土石坝毕业设计1.docx

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土石坝毕业设计1

、八

前

1、设计任务书及原始资料是工作的依据，因此首先要全面了解设计任务，熟悉该河流的一般自然地理条件，坝址附近的水文和气象特性，枢纽及水库的地形、地质条件，当地材料，对外交通及有关规划设计的基本数据，只有在熟悉基本资料的基础上才能正确地选择建筑物的类型，进行枢纽布置、建筑物设计及施工组织设计。

因此，应把必要的资料整理到说明书中。

通过对资料的了解和分析，初步掌握原始资料中对设计和施工有较大影响的主要因素和关键问题，为以后设计工作的进行打下良好的基础。

2、本次设计容及要求：

（1）坝轴线选择。

（2）坝型选择。

（3）枢纽布置。

（4）挡水建筑物设计：

包括土坝断面设计、平面布置、渗流计算、稳定计算、细部构造设计、基础处理等。

（5）泄水建筑物设计：

溢洪道或导流洞设计（仅选其中一项），以水利计算为主。

选取溢洪道设计。

（6）施工导流方案论证（选作容）。

仅作简单的阐述。

3、工程设计概要

ZH水库位于QH河干流上，水库控制流域面积4990帛，库容5.05xl08m。

水库以灌溉发电为主，结合防洪，可引水灌溉农田71.2X104亩，远期可发展到10.4

X105亩。

灌区由一个引水流量45nVs的总干渠和4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31.45MV，年发电量1.129X108kw・h。

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、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成。

第一章基本数据

第一节工程概况及工程目的

本水库建成后具有灌溉、发电、防洪、解决工业用水和人畜吃水等多方面的效益，是一座综合利用的水库。

水库近期可灌溉农田71.2X104亩，远期可发展到10.4X105亩。

枢纽电站和HZ电站，总装机容量31.45MW年发电量1.129X108kwh。

除满足农业提水灌溉用电外，还剩余50%勺电力供工农业用电。

防洪方面，水库控制流域面积4990km，占全流域面积的39%对下流河道防洪、削减洪峰、减轻防汛负担也有一定的作用，可将下游100年一遇的洪水流量6010riVs削减到3360riVs，相当于17年一遇；可将50年一遇洪水流量6000nVs削减到2890nVs，相当于12年一遇。

另外，每年还可供给城市及工业用水0.63X108m。

由于市库区沿岸山峰重迭，村庄零散，耕地不多，故淹没损失较小。

按库区移民高程770m统计，共需迁移人口3115人，淹没耕地12157亩，房屋1223间，窑洞1470孔。

第二节基本数据

2.1工程等别及建筑物的级别

1、工程等别

ZH水库工程，水库总库容5.05X10常，灌溉农田71.2X104亩，远期可发展到

CQ

10.4X10亩。

水电站总装机容量31.45MV，年发电量1.129X10kw・h。

根据以上数据，参照《水利水电枢纽工程等级划分》SL252-2000的规定，本工

程等别为II等工程。

2、建筑物级别

根据本工程的等别及水工建筑物级别划分的规定知，永久性主要建筑物为2级

建筑物；永久性次要建筑物为3级建筑物；临时建筑物为4级建筑物。

2.2地形和地质图

ZF坝区地形图见附图，ZF土坝坝线工程地质剖面图见附图6。

2.3工程地质条件

1、库区工程地质条件

库区两岸分水岭高程均在820m以上，基岩出露高程大部分在800m左右，主要为紫红色砂岩，间夹砾岩、粉砂岩和砂质叶岩。

新鲜基岩透水性不大。

未发现大的构造断裂，水库蓄水条件良好。

QH可为山区河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，库区也未发现重要矿产。

2、坝址区工程地质条件

QH河在ZF水库坝址区呈一弯度很大的S形。

坝段位于S形的中、上段。

坝段右岸为侵蚀河岸，岸坡较陡，基岩出露。

上下坝线有约300m长的低平山梁（单薄

分水岭），左岸为侵蚀堆积岸，岸坡较缓，有大片土层覆盖。

右岸单薄分水岭是QH

河环绕坝段左岸山体相对侧向侵蚀的结果。

坝址区基岩以紫红色、紫灰色细砂岩为主，间来件砾岩、粉砂岩和少数砂质叶岩。

地层岩相变化剧烈，第四系除厚度不大的砂层、卵石层外，主要是黄土类土，在构造上处于相对稳定区，未发现有大的断裂构造迹象。

坝址区左岸有一大塌滑体，体积约45X104m,对工程布置有一定的影响。

本区地震基本烈度为6度，建筑物按7度设防。

（1）上坝址

上坝址位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向QH河上游。

河床宽约300m河床砂卵石覆盖层平均厚度5m渗透系数1xi0-2cm/s。

一级阶地（Q）表层具中偏强湿陷性。

左岸730m高程以上为三级阶地（Q）,具中偏弱湿陷性。

岩基未发现大围的夹层，基岩的透水性不大。

河床中段及近右岸地段，沿113-111-115-104-114各钻孔联机方向，在岩面下21〜47m深度围，有一强透水带，w=5.46〜30L/（s•m-m），下限最深至基岩下约80m基岩透水性从上游向下游有逐渐增大的趋势，左岸台地黄土与基岩交界处的砾岩（最大厚度6m）透水性强，渗

透系数K=10m/cL左岸单薄分水岭岩层仍发属于中强透水性，平均w=0.48〜30L/

（s•m-m），应考虑排水，增加岩体稳定。

（2）下坝址

位于上坝址同一背斜的东南翼，岩层倾向下游；河床宽约120m左岸为二、三

级阶地，右岸731m高程以下为基岩，以上为三级阶地。

土层的物理力学性质见附图6“工程地质剖面图”。

左岸基岩有一条宽200〜250m呈北向的强透水带，右岸Z沟单薄分水岭的透水性亦很大，左右岸岩石中等透水带下限均可达岩面下80m左右。

河床地段基岩透水

性与中等透水带厚度具有从上游向下游逐渐变小的趋势。

下游发现承压水，二、三级阶地砾石层透水性与上坝线相同，左岸坝脚靠近塌滑体。

3、坝址区其它建筑物地段的工程地质条件

坝址区其它建筑物包括导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站。

按上坝线方案，导流泄洪洞、溢洪道均布置在左岸单薄分水岭，灌溉发电洞则布置在左岸东凹沟附近三级阶地上。

下坝线方案溢洪道可布置在右岸Z沟，灌溉发电洞移至上坝线溢洪

道轴线西侧40m左右，导流泄洪洞位置与上坝线位置相同。

（1）导流泄洪洞

沿洞线周围岩石厚度大于3倍开挖洞径，出口段已避开塌滑体的东边界，沿线岩层、岩性主要为粉砂岩、细砂岩及砾岩，岩石较为坚硬，坚固系数Fk=4，单轴弹

性抗力系数K0=20MPa/cm弹性模量E=0.4X104MPa透水性较大。

岩层倾向下游，出口段节理发育，应采取有效措施予以处理。

为进一步保证出口段岩体稳定，免除由水压力引起的后果，建议该段修建无压洞。

（2）溢洪道

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。

下坝线溢洪道堰顶高程750m基础以下10m左右为砂质叶岩及夹泥层，且单薄分水岭岩层风化严重，透水性大，对建筑物安全不利。

（3）灌溉发电洞及枢纽电站

上坝线方案沿线基岩以厚层粉砂岩为主，岩石完整，透水性不大，洞顶以上岩层厚度较小。

在建筑物的基岩岩面上有0〜5m厚的砾岩及厚度不等的亚黏土层，电站厂房处岩石风化厚度约5〜6m对其产生的渗漏及土体坍塌应采取必要的工程措施。

下坝线方案沿线全为基岩，工程安全比较可靠。

4、施工区地质地形地质条件

ZF水库的右岸坡较陡，坡度为30°左右，大部分基岩出露高程为770〜810m主河槽在右岸，河宽约100m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叶岩等岩层。

右岸全部为基岩，河床砂卵石总厚度约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。

2.4水文气象条件

1、气象

流域年平均降雨量686.1mm70%|中在6〜9月，多年平均最高气温29.1C（6月），多年平均最低气温-14.3C（1月），多年年平均气温8〜9C。

多年平均师大风速9m/s，水位768.1m时水库吹程5.5km。

（1）气温资料

ZF水库坝址处没有建立水文气象站，根据附近气象站1958年至1963年和1970年至1972年共9年资料统计分析，最高气温29.1C（6月），最低气温-14.3C（1月），多年平均日气温4〜24C,多年年平均气温8〜9C。

历年各月气温特征值见

表2-1

表2-1各月气温特征值C

月份

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

多年平

均气温

4.5

1.1

4.6

11.3

18.1

21.7

23.6

21.7

16.4

10.3

18.9

2.1

多年最

高气温

4.6

7.2

17

22.2

25.0

29.1

23.0

26.5

30.1

22.4

18.9

8.1

多年最

低气温

-14.3

0.0

5.8

1.0

3.1

10.5

18.9

14.4

1.9

1.9

0.7

0.0

（2）降雨资料

根据附近气象站1958年至1963年和1970年至1972年共9年资料统计分析,得出多年的平均各月降雨天数见表2-2。

表2-2多年平均各月降雨天数

项目

平均日降雨

平均日降雨

平均日降雨

平均日降雨

平均日降雨

月份、、

5〜10mm天数

10〜20mm天数

20〜30mm天数

30〜40mm天数

>40mm天数

1月

0.62

2月

0.37

0.13

3月

1.00

0.08

0.25

4月

1.00

0.63

0.50

0.25

0.13

5月

2.00

1.12

0.25

0.50

0.25

6月

1.37

1.00

0.63

0.25

1.00

7月

2.75

1.88

1.00

1.00

1.38

8月

1.37

2.27

0.25

0.25

2.60

9月

1.45

0.88

0.13

0.63

0.75

10月

0.87

0.88

0.38

0.25

0.13

11月

0.73

0.88

0.13

12月

0.13

2、水文分析

（1）洪水

洪水由暴雨形成，据统计7〜8月发生最大洪峰流量的机会占88%而且年际变

化很大，实测最大洪峰流量2200mVs（1954年），最小洪峰流量184mVs（1965年）,相差12倍。

流域洪水的特点是峰高，历时短，陡涨陡落。

一次洪水持续时间一般3〜5d。

各种频率的设计洪水过程线见表2-3。

表2-3各种频率的设计洪水过程线

时间

/h

31

流量/（m•s）

时间

/h

31

流量/（m•s）

P=1%

P=5%

P=5%（10月）

P=1%

P=5%

P=5%（10月）

1

222

133

39

45

1670

1002

3

302

181

42

47

1520

912

5

340

204

51

49

1500

900

7

500

300

55

51

1400

830

9

700

420

66

53

1280

768

11

847

503

81

55

1220

13

950

550

105

57

1160

15

975

650

105

59

1080

648

17

1350

810

174

61

1020

19

1760

1060

220

63

980

21

2270

1362

202

65

920

23

2900

1740

178

67

900

540

25

4000

2360

160

69

875

27

3350

2010

148

71

849

29

2960

1770

138

73

800

480

31

2670

1602

130

75

780

33

2470

1380

101

77

760

35

2300

1380

101

79

720

37

2160

1290

98

81

700

420

39

2020

1210

81

83

676

41

1930

1150

76

85

43

1820

1090

（2）年来水量

水量的年分配，汛期7〜10月约占全年水量的62%水量年际变化很大，实测

最大年来水量1968X108m（1963年7月至1964年6月）。

最小年来水量3.34X10质

（1965年7月至1966年6月）。

相差5.9倍。

从历年来水量过程来看约7年一个周期，其中连续枯水段为4年。

（3）年输沙量

汛期7〜10月的来沙量约占全年输沙量94%其中7、8两月约占83%输沙量的年际变化很大，实测最大年输沙量1240X104t（1969年7月至1970年6月）。

最小年输沙量173X104t（1969年7月至1970年6月）。

相差7倍。

（4）水文分析成果表

水文分析成果表见表2-4

表2-4QH河水文分析成果

序号

名称

单位

数量

备注

1

利用水文系列年限

年

22

2

代表性流量

多年平均流量

mf/s

21.9

调查历史最大流量

mf/s

3980

设计洪水洪峰流量（P-1%

mi/s

4000

校核洪水洪峰流量（P-0.1%）

mi/s

6550

保坝洪水洪峰流量（P-0.01%）

mi/s

9100

3

洪量

设计洪水洪量（P-1%

3m

8

5.00X10

5d

校核洪水洪量（P-0.1%）

3m

8

7.95X10

5d

4

多年平均径流量

3m

8

6.94X10

5

多年平均输沙量

t

4

431X10

3、水利计算

（1）死水位选择

为尽可能增加自流灌溉面积，并使电站水头适当增加，力求达到电源自给以及为今后水库淤积留有余地，按20年淤积高程考虑，并根据今后运用情况加以计算调整。

（2）调节性能的选定

灌溉保证率选取P=75%水库上游来水，首先满足灌区工农业用水，电站则利

用余水发电。

按上述原则，并按近期灌溉面积71.2X104亩进行水库调节计算。

年

调节和多年调节两个方案的水量利用系数和坝高都相关不大，但是多年调节性能的水库能提供的电量和装机利用小时数都较年调节性能水库提高20%故确定本水库

为多年调节性能水库。

利用1949年7月至1971年6月共22年插补水文系列，采用“时历法”进行多年调节计算。

（3）兴利水位的确定原则和指标

根据QH河洪水特性，汛期限制水位在7、8月定为760.7m。

7、8月以后可重复利用一部分防洪库容蓄水兴利，以防洪为主，兼顾兴利为原则，确定9、10月限

制水位为766.1m。

汛末可以多蓄水。

但蓄水位按不超过百年设计洪水位考虑，确定汛末兴利水位为767.2m。

电站的主要任务是满足本灌区提灌用电的要求。

因此在保证灌区工农业用水的基础上，确定电站的运用原则：

灌溉季节多引水发电，非灌溉季节少引水发电，遇丰水处则充分利用弃水多发电，提高年水量的利用系数。

（4）防洪运用原则及设计洪水的确定

本水库属二级工程。

水库建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。

由于采用的洪水计算数值中未考虑历史特大洪水的影响，故用万年一遇洪水作为非常保坝标准对水工建筑物进行复核。

工程泄洪建筑物胡溢洪道和导流泄洪洞。

溢洪道净宽60m分设5孔闸门，每

孔闸门净宽12m堰顶高程757m通过施工导流、拦洪、泄洪度汛、非常时期放空水库以及在可能情况下有利于排沙等方面的综合分析和比较，泄洪洞洞径确定为8m,进口底调和为703.35m。

调洪运用原则：

当入库洪水为20年一遇时，为满足下游河道保滩淤地的要求，水库控制下泄流量为600nVs;当入库洪水为百年一遇时，为提高下游河道的电站、桥梁等建筑物的防洪标准，水库控制下泄流量为2000riVs;当入库洪水为千年一遇时，溢洪道单宽流量以70nVs控制泄流；当入库洪水为万年一遇时，按下述原则操作：

即库水位接近校核水位时，若水库水位仍持续上涨，为确保大坝安全，溢洪道敞开泄洪，允许溢洪道局部破坏。

（5）水库排沙和淤沙计算

ZF水库回水长25km,河道弯曲，河床宽300m左右，河床比降为2.2%，是个典型的河道型水库。

QH河泥沙年的83%!

中在7、8两个月，平均含沙量为13.8kg/m3,泥沙多年平均D50粒径为0.0155mm颗粒较细。

虽然本水库有可能利用异重流排沙,但由于流域的水文特性和下游工农业对水源的要求，决定了本水库只能高水头蓄水运用。

在蓄水过程中，只能用灌溉和发电的剩余水进行排沙。

经计算，多年平均排沙量只占5.2%，其余大部分的泥沙都淤积在水库中，从而减少兴利库容。

（6）水库工程特征值

水库工程特征值见表2-5

表2-5ZF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

m/s

2000.00

其中溢洪道815

相应下游水位

m

700.55

2

校核洪水时最大泄流量

m/s

6830.00

其中溢洪道5600

相应下游水位

m

705.60

3

水库水位

校核洪水位（P=0.1%）

m

770.40

设计洪水位（P=1%

m

768.10

兴利水位

m

767.20

汛限水位

m

760.70

死水位

m

737.00

4

水库库容

总库容

3m

8

5.05X10

校核洪水位

设计洪水位库容

3m

8

4.63X10

防洪库容

3m

8

1.36X10

兴利库容

3m

8

3.51X10

其中共享库容

3m

8

1.10X10

死库容

3m

8

1.05X10

5

库容系数

50.50%

6

调节特性

多年

7

导流泄洪洞

形式

明流隧洞

工作闸门前为有压

隧洞直径

m

8

城门洞型压力隧洞8m

消能方式

挑流

表2-5ZF水库工程特征值

序号

名称

单位

数量

备注

最大泄量（P-0.01%）

m/s

1230.00

最大流速

m/s

23.10

闸门尺寸

mXm

7X6.50

弧形门

启闭机

t

300.00

油压启闭机

检修门

mXm

8X9.00

斜拉门

进口底部高程

m

703.35

8

灌溉发电隧洞

形式

压力钢管

径

m

5.40

灌溉支洞径

m

3.00

最大流量

m*/s

45.00

进口底部高程

m

731.64

9

枢纽电站

形式

引水式

厂房面积（长X宽）

mXm

39X16.20

装机容量

kw

5X1250

每台机组过水能力

m*/s

8.05

2.5建筑材料及筑坝材料技术指标的选定

库区及坝址下游土石丰富，有利于修建当地材料坝。

1、土料

根据当地建筑材料调查报告，坝址上、下游均有土料场，共有5个，储量丰富,平均运均小于1.5km。

根据试井和钻孔情况，从1:

2000地形图初步计算4个土场的总储量为2248.6X104m，为需要量的4倍多。

各土料场储量见表2-6。

表2-6各土料场的储量

土场

南坪沟

川坡

上山

大河滩

合计

高程（m）

746〜805

720〜760

710〜749

722〜778

皿日储量

43

（X10m）

913.6

855.7

119.9

359.4

2248.6

根据155组试验成果统计，土料平均黏粒含量为26.4%,粉粒55.9%,粉砂17.6%,

其中25%!

粉质黏土，60.7%属重粉质壤土，14.3%属中粉质壤土。

平均塑性指数11.1，

最大干重度16.7kN/m3，最优含水量20.5%,渗透系数0.44x104cm/s。

具有中等压缩性，强度特性见表2-7。

表2-7土料的强度特性

试验方法

统计方法

抗剪强度指标

0（°）

c（kPa）

饱和固结快剪（25组）

算术平均

23.27

28.0

算术小值平均

20.96

19.3

快剪（82组）

算术平均

21.54

29.3

算术小值平均

21.30

29.3

快剪（18组）

算术平均

21.30

29.3

算术小值平均

21.00

19.4

算术平均

22.68

58.3

算术小值平均

20.03

35.6

算术平均

22.50

58.3

算术小值平均

23.80

35.6

快剪（8组）

算术平均

28.80

45.1

算术小值平均

25.75

29.3

算术平均

29.00

45.1

算术小值平均

28.70

29.3

三轴不排水剪（10组）

算术平均

20.00

28.8

算术小值平均

25.20

13.0

三轴不排水剪（6组）

算术平均

13.30

28.0

算术小值平均

25.20

8.0

三轴饱和固结不排水剪（6组）

算术平均

18.20

42.0

算术小值平均

22.30

35.0

野外自然坡度角（29组）

算术平均

35.70

算术小值平均

31.20

室剪切试验

算术平均

31.10

算术小值平均

29.10

算术平均

31.00

算术小值平均

29.00

2、砂砾料

根据调查，砂砾料主要颁布在河滩上，储量为205X104朋，坝址附近的3个砂

砾场，扣除漂石及围堰淹没部分，可利用的砂砾料约（100〜151）X104卅