1、黔西南民族職業技術學院水利電力工程系水利水電建筑工程專業畢業設計黔西南民族職業技術學院水利電力工程系畢業設計說明及計算書題目:XX市明英水電站樞紐布置設計專 業:水利水電建筑工程班 級: 09水建(1)班 姓 名:學 號:指導教師:李康寧、黃啟敏、羅禮紅20_年 月 日前 言3工程特性表6第一章 綜合說明71.1 流域概況71.2 水文氣象71.2.1水文及氣象71.2.2水文氣象及徑流條件8第二章 工程地質82.1 地形地質82.1.1 測區地質82.1.2 工程區地質92.2 區域及水庫地質92.2.1 地形地貌92.2.2地層92.2.3地質構造92.2.4水文地質92.2.5庫區工程地

2、質評價102.3庫區工程地質102.3.1 地形地貌102.3.2地層102.3.3地質構造112.3.4水文地質112.3.5庫區工程地質評價112.4壩區工程地質122.5樞紐區工程地質122.6 巖體力學參數132.7 天然建筑材料132.8 工程地質評價14第三章 工程任務及規模15第四章 工程布置及建筑物164.1壩軸線、壩型的確定164.1.1壩軸線的確定164.1.2 壩型選擇174.2非溢流重力壩的設計184.2.1 剖面設計18實用剖面的確定194.2.2壩體強度和穩定承載能力極限狀態驗算214.3溢流重力壩的設計374.4進水口段的確定434.6.2主廠房的平面設計454.

3、6.3副廠房的平面設計48第五章 施工組織設計49第六章結束語50前 言設計題目:水利水電工程樞紐畢業設計一、項目名稱:XX市明英水電站樞紐 二、工程地點及建筑規模: XX市明英水電站位于XX市東南部的壩固鎮明英附近的馬尾河中下游河段。明英水電站工程等別為等,擋水壩為4級建筑物,次要建筑物為5級。 三、設計要求1、設計者必須發揮獨立思考能力,創造性的完成設計任務,在設計中應遵循技術規范,盡量采用國內外的先進技術與經驗；2、設計者對待設計計算、繪圖等工作,應具有嚴肅認真一絲不茍的工作作風,以使設計成果達到較高水平；3、設計計算要求方法先進、依據可靠、數據正確、結果可信；4、設計者必須充分重視和熟

4、悉原始資料,明確設計任務,在規定的時間內圓滿完成要求的設計內容,設計結果要有獨特見解,有創新、有應用價值；5、設計成果包括:設計說明書和計算書一份、設計圖紙7張1#2#圖。設計說明書和計算書要求格式規范、字跡工整、條理清楚、文字通順、整齊美觀,總字數至少在6000字以上,并有必要的圖表。設計繪圖,要求結構合理、工藝性好、表達完整清晰,要符合GB規定。四、設計內容1、本次畢業設計的重點為樞紐總體布置,大壩設計,水電站廠房布置設計； 2、壩軸線、壩型選擇和樞紐布置方案比較與選擇；3、大壩設計,包括非溢流壩和溢流壩設計；4、水電站廠房布置設計,包括發電進水口、壓力管道、主廠房、副廠房、變壓器場、開關

5、站的布置設計；5、壩體細部構造設計與地基處理方案的初步擬定；6、施工組織設計；7、設計繪圖,要求結構合理、工藝性好、表達完整清晰,符合GB規定。五、畢業設計的目的畢業設計是完成培養高級技術人才基本訓練的最后一個重要環節,也是專業學習中非常重要的校內實踐性教學環節。通過畢業設計,使學生所學的專業知識得到系統的梳理和鞏固,并受到綜合訓練,培養并提高學生運用所學專業知識解決實際問題的能力。在畢業設計中,學生應該做到以下要求:1、對所學專業的知識進行全面、系統的復習和鞏固；2、提高運用所學專業知識解決實際問題的能力；3、了解水利水電工程項目建設的全過程 ,熟悉各設計階段的任務和內容；4、提高對設計資料

6、分析的能力及使用各種規范的能力；5、學會通過圖紙和設計說明書正確表達設計意圖；6、提高利用計算機分析計算的能力及利用計算機制圖的能力工程特性表序 號 及 名 稱單 位數 量備 注一、水文1.流域面積 全流域 km21164 壩址以上 km29832.利用水文系列年限 a303.多年平均年徑流量 萬m3710004.代表性流量 多年平均流量m3/s22.5 實測最大流量m3/s1700實測日期20_年6月8日 調查歷史最大流量 m3/s2810發生日期1908年 設計洪水流量(P= 3.3 %) m3/s2641 校核洪水流量(P= 0.5 %) m3/s4114 施工導流流量(P=20%) m

7、3/s13.75.泥沙 多年平均懸移質年輸沙量 萬t0.39 多年平均推移質年輸沙量萬t0.06二、水庫 1.水庫水位 校核洪水位 m691.14 設計洪水位m689.12 正常蓄水位 m683.30 死水位m683.302.水庫容積 總庫容(校核洪水位以下庫容)萬m3980.00 正常蓄水位以下庫容 萬m3431.70 防洪庫容 萬m3921.00防洪高水位至防洪限制水位 調節庫容萬m30正常蓄水位至死水位 興利庫容 萬m30 死庫容萬m358.903.水量利用系數 %87三、下泄流量及相應下游水位 1.設計洪水位時最大泄量m3/s2231 相應下游水位 m665.52.校核洪水位時最大泄量

8、m3/s3654 相應下游水位 m666.33.調節流量(P= %) m3/s38.7水電站滿載發電流量 相應下游水位 m665.1 4.最小流量m3/s6.9基荷發電流量第一章 綜合說明1.1 流域概況XX市明英水電站位于XX市東南部的壩固鎮明英附近的馬尾河中下游河段,為馬尾河流域下游小水電梯級開發的五個電站之一,馬尾河是長江流域沅江水系主干流清水江的上游河段。電站交通方便,有簡易公路到達壩固鎮,并經大壩通往右岸下游的甲丹等村寨。1.2 水文氣象1.2.1水文及氣象XX市位于XX省南部,苗嶺南坡,東經10747,北緯25512626。東鄰XX縣、三都水族XX縣,南抵XX縣、XX縣,西接XX縣

9、,北靠XX縣。馬尾河是長江流域沅江水系主干流清水江的上游河段。馬尾河的主流谷江河發源于苗嶺中段最高峰斗蓬山(海拔1961m)南麓,自XX縣擺洗村向東流約1km進入XX市境內彎河寨,經谷江后稱谷江河,流至陸家寨與楊柳街河及擺楠河匯合后,由北向南貫穿XX市XX市區河段又稱劍江XX市區南端馬尾以下稱馬尾河。該河段落差較大,宜建小型水電站,充分利用水資源,發展低能耗電力。都勻地區氣候屬中亞熱帶濕潤氣候,溫和濕潤,雨量充沛。明英電站壩址以上流域內有都勻氣象臺,屬國家基本站點,具有1958年20_年共41年資料,資料項目齊全,代表性好。根據都勻氣象臺資料,都勻地區多年平均氣溫15.9,極端最高、最低氣溫為

10、36.3(1966年8月17日)與-6.9(1977年1月30日),月平均最高、最低氣溫為24.3(7月份)和5.6(1月份),無霜期237328d,平均289d。多年平均相對濕度79%,平均水面蒸發量800mm(E601蒸發器),陸面蒸發量650mm,洪水期多年平均最大風速13.3m/s,洪水期50年重現期的最大風速19.5 m/s,風區長度1.5km。流域內有文峰塔水文站,楊柳街、谷江、朗里、王司雨量站。朗里雨量站有196520_年共36年降水資料,多年平均降水量為1428.6mm,XX市區上游4個雨量站(含朗里雨量站)多年平均降雨量為1422.7mm。在水資源調查評價中,將多年平均值乘以

11、0.8的修正系數,以與周圍各站協調。明英電站壩址下游下司水文站,控制流域面積2159km2,為桃花壩址以上流域面積的2.24倍。下司站有19591998年共39年(缺1970年)實測水文資料,資料整編質量及代表性較好,可用于水文水利計算。P=2%、1%、0.5%的洪峰流量為3030、3572、4114 m3/s,枯季五年一遇施工洪水流量為194.5 m3/s,年輸沙量為2631 m3,泥沙浮容重6.5 kN/m3,泥沙內摩擦角30o。1.2.2水文氣象及徑流條件都勻地區氣候屬中亞熱帶濕潤氣候,溫和濕潤,雨量充沛。根據XX市氣象站1958年至20_年實測統計,多年平均氣溫15,極端最高氣溫36,

12、極端最低氣溫-6.9。多年平均降雨量14210.6mm,年最大降雨量1840mm,年最小降雨量960mm,日最大降雨量100mm。多年平均水溫12,極端最高水溫24,極端最低水溫3。洪水期多年平均最大風速13.3m/s。水庫控制流域面積983km2,多年平均徑流量 13.4 m3/s,4月10月為汛期,11月 3 月為枯水期。明英水電站工程水工建筑物主要在枯水季節施工。明英電站壩址以上4.5km在建的桃花電站,集雨面積964km2,裝機容量33000kW,調節庫容為1792萬m3。而明英電站集雨面積983km2,與桃花電站相差19km2,不到2%,區間沒有大的支流及引水工程,故明英電站的水能計

13、算,應以桃花電站調節后的徑流量為基礎推求水能參數。而桃花電站對明英電站的洪水沒有影響。枯水期最大洪峰流量有桃花電站的控制,所以其枯水期最大洪峰流量為桃花電站發電機組尾水流量與明英電站到桃花電站區間徑流量之疊加,對本工程的施工導流有所影響。第二章 工程地質2.1 地形地質2.1.1 測區地質測區位于貴州南部,是貴州高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶,主要山峰河谷的走向與背向斜軸向一致,背斜寬坦形成山嶺,向斜狹窄形成河谷,為典型的隔槽式褶皺山區。本區發育的斷層主要有蔓洞逆斷層:位于測區東北蔓洞至興仁一帶,走向北東,區內長約32km,產狀12960,斷距7001000m；造紙山斷層:位于王司背斜南端,北起

14、新場,南止于潘洞附近,長僅9.5km,產狀9760,斷層北端具有強烈的重晶室化、白云石化及微弱的硅化,兩盤志留系頁巖的拖曳小褶曲發育。這兩個斷層距離水庫區均較遠,對大壩的穩定及水庫的滲漏基本無影響,此兩斷層在挽近無活動跡象,屬穩定型地質構造。2.1.2 工程區地質工程區地處貴州高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶,左岸地形較為平坦,右岸多為陡巖,以中低山地貌為主,地面一般海拔8001100m,相對高差100300m。庫區地貌以溶蝕類地貌為主,主要表現為丘峰淺洼地貌,河谷多為寬淺的“U”型橫向谷,河流坡降4.2。巖層總體傾向右岸偏上游,致使左岸以順向邊坡為主,右岸以反向邊坡為主；庫區兩岸坡度多在1020

15、之間,植被較發育。庫區河流兩岸有兩級階地分布,一級階地高出水面14m,二級階地57m。水庫不存在可滲漏鄰谷,庫區內地下水向河流補給,有較好的水文地質條件,庫區內庫岸相對穩定,無大型固體徑流源,不存在水庫誘發地震的條件,工程地質條件較好。2.2 區域及水庫地質2.2.1 地形地貌庫區地貌以溶蝕類地貌為主,主要表現為丘峰淺洼地貌,河谷多為寬淺的“U”型橫向谷,河流坡降4.2。巖層總體傾向右岸偏上游,致使左岸以順向邊坡為主,右岸以反向邊坡為主；庫區兩岸坡度多在1020之間,植被較發育。庫區河流兩岸有兩級階地分布,一級階地高出水面14m,二級階地57m。2.2.2地層庫區出露地層為寒武系上統爐山組地層

16、,可分為上下兩段。2.2.3地質構造庫區范圍無區域性地質構造通過,局部發育有次一級斷裂,對水庫穩定及庫區蓄水無影響。2.2.4水文地質庫區河流流向近北東30,地下水類型以純炭酸巖溶洞裂隙水為主,巖性主要為厚層塊狀白云巖,地下水埋藏較淺,泉點出露高程均高于河流,兩岸山體地下水向河流補給。水庫周邊無低矮鄰谷,兩岸山體寬厚,不存在鄰谷和庫區滲漏問題。2.2.5庫區工程地質評價庫區兩岸坡度多在1020之間,植被較發育,庫岸相對穩定。由于庫區為寬谷型河谷,故不存在水庫浸沒問題。工程區地下水類型以純炭酸巖溶洞裂隙水為主,地下水埋藏較淺,地下水位較高,兩岸山體均有地下水出露,且均多高于河水水位,水庫兩岸山體

17、雄厚,庫區內又無大的垂直河床方向的構造發育,庫區成庫條件良好,無繞滲及鄰谷滲漏之憂。總之,水庫不存在可滲漏鄰谷,庫區內地下水向河流補給,有較好的水文地質條件,庫區內庫岸相對穩定,無大型固體徑流源,不存在水庫誘發地震的條件,工程地質條件較好。2.3庫區工程地質2.3.1 地形地貌庫區地貌以溶蝕類地貌為主,主要表現為丘峰淺洼地貌,河谷多為寬淺的“U”型橫向谷,河流坡降4.2。巖層總體傾向右岸偏上游,致使左岸以順向邊坡為主,右岸以反向邊坡為主；庫區兩岸坡度多在1020之間,植被較發育。庫區河流兩岸有兩級階地分布,一級階地高出水面14m,二級階地57m。2.3.2地層庫區出露地層為寒武系上統爐山組地層

18、,可分為上下兩段。現由新到老分述如下:第四系(Q):以坡積、沖積、崩積、殘積層為主,成份為砂、粘土、砂卵石、碎石及塊石等松散堆積物。厚010m。爐山組上段(3l2):為淺灰、淺灰微帶紅色厚層粗晶白云巖,夾暗色白云巖,下部20100m為含礫鮞狀白云巖夾淺灰色白云巖,底部還有一層黃綠色粘土質砂礫巖。厚62694m。爐山組下段(3l1):為淺灰、灰白帶肉紅色厚層中晶白云巖,夾深灰色白云巖,底部常有含礫鮞狀白云巖一層(與中統分界的標志)或多孔白云巖夾少量白云巖,白云巖中含被重結晶破壞過的白云巖礫石,向上每隔50100m夾有含礫鮞狀白云巖一層。厚421826m。2.3.3地質構造庫區范圍無區域性地質構造

19、通過,局部發育有次一級斷裂,對水庫穩定及庫區蓄水無影響。2.3.4水文地質庫區河流流向近北東30,地下水類型以純炭酸巖溶洞裂隙水為主,巖性主要為厚層塊狀白云巖,地下水埋藏較淺,泉點出露高程均高于河流,兩岸山體地下水向河流補給。地下水一般流量1090 l/s,地下水徑流模數3.016.43 l/ sm2。2.3.5庫區工程地質評價庫區范圍無區域性地質構造通過,局部發育有次一級斷裂,對水庫穩定及庫區蓄水無影響。庫區兩岸坡度多在1020之間,植被較發育,庫岸相對穩定。由于庫區為寬谷型河谷,故水庫浸沒問題不嚴重。庫區河流流向近北東30,巖層走向主要為北東010,與河流流向大體一致。工程區地下水類型以純

20、炭酸巖溶洞裂隙水為主,地下水埋藏較淺,地下水位較高,兩岸山體均有地下水出露,且均多高于河水水位,水庫兩岸山體雄厚,庫區內又無大的垂直河床方向的構造發育,庫區成庫條件良好,無繞滲及鄰谷滲漏之憂。總之,水庫不存在可滲漏鄰谷,庫區內地下水向河流補給,有較好的水文地質條件,庫區內庫岸相對穩定,無大型固體徑流源,不存在水庫誘發地震的條件,工程地質條件較好。2.4壩區工程地質壩址區地形為近橫向寬淺的不對稱“U”型谷,右岸多為陡巖,左岸地形較為平坦,地形坡度約1525,河流坡降4.2。壩區出露地層為第四系(Q)、寒武系上統爐山組上段(3l2),現由新到老分述如下:第四系(Q):為砂土、亞粘土、粘土夾碎石、卵

21、礫石等。厚度05.0m。寒武系上統爐山組上段第四層(3l2-4):出露巖石為淺灰帶肉紅色厚層到塊狀細中晶白云巖,細小晶洞較發育,局部有硅化現象。厚度100.0m。寒武系上統爐山組上段第三層(3l2-3):出露巖石為深灰色中厚層至厚層粗晶白云巖,巖體節理裂隙較發育。厚75.0m。寒武系上統爐山組上段第二層(3l2-2):出露巖石為淺灰色中厚層白云巖夾薄層灰質白云巖。厚34.0m。寒武系上統爐山組上段第一層(3l2-1):出露巖石為灰白帶肉紅色中厚層至厚層微細晶白云巖。厚度100.0m。巖層總體傾向NE,傾向上游偏右岸,傾角2431。壩區構造較簡單,無區域性斷裂及褶皺發育,僅在大壩下游發育有兩條規

22、模較小的斷層。2.5樞紐區工程地質壩區構造較簡單,無區域性斷裂及褶皺發育,僅在大壩下游發育有兩條規模較小的斷層,距離大壩較遠,對水庫蓄水及穩定均無影響。近壩區兩岸山體雄厚,無低矮鄰谷存在,壩區巖性以白云巖為主,巖體節理裂隙發育,巖溶弱發育,無深部基礎滲漏之憂,局部沿裂隙或開挖破碎帶滲漏,經基礎固結及帷幕灌漿后,能達到穩定及防滲要求。壩后河床基巖裸露,巖體中至弱風化,未見斷裂構造發育。巖體垂直弱風化深 35m ,節理裂隙發育,巖體完整性一般,巖體抗沖刷力一般。推薦值如下:白云巖: (強風化)a=1.61.9 抗沖流速2m/s (弱風化)a=1.41.5 抗沖流速3m/s2.6 巖體力學參數壩區地

23、層為寒武系上統巖爐山組上段地層,出露巖石為白云巖及灰質白云巖,巖體節理裂隙發育,且局部有細小晶洞發育,根據水利水電工程地質手冊及巖石力學參數手冊建議微弱風化巖體物理力學參數如表3-3: 表2-1 巖石物理力學指標推薦值巖石類別白云巖灰質白云巖抗壓強度(Mpa)干燥5545飽和4530彈性模量(Gpa)干燥5045飽和4740泊桑比0.220.240.220.24抗剪斷強度指標fR,0.90.9C, (Mpa)0.50.5抗剪強度指標f0.750.75純摩(層面)0.550.5抗沖刷系數1.452.7 天然建筑材料大壩樞紐及廠房擴建工程共需砂石料約2.5萬m3,為方便施工,減小投資,特選定以下兩

24、個料場:1、料場(主料場):該料場位于大壩下游左岸,距大壩320m,需新建公路200m,；出露巖石為3l1地層灰白帶肉紅色厚層至塊狀細中晶白云巖,局部有細小晶洞發育,巖體節理裂隙發育。物理力學性質參考值:密度(2.77g/cm3)、飽和抗壓強度(50MPa),其物理力學性質較好,儲量相對較少,且距離大壩相對較遠,可作為備用砂石料場。有用層儲量約15.6萬m3。2、料場(備用料場):該料場位于大壩上游右岸,距約大壩310m,有簡易公路通往；出露巖石為3l2地層淺灰帶肉紅色中厚層至厚層中粗晶白云巖,巖體節理裂隙發育,局部為鐵質浸染。物理力學性質參考值:密度(2.75g/cm3)、飽和抗壓強度(45

25、MPa),其物理力學性質較好,交通方便,儲量豐富且較易開采,是理想的砂石料場。有用層儲量約179.6萬m3。兩個料場砂石料總有用層儲量約195.2萬m3,為大壩樞紐工程工程所需砂石料的10倍以上,儲量豐富,完全能夠滿足工程所需。各料場的砂石儲量如表2-2:表2-2 砂 石 料 儲 量 表料場編號勘察精度建材類別巖(土)性產地名稱產地高程(m)地形坡度產地面積(萬m2)平均厚度有用層儲量(萬m3)無用層儲量(萬m3)運距及開采條件有用層(m)無用層(m)詳查砂石料白云巖壩下游左岸68072715-5000.819.53.115.62.5距大壩約320m,需新建公路200m,開采較方便。砂石料白云

26、巖壩上游右岸70578625-3505.731.52.6179.614.8距大壩約310m,有簡易公路,開采方便。2.8 工程地質評價壩址區地形為近橫向寬淺的不對稱“U”型谷,右岸多為陡巖,左岸地形較為平坦,地形坡度約1525,兩岸多為巖質邊坡,邊坡較穩定,河床段覆蓋層厚約03m,主要為亞砂土夾巖屑、碎石、塊石,砂卵礫石層等沖積、洪積、殘坡積物。壩址兩岸巖層產狀911022431,巖層傾上游偏右岸。壩區構造較簡單,無區域性斷裂及褶皺發育,僅在大壩下游發育有兩條規模較小的斷層,距離大壩較遠,對水庫蓄水及穩定均無影響。近壩區兩岸山體雄厚,無低矮鄰谷存在,壩區巖性以白云巖為主,壩肩、壩基巖體為3l2

27、-4及3l2-3淺灰帶肉紅色厚層到塊狀細中晶白云巖,及深灰色中厚層至厚層粗晶白云巖,巖體節理裂隙發育,巖溶弱發育,無深部基礎滲漏之憂,局部沿裂隙或開挖破碎帶滲漏,經基礎固結及帷幕灌漿后,能達到穩定及防滲要求。壩后河床基巖裸露,出露地層為3l2-3地層,出露巖石為深灰色中厚層至厚層粗晶白云巖,巖層傾上游偏右岸,巖體節理裂隙發育,裂面均為砂泥質沖填,巖體中至弱風化,未見斷裂構造發育。巖體垂直弱風化深 35m ,節理裂隙發育,巖體完整性一般,巖體抗沖刷力一般。推薦值如下:白云巖: (強風化)a=1.61.9 抗沖流速2m/s (弱風化)a=1.41.5 抗沖流速3m/s 第三章 工程任務及規模明英電

28、站位于XX市東南部的壩固鎮明英附近的馬尾河中下游河段,距離明英2.5km、壩固鎮5km。為滿足泄洪的要求,大壩按4級建筑物設計,設計洪水標準為30年一遇設計,非常校核洪水標準為200年一遇洪水標準校核,相應下泄流量分別為2231m3/s 1和3654 m3/s 。第四章 工程布置及建筑物4.1壩軸線、壩型的確定4.1.1壩軸線的確定方案一:壩軸線取在上游692.10如圖所示:上游壩軸線所處的河谷斷面呈對稱的“U”型河谷,地質屬穩定型地質構造巖層總體傾向上游,致使左岸以順向邊坡為主,庫區兩岸坡度為1020之間。植被較為發育,庫區河流兩岸有兩級階級分布。壩軸線較長,庫容小,比較開闊,開挖量大,工程

29、成本高,宜修重力壩,且筑壩的材料需求大。方案二:壩軸線取在中游692.10如圖所示:上游壩軸線所處的河谷斷面左右岸呈對稱的“U”型河谷,巖層總體傾向上游,致使左岸以順向邊坡為主,庫區兩岸坡度為1020之間。植被較為發育,庫區河流兩岸有兩級階級分布。庫容相對較大,淹沒耕地面積較小,右岸有懸崖部分層理破壞大,破碎帶多,壩軸線適中,投資減少,工期縮短宜修重力壩。方案三:壩軸線取在下游692.102.10如圖所示:上游壩軸線所處的河谷斷面左右岸呈對稱的“U”型河谷,巖層總體傾向上游,致使左岸以順向邊坡為主,庫區兩岸坡度為1020之間。植被較為發育,庫區河流兩岸有兩級階級分布。下壩線左壩壩岸較長,工程量

30、較大,左壩岸占有耕地,工程成本高。綜上所述:根據各壩線的位置進行綜合性比較,最終確定中壩線為壩軸線。4.1.2 壩型選擇1、土石壩修筑土石壩,壩身不能溢流,必須修建溢洪道,導致建筑物分散,不利于管理。施工導流條件差,圍堰時要修筑導水隧洞或明渠導流,工程成本高。土料運輸受氣候的影響大,土石壩的填筑材料為散粒體結構,抗剪強度低,防滲處理工作大,顆粒間粘結力小,土石壩的抗沖能力低,顆粒間存在較大的孔隙,導致產生沉降。2、拱壩拱壩對地形的要求,需要壩址上游寬闊,左右岸對稱,岸坡平順無突變,該處是寬淺的不對稱“U”型谷,不能修筑拱壩。3、重力壩重力壩對地形、地質條件適應性好,任何形狀的河谷都可以修建重力

31、壩,樞紐泄洪及導流問題容易解決,結構簡單,體積大,有利于機械化施工,傳力系統明確,便于分析與設計,運行期間的維護及檢修工作量較少,建筑物布置集中便于管理。綜上所述:根據重力壩,土石壩和拱壩的特點,進行綜合性比較,最終選擇混凝土重力壩。4.2非溢流重力壩的設計4.2.1 剖面設計（1） 基本剖面的設計 根據重力壩的荷載特點與工作特點,基本剖面為三角形,如圖2-1所示。659表2-1 正常蓄水位時的各項參數上游水深H1下游水深H2上下游水位差H上游壩坡坡率n下游壩坡坡率m壩底寬度B揚壓力折減系數抗剪斷參數f抗剪斷凝聚力c24.30m6.50m17.80m00.830.08m0.251.11.0 (

32、二)實用剖面的確定4.2.1.1壩底高程、壩底寬度的確定根據地形圖資料得河底高程為668m,由地質資料可知該壩壩址覆蓋層厚度為0-3m,弱風化層厚度為3-5m,所以開挖深度為5m,水深4m,河底高程664m。壩底高程為659m。根據工程實踐經驗,下游壩坡坡率m=0.6-0.8,取m=0.8。則壩底寬度B=30.08m4.2.1.2壩頂寬度的確定因為要考慮交通要求,所以寬度取6m。4.2.1.3壩頂高程該工程屬于小(1)型,壩的安全級別為4級。正常蓄水位時:hc取0.3校核洪水位時:hc取0.2壩頂高程: 1)設計洪水位時 風速V=19.5m/s 吹程D=1500m波高:波長:壅高:因為 ,所以

33、,所以正常蓄水位對應的壩頂高程為684.86m。 2)校核洪水位時 風速V=13.3m/s 吹程D=1500m波高:波長:壅高:因為 ,所以,所以校核洪水位對應的壩頂高程為692.10m所以,相比之下,取校核洪水位對應的壩頂高程為692.10m為壩頂高程。4.2.1.4細部結構帷幕灌漿:根據要求,帷幕中心線距上游壩面6.25m,設置一排帷幕,孔距4m廊道:選用城門洞形,寬3.5m,高4m。廊道底面距壩基面為4m,廊道距上游面4m。4.2.2壩體強度和穩定承載能力極限狀態驗算4.2.2.1荷載組合計算11、荷載組合計算:1)、壩體自重: 2)、靜水壓力表2-2 校核洪水位時的各項參數上游水深H1

34、下游水深H2上下游水位差H上游壩坡坡率n下游壩坡坡率m壩底寬度B揚壓力折減系數32.14m7.30m24.84m00.830.080.25上游水壓力:下游水壓力:3)、揚壓力: 4)、淤沙壓力: 壩前泥沙淤積高度: 淤沙的容重: 淤沙的內摩擦角: 則淤沙壓力: 5)、浪壓力:壩前水深,所以浪壓力按深水波計算。浪壓力 : 2、承載能力極限狀態1)、正常蓄水位(基本組合)時抗滑穩定性極限狀態驗算表2-4 正常蓄水位時的荷載作用荷載符號大小(KN)作用方向作用點距壩基面形心距離(m)產生力矩(KN.m)力矩和(KN.m)自重W14766.4012.0457387.4631081.63W28697.7

35、01.01-8813.67靜水壓力P12893.408.0-23436.55P2207.032.15448.55揚壓力U11916.1000U2682.410.9-1601.39U3209.3311.92-2729.64U4313.9912.98-4303.78浪壓力PL187.6433.10-4005.59淤沙壓力PS130.003.3-433.33下游水重W165.6213.32-2203.85因為結構安全級別為3級,則結構重要性系數,設計狀況系數 結構系數: 作用效應函數: 抗力函數 : 則 所以 經過計算可知,該重力壩在校核洪水位情況下壩基面的抗滑穩定性滿足要求。2)、壩趾抗壓強度極限

36、狀態 因為結構安全級別為3級,則結構重要性系數,設計狀況系數 結構系數 作用效應函數: 選用混凝土,抗壓強度性能分項系數為1.5,則設計值為:抗力函數:則 3)、校核洪水位(偶然組合)時抗滑穩定性極限狀態表2-3 校核洪水位時的荷載作用荷載符號大小(KN)作用方向作用點距壩基面形心距離(m)產生力矩(KN.m)力矩和(KN.m)自重W14766.4012.0457387.46-3091.03W28697.701.01-8813.67靜水壓力P15061.6010.71-54226.61P2261.122.4635.39揚壓力U12151.9200U2952.310.97-2234.74U329

37、2.1211.92-3809.22U4438.1812.98-6005.95浪壓力Pl85.3733.10-2569.24淤沙壓力PS130.003.3-433.33下游水重W208.9013.11-2735.16因為結構安全級別為3級,則結構重要性系數,設計狀況系數,結構系數作用效應函數: 抗力函數: 則 所以 經過計算可知,該重力壩在校核洪水位情況下壩基面的抗滑穩定性滿足要求。4)、壩趾抗壓強度極限狀態 因為結構安全級別為3級,則結構重要性系數,設計狀況系數 ,結構系數 選用混凝土。 作用效應函數: 選用混凝土,抗壓強度性能分項系數為1.5,則設計值為:抗力函數:則 所以經計算,該重力壩在

38、校核洪水位情況下壩趾抗壓強度滿足要求。5)、上游壩踵不出現拉應力極限狀態。因此上游壩踵不出現拉應力極限狀態屬于正常使用極限狀態,故設計狀況系數作用分項系數和材料性能分項系數都采用1.0。揚壓力系數直接用標準值0.25代入計算,結構功能的極限值c=0.4.2.2.2壩體應力計算(一)正常蓄水位(基本組合)時壩體邊緣應力計算表2-5 正常蓄水位時的荷載作用荷載符號大小(KN)作用方向作用點距壩基面形心距離(m)產生力矩(KN.m)力矩和(KN.m)自重W14766.4012.0457387.4631081.63W28697.701.01-8813.67靜水壓力P12893.408.0-23436.

39、55P2207.032.15448.55揚壓力U11916.1000U2682.410.9-1601.39U3209.3311.92-2729.64U4313.9912.98-4303.78浪壓力PL187.6433.10-4005.59淤沙壓力PS130.003.3-433.33下游水重W165.6213.32-2203.85表2-6 正常蓄水位時的各項參數上游水深H1下游水深H2上下游水位差H上游壩坡坡率n下游壩坡坡率m壩底寬度B淤沙高程m揚壓力折減系數2430m650m1780m00.83008669000.251、不計揚壓力 上游面垂直正應力:下游面垂直正應力: 上游面剪應力: 下游面

40、剪應力: 上游面水平正應力: 下游面水平正應力: 上游面主應力: 下游面主應力: 2、計入揚壓力時 上游面垂直正應力:下游面垂直正應力: 上游面剪應力: 下游面剪應力: 上游面水平正應力: 下游面水平正應力: 上游面主應力: 下游面主應力: (二)、正常蓄水位時壩體內部應力的計圖2-4 壩內主應力計算簡圖1、壩內垂直正應力根據在水平截面上呈直線分布的假定可得距下游壩面x處的為:其中a、b由邊界條件和偏心受壓公式確定。當x=0時,當x=B時, 2、壩內剪應力 根據呈線性分布,由平衡條件可得出水平截面上剪應力呈二次拋物線分布,即: 其中,、由邊界條件確定。 所以: 3、壩內水平截面正應力 根據在水

41、平截面呈二次拋物線分布,由平衡條件可得出水平正應力 呈三次拋物線分布,即: 其中、可由邊界條件確定。由于的三次拋物線分布與直線相當接近。因此,可近似地作為直線分布,即: 所以: 4、壩內主應力 、 5、將壩底四等分,分別計算各等分點的主應力 1)、A點的應力:X=7.52m 2)、B點的應力:X=15.04m 3)、C點的應力:X=22.56m 4)、E點的應力:X=30.08m 所以,經過計算,在正常蓄水位時壩體應力沒有出現拉應力,滿足應力要求。(三)、校核洪水位時壩體邊緣應力的計算 表2-7 校核洪水位時的荷載作用荷載符號大小(KN)作用方向作用點距壩基面形心距離(m)產生力矩(KN.m)

42、力矩和(KN.m)自重W14766.4012.0457387.46-3091.03W28697.701.01-8813.67靜水壓力P15061.6010.71-54226.61P2261.122.4635.39揚壓力U12151.9200U2952.310.97-2234.74U3292.1211.92-3809.22U4438.1812.98-6005.95浪壓力Pl85.3733.10-2569.24淤沙壓力PS130.003.3-433.33下游水重W208.9013.11-2735.16表2-8 校核洪水位時的各項參數上游水深H1下游水深H2上下游水位差H上游壩坡坡率n下游壩坡坡率m

43、壩底寬度B淤沙高程m揚壓力折減系數32.14m7.30m24.84m00.830.08100.251、不計揚壓力的情況 上游面垂直正應力:下游面垂直正應力: 上游面剪應力: 下游面剪應力: 上游面水平正應力: 下游面水平正應力: 上游面主應力: 下游面主應力: 2、計入揚壓力的情況 上游面垂直正應力:下游面垂直正應力: 上游面剪應力: 下游面剪應力: 上游面水平正應力: 下游面水平正應力: 上游面主應力: 下游面主應力: (四)校核洪水位時壩體內部應力的計算1、壩內垂直正應力根據在水平截面上呈直線分布的假定可得距下游壩面x處的為:其中a、b由邊界條件和偏心受壓公式確定。當x=0時,當x=B時,

44、 2、壩內剪應力 根據呈線性分布,由平衡條件可得出水平截面上剪應力呈二次拋物線分布,即: 其中,、由邊界條件確定。 所以: 3、壩內水平截面正應力 根據在水平截面呈二次拋物線分布,由平衡條件可得出水平正應力 呈三次拋物線分布,即: 其中、可由邊界條件確定。由于的三次拋物線分布與直線相當接近。因此,可近似地作為直線分布,即: 所以: 4、壩內主應力 、 5、將壩底四等分,分別計算各等分點的主應力 1)、A點的應力:X=7.52m 2)、B點的應力:X=15.04m 3)、C點的應力:X=22.56m 4)、C點的應力:X=30.08m 經過計算,在校核洪水位時壩體應力滿足要求4.3溢流重力壩的設

45、計一、堰頂高程的確定(一)基本資料 1、泄水方式的選擇:為使水庫有較好的超泄能力,采用開敞溢流式孔口。2、洪水標準的確定；本次設計的重力壩是4級建筑物,根據規范查山區、丘陵區水利工程建筑物洪水標準,采用30年一遇的洪水標準設計,200年一遇的洪水校核。 3、設計資料:設計洪水位情況下,溢流壩的下泄流量為2231m3/s ,電站引用流量 6.9m3/s；校核洪水位情況下,溢流壩的下泄流量為3654 m3/s,電站引用流量 38.7m3/s4、初步擬定采用曲線型實用堰(二)計算 1、計算公式通過溢流孔的下泄流量: 初擬閘孔總凈寬: 設計閘孔總凈寬: 溢流前緣總長: (m)式中:經過電站和泄水孔等的

46、下泄流量；系數,正常運用時取0.750.9,校核運用時取1.0。單寬流量m3/s.m,對一般軟弱巖石常取3050m3/s.m左右,對地質條件好、下游尾水較深和采用消能效果較好的消能工,可以選取較大的單寬流量。孔口數,孔口寬為b,則孔口數,一般選用略大于計算值的整數。 閘墩的厚度,中間閘墩約為孔徑的 ,邊閘墩約為。 閘墩側收縮系數,與墩頭有關,根據規范SL282-2003中可取=0. 900.95;流量系數,曲線型實用堰的流量系數主要取決于上游眼高于設計水頭之比、堰頂全水頭與設計水頭之比以及堰上游坡度。重力加速度,9.81； 堰頂水頭,m。2、計算表3-1 設計洪水位和校核洪水位時的各項參數計算

47、計算情況Q總(m3/s)Q溢設(m3/s)q(m3/s.m)b(m)設計L(m)n實際L(m)實際q(m3/s.m)L。(m)校核洪水36543615.30501572.3034581.3351設計洪水22312200.04501545.0034551.151取流量系數, 側收縮系數,則根據 可得1)、設計洪水位時: 則設計洪水位時的堰頂高程為設計洪水位減去(689.12-8.12=681.00m).則設計洪水位時的堰頂高程為:681.00m 2)、校核洪水位時:則設計洪水位時的堰頂高程為設計洪水位減去(691.14-11.73=679.41m). 則校核洪水位時的堰頂高程為:679.41m所以取堰頂高程為:681.00m二、消能防沖設計通過溢流壩頂下泄的水流,具有很大能量,所以要采取有效的消能措施,保護下游河床免受沖刷。消能設計的原則:消能效果好,結構可靠,防止空蝕和磨蝕,以保證壩體和有關建筑物的安全。設計時應根據壩址地形,地址條件,樞紐布置,壩高、下泄流量等綜合考慮。溢流壩常用的消能方式是:挑流消