1、 2012 年 8 月吴岭水库枢纽工程溢洪道设计书目录1 设计目的和要求 .12 设计资料 .12.1 工程概况 .12.2 基本资料 .12.2.1 气象 .12.2.2 洪水 .12.2.3 地质 .12.2.4 其他 .23 工程设计 .23.1 工程布置 .23.1.1 枢纽的等别、溢洪道级别及洪水设计标准 .23.1.2 溢洪道的位置、型式及组成 .33.2 溢洪道的型式及尺寸 .53.2.1 进口段 .53.2.2 控制段 .53.2.3 泄槽段 .63.2.4 消能段 .63.2.5 尾水渠 .64 设计计算 .64.1 水力计算 .64.1.1 过流能力的计算 .64.1.2
2、泄槽水面线计算 .64.1.3 消能防冲计算 .114.1.4 渗流计算 .114.2 控制段稳定计算 .124.2.1 计算公式： .124.2.2 荷载组合： .134.2.3 列表计算： .134.2.4 计算结果 .16吴岭水库溢洪道设计书11 设计目的和要求通过课程设计培养学生了解并掌握实际水利工程的设计内容、方法和步骤，巩固专业课、技术基础课及基础课所学的知识，培养运用所学知识解决实际工程问题的能力，训练学生编写设计书、绘图的能力和技巧，培养查阅文献及规范的能力。要求每个学生对设计内容中的各个环节做出系统的个人成果。每个人必须编写完整的课程设计成果。说明书简明扼要、条理清楚，计算方
3、法得当、结果准确，设计方案合理可行，水工图纸布局合理、线条标注规范、图面整洁，能正确反应设计意图。2 设计资料2.1 工程概况吴岭水库枢纽工程位于汉北河支流东河上，坝址在湖北省某县境内，距县城 22km。水库控制东河上流余家嘴、斋婆店两条主要河流，河道平均坡度为 3。水库坝址以上乘雨面积 102km。流域多年平均降雨量 1020.9mm。水库总库容 7220 万 m，是一座以灌溉为主、兼有防洪、水产养殖、城镇供水等综合利用的中型水利工程。吴岭水库枢纽工程主要由大坝、副坝 1、副坝 2、正常溢洪道、东输水管、西输水管及灌区工程等组成。2.2 基本资料2.2.1 气象本流域属北亚热带湿润季风气候区
4、，多年平均气温 16，极端最高气温 41(1971 年7 月)，极端最低气温-10(1995 年 1 月)，多年平均最大风速 7 8 级(17.32m/s） ，多年平均日照时数 2030h，全年无霜期平均长达 254d。多年平均降雨量 1020.9mm（统计到期 1998年） ，东河流域洪水来自暴雨，汛期为每年的 4 10 月。2.2.2 洪水设计洪水的计算结果见表 1表 1 吴岭水库溢洪道设计洪水结果频率 3.33% 2% 1% 0.2% 0.1%下泄流量(m/s） 270.0 287.0 370.4 436.0 499.02.2.3 地质溢洪道场地内上覆土层为第四系上更新统残坡积物，主要由
5、粘土、含碎石粘土组成，层底高程 57.60m 左右。下伏基岩为二迭系下统栖霞组含燧石结核基岩。地基土力学指标：吴岭水库溢洪道设计书2残坡积粘土：湿重 18.7KN/m,孔隙比 e=0.993，内摩察角 =9 ，凝聚力C=51.7Kpa/m，渗透系数 K=8.25 cm/s，地基土壤变形系数 E0=8.8Mpa，地基允许承106载力=190Kpa。填土与墙后摩擦角 = 0。本区不考虑地震作用。2.2.4 其他根据该工程的实际情况，溢洪道两岸为四级公路；闸门采用弧形闸门；根据下游的用水要求及水库的水量平衡，水库正常蓄水位为 62.20m。为了减小上游的淹没损失，上游最高洪水位不宜超高 65.00m
6、。3 工程设计3.1 工程布置3.1.1 枢纽的等别、溢洪道级别及洪水设计标准查询水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL 2522000） （见表 2、表 3）表 2 水利水电工程分等指标表 3 永久性水工建筑物级别由水库的总库容值为 7220 万 m可知，该工程的工程等别为，溢洪道主要建筑物级别为 3 级，可取其对应的设计洪水及校核洪水分别为 50 年一遇（2%）及 100 年一遇（1%） 。吴岭水库溢洪道设计书33.1.2 溢洪道的位置、型式及组成 溢洪道的型式及总体布置观察该地形图，以垭口所在位置，初步画出溢洪道轴线及水流轴线，溢洪道轴线与水流方向近于垂直，由划线结果可以看出，该区域适合
7、设置正槽式溢洪道，控制段应设置在垭口区域的最高地理位置附近，以减少修建闸室时对土方的开挖，节省工程资金。该设计溢洪道由进口段、控制段、泄槽段、消能段及尾水渠段组成。各组成段的相关尺寸设计见3.2（溢洪道的型式及尺寸） 。 控制段的堰型观察该地形图可以看出，该区域地形坡度较缓，且垭口地面的高程略高于正常蓄水位，泄流量较小，故该溢洪道的控制段适宜选择宽顶堰（平顶堰） 。该堰型的优点为结构简单、施工方便，有利于排泄冰块等漂浮物，缺点是流量系数较小，过流能力较差。但对于该流域而言，由于其流量较小，故可以选用该堰型。 闸门设置及闸孔总宽度由校核洪水估算控制段总宽度，由资料可知，校核洪水（1%）下泄流量为
8、370.4 ，在不设置闸门的情况下，初步设定控制端底板板面高程为 62.2m，进口段顶sm/3面高程为 57.6m。以校核情况计算，计算结果见下表 4。 （忽略动水水头）其中圆角宽顶堰 ： （ ）HP/5.1230.6.3/0下泄流量： （下同）2/3BHgQ表 4 无闸门时闸孔设计宽度堰高P（m）堰上水头H（m） 特征水位 HD（m）4.6 2.8 正常 设计 校核P/H 62.20 64.39 64.801.64 安全超高H（m）流量系数：m 正常 设计 校核0.36 0.7 0.7 0.5Q（m3/s） 特征水位下的堰顶高程 H(m)设计（2%）校核（1%） 正常 设计 校核287 37
9、0.4 62.90 65.09 65.30吴岭水库溢洪道设计书4闸孔总宽度 B（m）设计 校核 初定堰顶高程 H（m）38 49 Bmax（m） 65.3049初定设计值（m） 堰型：宽顶堰（无闸门）B 高程（m） 闸孔数 单孔宽度 （m） 上游坡度H 0 0 902.19 HD 闸口总宽度 B（m）5564.39 0将上表中计算所得的宽度值在地形图中经验算可知，不能很好的适应地形条件，故选择设置闸门方案。初步设定闸底板板面高程为 57.2m，进口段顶面高程为 57.2m。以校核情况计算，结果见下表 5。 （忽略动水水头）表 5 设闸门时闸孔设计宽度堰高P（m）堰上水头H（m） 特征水位 HD
10、（m）0 7.8 正常 设计 校核P/H 62.20 63.42 64.57 0.00 安全超高H（m）流量系数：m 正常 设计 校核0.39 0.7 0.7 0.5Q（m3/s） 特征水位下的堰顶高程 H(m)设计（2%）校核（1%） 正常 设计 校核287 370.4 62.90 64.12 65.07 闸孔总宽度 B（m）设计 校核 初定堰顶高程 H（m）8 10 Bmax（m） 65.0710初定设计值（m） 堰型：宽顶堰（有闸门）B 高程（m） 闸孔数 单孔宽度 （m） 上游坡度H 2 1 906.90 12HD 闸口总宽度 B（m）吴岭水库溢洪道设计书564.57 12 表 6 有
11、效闸门宽度计算堰型：宽顶堰(有闸门) 闸墩闸孔数 单孔宽度 b（m） 闸孔总宽 度（m） 数目 n 单个厚度 d（m） 闸墩总宽度 （m）2 6 12 H0/b1 1 1 1边墩影响系数 k 0.7中墩影响系数 0 0.25 有效宽度 Bc 10.86由计算结果可以看出，当闸门宽度设为 12m 时，能够较好的适应地形条件。故对控制段，堰型选择为宽顶堰（设闸门） ，堰顶高程为 65.07m。闸孔总宽度为 12m。孔数为 2，单孔宽度为 6m。其对应的各特征水位如下：正常蓄水位（62.20m） 、设计洪水位（63.42m）及校核洪水位（64.57m） 。3.2 溢洪道的型式及尺寸3.2.1 进口段
12、进水渠的作用是将水流平顺、对称的引向控制段，并具有调整水流的作用。进水渠在布置时短而直，其轴线方向宜进水顺畅。进水渠采用梯形断面，边墙坡度为 1:0.5,底坡为平坡，其末端用渐变段与控制段的矩形断面连接，渐变段长度为 20m。进水渠底板厚度为 1.0m。可设渠首底板面宽度为 13m，渠首边墙顶部宽度为 18m，边墙厚度为 0.5m。渠尾宽度为 13m。渠首前段设置齿墙，深度为 1.5m，长度为 0.5m。靠坝侧设置导流墙。3.2.2 控制段 控制段的孔口设计设计过程及结果见 3.1.2（表 6） 控制段结构布置控制段底板布置：采用整体式平地板，闸底板长度设定为 20m，厚度为 1.0m，结构为
13、矩形设计。地板混凝土为满足强度、抗渗和防冲要求，采用强度等级为 C25 的混凝土，为钢筋混凝土结构。闸墩结构布置：闸墩厚度为 1.0m，迎流端采用锥弧形设计。尾端采用圆弧形设计。上部结构型式：堰顶高程设计值取为 65.5m。工作桥高度取为 5m，宽度为 4m。上设启吴岭水库溢洪道设计书6闭机，采用装配式板梁结构。交通桥底部高程取为 65.5m，宽度为 4.5m，高度为 0.5m。 防渗排水设计：底板上下游两端设浅齿墙，深度为 1.5m，长度为 0.5m；闸室前部设有灌浆帷幕，深入岩层厚度 5m。排水设施采用反滤层，取 3 种不同粒径的石料（砂、砾石和卵石）组成每层厚度为 20cm 的透水层，粒
14、径级别由小到大为0.25 1mm、1 5mm、5 20mm。 3.2.3 泄槽段 平面及纵向布置平面上，泄槽轴线与溢流堰轴线垂直，且泄槽与控制段顺直连接。纵向上，依据地形，合理设置泄槽段的坡度。底部衬砌及边墙尺寸设计底部采用钢筋混凝土衬砌，纵缝形式为平接缝，间距采用 10m，排水设施设有横向排水沟及若干道纵向排水沟。泄槽段宽度设为 13m，厚度为 1.0m，长度为 80m。坡度取为1:15.38。边墙尺寸见水力计算。3.2.4 消能段消能方式采用底流式消能，消力池采用下挖式。护坦厚度采用 1.0m，为保证护坦材料的抗冲耐磨性，护坦材料采用混凝土。护坦尾部设有齿墙，深度为 1.5m，宽度为 0.
15、5m。为了降低护坦底部的渗透压力，在护坦的后半部设置排水孔，其孔径为 10cm，间距为 2.0m。成梅花形排列。排水孔内充填碎石，这样既能是渗水通过，又有助于排除水流中的泥沙。排水孔底部设置有反滤层。消力池后设置海漫，同时在海漫末端加设防冲槽，海漫下设垫层。构造及尺寸见水力计算（表 7） 。3.2.5 尾水渠尾水渠采用明渠式输水方式，渠首与消能段平顺连接，渠道宽度设为 13m。纵向坡度为 1:22。采用浆砌石做防冲材料，下设有垫层。4 设计计算4.1 水力计算4.1.1 过流能力的计算特征水位的确定：见 3.1.2（表 5） 。4.1.2 泄槽水面线计算上游水位取校核水位（64.57m） ，则
16、上游水深为 7.37m，下游水深取为 3.5m。由矩形断面的临界水深计算公式 计算得临界水深 hk=4.43m。32gqhk对泄槽水面线过程编程（程序如下）吴岭水库溢洪道设计书7条件：流量 Q=370.4 坡度 i=0.0289 糙率 n=0.014 边坡 m=0 底宽 b=13 计算长度 l=80#include#include#includedouble Q,I,M,B,N,J1,DS,E1,V2,J2,E2;int DR;doublealfa=1.05;double HK(double Q,doubleI,doubleM,double B)double Y,H1,HK;int k=1;Y=Q*Q*alfa/9.8/sqrt(1-I*I);H1=1.0;doHK=pow(Y*(B+2*M*H1),(1.0/3)/(B+M*H1);if(fabs(HK-H1)=0.00001)H1=HK;k+;while(k=0.00001)H2=HO;else吴岭水库溢洪道设计书8break;i+;while(i0)cout“No root in (X1,X2),please input new X1,X2“endl;for(j=1;j=30;j+)h=(a+b)*0.5;if(fabs(b-a)EPS)break;Fm=(*f)(h);if(Fm*Fa0)b=h;elsea=h;
