水库水利枢纽工程土石坝毕业设计.doc
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ZF水库水利枢纽工程
土石坝课程设计
第一章基本资料
第一节、工程概况及工程目的
ZF水库位于QH河干流上，控制面积4990km总库容5。
05×108m。
该工程以灌溉发电为主，结合防洪，可引水灌溉农田7.12万亩，远期可发展到10。
4万亩.灌溉区由一个引水流量为45m3/s的总干渠和四条分干渠组成，在总干渠渠首及下游24km处分别修建枢纽电站和HZ电站，总装机容量31。
45MW,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.
表2-1ZF水库工程特征值
序号
名称
单位
数量
备注
1
设计洪水时最大泄流量
m3/s
2000
其中溢洪道815
相应下游水位
700.55
2
校核洪水时最大泄流量
m3/s
6830
其中溢洪道5600
相应下游水位
m
705。
6
3
水库水位
校核洪水位（P=0.1％）
m
770.4
设计洪水位（P=1%）
m
768。
1
兴利水位
m
767.2
汛限水位
m
760。
7
死水位
m
737。
0
4
水库容积
总库容（校核洪水位一下库容）
104m3
50500
防洪库容（防洪高水位至汛期限制水位）
104m3
13600
（P=２%）
防洪库容（防洪高水位至汛期限制水位）
104m3
1237
（P=５%）
兴利库容
104m3
35100
其中共用库容
104m3
11000
死库容
104m3
10500
5
库容系数
50．50%
6
调解特征
多年
7
导流泄洪洞
形式
明流隧洞
工作阀门前为有压
隧洞直径
m
8
消能方式
挑流
最大泄量（P=0.01％）
m3/s
1230
最大流速
m/s
23。
1
闸门尺寸
mxm
7*6。
50
启闭机
T
300
检修门
mxm
8＊9.00
进口底部高程
m
703。
35
8
灌溉发电隧洞
形式
m3/s
压力钢管
内径
m
5。
40
灌溉支洞内径
m
3。
00
最大流量
m3/s
45。
00
进口底部高程
m
731.46
9
枢纽电站
形式
引水式
厂房面积
mxm
39*16。
2
装机容量
kw
5*1250
每台机组过水能力
m3/s
8.05
2、气象
项目
单位
数量
备注
多年平均气温
℃
4~12°
SW、SSW、S、SSE、SE向多年平均
m/s
17。
0
（7、8、9、10月）
最大风速
m/s
34。
0
相应设计水位库面吹程
km
1。
15
相应校核水位库面吹程
km
1.37
气象资料见表2-2.
表2-2气象资料表
3、地质
1、坝址区工程地质条件
ZF水库的右岸较陡，坡度为30°左右，大部分基岩出露高程为770~810m。
主河槽在右岸，河宽月100米左右；左岸为堆积岸，左岸台地宽200m左右，山岭高程在775m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。
坝区为上二迭系石千峰组的紫红色、紫灰色细砂岩,间夹同色砾岩及砂质页岩等岩层。
右岸全部为基岩,河床砂卵石层总厚度约50m，覆盖层厚度约5m。
高漫滩表层亚砂土厚5～15m,左岸728m高程以下为基岩。
基岩面向下游逐渐降低，土层增厚。
砂卵石层透水性不会很强，施工开挖排水作业估计不会很困难.
2、溢洪道工程地质条件
上坝线方案溢洪道堰顶高程757m，沿建筑物轴线岩层倾向下游.岩性主要为坚硬的细砂岩,其中软弱层多为透镜体，溢洪道各部分的抗滑稳定条件是好的。
下坝线溢洪道高程750m.基础以下10m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
1.1、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768。
1m时水库吹程为5。
5km。
1。
2、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；
由上可知等效吹程5.5km〉1.6m，近似估计R+e在0.9～1.2之间。
所以，正常运行条件时R+e取1。
2
非常运行条件时R+e取0。
9
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0。
7
非常运行条件时安全加高A取0.5
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=768.1m
正常蓄水位+正常情况的坝顶超高；
H=767。
20m
校核洪水位+非常情况的坝顶超高；
H=770.40m
正常蓄水位+非常情况的坝顶超高；
H=737.00m
由计算可知，计算坝顶高程为770。
4m，考虑坝顶上设与防渗体紧密连接的1。
2m高防浪墙,取设计坝顶高程为769.2m。
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，坝顶宽度为8m见图3—1。
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
下游
<10
1：
2~1：
2.5
1：
1。
5～1：
2
10～20
1：
2。
25~1：
2.75
1:
2～1：
2.5
20～30
1：
2.5～1：
3
1：
2。
25～1：
2。
75
>30
1:
3～1:
3.5
1:
2.5～1：
3
根据资料,大坝为中低坝，故定上游坝坡1：
3.0，下游坝坡1：
2。
5。
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1.5m，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见图3-2。
图3—2各水位示意图
设计洪水位时坝顶高程为769.2m,设计洪水位为768。
1m，河床高度为731.2m,坝顶宽度为8m,坝高为38m,m=3.0m=2。
5。
L=L+m（769.2—768.1）+B+m·H
=+1.45m+B+m·H
=123m
L=L-L=117m
上游水深H=36.55m 下游水深H=1。
89m。
h=
=5.01m
q=
=6.8×10
y=
=x（0，114.5）
表3-3设计水位浸润线计算成果表
x（m）
0
10
20
30
40
50
y（m）
36.55
34.81
33。
13
31。
36
29。
49
27.49
60
70
80
90
100
110
114。
5
25.39
22.97
20。
34
17.32
13.63
8。
40
2.93
校核洪水位时坝顶高程为769。
2m，设计洪水位为768.1m，河床高度为731.2m，坝顶宽度为8m,坝高为38m，m=3。
0m=2。
5.
L=L+m（769。
2-768.1）+B+m·H
=+0.29m+B+m·H
=120m
L=L—L=113。
25m
上游水深H=37.71m 下游水深H=2.15m.
h=
=5.45m
q=
=7。
2×10
y=
=x（0,110.85）
表3-4校核水位浸润线计算成果表
x（m）
0
10
20
30
40
50
y（m）
37.71
34。
96
33.20
31.34
29.37
27.25
60
70
80
90
100
110
110。
85
24.95
22。
42
19.56
16.20
11.94
4.75
3.42
正常蓄水位时 坝顶高程为769。
2m,正常蓄水位为767。
2m，河床高度为731。
2m，坝顶宽度为8m，坝高为38m，m=3。
0m=2。
5。
L=L+m（216.9—213。
43）+B+m·H
=+3。
47m+B+m·H
=128。
2m
L=L-L=123.7m
上游水深H=37.71m 下游水深H=2。
15m
h=
=4。
73m
q=
=5.67×10
y=
=x∈（0，121。
5）
表3-5正常蓄水位浸润线计算成果表
x（m）
0
10
20
30
40
50
y（m）
34.53
32.30
30。
81
29。
26
27.62
25.88
60
70
80
90
100
110
121.5
24.01
21.98
19。
74
17.22
14.26
10。
49
1。
65
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。
K=
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；
、-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；
R-圆弧半径；
稳定计算系数见表3-6。
表3-6物理力学指标表
序号
位置
土料名称
湿容重
（）
饱和容重
（）
C
（kPa）
（度）
1
坝壳
堆石
1.8
2
心墙
粘土
1.65
1。
98
20
10.4
3
反滤
砂跞石
1。
8
32
4
反滤
碎石
1.95
2。
0
0
38
5
坝基
砂砾料
1。
8
6
坝基
黄土
1.6
1。
91
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
湿容重=1.65饱和容重=2。
0浮容重=0.5
坝基为砂砾料
湿容重=18饱和容重=19。
6浮容重=0。
5
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
第一次试算假定k=1,求得k=
第二次试算假定k=1。
25求得k=故取k=1。
25
第一次试算假定k=1求得k=
第二次试算假定k=1.23求得k=故取k=1。
23
稳定渗流期下游边坡稳定计算见表4—9计算见附图2
第一次试算假定k=1求得k=
第二次试算假定k=1。
31求得k=故取k=1。
31
水位降落期上游边坡稳定计算见表4—10计算见附图3
第一次试算假定k=1，求得k=
第二次试算假定k=1.21求得k=故取k=1。
21
15
表3-7施工期上游边坡稳定计算成果表
土条
编号
h
（m）
（rbh）
w
sin
cos
wsin
（1-）
wtan
C·b
m
（k=1）
m
（k=1。
25）
NO
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
（11）
-3
1
148。
8
-0。
3
0.951
—44.6
25.4
188.8
0。
876
244.5
0.891
240
-2
6
892。
8
—0。
2
0。
978
-178.6
152.3
188.8
0.927
388
0.938
383.6
—1
10
1488
-0.1
0.994
—148.8
253.9
188.8
0.969
496.9
0.974
484。
6
0
13
1934。
4
0
1
0
330.1
188.8
1
548.9
1
548。
9
1
16
2380.8
0.1
0。
994
238。
1
406。
3
188。
8
1.019
584
1.014
586。
9
2
17
2529.6
0.2
0。
978
505.9
413。
6
188。
8
1。
028
596
1。
018
591。
8
3
18
2678.4
0。
3
0。
951
803.5
457
188。
8
1。
026
689.4
1.011
688。
8
4
18
2678.4
0。
4
0.913
1071。
1
457
188。
8
1.012
658.2
0.992
651
5
16
2380.4
0。
5
0.866
1190.2
406。
2
188.8
0。
988
662.2
0。
963
667.9
6
14
2083.2
0.6
0。
809
1249.9
355.5
188.8
0。
952
671.7
0。
924
679
7
10
1488
0.7
0.743
1041.6
254
188。
8
0.906
488。
8
0.873
508.2
8
3
446。
4
0。
8
0。
699
357.1
76。
2
188.8
0.850
341。
8
0。
813
336
∑
5085.7
6371。
3
6375.7
表3—8施工期下游边坡稳定计算成果表
土条
编号
h
（m）
（rbh）
w
sin
cos
wsin
（1—）
wtan
C·b
m
（k=1）
m
（k=1。
23）
NO
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
（11）
-2
2
384
—0.2
0。
978
-76.8
65.5
188。
8
0.952
287。
1
0.932
282。
8
—1
4
768
—0。
1
0。
994
-76.8
131
188。
8
0。
942
389.4
0.922
386。
8
0
7
1344
0
1
0
229。
3
188。
8
1
478。
1
1
488。
6
1
10
1920
0.1
0.994
192
327.6
188.8
1。
019
676。
6
0。
966
684。
6
2
12
2304
0.2
0.978
460。
8
393
188.8
1.029
680.2
1.024
663。
2
3
13
2496
0。
3
0。
951
748.8
426
188。
8
1.026
689.2
1.019
690。
3
4
13
2496
0.4
0.913
998。
4
426
188。
8
1。
012
762.5
1.003
755
5
13
2496
0.5
0.866
1284
426
188.8
0。
988
762。
3
0.977
759.3
6
10
1920
0.6
0.809
1152
327。
6
188.8
0。
952
662。
4
0.939
689.9
7
7
1344
0。
7
0.743
940。
8
229.3
188。
8
0.906
581。
3
0。
891
589.2
8
0.5
96
0.8
0。
669
76.8
16.4
188。
8
0.850
381。
4
0。
834
386。
8
∑
5171.1
6360.5
6386。
2
表4-9稳定渗流期下游边坡稳定计算成果表
土条
编号
h
（m）
（rbh）
w
sin
cos
wsin
（1-）
wtan
C·b
m
（k=1）
m
（k=1。
31）
NO
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
（11）
-2
1
192
—0.2
0。
978
-38。
4
32。
8
188。
8
0。
927
259。
1
0。
930
298。
3
—1
4
776
-0.1
0。
994
—77。
6
132。
4
188.8
0.968
481。
8
0.970
451。
1
0
8
1560
0
1
0
266。
2
188.8
1
585
1
565
1
10
1948
0。
1
0。
994
194。
8
332。
4
188。
8
1.019
611。
5
1.018
632
2
12
2336
0.2
0.978
467.2
398。
6
188.8
1。
029
670.8
1。
026
692.5
3
13
2532
0。
3
0。
951
759.6
432.1
188。
8
1。
026
755.2
1.023
736.7
4
13
2528
0.4
0。
913
1011.2
431。
4
188.8
1。
012
752。
8
1。
007
735。
9
5
13
2524
0。
5
0.866
1262
430。
7
188.8
0.988
737
0.982
730。
8
6
10
1936
0.6
0.809
1161。
6
330.4
188.8
0.952
645。
4
0.845
669。
4
7
7
1384
0.7
0.743
943。
6
230
188.8
0.906
562.2
0.898
686.4
8
2
384
0。
8
0.669
307.2
65.5
188。
8
0。
850
399.2
0。
841
422。
4
∑
4931。
2
6460
6480。
7
表3—10水位降落期上游边坡稳定计算成果表
土条
编号
h
（m）
（rbh）
w
sin
cos
wsin
（1-）
wtan
C·b
m
（k=1）
m
（k=1.21）
NO
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