土石坝毕业设计.docx
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土石坝毕业设计
陕西广播电视大学
ZF水库水利枢纽工程
土石坝课程设计
分校（工作站）水利厅工作站
专业2014水利水电本科
学号
学生姓名魏铎
月1年2016
第一章基本资料
第一节、工程概况及工程目的
238。
该工程以灌溉发电为4990km河干流上，控制面积m总库容×10水库位于ZFQH主，结合防洪，可引水灌溉农田万亩，远期可发展到万亩。
灌溉区由一个引水流量为3/s的总干渠和四条分干渠组成，在总干渠渠首及下游24km45m处分别修建枢纽电站和HZ电站，总装机容量,年发电量11290完千瓦时。
水库建成后，除为市区居民生活和工业提供给水外，还可使城市防洪能力得到有效的提高。
水库防洪标准为百年设计，万年校核。
枢纽工程由挡水坝、溢洪道和输水洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成。
第二节、基本资料
1、特征水位及流量
挡水坝、溢洪道、输水洞的特征水位及流量见表2-1。
水库工程特征值2-1ZF表．
序
其中溢洪81200设计洪水时最大泄流/相应下游水其中溢洪560683校核洪水时最大泄流/
相应下游水
水库水=校核洪水位=1设计洪水位兴利水
汛限水死水
水库容50501总库校核洪水位一下库防洪高水位至汛期限防洪库11360水防洪高水位至汛期限防洪库1231水1兴利库3510其中共用库111001050死库1
库容系505
多调解特导流泄洪
工作阀门前为形明流隧
隧洞直消能方挑123最大泄量=/最大流m/7mx闸门尺启闭30
检修8mx
进口底部高
灌溉发电隧3形压力钢
内灌溉支洞内3最大流
进口底部高枢纽电
引水形39mx厂房面积
装机容量
kw
5*1250
每台机组过水能力
3/ms
气象、2。
气象资料见表2-2
单项目位
数
备量
注
多年平均气温℃
4~12°
SW、SSW
SE向多年、S、SSE、m/s
平均
、8、（7
10、9
最大风速m/s
相应设计水位库面吹程
km
相应校核水位库面吹程
km
月）2-2气象资料表表地质3、坝址区工程地质条件1、。
主河槽770~810m水库的右岸较陡，坡度为30°左右，大部分基岩出露高程为ZF775m左右，山岭高程在米左右；左岸为堆积岸，左岸台地宽200m100在右岸，河宽月左右，岸坡较平缓，大都为土层覆盖。
水库枢纽处施工场地狭窄，枢纽建筑物全部布置在左岸，施工布置较为困难。
间夹同色砾岩及砂质页岩等岩坝区为上二迭系石千峰组的紫红色、紫灰色细砂岩，。
高漫滩表层亚砂，覆盖层厚度约5m层。
右岸全部为基岩，河床砂卵石层总厚度约50m高程以下为基岩。
基岩面向下游逐渐降低，土层增厚。
砂卵石728m土厚5~15m，左岸层透水性不会很强，施工开挖排水作业估计不会很困难。
溢洪道工程地质条件、2，沿建筑物轴线岩层倾向下游。
岩性主要为坚硬的细757m上坝线方案溢洪道堰顶高程下坝线溢洪道高其中软弱层多为透镜体，砂岩，溢洪道各部分的抗滑稳定条件是好的。
左右为砂质页岩及夹泥层，且单薄分水岭岩层风化严重，透水10m。
基础以下750m程
性大，对建筑安全不利。
第二章、枢纽布置
第一节、坝轴线选择
选择坝址时，应根据地形、地址、工程规模及施工条件，经过经济和技术的综合分析比较来选定。
应尽量选在河谷的狭窄段。
这样坝轴线短，工程量小，但必须与施工场地和泄水建筑物的布置情况以及运用上的要求等同时考虑对于两岸坝段要有足够的高程和厚度。
坝基和两岸山体应无大的不利地质构成问题。
岩石应较完整，并应将坝基置于透水性小的坚实地层或厚度不大的透水地基上。
坝址附近要有足够数量符合设计要求的土、砂、石料且便于开采运输。
通过以上分析，ZF水库坝轴线的选择，在地形上，应尽量选在河谷狭窄段。
由地形图上可知，上游坡坝轴线、坝轴线以及和下游坝轴线三者的比见地形图，下游的坝轴线最符合。
因为它是河谷的狭窄段，这样坝轴线短，工程量小，可减少投资，库容较大，淹没少。
第二节、枢纽布置
枢纽布置应做到安全可靠，经济合理，施工互不干扰，管理运用方便。
高中坝和地震区的坝，不得采用布置在非岩石地基上的坝下埋管型式，低坝采用非岩石地基上的坝下埋管时，必须对埋管周围填土的压实方法，可能达到的压实密度及其抵抗渗透破坏的能力能否满足要求进行保证。
枢纽布置应考虑建筑物开挖料的应用。
土石坝枢纽通常包括拦河坝、溢洪道、泄洪洞输水或引水洞及水电站等，应通过地形地质条件以及经济和技术等方面来确定。
．
坝址应选在地形地质有利的地方，使坝轴线较短，库容较大，淹没少。
附近有丰富的筑坝材料，便于布置泄水建筑物。
在高山深谷区常将坝址选在弯曲河段，把坝布置在弯道上，利用凸岸山脊抗滑稳定和渗透稳定，并采取排水灌浆等相应加固措施，应尽量避免将坝址选在工程地质条件不良的地段。
如活断层含形成整体滑动的软弱夹层，以及粉细砂、软粘土和淤泥等软弱地基上。
坝轴线一般宜顺直，如布置成折线，转折处山曲线连接。
如坝轴平面形成弧形，最好试凸向上游，如受地形限制，不得凸向下游，曲度应小些，防渗体不要过薄，以免蓄水后防渗体产生拉力而出现顺水流方向的裂缝。
根据枢纽布置原则，枢纽中的泄水建筑物应做到安全可靠、经济合理、施工互不干扰、管理运用方便。
枢纽布置应满足以下原则：
枢纽中的泄水建筑物应满足设计规范的运用条件和要求。
选择泄洪建筑物形式时，宜优先考虑采用开敞式溢洪道为主要泄洪建筑物，并经济比较确定。
泄水引水建筑物进口附近的岸坡应有可靠的防护措施，当有平行坝坡方向的水流可能会冲刷坝坡时，坝坡也应有防护措施。
应确保泄水建筑物进口附近的岸坡的整体稳定性和局部稳定性。
当泄水建筑物出口消能后的水流从刷下游坝坡时，应比较调整尾水渠和采取工程措施保护坝坡脚的可靠性和经济性，可采取其中一种措施，也可同时采用两种措施。
对于多泥沙河流，应考虑布置排沙建筑物，并在进水口采取放淤措施。
溢洪道应选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点，宜选用地质条件好良好的天然地基。
壤土、中砂、粗砂、砂砾石适于作为水闸地基，尽量避免淤泥质土和粉砂、细砂地基，必要时应采取妥善处理措施。
从地质地形图可知坝体右岸有天然的垭口，地质条件好，且有天然的石料厂，上下游均有较缓的滩地，两岸岩体较陡，岩体条件好，施工起来更快捷更经济合理。
因此，溢洪道修建于QH右岸山坡上，紧邻右坝肩。
由于闸址段地形条件好，所以采用正槽式溢洪道。
第三章、坝工设计
第一节、坝型确定
根据所给资料，选择大坝型式，还应根据地形、地质、建筑材料、工程量以及施工条件等综合方面确定坝型。
水库处于平原地区。
由基本资料可知，库区土料丰富，料场距坝址较近，运输条件良好。
施工简便，地质条件合理，造价低。
通过以上几方面的综合分析比较，所以选用土石坝方案。
第二节、挡水坝体断面设计
1、坝顶高程的确定
、风区长度
由题目已知该流域多年平均最大风速为9m/s，水位时水库吹程为。
、坝顶高程计算
坝顶在静水位以上的超高值按下式计算;
y=R+e+A
式中y—坝顶超高，m;
R—最大波浪在坝坡上的爬高，m;
A—安全加高，m；
在～之间。
R+e，近似估计>由上可知等效吹程
所以，正常运行条件时R+e取
非常运行条件时R+e取
由基本资料可知大坝级别为3级
正常运行条件时安全加高A取
非常运行条件时安全加高A取
坝顶高程等于水库静水位与超高之和，应按下列四种情况计算，并取其中最大值；
设计洪水位+正常情况的坝顶超高；
H=
正常蓄水位+正常情况的坝顶超高；
H=
校核洪水位+非常情况的坝顶超高；
H=
正常蓄水位+非常情况的坝顶超高；
H=
由计算可知，计算坝顶高程为，考虑坝顶上设与防渗体紧密连接的高防浪墙，取设计坝顶高程为。
2、坝顶宽度
坝顶宽度根据构造、施工等因素确定，由《碾压式土石坝设计规范（SL274—2001）》[5]高坝选用10～15m，中低坝可选用5～10m，根据所给资料，初步拟定坝体断面，。
3-1见图8m坝顶宽度为
图3-1坝顶结构图
3、上下游边坡
上下游边坡比见表3-2。
表3-2上下游边坡比
坝高（m）
上游
〈10
1：
～1：
2
1
11：
～1：
10～20111：
～～2030：
3
11130〉：
3～：
下：
：
：
根据资料，大坝为中低坝，故定上游坝坡1：
，下游坝坡1：
。
4、马道
为了拦截雨水，防止坝面被冲刷，同时便于交通、检测和观测，并且利于坝坡稳定，下游常沿高程每隔10～30m设置一条马道，其宽度不小于m，马道一般设在坡度变化处，均质坝上游不宜或少设马道，故本坝不设马道。
第三节、坝体渗流计算
渗流计算方法采用有限深透水地基上设灌浆帷幕的土石坝渗流，帷幕灌浆的防渗作用可以用相当于不透水底版的等效长度代替。
渗流分三种情况：
上游为设计洪水位、校核洪水位、正常蓄水位和相应的下游水位。
3-2见图
校核水位设计水位正常蓄水位
图3-2各水位示意图
设计洪水位时坝顶高程为，设计洪水位为，河床高度为，坝顶宽度为8m，坝高为38m，m==。
21L=L+mm·H221m1++B+m·H=H2112m?
11=123m
L=L-L=117m31上游水深H=下游水深H=。
2122LH）?
L?
（H?
h=1112=mk22q=]）H[H?
（?
h?
21'L23m6?
×=10m?
s
q22x?
Hy=1kx.41325.9?
11=x（0,3-3设计水位浸润线计算成果表表
50304020x（m）010
y（m）
10070908060110
校核洪水位时坝顶高程为，设计洪水位为，河床高度为，坝顶宽度为8m，坝高为38m，m=m=。
21L=L+mm·H221m1+m+B+m·H=H2112m?
11=120m
L=L-L=31上游水深H=下游水深H=。
2122L?
?
H）?
L（Hh=1211=mk22q=]）?
?
（HhH[?
12'L23m6?
×10=ms?
2q2xH?
y=1k
x6?
121342.=x（0,3-4校核水位浸润线计算成果表表
50302010x（m）040y（m）
70100809060110
正常蓄水位时坝顶高程为，正常蓄水位为m，河床高度为m，坝顶宽度为8m，坝高为38m，m=m=。
21L=L+mm·H221m1+m+B+m·H=H2112m?
11=m
L=L-L=m31上游水深H=下游水深H=2122L）?
?
L?
（HHh=1112=mk22]）H?
h?
[H（q=?
21'L23m6?
=×10m?
s
q22x?
Hy=1k1136.32?
9.33xx∈（0,=
表3-5正常蓄水位浸润线计算成果表
x（m）01020304050
y（m）
70100806011090
第四节、土坝稳定计算
坝坡稳定计算采用计及条块间作用力的简化毕肖普法公式如下。
?
'''?
?
?
?
?
?
/Ktanbcsectan}[1/（1?
）{[（W?
Vsecub?
sectan]）]?
K=?
?
]/sinR?
MV[（W?
）c式中W—土条重量；
Q、V—分别为水平和垂直的地震惯性力；
U—作用于土条底面的空隙压力；
?
—土条重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；
b—土条宽度；
''?
c—土条地面的有效应力和抗剪强度指标；、
M—水平地震惯性力对圆心的力矩；cR—圆弧半径；
稳定计算系数见表3-6。
物理力学指标表3-6表．
位置序号坝壳1
土料名称湿容重饱和容重）
gg（（）33cmcm
堆石
粘土心墙2
砂跞石反滤3
碎石4反滤
砂砾料坝基5
黄土坝基6
（kPa（度233稳定计算有三种情况施工期、稳定渗流期和水库水位骤降期均质坝材料为粘土
'?
?
?
==浮容重湿容重=饱和容重KNKNKN333satmmm坝基为砂砾料
'?
?
?
==浮容重湿容重饱和容重=18KNKNKN333satmmm施工期上游边坡稳定计算见表3-7计算图见附图1下游边坡表3-8计算图见附1
6371.3第一次试算假定k=1,求得k=25.?
17.50856375.7故取k=第二次试算假定k=求得k=25?
1.5085.76360.5第一次试算假定k=1求得k=231?
.1.51716386.2故取k=第二次试算假定k=求得k=23.?
15171.1稳定渗流期下游边坡稳定计算见表4-9计算见附图2
6460?
1.31k=求得第一次试算假定k=14931.26480.7?
1.31k=第二次试算假定求得故取k=k=2.4931．
水位降落期上游边坡稳定计算见表4-10计算见附图3
8714.9k=第一次试算假定k=1,求得1.21?
7202.48694.4故取k=k=求得第二次试算假定k=1.21?
7202.4
表3-7施工期上游边坡稳定计算成果表
（rbh）h）（1-B土条ii?
?
?
sincossinw·bCiiii?
tanww编号（m）ii
（2）NO（3）（4）（5）（7）（6）
（1）
-3
1
-2-1
6101488
0
13
0
1
0
12
1617
184573184457165146148810725438∑
1（k（k=1（10（9（8（112438585965
6733
表3-8施工期下游边坡稳定计算成果表
（rbh）h（1-）B土条ii
编号
（m）
?
sinwi
?
cosii
?
sinwii
?
wtani
bC·
NO
（2）
（1）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
-2
3842
-10
476813447
0
1
0
131
19201192101222304393133249642624961344262496135128442619201061152134477896∑
1（k（k=1（10（8（9（11
75
表4-9稳定渗流期下游边坡稳定计算成果表
（rbh）h）（1-B土条ii?
?
?
sinsinwcosbC·iiii?
tanw编号w（m）ii（6）（3）（4）
（2）
（1）NO（7）（5）
-2
1921
-10
477615608
0
1
0
1
194810
23
233612132532
252813412621352524193610613842307782384∑
1（k=1（k（9（8（11（10565863
73
646
表3-10水位降落期上游边坡稳定计算成果表
土条编号NO计算工况上游边坡稳定渗流期水位降落期
（rbhhi（m）
（2）
（1）（m）
）isinwi（3）稳定系数（K）5.1:
1
?
?
cosii（4）下游边坡（m）1:
1
?
sinwii（5）稳定系数K（）
）（1-B?
wtani（6）允许稳定
系数[K]
·bC（7）
-3
2252
.5
-2
6756
1:
-135
-1
111:
0
15
0
1
0
1
17
234
191919
1192
678
517146308710721618∑
1（k（k=1（10（9（8（113858588699
表3－11坝坡稳定计算成果表
1:
施工期1:
根据上述计算成果，采用上游1：
，下游1：
，满足边坡稳定要求。
第五节、细部构造
1、护坡
因坝的上游坡面受波浪淘刷，下游坡面受雨水冲刷，坝的上下游坡面需设置护坡，本方案为砌石护坡，厚。
上下游护坡需设碎石或砾石垫层，本方案为碎石垫层厚。
下游坡面上要设置表面排水系统，纵横向排水沟及坝坡与岸坡连接处的排水沟。
此外，。
还应布置阶梯等通行道路2、反滤层设计
既要求把坝体渗水排除坝外，又要求不产生土壤的渗透破坏，在渗流的出口或进入排水处。
由于水力坡降往往很大，流速较高，土壤易发生管涌破坏，为了防止这种渗透破坏，在这些地方应设置反滤层。
反滤层一般由1～3层级配均匀，耐风化的砂、砾、卵石或碎石构成，每层粒径随渗流方向而增大，水平反滤层的最小厚度可采用m，垂直或倾斜反滤层的最小厚度可采用m，（反滤层应有足够的尺寸以适应可能发生的不均匀变形，同时避免与周围土层混掺）。
其在上游坡避免冲刷并在库水位降落时把坝体的水作用是防止衬砌的护坡石陷入坝身体中，
排出去又不带走坝体土料。
因土坝为均质坝，所以采用反滤层位于被保护土的上部，渗流。
方向主要由下向上见图3-12
3-12图反滤层示意图3、防渗体的土料要求～防渗体要具有足够的不透水性和塑性，要求防渗体的渗透系数比坝主体至少小100cm5?
，防渗体要有足够的塑性。
这样，防渗体能适倍，且其透水系数不宜大于101000s应坝基和坝体的沉陷和不均匀变形，从而不致断裂。
长期的筑坝经验告诉我们，粘粒含量为15～30%或塑性指数为10～17的中壤土、重壤土粘粒含量为35～40～%或塑性指数为
17～20的粘土都是填筑防渗体的合适土料。
粘性土的天然含水量最好，稍高于塑限含水量，使土料处于硬塑状态。
4、排水结构
选用棱体排水，是在下游坝脚处用块石堆成棱体，顶部高程应超出下游最高水位，超出高度应大于波浪沿坡面的爬高。
大坝为3级，不应小于，并使坝体浸润距坝坡的距离大于冰冻深度。
堆石棱体内坡一般为1：
～1：
，外坡为1：
～1：
或更缓，应避免棱体排水上游坡脚出现锐角，顶宽应根据施工条件及检查观测需要确定，但不得小于。
棱体排水结。
3-13构图见图
m1.5
棱体排水结构示意图图3-13
向上游或向下游倾斜的竖式排为了有效地降低坝内浸润线，在均质坝内设置垂直的、水是控制渗流的一种有效型式。
这种排水顶部可伸到坝面附近，厚度由施工条件确定，但不小于，底部用水平排水带或褥垫排水将渗水引出坝外。
对于由粘性土材料填筑的均质坝，为了加速坝壳内空隙水压力的消散，降低浸润线，以增加坝的稳定，可在不同高程处设置坝内水平排水层，其位置、层数和厚度可根据计算1。
确定，但其厚度不宜小于。
多数情况下，伸入坝体内的长度一般不超过各层坝宽的3
第四章、溢洪道设计
第一节、溢洪道地形资料
库区两岸分水岭高程均在750m以上。
库区外围断裂较发育，在库内被第四系及第三系玄武岩覆盖。
库区地下水类型有两种，第四系松散层孔隙潜水和前第四系基岩裂隙水。
水库不存在永久性渗漏问题，库岸稳定性较好，水库蓄水后，局部地段可能产生浸没，但浸没面积甚小，库区两岸居民及耕地分散，库区范围内无矿点分布，库区无水库淤积问题，水库蓄水后不致产生构造性诱发地震。
第二节、溢洪道地质资料
溢洪道地基为晚元古代第三期侵入混合花岗岩，灰白色-肉红色，岩体风化程度均为弱风化带，地下水类型为基岩裂隙水，对砼无腐蚀性；溢洪道部位断层规模均较小，以陡倾角为主，完整性及强度与两侧岩体相差较小；闸室段基础岩体中等透水性，完整性较差，应进行浅层固结和深部帷幕灌浆防渗处理。
第三节、溢洪道的位置选择
溢洪道在水利枢纽中位置的选择，关系的工程的总体布置，影响到工程的安全、工程量、投资、施工进度和运用管理，原则上应通过拟定各种可能方案，全面考虑，则优选定。
一般应考虑以下因素：
溢洪道应位于路线短和土石方开挖量少的地方。
坝址附近有高程合适的马鞍形垭口，则往往是布置溢洪道较理想之处。
拦河坝两岸顺河谷方向的缓坡台地也适合布置溢洪道。
溢洪道应力争位于较坚硬的岩基上。
位于好岩基上的溢洪道可以减省工程量，甚至不衬砌。
应避免在可能坍塌的地带修建溢洪道。
溢洪道开挖出渣路线及弃渣场所应能合理安排，是开挖量的有效利用更具有经济意义。
此外还要解决与相邻建筑物的施工干扰问题。
综上所述，本枢纽溢洪道应选上坝线方案。
．
第四节、溢洪道布置1、引水渠引水渠进口布置应因地制宜，体形简单。
当进口布置在坝肩时，靠坝的一侧应设置顺应水流的曲面导水墙，靠山一侧应开挖或衬砌规则曲面；当进口布置在垭口面临水库时，宜布置成对称或基本对称的喇叭口型式。
的直，边坡1:
1，引水渠首端为,初拟引水渠段长103，底宽14底高程730mmmmo。
线段，其后接一半径为80的圆心角为的圆弧段。
引水渠进口段剖面见图4-150m
743.61:
11:
1730
引水渠进口段的剖面图4-1图引水渠的布置应遵循以下原则：
①选择有利的地形、地质条件；②引水渠轴线方向，应有利于进水，在平面上最好布置成直线，以减小水头损失，增加其泄水能力；③引水渠较长时，宜在控制段之前设置渐变段，其长度应据流速等条件确定，不宜小倍堰上水深；2于
4倍的渠底宽；④若受地形、地质条件限制，引水渠必须转弯时，其弯曲半径不宜小于2倍堰上水头；⑤弯道至控制堰之间宜设计直线段，其长度不小于之间。
⑥引水渠底宽顺水流方向收缩时，其首、末端底宽之比宜在～3引水渠的横断面应有足够大的尺寸，以降低流速，减少水头损失。
渠内设计流速大于m。
横断面的侧坡悬移质不淤流速，小于渠道不冲流速，且水头损失小，一般采用3~5s根据稳定要求确定。
为了减小造率和防止冲刷，引水渠宜做衬砌。
石基上的引水渠如能开挖整齐，也可以不做衬砌。
纵断面应做成平底或底坡不大的逆坡当溢流堰为实用堰时，渠底在溢流堰处宜低于堰顶至少，以保证堰顶水流稳定和具有d较大的流量系数。
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