向上游，对水库防渗有利。坝址的坝肩两面三刀岸和基础下部基岩，主要原因是角闪斜面长片麻石。质地竖硬，不够完整。河床覆盖层为第四纪砂卵石冲积层，其厚度为512M，下部其岩为角闪斜长片麻岩。已知水库所在地区基本地震烈度为6度。地形情况，从坝址地形图中可看出，左岸高程式从235M到最高点85M，平距仅为6M，边坡比例为1052，地势较陡；右岸高程从235M到最高点头300M，平距为70M，边坡比例1108，地势相对左岸较缓。已知渠首的渠底高程为240M，且灌区在河流右岸。二、坝基渗透情况坝基砂砾石渗透系数K15X102CM/S坝基砂砾石水下抗剪内摩擦角132O（水下），235O（水上）基岩在强风化层的单位吸水率003L/MIN/M。基岩在弱风化层的单位吸水率003L/MIN/M。第四节建筑材料一、石料储量及分布情况坝址附近储有大量适于碾压筑坝的壤土，分布在河床高程附近。砂砾石储藏丰富，在坝址上、下游均运距为5KM。该地区建水库有处理砂砾石地基的经验。二、筑坝材料物理力学性质1、粘性土料属壤土，在天然状态下主要物理力学指标如表12和表13表12天然含水量土粒比重液限塑限塑性指标1923271272282216321115表13石灰质含量有机质含量天然容重（克/厘米3）0240316筑坝壤土试验有关指标见表14表14干容重浮容重饱和容重凝聚力内摩擦角平均渗透系数击实数G/CM3G/CM3G/CM3KG/CM2慢剪CM/S击1610320301524O2710530165105205017245O311054017107207020258O2810545注水上内摩擦角比表中大。2、砂石筑坝材料现场试验成果表15土体容重G/CM3抗剪内摩擦角比重（G/CM3）干容重饱和容重浮容重湿容重水上水下渗透系数CM/S2720023013021036O33O41022719522312320335O32O81022719021611619634O31O10102注地基砂砾石试验资料，暂认为与上表中坝体资料相同。砂砾料的含量P43D5MM的部分。粒径大于5MM的粗比重G28,计算砂砾料D时采用A001。3、砂土（去掉D05MM的砂土）自然容重184G/CM3,含水量195。土粒比重G265,DMAX158G/CM3。MIN144G/CM3。砂土的抗剪内摩擦角水上为30O,水下为30O。堆石棱体干容重D16G/CM3，孔隙率N40。第五节其它资料1、水库所在地区基本地震烈度为6度；2、根据灌区要求，渠首的渠底高程为240M（灌区在河流右岸）；3、溢洪道堰顶高程2568M，进口段岸边开挖坡度105,下游河床安全泄洪920M3/S；4、放空洞与发电引水洞采用两洞合一，可采用直径为18M的圆形压力洞；5、坝顶交通要求可按单车道考虑（净宽不小于5M）；6、坝顶设置防浪墙。第二章工程总布置和建筑物设计第一节设计依据一、工程等别和主要建筑物枢纽工程根据给出的资料，初步选定坝型为粘土墙坝，坝壳料用砂砾石填筑，水库主要建筑物按三级建筑物设计，所以该水库的等别为三等，其主要水工建筑物有大坝、泄洪隧洞、溢洪道、灌溉引水隧洞四部分组成。根据水工建筑物表14水工建筑物的级别表，该水库主要建筑物（大坝、泄洪隧洞、溢洪道、灌溉引水隧洞）属三级永久水工建筑物，按三级建筑物标准设计。其它永久性建筑物按四级建筑物设计，临时建筑物为五级。渠系工程渠系主要交叉建筑物按引水灌溉流量为5M3/S划分，其工程等别为四等中的主要建筑物，水工建筑物级别为四级。二、设计中采用的主要技术规范及有关技术书籍碾压式土石坝设计规范SL2742001,中国水利水电出版社2002；水工建筑物任德林、张志军编著，河海大学出版社2001；溢洪道设计规范SL2532000,中国水利水电出版社2002；土坝设计（下册）水电五局，东勘院编；水工建筑物抗震设计规范DL50732000；水工建筑物（第二版）辽宁省水利学校郭宗闵主编水利水电出版社出版。三、设计中采用的基本参数1、大坝防洪标准见表21表21洪水标准施工渡汛洪水导流围堰运行情况工程等级（三级）（渡汛库容）12月4月枯季洪水设计（正常）50年一遇校核（非常）500年一遇2、大坝坝坡抗滑稳定安全系数见表22表22编号计算情况运行情况安全系数1基本组合正常运行情况12非常运行情况112特殊组合非常运行情况1053、抗震设计级别由于水库所在地区基本地震烈度为6度，根据水工建筑物抗震设计规范DL50732000规定，结合工程实际及其遭受强震影响的危害性，在基本烈度基础上提高1度作为设计烈度，即水库的设计烈度为7度。第二节大坝设计一、坝型选择根据坝址地形、地质、建筑材料和已知的相关地质水文资料，坝型宜为土石坝。坝址的坝肩两岸和坝基下部基岩，主要是角闪斜长片麻岩。质地坚硬，不够完整。左岸山体较陡，右岸山体相对较缓，河床覆盖层为第四纪砂卵石冲积层，其厚度为512M，下部基岩为角闪斜长片麻岩。工程地质条件决定了只能建柔性材料坝，坝位附近有理想的防渗粘土及砂砾石料，储量丰富，力学指标较高，运距短，施工条件好，故坝型选择粘土心墙砂砾石坝。坝基防渗形式的选定，根据已知的地质资料，坝基砂砾石渗透系数K15102CM/S,河床覆盖层为第四纪砂卵石冲积层，其厚度为512M,下部基岩为角闪斜长片麻岩。施工清基时不需深挖即可进行回填，并且结构简单、工作可靠，防渗效果好，所以坝基河床防渗结构决定采用粘性土截水槽。二、坝体剖面设计1、专体剖面尺寸拟定（1）坝坡初步拟定坝高H2670523410345M，根据水工建筑物（河海）一书中挡水建筑物的划分，坝高H3070M的为中坝，所以该坝高H345M属中坝。根据水工建筑物（河海）表36土坝坝坡参考值，并结合工程实践经验，初步拟定坝坡见表23表23坝坡取值上游坝坡1300下游坝坡1275（2）坝顶高程根据碾压式土石坝设计规范SL2742001,坝顶高程应等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最大值A设计洪水位加正常运用条件的超高；B正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；C校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；D正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高。坝顶超高值计算HHBEHC（水工建筑物河海）式中HC为安全加高，按水工建筑物（河海）一书中表31的规定采用，该坝为三级，正常情况HC07M，非常情况HC04ME为坝前静水位因风浪引起的最大风壅高度，E（KV2DCOS/2GH（水工建筑物河海）K综合摩阻系数，取K306106；V水面上10M处的风速，正常情况V（152）多年平均最大风速，所以V（152）20（3040）M,取40M/S；非常情况V20M/S；D吹程，已知D15KM1500M；风向与坝轴线的夹角，度；H坝前水域的平均水深，由坝轴线地质剖面图中量算得，H（245335335175）/4275M；HB波浪在坝坡上的爬高，M；计算浪高，计算公式GHMV2013TH07GHMV207TH00018GDV2045/013TH07GHMV207TM4438HM05。坝顶超高值计算见表24表24运行情况VM/SHBMEMHCMH正常情况4047080016075424非常情况2029530004043357各种情况下坝顶高程如表25表25运用条件坝顶高程（M）设计洪水位加正常运用268924正常蓄水位加正常运用266424校核洪水位加非常运用270857正常蓄水位加非常运用264357通过计算，最后确定最大坝顶高程为270857M,坝高H270857234036857M。（3）坝顶宽度坝顶宽度根据坝高、构造施工、交通及防汛要求并结合实际情况确定，要求坝顶交通按单车道考虑，净宽不小于5M，最后确定坝顶宽度为6M。（4）护坡为防止坝面被波浪淘涮，避免雨水冲涮、风扬、冻胀、干裂及动植物的破坏，坝体上、下游坝坡均采用30厚干砌块石护坡，块石下面按反滤要求设200厚碎石垫层。三、坝顶构造根据要求，坝顶上游侧设置防浪墙，高度12M，采用钢筋混凝土建造，墙顶高程270857M，相应坝长16815M，墙的基础与防渗体可靠连接，下游侧设04M宽的堆石排水沟，并设04M宽浆砌路肩石。坝顶护面采用密实的碎石的砂砾石混合材料铺筑，坝顶向下游一侧倾斜坡度为3。四、坝体防渗设施大坝坝身采用粘土心墙防渗，心墙顶宽30M，心墙顶高程2680M，比正常蓄水信高07M，比校核洪水位高05M心墙上、下游面坡为102,深入截水槽，与截水槽开挖边坡105,心墙两侧与坝壳料设3M厚的复式反滤层。坝基防渗采用粘土截水槽，截水槽底宽50M。五、坝体排水坝体排水根据规范和相关技术要求，参照已往工程实践经验，采用堆石棱体排水，堆石棱体顶部高程2395M，高出下游最高水位15M，顶宽20M，内坡11,外坡115。六、坝基防渗处理根据坝基渗透资料，坝基及两肩基岩渗漏问题较严重，须采取防渗工程措施进行处理，经比较，对坝基及岸坡的防渗采用帷幕灌浆防渗措施处理。帷幕灌浆施工初拟分三个阶段进行第一阶段在回填粘土截水槽后，即进行河床范围基岩的帷幕灌浆；第二阶段在大坝完成施工渡汛坝体后的汛期进行渡汛坝体范围两肩岸坡基岩的帷幕灌浆；第三阶段在完成全部坝体填筑后进行渡汛坝顶以上至大坝顶范围内两肩基岩的帷幕灌浆。七、建筑材料指标选择根据筑坝材料物理力学指标，详见表12、表13、表14、表15,与碾压式土石坝设计规范SL2742001对筑坝材料的要求对比，筑坝壤土（填筑心墙）和砂砾石（填筑坝壳）各项力学指标均能达到要求。1、心墙土料的选择坝址附近储有大量适于碾压筑坝的壤土，分布在河床高程附近，已知心墙粘土特性如下（1）有机质含量为032；水溶盐含量0243；（2）可塑性IP11151011,为亚粘土（3）填筑含水量PBIP200116216；设计干密度D（G）/1G164G/3。说明库区壤土可用于心墙填筑，相应的设计含水量为196216。2、砂砾石坝体材料的选择砂砾石设计干密度D（DG）/DPG1PA215G/3。3、反滤砂料设计干密度D/（1）184/（1195）154G/3；设计孔隙比EG/D1265/1541072；最大孔隙比EMAXG/DMAX1265/1580677；最小孔隙比EMIN（G/DMIN）1265/1441084；砂土相对紧密度DREMAXE/EMAXEMIN0677072/06770840263。4、堆石棱体堆石棱体干容重D16G/CM3,孔隙率N40，满足要求。八、渗透及坝体稳定计算（一）渗透计算1、渗流量及浸润线计算按下游有棱体排水设施，渗透地基深12M，下游有水状况计算，T4M，心墙和截水墙的厚度（12）/2（3166）/298M。通过心墙和截水墙的渗流量Q1H1T2HT2/2；通过坝基和下游坝壳的渗流量Q2K2H2T2/2LK3HTT/L1044T；由Q1Q2联解得，Q0000024M3/S，H531M。坝体浸润线计算由公式XKY2T2/2Q计算如表26表26XY5407104143045150478604917613531（二）坝体稳定计算由于坝壳料为非粘性土，按直线法计算1、上游坝坡KCF/TMTG3TG24513671202、下游坝坡KCF/TMTG2752451253120经计算，上、下游坝坡均满足要求。第三节溢洪道设计一、溢洪道布置溢洪道布置于顺流左岸山体的垭口，这样便于布置工程设施，开挖工程量小，陡槽段地形呈山梁，有利于开挖，其陡槽的基础也较稳定。溢洪道由进水渠、闸室、陡槽段、挑流段及坦护段组成。采用矩形断面，进口设八字形进水渠，进口段岸边开挖坡度为105,底板高程2560M，设一闸室，长20M，三孔出流，每孔为67M2,考虑水库在非常应用时可能处于高水位情况，堰顶高程定为2568M，闸门顶高程2638M，按设计洪水位（P75）时下泄流量324M3/S设计，校核洪水位（P02）时下泄流量703M3/S校核。设一工作桥以便于闸门操作、检修，桥底板高程27460M，下游顺坡开挖成简最易明渠，将洪水泄入下游河道。二、泄槽设计1、宽顶堰过流设计与校核（1）设计洪水位情况根据设计尺寸，设计洪水位时下泄流量为324M2/S，堰宽36M，设计水深5M，按判别式25H2010H，属于宽顶堰，泄流