建筑工程设计年E江水利枢纽工程设计说明书计算书.docx
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建筑工程设计年E江水利枢纽工程设计说明书计算书
（建筑工程设计）年E江水利枢纽工程设计说明书、计算书
1工程概况1
1.1工程概况1
1.2设计任务简述2
1.3工程特性表2
2设计基本资料5
2.1流域概况5
2.2气候特性5
2.3水文特性6
2.4工程地质7
2.5建筑材料10
2.6经济资料13
3工程等别及建筑物级别14
3.1工程等级14
3.2建筑物级别14
3.3永久性水工建筑物洪水标准14
4调洪演算15
4.1设计洪水与校核洪水15
4.2调洪演算与方案选择15
5坝型选择及枢纽布置18
5.1坝址及坝型选择18
5.2枢纽组成建筑物18
5.3枢纽总体布置18
6第一主要建筑物——大坝设计20
6.1土石坝坝型选择20
6.2大坝轮廓尺寸的拟定21
6.3土料设计23
6.4渗流计算25
6.5稳定分析计算29
6.6基础处理30
6.7细部构造设计31
7泄水建筑物设计33
7.1泄水方案选择33
7.2隧洞选线与布置33
7.3隧洞的体型设计33
7.4隧洞的水力计算34
7.5隧洞的细部构造37
7.6放空洞设计38
8水土保持及环境影响分析39
8.1主要环境影响39
8.2环境保护措施39
8.3综合分析结论40
9 施工导流41
9.1施工导流方式41
9.2施工控制性进度41
总结42
致谢42
参考文献42
附录42
计算书43
1工程概况
1.1工程概况
E江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约122km，流域集雨面积2558km2，最大年降水量为1213mm，最小年降水量617mm，多年平均降水量为905mm。
正常蓄水位2821.4m,死水位2796.0m，正常蓄水位时，水库面积为15.6km2。
根据E江河流规划，拟建一水电站，坝址以上集雨面积780km2，设计装机24MW，多年平均发电量为1.05亿度，三台机满载时的流量44.1m3/s，尾水位2752.2m。
增加保灌面积10万亩，可减轻洪水对下游两岸的威胁，安全泄量应控制在Q<900m3/s以内。
本工程同时兼有发电、灌溉、防洪、渔业等综合利用。
1.1.1发电
水电站装机容量为24MW，多年平均发电量为1.05亿度。
电站装机3台8MW机组。
正常蓄水位2821.4m，死水位2796.0m，三台机满载时的流量44.1m3/s，尾水位2752.2m。
厂房型式为引水式厂房，厂房面积尺寸为32m×13m，发电机层高程：
2760m，尾水管度高程：
2748m，厂房顶高程：
2772m。
副厂房平面尺寸36m×6m。
开关站尺寸为30m×20m。
1.1.2灌溉
工程建成后将增加保灌面积10万亩。
1.1.3防洪
为了减轻洪水对下游城镇、厂房和农村的威胁，根据防洪要求，设计洪水时最大下泄流量限制为900m3/s。
1.1.4渔业
正常蓄水位时，水库面积为15.16km2，为发展养鱼及其水产养殖创造了有利条件。
1.1.5其它
引水隧洞进口底高程2789m，出口高程2752.3m；引水隧洞直径4m，压力钢管直径2.3m，调压井直径12.0m；放空洞直径2.5m，可放空库水位至2770.00m。
1.2设计任务简述
（1）根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及泄水建筑物尺寸。
（2）通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布景方案。
（3）详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算。
（4）对泄洪隧洞进行设计；选择建筑物的形式与轮廓尺寸，确定布置方案；拟定细部构造，进行水力、静力计算。
1.3工程特性表
表1-1工程特性表
序号
项目名称
单位
数值
备注
一
水文特性
1
坝址以上流域面积
km2
780
2
多年平均流量
m3/s
3
代表性流量
4
P=0.05%洪峰流量
m3/s
2320
5
P=1%洪峰流量
m3/s
1680
6
P=2%洪峰流量
m3/s
1420
7
P=10%洪峰流量
m3/s
1040
8
多年平均含沙量
kg/m3
0.5
二
水库特性
1
校核洪水位（P=0.05%）
m
2824.16
2
设计洪水位（P=1%）
m
2822.99
3
正常蓄水位
m
2821.4
4
汛期限制水位
2821.4
5
死水位
2796.0
6
库容系数
%
7
设计洪水位时最大下泄流量
m3/s
584
8
校核洪水位时最大下泄流量
m3/s
687
三
水能特性及电站指标
1
电站下游最高尾水位
m
2755.18
2
电站下游正常尾水位
m
2752.2
3
电站最大水头
m
4
电站平均水头
m
5
电站最小水头
m
6
装机容量
MW
24
7
电站设计流量
m3/s
44.1
8
多年平均发电量
亿千瓦时
1.05
9
装机利用小时
小时
4375
续上表工程特性表
分类
项目名称
单位
数值
备注
四
淹没指标
1
淹没耕地
亩
2
迁移人口
人
3
房屋
间
五
主要建筑物
1
大坝
坝型：
粘土斜心墙坝
坝顶高程
m
2826.7
最大坝高
m
79
坝顶长度
m
444.2
风浪墙高
m
1．2
2
泄洪方式：
隧洞泄洪
隧洞型式
城门洞型
进口堰顶高程
m
2812
隧洞断面（进口）
m2
8×15.09
隧洞断面（中部）
m2
8×11
长度
m
3
厂房
地面式
主厂房面积
m2
32×13
副厂房
m2
36×6
4
升压站
m2
30×20
六
水电站主要设备
1
水轮机
台
3
单机容量
kw
8421
2
发电机
台
3
单机容量
kw
8000
3
主变压器
2设计基本资料
2.1流域概况
E江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约122km，流域面积2558km2，在坝址以上流域面积为780km2。
本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地相互交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区性河流。
地表大部分为松软沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流含沙量较大，冲积层较厚，两岸有崩塌现象。
本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少。
全区农田面积占总面积的20%，林木面积约占全区面积的30%，其种类有松、杉等，其余为荒山及草皮覆盖。
2.2气候特性
2.2.1气温
年平均气温约为12.8℃，最高气温为30.5℃，发生在7月份，最低气温-53℃，发生在1月份。
月平均气温统计表见表2，各月平均温度日数见表3。
表2-1月平均气温统计表（℃）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
平均
4.8
8.3
11.2
14.8
16.3
18.0
18.8
18.3
16.0
12.4
8.6
5.9
12.8
表2-2平均温度日数
月份
日数
平均温度
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
＜0℃
6
1.2
0.3
0
0
0
0
0
0
0
0
3.1
0℃～30℃
25
26.8
30.7
30
31
30
31
31
30
31
30
27.9
＞30℃
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2.2.2湿度
本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年4月特别干燥，其相对湿度在51%～73%之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为67～86%。
2.2.3降水量
最大年降水量可达1213mm，最小为617mm，多年平均降水量为905mm，各月降雨天数见表4。
表2-3各月降雨日数统计表
月份
日数
平均
降雨量
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
<5mm
2.6
2.4
4.3
4.2
7.0
8.6
11.5
8.5
9.6
9.5
4.8
4.3
5～10mm
0.3
0.2
.2
1.4
2.0
2.4
2.7
2.7
2.6
2.4
0.8
0.1
10～30mm
0.1
0.1
0.7
0.5
2.3
4.6
4.9
3.8
2.2
1.3
0.6
0.1
>30mm
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2.2.4风力及风向
一般1～4月份风力较大，实测最大风速为19.1m/s，相当于8级风力，风向为西北偏西。
水库吹程为15km。
2.3水文特性
E江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。
根据实测短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直到次年五月。
E江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为700m3/s，而最小流量为0.5m3/s。
2.3.1年日常径流
坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近测站水文记录，经延长后有22年水文列，多年平均流量为17m3/s。
2.3.2洪峰流量
经频率分析，求得不同频率的洪峰流量见表5，各月不同频率洪峰流量见表6。
表2-4不同频率洪峰流量表（m3/s）
频率
0.05%
1%
2%
5%
10%
流量（m3/s）
2320
1680
1420
1180
1040
表2-5各月不同频率洪峰流量（m3/s）
月
频率
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1%
46
19
12
19
600
1240
1550
1210
670
390
23
37
2%
36
17
11
15
530
1120
1360
1090
600
310
23
33
5%
23
14
9
11
420
850
1100
830
480
250
16
28
10%
19
11
7
9
370
760
980
720
410
210
15
23
2.3.3固体径流
E江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达0.5kg/m3。
枯水极少，河水清澈见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765m。
2.4工程地质
2.4.1水库地质
库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。
经地质勘探认为库区渗漏问题不大。
但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能坍方量约为300万m3。
2.4.2坝址地质
坝址位于E江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两边高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。
坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿构，对其岩性分述如下：
（1）玄武岩：
一般为深灰色、灰色，含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉，石英脉等贯穿其中，这些小脉都是后来沿裂隙充填进来的。
坚硬玄武岩应为不透水层。
但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石，副成份为绿泥石、石英、方解石等。
由于玄武岩成份不甚一致，风化程度不同，力学性质亦不同。
可分为坚硬玄武岩、多孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩，其物理力学性质见表7、表8。
渗透性：
经试验得出k值为4.14～7.36米/昼夜。
表2-6坝基岩石物理力学试验表
岩石名称
比重
Gs
容重γ
kn/m3
建议采用抗压强度Mpa
半风化玄武岩
3.01
29.6
50
破碎玄武岩
2.95
29.2
50～60
火山角砾岩
2.90
28.7
35～120
软弱玄武岩
2.85
27.0
10～20
坚硬玄武岩
2.96
29.2
100～160
多气孔玄武岩
2.85
27.8
70～180
表2-7全风化玄武岩物理力学试验表
天然含水量w%
干容重γKn/m3
比重
Gs
液限
WL
塑限
WF
塑性指数
Wn
压缩系数α
浸水固结块剪
0～0.5
cm3/kn
3～4
cm3/kn
内磨擦角φ
凝紧力
kpa
2.5
16.3
2.97
47.3
32.26
16.9
0.0597
0.0151
23.38
24.0
（2）火山角砾岩：
角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为2～15cm，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至350Mpa。
（3）凝灰岩：
成土状或页片状，岩性软弱，与砂质粘土近似，风化后成为粘土碎屑的混合物；遇水崩解，透水性很小。
（4）河床冲积层：
主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石渗杂其中。
卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩和砂岩占极少数。
沿河谷内分布：
坝基部分冲积层厚度最大为32m，一般为20m左右。
靠岸边最少为几米。
颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。
卵石最小直径一般为10～100mm，砾石直径一般为2～10mm；砂粒直径0.05～0.2mm；细小颗粒小于0.1mm。
河床冲积层剪力试验成果见表9。
表2-8冲积层剪力试验成果表
土壤名称
代号
项目
计算值
容重（控制）kN/m3
含水量（控制）
三轴剪力
（快剪）
应变
（浸水固结快剪）
内摩擦角
凝聚力kPa
内摩擦角
凝聚力kPa
含粒中的量砾细石
次数
17
12
8
8
2
2
最大值
24.3
8.66
47º15
37.0
32º43
10.5
最小值
22.2
4.27
35º30
12.0
17º55
0
平均值
23.08
6.47
40º34
18.2
25º25
5.3
小值
平均值
37º32
0.148
备注
三轴剪刀土样系筛去大于4mm颗粒后制备的。
试验时土样的容重为控制容重。
应变控制土样的容重系筛去大于0.1mm颗粒后制备的。
以上两种试验的土样系扰动的。
冲积层的渗透性能：
经抽水试验后得渗透系数K值为3×10-2cm/s～1×10-2cm/s。
（5）坡积层：
在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运后，形成粘土与碎石的混合物质。
2.4.3地质构造
坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石，节理特别发育，可以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大致相同。
倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填。
节理间距密者0.5m即有一条，疏者3～5m即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。
上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。
2.4.4水文地质条件
本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。
根据压水试验资料，玄武岩中透水性不同，裂隙少、坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于0.011（min·m）。
夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为不透水性良好的岩层。
至于节理很发育的破碎玄武岩、半风化与全风化玄武岩都是透水性良好的岩层。
正因为这些隔水的与透水的玄武岩的存在，使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水。
一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层次多，难于形成泉水。
石灰岩地区外围岩石多为不透水层。
渗透问题也不存在。
2.4.5地震烈度
本地区地震烈度定为7度，基岩与混凝土之间磨擦系数取0.65。
2.5建筑材料
1、料场位置和储量
根据坝区地形、地质剖面图以及地质勘测资料分析。
河床部位冲积层主要为碎石和砾石，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石掺杂其中。
碎砾石成分以玄武岩为主，石灰岩和砂岩石占极少数，沿河谷内分布，坝基附近最大冲积层厚度为30多m，一般为20m左右，靠岸边厚度逐渐减少。
在坝址上下游各有四个砂砾料料场，储量比较丰富，总量达1850万m3。
粘性土料料场上游有三个，下游有二个，有一定储量，总量为190万m3。
料场离坝址均在2km左右。
坝址上下游均有石料场（坚硬玄武岩），离坝址较近，开采条件较好。
2、物理力学性质：
（1）土料：
土料料场的物理力学性质见表10～表13。
（2）石料：
坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件好
表2-9粘土的物理力学性质
料场名称
物理性质
渗
透
系
数
（10-6cm/s）
力学性质
化学性
自
然
含
水
量
（%）
自然容重
比重
孔
隙
率
孔
隙
比
稠度
饱和度
颗粒级配（成分%，粒径d）
击实
剪力
固
结
压
缩
系
数
（cm2/kg）
有
机
含
量
灼
热
法
（%）
可
溶
盐
含
量
（%）
湿
干
流
限
（%）
塑
限
（%）
塑
性
指
数
砾
砂
粘土
最
大
干
密
度
（g/cm3）
最
优
含
水
量
（%）
内
摩
擦
角
（o）
凝
聚
力
KPa
（KN/m3）
粗中
细
粉
〉2
mm
2
-
0.5
mm
1.5
-
0.05
mm
05
-
0.005
mm
<
0.005
mm
1#下
24.8
18.91
15.16
2.67
42.26
0.734
42.60
23.14
19.46
0.93
7.47
5.95
17.87
35.48
33.23
1.60
22.07
4.317
24.67
24.0
0.021
1.73
0.070
2#下
24.2
18.91
15.18
2.67
41.90
0.721
43.90
22.20
21.70
0.91
7.25
4.15
14.35
41.75
32.25
1.65
21.02
4.80
25.50
23.0
0.020
1.90
0.019
1#上
25.6
17.35
13.03
2.65
49.80
0.990
49.57
25.00
24.57
0.87
8.83
8.00
17.50
31.00
34.67
1.56
22.30
1.90
23.17
25.0
0.026
2.20
0.110
2#上
26.3
16.37
12.84
2.74
52.30
1.039
49.90
26.30
23.50
0.69
4.50
4.33
20.67
36.20
34.30
1.54
23.80
3.96
21.50
38.0
0.033
0.25
0.110
3#下
15.9
19.11
16.64
2.70
37.00
0.580
34.00
20.00
14.00
0.67
6.40
9.00
12.00
35.00
19.60
1.80
16.90
3.00
28.00
17.0
0.010
1.90
0.080
表2-10砂砾石的颗粒级配
直径
颗粒含量%
料场
300～100
（mm）
100～60
（mm）
60～20
（mm）
20～2.5
（mm）
2.5～1.2
（mm）
1.2～0.6
（mm）
0.6～0.3
（mm）
0.3～0.15
（mm）
<0.15
（mm）
1#上
5.2
18.6
21.4
12.3
18.6
13.9
5.4
4.6
0.3
2#上
4.8
17.8
20.3
14.1
17.8
14.8
4.6
5.3
0.5
3#上
3.8
15.4
18.5
15.3
16.4
20.5
3.5
6.2
0.4
4#上
6.0
18.3
19.4
16.4
15.6
16.7
4.8
2.5
0.3
1#下
4.5
14.1
20.1
23.2
14.9
7.2
8.6
7.2
0.2
2#下
3.9
19.2
22.4
18.7
19.1
8.3
5.7
2.8
0.1
3#下
5.0
23.1
19.1
14.2
18.4
8.9
6.3
4.1
0.9
4#下
4.1
22.4
18.7
14.1
17.9
14.4
4.1
3.6
0.7
表2-11 砂砾石的物理性质
名称
1#上
2#上
3#上
4#上
1#下
2#下
3#下
4#下
容重（KN/m3）
18.6
17.9
19.1
19.0
18.6
18.5
18.4
18.0
比重
2.75
2.74
2.76
2.75
2.75
2.73
2.73
2.72
孔隙率（%）
32.5
34.7
31.0
31.5
32.5
32.2
32.5
33.8
软弱颗粒（%）
2.0
1.5
0.9
1.2
2.5
0.8
1.0
1.2
有机物含量
淡色
淡色
淡色
淡色
淡色
淡色
淡色
淡色
注：
各砂砾石
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