水庫土石壩樞紐畢業(yè)設(shè)計(jì)

水庫土石壩樞紐畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 22 22 27 56 63 63 63 63 63 67 67 第一章基本資料灌區(qū)由一個(gè)引水流量為45m3/s的總干渠和四條分干渠組成，在總干渠首及下游24km庫防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為萬年一遇。樞紐工程由擋水壩、溢洪道、導(dǎo)為紫紅色砂巖，間夾礫巖、粉沙巖和砂質(zhì)頁巖。新鮮基巖透水性不大。未發(fā)現(xiàn)大的構(gòu)壩址區(qū)基巖以紫紅色、紫灰色細(xì)砂為主，間夾礫巖、粉沙巖和少數(shù)砂質(zhì)頁巖。地層巖相變化劇烈，第四系除灰度不大的砂層、卵石層外，主要是黃土類土，在大地構(gòu)壩址區(qū)左岸有一大塌滑體，體積約45×104m3,對(duì)工程布置有一定影響。上壩址位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向QH河上游。河床寬約300m，砂卵石基巖未發(fā)現(xiàn)大范圍的夾層，基巖的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿漸增大的趨勢(shì)，左岸臺(tái)地黃土與基巖交界處的礫巖（最大厚度6m）透水性強(qiáng)，滲透系下壩址位于上壩址同一背斜的東南翼，巖層傾向QH河下游，河床寬約120m，左很大，左、右岸巖石中等透水帶下限均可達(dá)巖面下80m左右。河床地段基巖透水性與中等透水帶厚度具有從上游向下游逐漸變小的趨勢(shì)。下游發(fā)現(xiàn)承壓水，二、三級(jí)階地的細(xì)砂巖，其中軟弱層多為透鏡體，溢洪道各部分的抗滑穩(wěn)定條件是好的。下壩線溢洪水由暴雨形成，據(jù)統(tǒng)計(jì)7-8月發(fā)生最大洪峰流量的機(jī)會(huì)占88%。而且年際變化8m31年2345t（2）調(diào)節(jié)性能的選定。灌溉保證率選取P=75%，水庫上游來水，首先滿足農(nóng)業(yè)用水，電站則利用余水發(fā)電。按上述原則，并按近期灌溉面積71.2×104畝進(jìn)行水庫調(diào)節(jié)計(jì)算。年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)兩個(gè)方案的水量利用系數(shù)和壩高都相差不大，但是多年調(diào)節(jié)性能的水庫能提供的電量和裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)都較年調(diào)節(jié)性能水庫提高20%。（3）興利水位的確定原則和指標(biāo)。根據(jù)QH河洪水特性，汛期限制水位在7、8礎(chǔ)上，確定電站的運(yùn)用原則：灌溉季節(jié)多引水發(fā)電，非灌溉季節(jié)少引水發(fā)電，遇豐水遇洪水設(shè)計(jì)，千年一遇洪水校核。由于采用的洪水計(jì)算數(shù)值中未考慮歷史特大洪水的影響，故用萬年一遇洪水作為非常保壩標(biāo)準(zhǔn)對(duì)庫以及在可能情況下有利于排沙等方面的綜合分析和比較，泄洪調(diào)洪運(yùn)用原則：當(dāng)入庫洪水為二十年一遇時(shí)，為滿足下游河道保灘淤地的要求，水庫控制下泄流量為600m3/s；當(dāng)入庫洪水為百年一遇時(shí)，為提高下游河道的電站、操作：即庫水位接近校核水位時(shí)，若水庫水位仍持續(xù)上漲，為確保大壩安全，溢洪道河床比降位.2%，是個(gè)典型的河道型水庫。QH河泥沙年內(nèi)83%集中在7、8兩個(gè)月，平均含沙量13.8kg/m3，泥沙多年平均D50粒徑為0.0155mm,顆粒較細(xì)。雖然本水庫能利用異重流排沙，但由于流域的水文特性和下游工農(nóng)業(yè)對(duì)水源的要求，決定了本水庫只能高水頭蓄水運(yùn)用。在蓄水過程中，只能用灌溉和發(fā)電的剩余水進(jìn)行排沙。經(jīng)計(jì)1m2m3mmmMm45%67m城門洞型壓力隧洞8mmtmm8mmm9壩址上、下游均有土料場(chǎng)，儲(chǔ)量豐富，平均運(yùn)距小于1.5km。根據(jù)15<<期-6剩余50％的電力供工農(nóng)業(yè)用電。防洪方面，本水庫控制流域面積4990km2，占全流域面積的39%，對(duì)下游河道防洪、削減洪峰、減輕防汛負(fù)擔(dān)也有一定的作用，可將下游槽在右岸，河寬約100米左右；左岸為堆積岸，臺(tái)地米左右，岸坡較平緩，大都為土層覆蓋。水庫樞紐處施工場(chǎng)地狹窄，樞紐建筑物全部壩區(qū)為上二疊系石千峰組的紫紅色、紫灰色細(xì)砂巖，間夾同色礫巖及砂質(zhì)頁巖等巖層。右岸全部為基巖，河床砂卵石層總厚度約50m。覆蓋層厚度約5m，高漫灘表層ZF水庫壩址處沒有建立水文氣象站，根據(jù)附近氣象站19平均日氣溫4-24℃。歷年各月氣溫特征值見下表3根據(jù)以上的氣象資料統(tǒng)計(jì)分析，得出多年的平均各月降雨天數(shù)及各種頻率的設(shè)計(jì)5～10mm天數(shù)雨-1）-1）135794m3包括土石混和壩、導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道、灌第二章樞紐布置根據(jù)地形、地址、工程規(guī)模及施工條件，通過經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的綜合分析比較來選定上壩址：位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向QH河上游。河床寬約300米，砂灌溉發(fā)電洞及樞紐電站沿線基巖以厚粉砂巖為主，巖石完整，透水性不大，洞頂岸為二、三級(jí)階地，左岸基巖中有一條200-500米呈北水，二、三級(jí)階地礫石層透水性于上壩線相同位于壩區(qū)中部背斜的西位于上壩址同一背斜的東南翼，巖層傾向QH河砂卵石層平均厚度5米。巖基未發(fā)現(xiàn)大范圍的夾層，基巖的透水性不大。河床中段及近右岸地段，200-500米呈北東方向的中等透水帶下限均可達(dá)巖面下80米左右。下游灌漿處理；塌滑體對(duì)大雖然下壩址的工程量比較小，但考慮地質(zhì)方面的因素及塌滑體對(duì)大壩樞紐布置應(yīng)滿足以下原則：樞紐中的泄水建筑物應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的運(yùn)用條件和要求。選擇泄洪建筑物形式時(shí)，宜優(yōu)先考慮采用開敞式溢洪道為主要泄洪建筑物，并經(jīng)濟(jì)比較確定。泄水引水建筑物進(jìn)口附近的岸坡應(yīng)有可靠的防護(hù)措施，當(dāng)有平行壩坡方向的水流可能會(huì)沖刷壩坡時(shí)，壩坡也應(yīng)有防護(hù)措施。應(yīng)確保泄水建筑物進(jìn)口附近的岸坡的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性。當(dāng)泄水建筑物出口消能后的水流從刷下游壩坡時(shí)，應(yīng)也可同時(shí)采用兩種措施。對(duì)于多泥沙河流，應(yīng)考慮布置排沙建筑物，并在進(jìn)水口采取導(dǎo)流泄洪洞：避開塌滑體，保證出口和進(jìn)口的穩(wěn)定以及洞身圍巖的穩(wěn)定。巖層傾向下游，出口段節(jié)理發(fā)育，應(yīng)采取有效措施予以處理。為進(jìn)一步保證出口段巖體的穩(wěn)型式：明流隧洞，工作閘門前為有壓；隧洞直徑：8米；消能方式為挑流；閘門宜選用地質(zhì)條件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂礫石適于作為水閘地基，盡量避免淤泥質(zhì)土和粉砂、細(xì)砂地基，必要時(shí)應(yīng)采取妥善處理措施。從地質(zhì)地形圖可兩岸巖體較陡，巖體條件好，施工起來更快捷更經(jīng)濟(jì)合理。上壩線的抗滑穩(wěn)定條件是根據(jù)《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》以及該工程的一些指標(biāo)確定工程根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對(duì)于具有綜合利用效益的水利水電工程，各效益指標(biāo)分屬不同等第三章壩工設(shè)計(jì)根據(jù)所給資料，選擇大壩型式，還應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、建筑材料、工程量以及施水庫處于平原地區(qū)。由基本資料可知，庫區(qū)土料豐富，料場(chǎng)距壩址較近，運(yùn)輸條件良好。施工簡(jiǎn)便，地質(zhì)條件合理，造價(jià)低。通過以上幾方面的綜合分析比較，所以可可可可可小大可可可設(shè)計(jì)任務(wù)書中，水文資料查得設(shè)計(jì)洪水位為768.10m，屬正常運(yùn)行情況二級(jí)建筑由地質(zhì)剖面圖（附圖6）查得庫底最低高程697me=0.0036×182×5.5×1/2由于D≤10km，且v=10~20m/s查《土壩設(shè)計(jì)》3-12）Y=R+e+A=1.26+0.451+壩頂高程=設(shè)計(jì)靜水位+波浪超高=768.1+2.外層上游壩殼為砌石得k=0.8Y=R+e+A=0.42+0.01+0.壩頂高程=校核水位+波浪雍高=770.4+0.正常高水位取興利水位767.20m，本區(qū)地震烈度為6度，按7度設(shè)防壩頂寬度應(yīng)考慮構(gòu)造、交通要求和人防條件，同時(shí)還要考慮防汛搶險(xiǎn)、抗震、人壩高為771.55-697-1.2=73.35m(防浪墻高1.2米)，壩頂高程：770.35，坡度取為攔截雨水，防止壩面被水沖刷，同時(shí)便于交通推算最大底寬為:73.35×（3.5+3）+12+1、防滲體尺寸確定高程為768.1+0.7=768.8m；上游坡度均為1:3.5，下游坡度為1:2.5，則底寬為3+（768.8-697）×（3.5-2.5）=74.8m，滿足斜墻底寬不小于H/5=（768.9-697）÷2、尺寸確定斜墻頂部和上游坡設(shè)保護(hù)層，以防沖刷、冰凍和干裂，保護(hù)層材料常用砂、礫石（1）上游反濾層（2）頂部反濾層2、護(hù)坡網(wǎng)圖，為壩體穩(wěn)定核算、應(yīng)力應(yīng)變分析和排水設(shè)備的選擇提供依據(jù)。以便在不同部位滲流計(jì)算方法采用有限深透水地基上設(shè)灌漿帷幕的土石壩滲流，帷幕灌漿的防滲壩體做有防滲墻以攔截透水地基上的滲流。計(jì)算公式采用有限透水地基上帶截水0①通過心墻的滲流量②斜墻后的滲流量（3）斜墻后的浸潤(rùn)線方程從而得:0（1）計(jì)算示意圖1=74.8；T=0；式中：K=1×10-2cm/s；H2=8.6；L=356.5；m2=3；KT=1根據(jù)水流連續(xù)條件，則q1=q2=q求得（3）斜墻后的浸潤(rùn)線方程從而得:0位上游校核洪水位與下游相應(yīng)的最高水位1、上游采用正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位1=58.8；T=00①通過心墻的滲流量1=58.8；T=0②斜墻后的滲流量③滲流量計(jì)算結(jié)果（3）斜墻后的浸潤(rùn)線方程從而得:0（1）計(jì)算示意圖（3）斜墻后的浸潤(rùn)線方程從而得:0高度h（m）0(基礎(chǔ)處理0(基礎(chǔ)處理上游校核洪水位與下游相應(yīng)的最0(基礎(chǔ)處理1、上游采用正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位1=29.8；T=00①通過心墻的滲流量②斜墻后的滲流量③滲流量計(jì)算結(jié)果求得h=9.69m；（3）斜墻后的浸潤(rùn)線方程從而得:0（1）計(jì)算示意圖1=29.8；T=0求得h=9.90m；（3）斜墻后的浸潤(rùn)線方程從而得:0算況地基（m）位上游校核洪水位與下游相應(yīng)的最高水位1、上游采用正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位1=54.8；T=001=54.8；T=0；（3）斜墻后的浸潤(rùn)線方程從而得:0（1）計(jì)算示意圖1=54.8；T=0（3）斜墻后的浸潤(rùn)線方程從而得:0算況位后)后)后)1、上游采用正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位1=26.8；T=0；式中：K=1×10-2cm/s；H2=3.55；L=477.7m；m2=3；KT=10-2cm/s；則由上式簡(jiǎn)化得：y2+0.029x=20①通過心墻的滲流量1=26.8；T=0；②斜墻后的滲流量③滲流量計(jì)算結(jié)果根據(jù)水流連續(xù)條件，則q1=q2=q求得h=9.31m；-5m2/S（3）斜墻后的浸潤(rùn)線方程從而得:0（1）計(jì)算示意圖1=26.8；T=0（3）斜墻后的浸潤(rùn)線方程從而得:0算況地基（m）m2/S）礎(chǔ)處位礎(chǔ)處上游校核洪水位與下游相應(yīng)的最高水位礎(chǔ)處11223344556Q142434一、工況選擇二、計(jì)算二、上下游護(hù)坡接處的排水溝。此外，還應(yīng)布置階梯等通行道路。具體尺三、反濾層既要求把壩體滲水排除壩外，又要求不產(chǎn)生土壤的滲透破壞，在滲入排水處。由于水力坡降往往很大，流速較高，土壤易發(fā)生管涌破壞，為了防止這種滲透破壞，在產(chǎn)生滲流的兩種粗細(xì)明顯不同材料之間應(yīng)設(shè)置反濾層；經(jīng)常設(shè)置反濾層的部位有：土質(zhì)心墻與上下游透水壩殼之間；沙礫壩基與堆石壩殼或與各種壩基排水設(shè)施（如水平褥墊，排水溝，減壓井等）之厚度可采用0.5m反濾層應(yīng)有足夠的尺寸以適應(yīng)可能發(fā)生的不均勻變形，同時(shí)避免庫水位降落時(shí)把壩體的水排出去又不帶走壩體土料。因土壩反濾層設(shè)計(jì)包括選定顆粒級(jí)配，層數(shù)，厚度以及透水性，使之滿足以下要求：①被保護(hù)土料不會(huì)流失；②有足夠透水性使?jié)B流順暢排泄；③不被細(xì)粒土淤堵；④控制——被保護(hù)土粒徑，mm，小于該粒徑的土占總土重的85%第二層、第三層反濾料的選擇也可以按這種方法確定。下游反濾為滲水出口，水源充沛，是防滲的關(guān)鍵部位，必須保證反濾料的質(zhì)量。選用反濾料時(shí)盡量利用天然沙時(shí)應(yīng)該在滿足必要要求的情況下，盡量減少虧料和棄料以及反濾層數(shù)，最大限度地使四、排水設(shè)備壩坡排水是為了防止雨水的沖刷，在下游壩坡上設(shè)置橫向連接的排水溝。沿土石壩與壩坡的結(jié)合處，設(shè)置排水溝以攔截山坡上的雨水。壩面上的縱向排水溝沿馬道內(nèi)五、地基處理126-109之間的壩基土層夾有松散的砂層、淤泥層，需將其挖除掉。做粘性土截水槽整個(gè)壩軸線實(shí)行帷幕灌漿。其厚度根據(jù)帷幕灌漿最大作用水頭和允許水力坡降［JT=H/［J經(jīng)計(jì)算約為3米六、壩與兩岸的連接為使防滲體與岸坡結(jié)合，防止發(fā)生不均勻沉降而導(dǎo)致裂縫，岸邊開挖時(shí)應(yīng)大斜墻在與兩端岸坡連接處擴(kuò)大其斷面，以加強(qiáng)連接處防滲的可靠性的可靠性，擴(kuò)理完畢后，用混凝土或沙漿封堵清理后的張開節(jié)理裂隙和斷層?；鶐r面上一般宜設(shè)混凝土蓋板，將基巖與土質(zhì)防滲體分割開來，以防止接觸沖刷?；炷辽w板可兼做灌漿壩與砼壩、溢洪道、船閘、涵管等建筑物的連接，必須防止接觸面的集中滲流，必須防止因不均勻沉降而產(chǎn)生的裂縫，以及因水流對(duì)上下游壩坡和壩腳的沖刷而造成第四章溢洪道的設(shè)計(jì)系玄武巖覆蓋。地下水類型有兩種，第四系松散層孔隙潛水和前第四系基巖裂隙水。但浸沒面積甚小，庫區(qū)兩岸居民及耕地分散，庫區(qū)范圍內(nèi)無礦點(diǎn)分布，無水庫淤積問以陡傾角為主，完整性及強(qiáng)度與兩側(cè)巖體相差較??；閘室段基礎(chǔ)巖體中等透水性，完溢洪道應(yīng)位于路線短和土石方開挖量少的地方。壩址附近有高程合適的馬鞍形埡口，則往往是布置溢洪道較理想之處。攔河壩兩岸順河谷方向的緩坡臺(tái)地也適合布置甚至不襯砌。應(yīng)避免在可能坍塌的地帶修建溢洪道。溢洪道開挖出渣路線及棄渣場(chǎng)所應(yīng)能合理安排，是開挖量的有效利用更具有經(jīng)濟(jì)意義。此外還要解決與相鄰建筑物的0溢洪道開挖后，為減輕糙率和防止沖刷，需進(jìn)行襯砌，糙率取n=0.016。溢洪道3/s進(jìn)水渠與控制堰之間設(shè)20米漸變段，采用圓弧連接，半徑R=20m，引渠長(zhǎng)L=1502、控制段其作用是控制泄流能力。采用弧形閘控制，溢洪道軸線處地形較好，巖石堅(jiān)硬，H0位位4、出口消能溢洪道出口段為沖溝，巖石比較堅(jiān)硬，離大壩較遠(yuǎn)，采用挑流消能，水流沖刷不會(huì)危及大壩安全。第五章導(dǎo)流泄洪洞設(shè)計(jì)水流條件和受力條件比較好，并且可以充分利用圍巖的彈性抗力，從而減小襯砌的工二、洞線位置開挖豎井，將閘門放在豎井底部，在井的頂部布置啟閉機(jī)及操作室、檢修平臺(tái)，豎井的負(fù)壓和空蝕破壞，同時(shí)盡量減少局部水頭損失，提高泄流能力，在隧洞進(jìn)口首部，其形狀應(yīng)與孔口銳緣出流流線相吻合，一般順?biāo)鞣较蜃龀扇蚴湛s的矩形斷面喇叭0000水流通過平面閘門閘孔時(shí)，水流在門槽邊界突變，容易發(fā)生空化水流，致使門槽及附時(shí)，向孔中充氣，使洞中水流順利排出；檢修完畢后，關(guān)閉工作門，向檢修閘作閘門之間充水時(shí)，排出洞中空氣，使洞中充滿水。通氣孔的斷面積一般取泄水孔斷面積的0.5%~1%，此泄水孔的斷面積為9.62m2，所以通氣孔取0.25×0.25m，通氣孔的進(jìn)口必須與閘門啟閉機(jī)室相分離，以免在充、排4)、漸變段為使水流平順過渡，防止產(chǎn)生負(fù)壓和空蝕，設(shè)置漸變段，由于漸變段施工復(fù)雜，故不宜太長(zhǎng)，但是為使水流過渡平順，又不根據(jù)本泄洪洞的任務(wù)，進(jìn)口高程為703.35m，這樣既便于施工期導(dǎo)流，降低圍墻3、洞身段由于在出口水流由壓力流突然變?yōu)闊o壓流，引起出口附近壓力降低，容易在洞頂產(chǎn)生負(fù)壓，所以出口末端洞頂應(yīng)設(shè)置壓坡段，出口斷面取為8×7.5m，漸變段長(zhǎng)度根據(jù)工2)出口閘室段在出口漸變段后設(shè)置工作閘門室。本隧洞工作門采用平面鋼閘河道，從而減小下泄水流對(duì)河床的沖刷，由于隧洞出口處地質(zhì)條件較好，下游河道水位也較低，故采用挑流式消能，消能工后設(shè)尾水渠，渠底寬為25.0m，采第三節(jié)、水力計(jì)算在校核洪水位時(shí)，洞前水深H’=768.10-703.35=H0=768.10-703.35-3=61XiLiΣ2、在校核洪水位時(shí)過流能力校核保證隧洞為有壓流的最小洞前水深為1.5D=1.5×8=12.0m。則保證隧洞為有壓流在庫水位768.10m以上設(shè)一系列庫水位，計(jì)算相應(yīng)的洪量Q，計(jì)算成果列于下表m—流量系數(shù)，其數(shù)值在0.32~0.385之間，對(duì)八字形進(jìn)口m=0.30為了達(dá)到人防和檢修水庫的目的，必須在一定的時(shí)間內(nèi)將庫水位由正常水位降至根據(jù)庫水位~泄量關(guān)系曲線以及已知資料中的庫水位~庫容關(guān)系曲線查出泄量7∑所以水庫放空時(shí)間為：t=159633/繪制測(cè)壓管水頭線的目的在于保證隧洞在運(yùn)用過程中洞內(nèi)始終有一定正壓力，避按隧洞通過設(shè)計(jì)流量107.3m3/s來計(jì)算各段的流速水頭和水頭損失，其中沿程水置ω2)i柵口010段298段2921Σ3計(jì)算的H與隧洞通過設(shè)計(jì)流量時(shí)的水頭較接近，計(jì)算五、消能計(jì)算前已述基本隧洞的消能工采用挑流式消能，其3、下游尾水深的確定C—謝才系數(shù)，R—水力半徑，;4、計(jì)算沖坑中心到挑坎的距離Lq—壩上單寬流量;H—壩頂水位與下游水位高程差(m)；H=341.44+0.61+（339.5+1.42）=1.13m第四節(jié)、隧洞的襯砌設(shè)計(jì)按Ⅲ級(jí)建筑物查規(guī)范，在正常情況下，安全系數(shù)為1.8；檢修情況下安全系數(shù)為二、計(jì)算斷面的選擇在實(shí)際工程中，為了達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全的目的，在不同段，一般采用不同的襯砌形式，且用分縫相結(jié)合，故在不同段要分別取斷面進(jìn)行襯砌計(jì)算，本次設(shè)計(jì)只取洞身進(jìn)H—高出襯砌內(nèi)壁頂點(diǎn)的內(nèi)水壓力水頭(m)；從繪制的P=四、計(jì)算各種荷載產(chǎn)生的內(nèi)力由山巖壓力產(chǎn)生的M和N采用公式（4-14∴M=28.2(0.921A+B+26.43C)，N=14.9(0.921D+E+26.4ABCDEF)2572ABCDEF))22°555°2872彎矩和軸向力采用式4-15，得M=22.2(A1+13.76B1)，A1B1C1D181)均勻內(nèi)水壓力：已知洞軸線的內(nèi)水壓力水頭H=12.8m，隧洞半徑Υ2)不均勻內(nèi)水壓力產(chǎn)生的彎矩和軸向力采用公式（4-16得M=58.19(A2+13.76B2)，N=30.625(C2+13.76D2)，系數(shù)A2、B2、C2、D2由表查出，M、N計(jì)算結(jié)果如下表5-13。A2B2C2D2722)在不均勻外水壓