王圪堵水库枢纽布置及泄水建筑物设计Word格式文档下载.doc
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第2章设计任务及依据 8
2．1设计任务及设计阶段 8
2.2工程等别及防洪标准 10
2.3设计依据 10
第3章基本资料 11
3.1水文 11
3.1.1流域水文概况 11
3.1.2气象 12
3.1.3洪水 13
3.2工程地质 16
3.2.1地形地貌 16
3.2.2地层岩性 16
3.2.4水文地质条件 17
3.2.8坝基处理 22
3.3水库设计标准、特性指标及调洪计算条件 22
3.3.1设计标准 22
3.3.2库容曲线 23
3.3.3水库死水位 25
3.3.4调洪计算条件 25
第4章枢纽布置设计 27
4.1坝址选择 27
4.2坝轴线选择 29
4.3坝型的选择及方案比较 29
4.3.1土石坝与重力坝 30
4.3.2均质土坝与斜墙坝、心墙坝 31
4.3.3结论 31
4.4调洪计算 32
第5章建筑物设计 45
5.1坝体设计 45
5.1.1坝体断面尺寸的拟定 45
5.1.2渗流计算 49
5.2溢洪道设计 55
5.2.2水力计算 56
5.3泄洪排沙洞 67
5.3.1总体布置及主要结构型式 68
5.3.2水力计算 69
5.3放水洞 69
第6章构造设计 71
6.1护坡 71
6.2坝顶 72
6.3马道 72
第7章地基处理 73
7.1基础处理 73
7.2帷幕灌浆与固结灌浆 73
7.3绕坝渗漏处理 75
第8章总结与讨论 76
参考文献 77
第1章工程概况
坝址以上流域面积1.075万km2，已建成的内蒙巴图湾水库与王圪堵水库区间面积0.6万km2，坝址设计年径流量约3.162亿m3。
水库枢纽由拦河坝、泄洪洞、溢洪道、放水洞、坝后电站等主要建筑物组成，拦河坝采用均质土坝
放水洞初拟引水流量12.7m3/s（供水5.36m3/s，灌溉及生态7.34m3/s）,途经水口壕、硬地梁、杨沙畔、清河、沙河至大河湾进入分流池。
由分流池一分为二，一支向北设加压抽水泵站供至十里梁则附近的榆横工业区供水水厂；
另一支继续沿无定河左岸敷设，途经色草湾、黑峁墩至无定河与榆溪河交汇口王沙坬村附近的鱼米绥工业区供水水厂。
第2章设计任务及依据
2．1设计任务及设计阶段
设计任务：
1.熟悉王圪堵水库工程基本资料，借阅相关设计参考资料（设计规范，规程及手册等）。
2.在广泛查阅与设计内容相关的国内外文献资料的基础上，撰写并提交《开题报告》。
3.枢纽布置设计：
1）分析并确定大坝，泄水，进水及引水等枢纽主体建筑物的轴线位置。
2）初步拟定大坝泄水，进水及引水等枢纽主体建筑物的布置型式及尺寸。
3）进行调洪演算，确定水库下泄流量，特征洪水位，特征库容等，确定水库工程规模；
进行坝顶超高计算，分析确定坝顶高程。
4）进行泄水建筑物的水力计算，分析确定泄水建筑物的纵横断面尺寸。
5）绘制泄水建筑物的纵横剖面图及枢纽总平面布置图。
4.泄水建筑物专题设计：
1）拟定泄水建筑物布置方案及断面型式方案，进行各方案水力计算。
2）进行泄水建筑物布置方案及断面型式方案的比较与选择。
3）绘制选定布置方案的泄水建筑物纵剖面图，绘制各断面型式方案的横剖面图。
设计阶段：
本次设计在已有资料的基础上进行初步设计，设计分为以下几个阶段：
资料收集、整理、查阅阶段：
参加学院组织的毕业设计动员大会；
熟悉毕业设计内容及要求；
熟悉工程基本资料，借阅相关设计参考资料。
水库枢纽布置设计阶段：
撰写并提交《开题报告》；
分析并确定大坝、泄水、进水及引水等枢纽主体建筑物的轴线位置。
初步拟定大坝、泄水、进水及引水等枢纽主体建筑物的布置型式及尺寸；
水库调洪演算：
分别进行设计洪水及校核洪水两种工况的调洪演算，确定各工况泄水建筑物的下泄洪流量、特征洪水位及特征库容等。
水力计算阶段：
进行泄水建筑物的水力计算，分析确定泄水建筑物的纵、横断面尺寸。
枢纽布置阶段：
绘制泄水建筑物的纵、横剖面图；
绘制枢纽总平面布置图。
坝型方案比较阶段：
拟定可用的坝型方案，进行坝型方案的比较与选择。
泄水建筑物专题设计：
拟定泄水建筑物布置方案及断面型式方案，进行各方案水力计算（正常水深、非均匀流水面线计算等）。
进行泄水建筑物布置方案及断面型式方案的比较与选择。
绘制选定布置方案的泄水建筑物纵剖面图，绘制各断面型式方案的横剖面图。
提交成果及答辩阶段：
撰写并提交《外文翻译报告》；
参加毕业设计答辩；
修改、完善《毕业设计报告》及设计图纸。
2.2工程等别及防洪标准
水库枢纽为Ⅱ等工程，主要建筑物为2级。
防洪标准按100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核。
2.3设计依据
本次设计的主要依据包括：
（1）《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）；
（2）《溢洪道设计规范》（SL253-2000）；
（3）《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）。
、
第3章基本资料
3.1水文
3.1.1流域水文概况
无定河系黄河一级支流，发源于白于山北麓的定边县胡尖山，源头河段叫红柳河，经陕蒙省界后叫无定河，流向由西东转为向南，经榆林、米脂、绥得等县于清涧县的河口村注入黄河，流域面积30261km2，河长491km，河道平均比降1.8‰。
王圪堵水库坝址位于无定河中游的横山县王圪堵村，控制流域面积10751km2，下距赵石窑水文站46km，上距内蒙乌审旗巴图湾水库坝址39km。
王圪堵水库至巴图湾区间（以下称巴～王区间）流域面积6000km2，该区间处于毛乌素沙漠的南缘。
其中区间北岸沙漠区流域面积4955km2，有海流兔河、纳林河两条较大支流加入。
南岸属黄土丘陵盖沙区及沙漠涧地区，流域面积1045km2（其中沙漠涧地区面积505km2，盖沙区面积540km2），较大支流有黑河则、圪洞沟两条。
经实地考察，沙漠涧地区主要分布在黑河则、圪洞沟等以上流域，盖沙区与芦河流域相接。
王圪堵坝址至下游赵石窑水文站区间（以下称王～赵区间）流域面积4573km2，其中北岸1258km2属沙漠台塬区。
南岸3315km2，扣除横山、殿市水文站控制面积后为573km2，属黄土丘陵区。
芦河河口庙水库至横山水文站区间流域面积745km2，属黄土丘陵盖沙区。
黑木头川殿市站流域面积327km2，属黄土丘陵区。
沙漠区和沙漠涧地区，降水多渗入地下补给河道，产汇流条件较差，黄土丘陵盖沙区的产汇流条件相对较好。
3.1.2气象
王圪堵水库位于毛乌素大沙漠南缘，北岸均属风积沙丘，南岸多为黄土丘陵盖沙，由于流域地处大陆腹部的干旱区，孟加拉湾水汽到达该区后，已经大大减弱，黄土高原内又无大的地形抬升作用，使本流域降水稀少。
但从面上来看，设计流域降水的地区分布仍符合无定河流域降水量由西向东递增，由南向北递减的规律。
流域气象特征以横山气象站代表王圪堵坝址气象特征：
其多年平均蒸发量1898.3mm，多年平均气温8.6℃，一月最低，平均-8.3℃，极端最低气温-27.8℃（1971年1月22日），极端最高气温37.6℃（1966年6月21日）。
多年平均日照时数2831.7小时，多年平均地面温度9.6℃，最大冻土深度129cm。
多年平均风速2.6m/s，瞬时最大风速25.7m/s，风向NW，多年平均最大风速20.6m/s。
3.1.3洪水
坝址设计洪水
王圪堵水库坝址设计洪水计算成果见表3-1，设计洪水过程线见图3-1。
表3-1王圪堵水库设计洪峰、洪量汇总表
单位：
m3/s、万m3
项目
P=0.05%
P=1%
P=2%
P=5%
P=10%
P=20%
巴王区间
巴
下泄
合计
Qm
2520
87
2607
1190
44.4
1234
928
593
374
200
W1
5790
697
6487
2790
366
3156
2250
1480
976
561
W3
8830
1475
10305
4550
857
5407
3940
2780
1980
1300
W5
10400
2318
12718
5520
1403
6923
4970
3630
2690
1650
W7
10900
3154
14054
6030
1931
7961
5690
4310
3330
2430
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
3000.0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
时间（h）
流量（m
3
/s）
Q
0.05%
=2607m
/s
1%
=1234m
图3-1王圪堵水库设计洪水过程线
分期设计洪水
王圪堵坝址分期设计洪水成果见表3-2。
表3-2王圪堵坝址分期设计洪水成果表
单位：
m3/s
分期
统计参数
设计值P（%）
均值
Cv
Cs/Cv
1
2
5
10
50
25
0.52
3.0
78
69
58
48
38
25
11
21
0.41
55
42
37
31
22
12--1
17
0.33
35
28
24
18
2--3
36
0.28
74
61
56
39
4
0.56
83
73
33
0.95
181
149
110
81
54
6
44
1.05
270
220
157
112
71
29
坝址下游水位流量关系曲线
王圪堵坝址无实测水位流量关系。
按实测1/2000地形图量取横断面及河道平均比降1.3‰，经对王圪堵坝址下游断面主河槽及岸边情况实地考察，结合对下游赵石窑水文测站断面水位～糙率分析，选取坝下游河段糙率为0.022，以此为基本资料，采用均匀流公式计算并绘制坝址下游水位～流量关系曲线。
见图3-2。
图3-2坝址下游断面水位～流量关系曲线
3.2工程地质
3.2.1地形地貌
坝段河流呈东西走向，水流由西向东，河流纵比降1.3‰，谷底宽度380～660m，河床覆盖层厚度7～10m，深河槽偏向左岸，枯水期河水面宽60～100m，水深0.3～0.5m。
两岸地形地貌不对称，左岸为沙漠区，右岸为黄土梁峁区，沙漠区由沙丘、沙梁及洼地组成，海拔高程为1070～1090m；
黄土梁峁区分布高程1080～1100m，坝段河床高程1006～1009m，地形高差70～110m。
右岸岸坡残留一、二级阶地，一级阶地高程为1025～1042m，二级阶地1048～1052m。
左岸岸坡地形较陡，右岸岸坡地形平缓，河谷呈宽浅的不对称“U”型。
上坝址左岸上游和下坝址左岸下游各有一条人工水拉砂形成的冲沟。
上、下坝址右岸坝肩均向河床呈微型凸出。
坝区左岸植被稀少，右岸多为居民点及耕地，无不良地质现象。
3.2.2地层岩性
两岸岸坡均为第四系松散层覆盖，局部冲沟地段有基岩出露。
坝区地层按时代成因及岩性组成可分为①～⑨个岩性层，与工程关系密切的主要有：
①层全新统人工堆积（Q4s），岩性由粉细砂组成，局部夹有零星钙质结核，土质均匀，中密，层厚约5～8m，分布于左岸联盛渠及人工砂堤。
④层全新统上部冲积（Q42-3al）：
主要由粉细砂组成，底部含薄层粗砂、砾卵石底砾层，松散。
地层厚度2～10m，分布于河床及漫滩。
⑤层全新统下部冲积（Q41al）：
由粉细砂夹粉质壤土薄层组成，松散，具水平层理。
地层厚度1.5～7m，主要分布于右岸一级阶地。
⑧层上更新统冲湖积（Q31al+l）：
由粉细砂及粉质壤土组成，发育水平层理，厚度一般50～70m，分布于左岸沙漠区。
⑨层侏罗系上统安定组（J3a）：
紫红色、浅灰色、暗紫红色中厚层状粉砂岩、泥质砂岩夹泥岩或泥岩夹泥质砂岩，组成坝区基底，于右岸冲沟及坝顶部分地段出露。
3.2.3地质构造
坝区基岩地层呈微向NW缓倾的单斜构造，岩层倾角1～3度。
坝区构造裂隙不甚发育，地表露头仅见层面裂隙较发育；
钻孔采取的岩芯完整，未见断层及大的裂隙分布。
3.2.4水文地质条件
坝区地下水含水层按照储藏条件和岩性组成可分为4种类型：
沙漠区粉细砂孔隙潜水含水层、阶地冲积砂层孔隙潜水含水层、基岩裂隙水及基岩承压水层。
河床承压水顶板埋深16～28.2m，承压水水头高出孔口2.5～16.5m。
钻孔揭示的承压水顶板埋深、相对隔水层岩性、水头高度及流量统计如表2-4。
由表2-4可见，承压水顶板埋深由两岸向河谷、由上坝址向下坝址逐渐变浅，流量为河谷大于两岸。
基岩承压水的补给源主要为上游河谷及两岸基岩裂隙水远源补给。
对地表水、地下水（潜水、承压水）分别取样进行水质分析，成果显示，河水、潜水为低矿化度的淡水，河床基岩承压水矿化度较高呈微咸水。
河水及潜水均对混凝土无腐蚀性，而承压水对普通水泥具有硫酸盐强腐蚀性。
3.2.5坝基工程地质问题及评价
坝基河床及左岸覆盖层厚度较大，且均为粉细砂层，可能存在的工程地质问题有地震液化、渗漏、渗透破坏及承压水对坝基的影响等。
地震液化
工程区河床段地基土的类型属软弱场地土，根据覆盖层厚度划分为Ⅲ类场地，场地地震基本烈度为Ⅵ度，按抗震设防烈度不提高时可不考虑砂土的地震液化问题。
渗透破坏及渗漏量
坝基河床覆盖层和左岸细砂层存在渗透破坏的可能。
由砂土的颗分试验成果可知④、⑧层均为连续级配砂,经判别河床覆盖层和左岸岸坡细砂层破坏类型为流土型破坏。
允许水力比降见表3-3。
表3-3临界水力比降、允许水力比降统计表
岩性
名称
地层
编号
公式计算
不均匀系数法
室内试验
临界水力比降Jcr
允许水力比降J允
Cu
J允
Jcr
河床砂
④层
0.98
0.39
1.96
0.25～0.35
0.34
0.14
左岸砂
⑧层
1.84
0.35
由表3-3可知，各层土的允许水力比降均在0.14～0.39左右，建议允许水力比降：
④层J允为0.14，⑧层J允为0.14。
坝址估算渗漏量如表3-4。
表3-4坝址估算渗漏量表
部位
河床覆盖层渗漏（m3/d）
基岩渗漏（m3/d）
绕坝渗漏（m3/d）
总估算渗漏量（m3/d）
数量
3098
380
7823
11301
承压水对坝基的影响
河床基岩富含承压水，上坝址埋深18～28m，下坝址埋深16～17m。
承压水流量最大达到46L/min，最大水头高出地面16.5m（上坝址2.5～16.5m，下坝址3～7m），其补给源位于河谷上游及两岸，水质对普通水泥有分解结晶型强腐蚀，对坝基渗透稳定及基岩防渗灌浆施工会造成一定影响，施工时最好不揭露承压水。
3.2.6坝址工程地质条件
坝基工程地质条件
坝址河床高程1008.7m，河床宽度354m，坝顶处宽约937m，按地貌单元、地层成因时代及岩性组成，坝基可划分为4个工程地质段：
0.0～269.3m（坝轴线剖面桩号）：
左岸岸坡段，基岩埋深81m左右，基岩顶板高程约997m。
该段地貌类型属风积砂台地。
坝基地层为①层人工堆积（Q4s）粉细砂、⑧层冲湖积（Q31al+l）砂和基底⑨层砂岩、泥岩。
左岸地下水位于ZK5号钻孔处为1016m，在距岸边约1
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