春河张谷重力坝设计.docx
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春河张谷重力坝设计
水工建筑物课程设计之春河张谷
组长：
20112设计内容主要包括:
下载相关规范，根据资料通过放大法、调洪演算拟定设计洪水位、校核洪水位，确定防洪高水位等特征水位，确定淤沙高程、库容及确定工程和相应建筑物等别，选定坝型、坝址等。
成员：
20112设计内容主要包括：
根据给定及确定的数据与资料确定大坝基本剖面，计算、确定大坝坝顶高程和坝顶宽度，设计坝底宽度，设计坡面坡度，布置排水管及灌浆廊道等。
2011设计内容主要包括：
进行荷载组合及计算，进行设计洪水时与校核洪水位时的稳定分析，包括计算自重、扬压力、泥沙压力等，并进行校核等。
非溢流坝段由杨冬与陈自强两位一起商议设计完成。
2011设计内容主要包括溢流坝段：
进行溢流坝剖面设计，拟定堰上水头及堰顶高程堰顶的形式，进行消能防冲设计，确定闸门、闸墩及导墙形式及尺寸，设计导水墙的尺寸拟定等。
2011设计内容主要包括坝体细部结构：
细化拦水坝段内部结构，进行溢流坝段细部审查设计，进行相应的止水设计，进行廊道设计，设计坝体排水等，此部分主要对大坝内部构造进行细化处理。
第一章基本资料
1.1.流域及枢纽任务概况
春河属于山区河道，流域内多高山峡谷，平原范围甚小，张谷以上河床平均坡度为1/600，以下平均坡度为１/1000，坡陡流急，暴雨急流时间甚短，每逢暴雨，山洪暴发，易泛滥成灾，下游农田受到洪水威胁，流域内山区占70％，垦地占30％。
本流域内除粮食外，还出产棉花、桐油、木耳、药材等，上游以发现铜、银、锌、铅、铁等矿很多，但目前尚未得到开发，春河本身虽流量不大，但因地势关系，水流遄急，蕴藏着丰富的水力资源。
春河滩多流急，航行不便，故暂可不考虑航运问题。
春河左岸有公路干线通过，交通较便，右岸则仅有山区小道。
本枢纽位于春河上游山区，坝址选定在张谷，主要任务是防洪发电。
发电尾水可供下游农田灌溉，规划中仅在张谷以下120公里处兴建壅水枢纽引水灌溉。
规划部门根据满足各水利专业部门的需要，提出了下列数据，可作为设计水工建筑物的依据。
水电站正常高水位303米
最有利工作深度41米
汛前水位 299米
水库最高水位不得超过 308米
设计泄水时下游安全泄量5200米3／秒
校核洪水时下游安全泄量7000米3／秒
电站装机容量105000千瓦
机组数目3台
电站最大引用流量140米３／秒
水轮机型式HL-220-LH-250
水轮机安装高程206米
发电机安装高程213米
尾水管底部高程200米
发电机层到厂房屋顶的高度 15米
主厂房宽度11米
主厂房长度 60米
1.2．水文气象资料
1.2.1河流特性
降雨为形成春河洪水的原因,本流域水灾多由暴雨产生。
洪水一般出现在7～10月份，因坡陡流急，洪峰涨落时间很短，一般为2～3天。
1.2.2各种频率下的最大洪峰流量（米3／秒）
频率（％）
0.01
0.02
0.1
0.5
1
2
5
10
夏秋季
11100
10060
9020
7700
7300
6750
6000
5400
冬春季
350
330
285
1.2.3实测洪峰过程
时间（小时）
0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
流量（米3/秒）
53
405
1085
2160
4860
5970
5120
4360
3730
3100
时间（小时）
40
44
48
52
56
60
64
68
72
流量（米3/秒）
2480
1930
1560
1165
882
638
391
210
71
1.2.4实测月平均流量
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
流量（米3/秒）
25
24
32
60
180
191
183
140
170
135
35
22
1.2.5多年平均降雨量和多年平均降雨日数
月份
项目
1
2
3
4
5
6
多年平均降雨量（毫米）
10.7
34.2
44.1
56.9
135.1
164.5
多年平均降雨日数（天）
5
8.6
8.6
8.2
9.8
7.4
月份
项目
7
8
9
10
11
12
多年平均降雨量（毫米）
191.6
180.5
90.4
95.9
54.4
17.1
多年平均降雨日数（天）
12
11.4
10.6
11
10.8
5.4
最多雨量发生在1952年，计1357毫米，最少雨量发生在1954年，只有372毫米。
一日最大雨量达196毫米。
1.2.6气温情况
本流域气候温和，年平均温度约为17℃，最低月平均温度为4.6℃，极少冰冻现象，最高月平均温度不超过50℃，故夏季亦不太热，一年四季都可以施工。
每月的气温变化如下表：
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
月平均温度
4.6
6
12
17.1
23.4
25.5
28.5
29.2
23.1
15.1
11.8
8
最高温度
20.1
21.8
29.5
35.6
38.1
40.2
40
36.8
36.5
32.1
22.1
19.7
最低温度
-9.5
-9
-3.1
-3.1
5.1
11.6
16.1
11.7
9.9
3
-6
-9.3
表中所示温度皆以摄氏度℃表示。
1.2.7河流泥沙情况
泥沙大部分是页岩风化的产物，颗粒很细。
据资料统计，多年平均输沙总量为185万立方米。
每立方米淤积泥沙单位重为1.32吨／立方米。
在预留淤沙库容时，水土保持有效年限估计为30年。
1.2.8其它
水库最大吹程为19.5公里，多年平均最大风速为14米／秒。
水位流量关系曲线、水库水位与库容关系曲线、水库水位与水库面积的关系曲线见蓝图。
1.3．地形地质情况
张谷坝址右岸高山重叠，交通不便。
左岸地势较平坦，小丘陵绵延。
在张谷上游地形开阔，可以蓄水，容纳水量很多。
张谷是一个峡谷，两岸悬崖陡壁，十分险要，河岸狭窄，宽仅一百余米，是理想的筑坝地点。
坝址地质为青灰色的石灰岩，为整体岩石，石质坚硬。
右岸山岗覆有薄层黄土。
在甲坝轴线上，右岸山岗沙壤土覆盖层最厚的为５米，岩石风化厚度为３米。
左岸岩石露头，节理不多，风化层有３米多厚。
在乙坝轴线上，右岸山岗沙壤土覆盖层较厚，最后的达１８米。
风化岩石最厚的达７米。
左岸山头亦有沙壤土覆盖。
经过调查研究，已查明坝址附近无断层。
坝址基础石英岩的抗压强度为1000—1200公斤／平方厘米，摩擦系数为0.65。
抗剪断摩擦系数为1.0，抗剪断凝聚力为1.0MPa。
本地区曾发生过轻微地震，据分析地震烈度为4级。
甲坝轴线图：
乙坝轴线图：
1.4.工程材料、交通运输及劳动力供应情况
1.4.1当地材料
石料—距坝址上游一公里处，两岸石英岩及页岩可大量开采，而且石质良好。
在25次冻融之后，抗压强度为900公斤／平方厘米。
砂料—距坝址上游三公里处，滩地有坚硬的砾石和粗砂，蕴藏量约有四十万立方米，砂为石英颗粒，是风化产物。
土料—距坝址上游五公里处有粘壤土，蕴藏量约为20万方，其内摩擦角为20°（饱和的），天然干容重γ=1.6吨／米3，渗透系数Ｋ值为４ⅹ１０¯７厘米／秒。
木材——可自距坝址15公里的深山内取得。
1.4.2交通运输、劳动力及机械供应条件
目前主要交通运输靠公路干线，公路干线距坝址左岸约２公里。
水泥钢材可由公路自离坝址６０公里处的甲城运来。
附近无施工动力，机械可由甲城供应。
普通工人当地可以供应三万人，技术工人可由甲城调来。
第二章枢纽布置
2.1枢纽和主要建筑物的等别
根据项目资料，在春河张谷上游蓄水库容约为13.8亿m3，根据规范判定为大
（1）型Ⅰ级工程。
装机容量为10.5万千瓦，判定为中型Ⅲ级工程。
此水利水电枢纽为防洪发电与灌溉等综合工程，等别为最高级即大
（1）型Ⅰ级工程。
枢纽工程为大坝，属永久性水工建筑物。
查规范得此大坝等别为1级，大坝工程次要建筑物等别为3级。
主要建筑物有：
溢流坝，非溢流坝，泄水建筑物，消能设施等。
2.2特征水位和坝身尺寸
为满足各水利专业部门的需要，根据资料设定各特征水位：
正常蓄水位：
303m
汛前限制水位：
299m
设计洪水位（千年一遇设计标准）：
305.8m，
相应下游水位:
213.0m,
下泄流量:
5200m3/s
校核洪水位（万年一遇设计标准）：
307.6m，
相应下游水位:
214.8m，
下泄流量7000m3/s
据资料统计，多年平均输沙总量为185万立方米，在预留淤沙库容时，水土保持有效年限估计为30年。
淤沙容积：
185*30=0.555亿立方米，由水位库容曲线得，淤沙高程为：
234米。
其中坝顶高程:
308.49m
坝底高程:
190m
坝轴线长度：
315m
非溢流坝段：
217m
溢流坝段：
98m
坝顶宽度：
7m
坝底宽度：
95m
2.3工程地质
通过各种比较选择为甲坝轴线，其工程地质特点如下：
坝址地质为青灰色的石灰岩，为整体岩石，石质坚硬。
右岸山岗覆有薄层黄土。
在甲坝轴线上，右岸山岗沙壤土覆盖层最厚的为５米，岩石风化厚度为３米。
左岸岩石露头，节理不多，风化层有３米多厚。
经过调查研究，已查明坝址附近无断层。
坝址基础石英岩的抗压强度为1000—1200公斤／平方厘米，摩擦系数为0.65。
抗剪断摩擦系数为1.0，抗剪断凝聚力为1.0MPa。
本地区曾发生过轻微地震，据分析地震烈度为4级。
综上所述，此处地质条件良好，覆盖薄，开挖少，水流方向大致垂直于坝轴线，是良好的坝址。
2.4坝型
目前为止，应用较广泛的坝型包括重力坝，土石坝，拱坝。
选坝型主要根据地质，地形，施工，建筑材料综合利益等条件。
拱坝要求河谷较窄，左右岸大致对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩。
综合地形条件，不适合拱坝。
对于土石坝，其要求不能坝顶溢流，而此工程用于防洪发电，流量及泄流量都较大，需要开敞式的坝体泄流建筑物，所以土石坝不宜。
综合各因素条件，最终选定为混凝土重力坝。
混凝土重力坝主要依靠自重产生的抗滑力满足稳定要求，自重产生的压力来克服扬压力来满足要求。
重力坝的优缺点如下：
优点：
•①地形地质条件适应性强
•②枢纽泄洪问题容易解决，布置紧凑
•③结构作用明确，安全可靠耐久，维修量小
•④便于施工导流
•⑤施工方便
缺点：
•①坝体剖面尺寸大，材料用量多
•②坝体应力较低，材料强度不能充分发挥
•③坝体与地基接触面积大，扬压力大不利稳定
•④体积大施工期温度控制工程量大
2.4枢纽建筑物的组成
本枢纽建筑物主要包括：
挡水建筑物，泄水建筑物，发电建筑物。
挡水建筑物为实体混凝土重力坝，泄水建筑物为开敞式溢流坝，闸门为平板闸门。
厂房为坝后式厂房，布置在泄洪坝段的右侧。
第三章非溢流坝段设计
3.1坝顶高程的确定
内陆峡谷水库（当风速<20m/s,
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