1、第 1 页 共 47 页毕 业 设 计 题 目：江水利枢纽坝工设计第 2 页 共 47 页江水利枢纽工程设计【摘要】本设计以 O 江流域的水文、地形、地质为基础，通过调洪演算确定了坝型及枢纽布置、大坝设计、泄水建筑物设计和施工组织设计等方面进行简略的计算。在设计中对经济、技术及安全等方面进行了详细分析与比较,拟定相应的斜心墙土石坝设计方案。【关键词】：土石坝设计，洪水演算，枢纽布置，土料设计，渗流计算，稳定验算，泄水建筑物，施工组织设计。【ABSTRACT】Base on the data of O-river hydraulic project ,I designed the dam tot
2、ally,including the layout of engineering,the design of discharge construction by storage routing which fixed on the characteristic stage of the reservoir.The progresss of the construction was planned .the factors of economic ,technology and safety are considered in the design.The optimum plan was fi
3、nally selected.【KEY-WORDS】：earth and rock dam, damsite selection ，choice of dam type, soil design， filtration routing，stability analysis，discharge construction，construction planning.本设计以 O 江流域的水文、地形、地质资料为基础，通过调洪演算确定了水库的特征水位，进行了枢纽布置；对大坝、泄水建筑物进行了比较详细的设计。通过编制施工组织计划，确定了枢纽工程各主体部分的进度。设计中考虑了经济、技术及安全等方面的因素，
4、并对各部分可行的方案进行了比较，确定了最优方案。第 3 页 共 47 页目 录前 言 02第一章 设计基本资料 03第二章 工程等级及建筑级别 11第三章 洪水调节计算 12第四章 坝型选择及枢纽布置 14第五章 大坝设计 16第六章 泄洪建筑物设计 31第七章 施工组织设计 38参考书目43总 结 44第 4 页 共 47 页前 言根据教学大纲要求，学生在毕业前必须完成毕业设计。毕业设计是大学学习的重要环节，对培养工程技术人员独立承担专业工程技术任务重要。通过毕业设计可以进一步培养和训练我们分析和解工程实际问题及科学研究的能力。通过毕业设计，我们能够系统巩固并综合运用基本理论和专业知识，熟悉
5、和掌握有关的资料、规范、手册及图表，培养我们综合运用上述知识独立分析和解决工程设计问题的能力，培养我们对土石坝设计计算的基本技能，同时了解国内外该行业的发展水平。这次我的设计任务是 O 江土石坝，本设计采用斜心墙坝。该土石坝斜心墙坝设计大致分为：洪水调节计算、坝型选择与枢纽布置、大坝设计、泄水建筑物的选择与设计等部分。在本次设计中，涂老师、同学给了我悉心的指导、热心的帮助，在此，我真诚地感谢你们的帮助与关怀。第 5 页 共 47 页第一章 设计基本资料 一、枢纽任务本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。1 发电本电站装机 3 台 0.8 万千瓦机组，共装机 2.4 万千瓦。正常蓄水位
6、 2818.9 米，死水位 2796.0 米。3 台机满载时的流量为 44.1 ，尾水位 2752.2 米。sm/3厂房型式为引水式，厂房平面尺寸为 3213 米，发电机层高程 2760 米，尾水管底高程 2748 米，厂房顶高程 2772 米。付厂房平面尺寸为 326 米。安装场尺寸为 米，开关站尺寸为 3020 米。2 灌溉增加保灌面积 1.5 万亩。3 防洪可减轻洪水对下游两岸的威胁，在遇 100 年一遇洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来 1680 消减为 548 。要求设计洪水时最大下泄流量限制为sm/3s/3900 。s/34 渔业正常蓄水位时，水库面积为 15.6 平方公里，为发
7、展养殖创造了有利条件。5 过木要求布置过木筏道。6其它引水涵洞进口高程 2789.0m，出口底高程 2752.3m，直径 4.0m，压力钢管直径2.3m，调压井直径 12.0m，放空洞洞径 2.5m，能放空至水位 2770.0m。二、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，对可能的方案进行洪水调节计算，确定坝顶高程及溢洪尺寸。2通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、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，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算。4进行大坝设计，选择建筑物的型式与轮廓尺
8、寸，确定布置方案，拟定细部构造，进行水力、静力计算。第 6 页 共 47 页5决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制性进度。关于水利枢纽的布置：进行水利枢纽布置设计，设计应至少有 23 个方案比较，方案中应包括施工方案的考虑，并整理成设计计算书和说明书，绘制枢纽总体布置图 1：1000。关于建筑物设计：建筑物设计可选择水电站建筑物或水工建筑物。水电站建筑物以厂房和引水系统等为主。水工建筑物以挡水建筑物和泄水建筑物为主。对于水工建筑物设计内容主要有：确定建筑物的剖面形状及尺寸；坝体的应力分析或渗流计算；坝体稳定设计和地基处理；泄水建筑物的过水能力分析；泄水建筑物的消能防冲设计；建筑物的主要构件的
9、结构设计；建筑物的构造设计；设计、计算时，必须以规范为依据，所有计算分析要整理成设计计算书和说明书，并绘制结构平面图、剖面图、上下游立面图(1：200)和细部详图(1：50)第 7 页 共 47 页关于施工组织设计：初步拟定施工导流方案、截流渡汛方案、工程分期、主要水工建筑物的施工程序、施工方法和控制性进度，并将计算分析整理成设计计算书和说明书及绘制施工总体平面布置图。三、O 江水利枢纽设计资料说明流域概况O 江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约 122 公里，流域面积 2558 平方公里，在坝址以上流域面积为 780 平方公里。本流域大部分为山岭地带，山脉、盆地相互交错于其间，地形变化
10、剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区河流，地表大部分为松软沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流含沙量较大，冲积层较厚，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的20%，林木面积约占全区的 30%，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。气候特性（1）气温：年平均气温约为 12.8，最高气温为 30.5，发生在 7 月份，最低气温-5.3 ，发生在 1 月份。月平均气温统计表（） 表 1月份1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均气温4.8 8.3 11.214.8 16.3 18.0 18.8 18.3 16.0 12.4 8.
11、6 5.9 12.8平均温度日数 表 21 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120 6 1.2 0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 3.1030 25 26.8 30.7 30 31 30 31 31 30 31 30 27.9月 份日数温度第 8 页 共 47 页30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0（2）湿度：本区域气候特征是冬干夏湿，每年 11 月至次年四月特别干燥，其相对湿度在 51%73% 之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为 67%86%。（3）降水量：最大年降水量可达 1213 毫米，最小为 617 毫米，多年平均降水量为 90
12、5 毫米。各月降雨日数统计表 表 31 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 125mm 2.6 2.2 4.3 4.2 7.0 8.6 11.5 8.5 9.6 9.5 4.8 4.3510mm 0.3 0.2 0.2 1.4 2.0 2.4 2.7 2.7 2.6 2.4 0.8 0.110 30mm 0.1 0.1 0.7 0.5 2.3 4.6 4.9 3.8 2.2 1.3 0.6 0.1（4）风力及风向：一般 14 月风力较大，实测最大风速为 15 米/秒，风向为西北偏西，水库吹程为 12 公里。（三）水文特性O 江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。根据短期
13、水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。O 江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为 700秒 ，而最小流量为 0.5 。多年平均流量 17 。经频率分析，求得不同频sm/3 sm/3 sm/3率的洪峰流量见下表。频 率 0.05 1 2 5 10流量（ ）s/32320 1680 1420 1180 1040各月不同频率洪峰流量：（ ） 表 4sm/3月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121% 46 19 12 19 600 1240 1550 1210 670 390 28
14、 372% 36 17 11 15 530 1120 1360 1090 600 310 23 335% 23 14 9 11 420 850 1100 830 480 250 16 28频率月份日数温度第 9 页 共 47 页10% 19 11 7 9 370 760 980 720 410 210 15 23固体径流：O 江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达 0.5 公斤/立米。枯水期极小，河水清澈见底，初步估算 30 年后坝前淤积高程为 2765 米。（四）工程地质（1）水库地质：库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库
15、区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能塌方量约为 300 万立米，在考虑水库淤积问题时可作为参考。（2）坝址地质：坝址位于 O 江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿构，对其岩性分述如下：玄武岩：一般为深灰色、灰色、有含泥量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石石脉，石英脉等穿其中，这些小脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石、副成分为绿泥石、
16、石英、方解石等。由于玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，力学性质亦异，可分为坚硬玄武岩、多孔玄武岩，破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩。其物理力学性质见下表。坝基岩石物理力学性质试验表 表 5岩石名称 比 重 容重（KN/m 3）采用抗压强度（MPa）半风化玄武岩 3.01 29.6 50破碎玄武岩 2.95 29.2 5060火山角砾岩 2.90 28.7 35120软弱玄武岩 2.85 27.0 1020坚硬玄武岩 2.96 29.2 100160多气孔玄武岩 2.85 27.8 70180全风化玄武岩物理力学性质试验表 表 6第 10 页 共 47 页压缩系数 浸水固结块剪
17、力天然含水率W%干容重KN/ 3m比重 液限 WL 塑限 WF 塑性指数 Wn 00.5cm3/KN34cm3/KN内摩擦角凝聚力KPa2.5 16.3 2.97 47.3 32.26 16.9 0.05970.015128.38 24.0渗透性：经试验得出发值为 4.147.36 米/昼夜。火山角砾岩：角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为 215 厘米，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至 350kg/cm2。凝灰岩：成土状或页片状，岩性软弱，与砂质粘土近似，风化后成为粘土碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。河床冲积层：主要为卵砾石类土，砂
18、质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石渗杂其中，卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩和砂岩占极少数，沿河谷内分布。坝基部分冲积层厚度最大为 32 米，一般为 20 米左右。靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为 10100 毫米；砾石直径一般为 210 毫米；砂粒直径 0.050.2 毫米；细小颗粒小于 0.1 毫米。冲积层剪力试验成果表 表 7三轴剪力（块剪） 应变控制浸水固结快剪土壤名称项目计算值容重（控制）KN/m3含水量（控制） 内摩擦角凝聚力KPa 内摩擦角凝聚力KPa次数 17 12 8 8 2 2最大值 24.3 8.66 4715 37.0 3254 10.5最小值 22.2 4.27 3530 12.0 1755 0平均值 23.08 6.47 4034 18.2 2525 5.3含中量细粒的砾石 小值平 均值 3732 0.148
