水库挡水坝毕业设计.docx

1、本科生课程设计任务书20132014学年夏季学期 水利与土木工程 学院 农业水利工程专业 课程设计名称： 水工建筑物课程设计 设计题目： 温泉水库枢纽挡水坝初步设计 （2-6） 完成期限：自 2014 年 7 月 15 日至 2014 年 7 月 26 日，共 2 周 1枢纽概况本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成6000070000m2面积的水域，蓄水30万m3，可以在一定程度上减少流域内的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边植物生长条件。同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。水库枢纽主要建筑物有挡水坝、溢洪道、引水管等。2.

2、 设计要求根据所给资料进行枢纽工程设计，要进行设计构思、方案论证、计算分析、编制工程图、编制毕业设计说明书等。各阶段要求详见课程设计指导书。3. 设计内容（1）枢纽布置，包括枢纽方案选择，大坝的平面布置。（2）挡水坝的剖面和构造设计（3）挡水坝的渗流设计（4）挡水坝的稳定设计4. 设计成果及要求（1）计算说明书一份，字数不应少于1万字。（2）CAD绘制A2号图纸一张：在地形图上绘制枢纽平面布置图，在地质剖面图上绘制下游立视图，交电子版图纸。手绘1号图纸一张：大坝典型剖面图，细部结构图23个（项目自定），比例尺自定。5主要参考文献（1）碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）. 北京：中国水

3、利水电出版社，2002（2）林继镛主编. 水工建筑物（第四版）. 北京：中国水利水电出版社，2006指导教师（签字）： 系主任（签字）： 批准日期： 2014年 6月 25日目录1设计基本资料311 枢纽概况312 流域概况313 枢纽任务和规划数据3131 特征水位3132 防洪标准与安全泄量314 自然条件4141 地形4142 地质4143 水文气象515 建筑材料616 其它资料7161 外来材料7162 交通7163 施工动力、劳动力情况72枢纽布置721 工程等别及建筑物级别7211 水库枢纽建筑物组成8212 工程规模822 坝址及坝型的选择9221 坝址的选择9222 坝型选择

4、9223 泄水建筑物型式的选择923 枢纽建筑物的平面布置103坝工设计1031 坝型选择1032 坝体断面设计11321 坝顶宽度11322 坝底高程11323 坝坡与马道11324 坝顶高程12325 防渗设施16326 排水设施174挡水坝渗流计算1841 单宽渗流量计算1842 总渗流量计算265稳定计算2551 基本原理与计算方法2552 安全系数试算261设计基本资料11 枢纽概况本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成6000070000m2面积的水域，蓄水30万m3，可以在一定程度上减少流域内的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小

5、气候，改善周边植物生长条件。同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。水库枢纽主要建筑物有挡水坝、溢洪道、引水管等。12 流域概况白家疃沟发源于京郊香山北麓，自南而北流经海淀区温泉镇，为温榆河水系之南沙河的支流，流域面积4.2km。拟建的温泉水库坝址位于温泉镇白家疃村南、白家疃沟出山口的河道狭窄处。距温（泉）颐（和园）公路约1.5km，有简易公路相通。工程区距中关村科技开发区约15km，距上地科技园区约10km，距颐和园亦仅13km，水库上游及下游均有密集的住宅区。坝址以上主沟长2.95km，流域面积2.90km2，沟底平均坡降11.3%。13 枢纽任务和规划数据本工程以形成环境景观水库为主，工程

6、建成后，可以形成6000070000m2面积的水域，蓄水30万m3，可以在一定程度上减少流域内的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边植物生长条件。同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。水利枢纽经过可行性研究，提出如下参数作为建筑物设计依据。131 特征水位表1-1水库特征水位正常蓄水位98.00m设计洪水位（2%）99.7m校核洪水位（0.5%）100.0m注：下游无水132 防洪标准与安全泄量考虑到工程特点及工程区下游现状和未来的发展，设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为200年一遇。表1-2 防洪标准与安全泄量洪水标准洪水流量安全泄量

7、50年一遇（P=2%）77m3/s50200年一遇（P=0.5 %）100m3/s6014 自然条件141 地形工程区位于九龙山碧云寺向斜东北翼。在微地貌上处于山前过渡区，相对高度20100m。库区左岸为冲积洪积堆积阶地，阶面由北向南逐渐抬升，高程自左坝头至库尾由100m递升至120m，平均坡比0.056。库盘区为河漫滩。坝址位于沟口河道狭窄处，沟底河道宽约35m，高程84.50m。142 地质（1）水库区工程地质条件 水库区为一由西北方向（坝前）向东南方向渐扩的扇形谷地，北、东、南三面环山，相对高差2080m，西面为山前堆积阶地，相对高差1015m。库区内第四纪冲积洪积层广为分布，厚度在15

8、m以上，水库的北、东、南三面及库盆下，基岩均为石炭二叠系或二叠系地层，透水性弱。西面广泛分布的洪积碎石（含粉质土）层，以及坝下沉积的粉质粘土、漂石夹粉质粘土层，是未来渗漏的主要设防地段，也是影响大坝安全的主要因素。淹没损失小，无浸没及大的库岸稳定和淤积问题。 在地质构造上，处于九龙山碧云寺向斜东北翼端部的转折端。基岩内节理、裂隙发育，但未发现较大规模断裂构造，区域稳定性好。 基岩中分布有裂隙潜水。第四系松散层中有孔隙潜水，水面埋深13.4015.5m，其补给来源为大气降水及山区基岩裂隙水，其排泄流向基本上与河道流向一致。（2）坝址工程地质条件 坝址区呈“U”形河谷，谷底宽约35m，高程84.5

9、0m。上部（高程100m处）宽约120m，主河道由南向北流经库区后，改向为由南东向北西方向穿过坝址。谷底沉积有深达19.60m的第四系沉积层。左坝头亦为山前冲积洪积阶地沉积物。右坝头为古生代二叠纪板岩，其产状为倾向南，倾角50。未发现较大规模断裂构造。 板岩为黄绿色，主要成分为粘土矿物，含白云母、绢云母和绿泥石等变质矿物，节理、板理发育，裂隙面上有氧化铁薄膜，裂隙中有红色粘土充填。露头岩石呈强风化。经分析和钻探资料证实，坝基覆盖层下基岩亦为板岩。坝基覆盖层表层为卵砾石，向下依次为碎石、漂石、粉土层等，其中的孔隙潜水水面埋深13.5m。岩性在水平方向和垂直方向均存在明显的交替、穿插，透水性变化较

10、大。对分布于坝基和左坝头的覆盖层，需采取可靠有效的防渗措施，方能确保大坝安全和水库的正常运转。143 水文气象流域内无水文测站和气象站。可参照借鉴的颐和东闸站和昌平站，至水库的直线距离分别为12km和20km。（1）河流水文特性：白家疃沟为间歇性河流，除遇较大降雨时沟中有径流外，一般均为干沟。根据北京市山区水文资料，流域多年平均降水量640mm，多年平均径流深为240mm（相应多年平均年径流量为69.6104m3）。代表性水文年的年径流量如表1-3所列。表1-3 代表性水文年的年径流量代表性水文年丰水年（P=25%）平水年（P=50%）枯水年（P=75%）年径流量(m3)91.410455.1

11、10430.5104（2）洪水：历史资料说明，洪水多发生在78月，洪水过程多为单峰型，一次洪水历时不超过15h。设计洪水过程线见表1-4。表1-4 典型洪水过程线时段（天）00.51.01.523456流量（m3/s）017.377.055.038.625.218.814.211.2（3）库水位与面积、库容关系见表1-5。表1-5 水库高程与面积、库容关系高程(m)面积(m2)库容(m3)86785461873001235488724974798911715169619017975318069120768511779226279747019332390104035943430113738195

12、38294173678964408621486897468982603609851246309432（4）气候条件据现有资料，工程区属于温带大陆季风气候，多年平均气温11.7C。多年平均陆面蒸发量450mm。（5）泥沙坝址以上流域面积内，林木茂密，植被良好，水土流失较轻。（6）蒸发流域内多年平均陆面蒸发量为450mm。根据北京市水文手册资料，按20cm口径蒸发器测量库区内多年平均水面蒸发量为1950mm。（7）其它洪水期多年平均离地面10m高的最大风速v=20m/s，吹程D=400m，风向垂直上游坝面。冻土深1.0m。坝顶交通要求通行单行道（7m）。坝、库区基本地震烈度为6。15 建筑材料坝基

13、覆盖层表层为卵砾石，向下依次为碎石、漂石、粉土层等。土坝心墙或斜墙所需粘土料，可满足要求。水库西面广泛分布着洪积碎石（含粉质土）层，料场位于上游左岸1km，交通方便，可利用的碎石储量可达120万 m3左右。粘土料颗粒组成见表1-6：表1-6 粘土颗粒组成粒径20-2mm2-0.5mm0.5-0.05mm0.05-0.005mm70m）不小于10-15m；中、低坝不小于5-10m；小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则（SL189-96）建议：坝高30m以下的4、5级坝其坝顶宽度可取3-6m。本工程要求坝顶交通要求通行单行道（7m），故坝顶宽度确定为7m。322 坝底高程地基覆盖层表层为卵砾石，需

14、进行清除。根据坝址工程地质剖面图，可知卵砾石覆盖层深度约为1m，。清基后坝底高程为83.5m。323 坝坡与马道（1）坝坡坡度表3-1 上下游边坡比坝高(m)上游下游301：31：3.51：2.51：3根据资料，本工程土石坝高度在1020m范围内，故定上游坝坡取1：2.5 ，下游坝坡1：2.25。（2）护坡规范要求坝表面为土、砂、砂砾石等材料时应设专门护坡，本工程土石坝选用砌石护坡，单层砌石石块直径选为0.20.35m，下面垫0.150.25m的碎石或砾石。根据规范护坡的覆盖范围应按以下要求确定：1、上游面上部应由坝顶算起，如设防浪墙时应与防浪墙连接：下部至死水位以下不宜小于2.50m，对4级

15、、5级坝可减至1.50m，最低水位不确定时应至坝脚。2、下游面应由坝顶至排水棱体，无排水棱体时应至坝脚。因此，本工程土石坝上游面护坡选为单层直径为0.3m左右的浆砌石，下面垫0.2m厚的碎石，下部至坝脚；下游面选为单层直径为0.3m的干砌石，下部至排水棱体。（3）马道马道的设计应考虑坝型、坝高、坝体及坝基土石的性质与其密实度、坝体所承受的荷载以及坝的施工和运用条件等因素拟定坝坡或根据经验拟定等。如果需要设置马道应在上下游变坡处设置。规范规定，土质防渗体分区坝和均质坝上游坡宜少设马道。一般在下游坡每隔10m30m设置一条马道，根据目前坝的发展，上游坝坡除观测需要外，已趋向不设马道，下游坝坡也趋向

16、于不设和少设马道。本工程土石坝为1020m的低坝，故上游不设马道，下游1/2高度处设一宽度为2m的马道，且于马道内侧设一排水沟，坡度不变。图3-1 坝坡尺寸示意图324 坝顶高程根据坝顶高程在地形图上沿坝轴线选取最大高度的土坝断面进行设计。根据已给的洪水位，考虑风浪及安全加高等，确定坝顶及防浪墙顶高程等。坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶的高程按下式计算，并选用较大值：坝顶高程 =设计洪水位+正常运用条件的 =校核洪水位+非常运用条件的坝顶静水位超高值：式中： 波浪在坝坡上的设计爬高，m；风壅水面高度，m，即风壅水面超出原库水位的高度；安全加高，m，根据坝的级别按规范选取。 计算详见表3-4。（1）安

17、全加高表3-1 安全加高A值工况坝的级别1级2级3级4、5级设计、正常1.51.00.70.5校核0.70.50.40.3本工程土石坝坝的级别为5级，则正常使用工况和设计工况的安全加高A=0.5m，校核工况的安全加高A=0.3m。（2）风壅水面高度式中：K综合摩阻系数，取；v计算风速， 5级坝在正常运用条件下，采用多年平均离地面10m高的最大风速的1.5倍；非常运用条件下，采用多年平均年最大风速，离地面10m高的最大风速为20.0m/s；D风区长度，为400m；计算风向与坝轴线法线的夹角，风向垂直上游坝面，即为0o；Hm水域平均水深，取坝前水深H的2/3。 表3-2 风壅水面高度计算表格项目设

18、计洪水位校核洪水位高程/m99.7100.0坝前水深H/m16.216.5平均水深Hm/m10.811.0风壅水面高度e/m正常运用x10-3/m6.12非常运用x10-3/m2.67（3）波浪平均波高和波长的计算莆田公式：v计算风速， 5级坝在正常运用条件下，采用多年平均离地面10m高的最大风速的1.5倍；非常运用条件下，采用多年平均年最大风速，离地面10m高的最大风速为20.0m/s；本设计采用累计频率5时的平均波高，查规范得：。计算详见表3-3。 （4）平均波浪爬高的计算 式中：平均波浪爬高，m； 单坡的坡度系数，为2.5； 斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型为砌石，取；经验系数，查表得到。本设计采用累计频率5时的平均爬高，查规范得：计算详见表3-3。表3-3 波浪爬高计算表项目设计洪水位（正）校核洪水位（非）高程/m99.70100.00坝前水深H/m16.2016.50v/gH2.381.57Kv1.1411.023平均波长Lm/m9.756.26平均波高hm/m0.320.20频率波高hp/m0.620.39平均爬高Rm/m0.580.33频率爬高Rp/m1.070.61表3-4 坝顶高程计算表项目设计洪水位校核洪水位高程/m99.7100.0波浪爬高R