土石坝课程设计平山水利枢纽设计论文.doc

水工建筑物课程设计——平山水利枢纽 / 一 基本资料与数据设计第一节 基本资料1 概况 平山水库位于G县县城西南3公里处的平山河中游，该河系睦水的主要支流，全长28公里，流域面积为556平方公里，坝址以上控制流域面积为431平方公里；沿河道有地势比较平坦的小平原，地势自南向东由高变低最低高程为、62.5m；河床比降3‰，河流发源于塘乡大源锭子，这个流域物产丰富，土地肥沃，下游盛产稻麦，上游蕴藏着丰富的竹子、木材等土特产 由于平山河为山区性河流，雨后山洪常给农作物和村镇造成灾害，另外，当雨量分布不均匀时，又易造成干旱现象，因此有关部门对本地区做了多次勘测以开发着棵的水利资源2 枢纽任务 枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪、航运、养鱼与供水等任务进行开发 据初步规划，本工程灌溉面积为20万亩（高程在102m以上），装机容量9000千瓦防洪方面，由于水库调洪作用，使平山河下游不致洪水成灾，同时配合下游睦水水利枢纽，对睦水下游也能起到一定的防洪作用，在流域规划中规定本枢纽通过设计洪水流量时，控制最大泻流流量不超过900m³/s在航运方面，上游库区能增加航运里程20公里，下游可利用发电尾水等航运条件，使平山河下游四季都能筏运，并拟建竹木最大过坝能力为25吨的筏道。

3 地形地质概况地形情况：平山河流域多为丘陵山区，在[平山河上游都为大山区，河谷山势陡峭，河谷边坡一般为60°～70°，地势高差都在80～120m，河谷冲割很深，山脉走向大约为东西方向，岩基出露很好，河床一般为100m左右，河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更显著形成S形，沿河滩与坡积层发育，尤以坝址下游段的平山咀下游一带与坝下家上游一嗲更为发育，其他地方则很少，在坝轴下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，起覆盖物教厚，岩基产状凌乱地质情况：靠上游有泥盆五通沙岩，靠下游有二叠纪灰岩，几条坝轴线皆落在五通沙岩上面地质构造特征有：在平山咀以南，即石灰岩与沙岩分界处，发现一大断层，其走向近东南，倾向大致向北西，在第一坝轴线左侧的为五通沙岩，特别破碎，在100多米围就有三、四处小断层，产状凌乱，坝区右岸破碎深达60多米的钻空岩芯获得率仅为20%，可见岩石裂隙十分发育 岩石的渗水率都很小，右岸一般为0.001～0.01，个别达到0.07～0.08，而左岸多为0.001～0.01坝区下游石灰岩中，发现两处溶洞，平山咀大溶洞和大泉眼大溶洞，前者对大坝与库区无影响，但后者朝东南方向发展的话，则可能通向库壁，待将来蓄水后，库水可能顺着溶洞流到库外，为此，目前正加紧勘测工作，以便得出明确结论和处理意见。

坝址覆盖层沿坝轴线厚度达1.5～5.0m，K=1×10cm/s，浮容重V 浮=10.4KN/m³，摩擦角Φ=35°4 水文、气象1）水文：由于流域径流资料缺乏，设计年月径流量与洪水量不能直接由实测径流分析得到，必须通过降雨径流见解推求根据省水文站由C城站插补延长得三天雨量计算频率；千年一遇雨量498.1mm，二百年一遇雨量348.2mm，五十年一遇雨量299.9mm，雨洪峰流量Q%=1860m³/s，Q%=1550 m³/s ，Q%=1480 m³/s，多年平均来水量为4.55亿³2）气象：多年平均风速10m/s，水库吹程D=9Km，多年平均降雨量430mm/年，库区气候温和，年平均气温16.9℃，年最高气温40.5℃，年最低气温-14.9℃5 其他1）坝顶无交通要求；2）对外交通情况 水路：由B城至溪口为、南江段上水，自溪口至C城系睦水主流，为河航运，全长256公里，可通行3～6吨木船，枯水季节只能通行3吨以下的船只，水运较为困难 公路：附近公路干线为AF干道，B城至C城段全长为356KM，晴雨无阻，但目前C城至坝址尚无公路通行 铁路：D城为乐万铁路，由B城至D城180KM，至工地还有53公里。

3）地震：本地区为5～6度，设计时可不考虑第二节 设计数据1 工程等级：根据规自定2 水库规划资料1）正常水位：113.10m2）最高洪水位（校核）：113.50m3）死水位：105.0m（发电极限工作深度为8m）4）灌溉最低库水位：104.0m5）总库容：2.00亿m³6）水库有效库容：1.05亿m³7）库容系数：0.5758）发电调节流量Q =7.35 m³/s，相应的下游水位68.2m；9）发电最大引用流量Q=28 m³/s，相应的下游水位68.65m；10）通过设计洪水位时（Q%），溢洪道最大泻量Q=1340 m³/s，相应下游最高洪水位74.3m通过校核洪水位流量时，溢洪道最大泄水量Qmax=1660m3/s，相应下游最高洪水位75.0m3 枢纽组成建筑物1）大坝：布置在1＃坝轴线上；2）溢洪道：堰顶高程为107.50m；3）水电站：装机容量为9000千瓦，三台机组，厂房尺寸为30×9平方米；4）灌溉：主要灌溉区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15 m³/s，相应最大渠道水深1.75m，渠底宽为3.5m，渠道边坡1：15）水库放空遂洞：为便于检修大坝和其他建筑物，拟利用导流遂洞做放空洞，洞底高程为70.0m，洞直径为3.5m；6）筏道：为干筏道，上游坡不陡于1：4，下游坡不陡于1：3，转运平台高程115.0m，平台尺寸为30×30m²。

4 筑坝材料 枢纽大坝采用当地材料筑坝，根据初步勘察，土料可才用坝轴线下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般土质尚佳，可做筑坝之用、砂料可在坝轴线下游1～3公里河滩围与平山河出口出两岸河滩开采石料可利用采石场开采，采石场可利用坝22下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩，质量较好，质地坚硬，岩石出露，覆盖浅，易开采1） 土料：主要有粘土和壤土，可采用坝下游1.5～3.0公里丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般土质尚佳，可做筑坝之用起性能见附表1；2） 砂土：从坝下游0.5～3.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，其性能见附表2；3） 石料：可在坝址下游附近开采，石质为石灰岩与砂岩，质地坚硬，储量丰富，便于开采，其性能见附表3附表1 土料特性表土壤类别干容重（KN/m³）最优含水率（%）空隙率n（%）摩擦角Φ粘着力（Kp）渗透系数K（cm/s）粘土15.4254018°30´371×10壤土15.814.541.723°41´121×10坡土16.022.539.822°（湿）33°（干）7.5（湿）1×10附表2 砂土特性表土壤类别干容重（KN/m³）空隙率n（%）摩擦角Φ渗透系数K（cm/s）浮容重´（KN/m³）砂土1640.630°1×1010.06附表3 石料特性表干容重（KN/m³）空隙率n（%）摩擦角Φ1.83.338°二 枢纽布置（一） 工程等别与建筑物级别 1. 水库枢纽建筑物组成根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物包括：拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞（拟利用导流洞作放空洞）、筏道。

2. 工程规模 根据《水利水电枢纽工程等级划分与设计标准》以与该工程的一些指标确定工程规模如下： （1）各效益指标等别：根据枢纽灌溉面积为20万亩，属Ⅲ等工程；根据电站装机容量9000千瓦即9MW，小于10MW，属Ⅴ等工程；根据总库容为2.00亿m3，在10～1.0亿m3，属Ⅱ等工程 （2）水库枢纽等别：根据规规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽为Ⅱ等工程 （3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，Ⅱ等工程的主要建筑物为2级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道，水库放空隧洞为2级水工建筑物；次要建筑物筏道为3级水工建筑物二） 各组成建筑物的选择 1. 挡水建筑物型式的选择 在岩基上有三种类型：重力坝、拱坝、土石坝 （1）重力坝方案 从枢纽布置处地形地质平面图与1#坝轴线地质剖面图上可以看出，坝址基岩为上部为五通砂岩，下面为石英砂岩和砂质页岩，覆盖层沿坝轴线厚1.5～5.0m，五通砂岩厚达30～80m，若建重力坝清基开挖量大，目前C城至坝址尚无铁路、公路通行，修建重力坝所需水泥、钢筋等材料运输不方便，且不能利用当地筑坝材料，故修建重力坝不经济。

2）拱坝方案 修建拱坝理想的地形条件是左右岸地形对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的河谷段；而且坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定该河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成S形，1#坝址处没有雄厚的山脊作为坝肩，左岸陡峭，右岸相对平缓，峡谷不对称，成不对称的“U”型，下游河床开阔，无建拱坝的可能 （3）土石坝方案 土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去，因此造价相对较低，所以采用土石坝方案 2. 泄水建筑物型式的选择 土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，在坝轴线下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，右岸有马鞍形垭口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽与堰上水流方向一致，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量3. 其它建筑型式的选择（1）灌溉引水建筑物采用有压式引水隧洞与灌溉渠首连接进口设有拦污栅、进水喇叭口、闸门室与渐变段；洞身筋混凝土衬砌；出口段设有一弯曲段连接渠首，并采用设置扩散段的底流消能方式主要灌区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相应渠道最大水深1.75m，渠底宽3.5m，渠道边坡1∶1。

2）水电站建筑物 因为土石坝不宜采用坝式水电站，而宜采用引水式发电，所以这里用单元供水式引水发电 （3）过坝建筑物 主要是筏道，采用干筏道起运平台高程115.00m平台尺寸为30×20m2，上游坡不陡于1∶4，下游坡不陡于1∶3 （4）施工导流洞与水库放空洞 施工导流洞与水库放空洞，均采用有压式为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程为70.00m，洞直径为3.50m三） 枢纽总体布置方案的确定挡水建筑物——土石坝（包括副坝在采用钢）按直线布置在河弯地段的1#坝址线上，泄水建筑物——溢洪道布置在大坝右岸的天然垭口处；灌溉引水建筑物——引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布置；水电站建筑物——引水隧洞、电站厂房、开关站等布置在右岸（凸岸），在副坝和主坝之间，厂房布置在开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边；施工导流洞与水库放空洞布置在左岸的山体综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置直接绘制在蓝图上（地形地质平面图）三 土坝设计）一（坝型选择影响土石坝坝型的因素有：坝高；建筑材料；坝址区的地形地质条件；施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛等施工条件；枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；枢纽开发。