水库挡水坝毕业设计.docx

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本科生课程设计任务书

2013—2014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60000~70000m2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.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2~3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 3

1．1枢纽概况 3

1．2流域概况 3

1．3枢纽任务和规划数据 3

1．3．1特征水位 3

1．3．2防洪标准与安全泄量 3

1．4自然条件 4

1．4．1地形 4

1．4．2地质 4

1．4．3水文气象 5

1．5建筑材料 6

1．6其它资料 7

1．6．1外来材料 7

1．6．2交通 7

1．6．3施工动力、劳动力情况 7

2．枢纽布置 7

2．1工程等别及建筑物级别 7

2．1．1水库枢纽建筑物组成 8

2．1．2工程规模 8

2．2坝址及坝型的选择 9

2．2．1坝址的选择 9

2．2．2坝型选择 9

2．2．3泄水建筑物型式的选择 9

2．3枢纽建筑物的平面布置 10

3．坝工设计 10

3．1坝型选择 10

3．2坝体断面设计 11

3．2．1坝顶宽度 11

3．2．2坝底高程 11

3．2．3坝坡与马道 11

3．2．4坝顶高程 12

3．2．5防渗设施 16

3．2．6排水设施 17

4．挡水坝渗流计算 18

4．1单宽渗流量计算 18

4．2总渗流量计算 26

5．稳定计算 25

5．1基本原理与计算方法 25

5．2安全系数试算 26

1．设计基本资料

1．1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60000~70000m2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。

1．2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%。

1．3枢纽任务和规划数据

本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成60000~70000m2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。

1．3．1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

1．3．2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

50年一遇（P=2%）

77m3/s

50

200年一遇（P=0.5%）

100m3/s

60

1．4自然条件

1．4．1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20~100m。

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。

1．4．2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20~80m，西面为山前堆积阶地，相对高差10~15m。

库区内第四纪冲积——洪积层广为分布，厚度在15m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13.40~15.5m，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84.50m。

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。

1．4．3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69.6´104m3）。

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）

91.4´104

55.1´104

30.5´104

（2）洪水：

历史资料说明，洪水多发生在7~8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）

0

0.5

1.0

1.5

2

3

4

5

6

流量（m3/s）

0

17.3

77.0

55.0

38.6

25.2

18.8

14.2

11.2

（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）

86

785

461

87

3001

2354

88

7249

7479

89

11715

16961

90

17975

31806

91

20768

51177

92

26279

74701

93

32390

104035

94

34301

137381

95

38294

173678

96

44086

214868

97

46898

260360

98

51246

309432

（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11.7°C。

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°。

1．5建筑材料

坝基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

20-2mm

2-0.5mm

0.5-0.05mm

0.05-0.005mm

<0.005

合计

含量（％）

2.06

9.20

2.03

35.4

51.3

100

各种材料的物理力学性质见表7。

表1-7各种材料物理力学性质

土料

特性

粘土

砂砾石、碎石

钢筋混凝土

比重

2.70

2.64

干土容重（kN/m3）

16.66

19.6

天然容重（kN/m3）

19.5

20.6

浮容重（kN/m3）

10.49

12.35

含水量

17%

塑性指标

11

渗透系数（cm/s）

5×10-6

坝身5×10-3　　坝基1×10-3

3.7×10-7

内摩擦角φ’

水上22°水下19°

水上35°水下32°

凝聚力c’（kN/m2）

水上16.52　水下13.72

1．6其它资料

1．6．1外来材料

工程使用的主材——水泥、钢材等，均可市购。

其他生活、生产资料，均可由当地采购。

1．6．2交通

工程场区位于白家疃村南1.0km，距温（泉）颐（和园）干线公路1.5km，且