水利工程钟吕水利枢纽堆石坝设计说明书.docx

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水利工程钟吕水利枢纽堆石坝设计说明书

（水利工程）钟吕水利枢纽堆石坝设计说明书

摘要

本次设计主要是为了开发利用B江流域的水利资源，建设一个以发电为主，同时兼顾灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用效益的跨流域开发的水利水电枢纽工程。

在毕业设计指导书和老师的指导下，进行了水利枢纽的设计，枢纽的概况如下：

B江水利枢纽为复合土工膜防渗堆石坝最大坝高54.7m，装机6400kW，电站设计水头174米，保证出力1461kW，装有两台3200kW机组，正常蓄水位276.3m，主坝长214.5米左右，上游边坡1：

1.5，下游边坡250m高程以下1：

1.55，250m高程以上1：

1.52。

本次设计主要内容为：

经洪水调节确定坝顶高程和泄洪道高程；坝型的比选，确定为复合土工膜防渗堆石坝；第一主要建筑物的设计，进行了坝轴线定线，坝坡稳定分析，副坝设计，趾板设计，工程量计算等工作；施工组织设计，其中有导流隧洞布置，施工总进度计算等工作；泄水建筑物的设计。

重点对本次设计专题—投标报价书进行了计算及编写。

复合土工膜防渗堆石坝是一种新的坝型，其防渗材料---复合土工膜的设计、施工、质量控制是该类坝型的技术关键，在本设计说明书第六章第三节有详细说明。

本次设计以一般混凝土面板堆石坝和一些已建复合土工膜堆石坝为参考，在注重各细部独立分项设计的同时，综合考虑了整体工程的统一性。

在专题的编写中参考其他工程的的投标文件，按照规范对投标报价书进行了完整有序的编写。

在设计过程中既充分运用了所学知识，如水力学、静力学、水工钢结构、工程施工等，又运用了许多研究方法，如高切林法、试算法等。

广泛参考了堆石坝设计、施工等相关书籍，并在规范规定内设计，体现了本设计的科学性、规范性、严谨性。

关键词：

复合土工膜；堆石坝；调洪演算；边坡稳定；导流；施工组织设计；投标报价

Abstract

ThepurposeofthisdesignistodevelopthewaterresourcesofBJiangBasin，constructingapower-based，takingintoaccountirrigation，watersupply，floodprotectionandaquacultureEtc.ofcomprehensiveutilizationefficiency，suchasthedevelopmentofinter-basinwaterconservancyandhydropowerproject.

Withtheguidebookofgraduationproject，thewatercontrolprojecthasbeendesigned，summarizedasfollows:

BJiangProjectisacompositegeomembraneimpermeablerock-filldamheightof53.0m，installed6400kW，thedesignheadofpowerstationis174m，thefirmcapacityis1461kW，withtwoengineunitof3200Kw，thenormalwaterlevelis276.5m，thelengthofthemaindanisabout227m，theupstreamslopeanddownstreamslopebothare1:

1.52.

Theprimarycoverageofthedesignis:

ascertainthecrestelevation;Pa-selection，Impermeablecompositegeomembranerockfilldamhasbeenindentified;thefirstmajorbuildingdesign，thedamaxishasbeenalignmented，Auxiliarydesign，PlinthdesignandEngineeringCalculationhasbeenfinished;constructionorganizationdesign;Dischargestructuredesign.CalculationandpreparationofthebookfortenderofferwhichisThefocusofthisdesignhasbeenprepared.

Impermeablecompositegeomembranerockfilldamisanewtypeofdam，theimpermeablematerial—compositegeomembranethedesign，construction，qualitycontrolisthedamofsuchkeytechnologyinthedesignofChapterVIofthethirdstatementFestivalareexplainedinmoredetail.

ThedesignisrefertothegeneralCFRDandsomeofgeomembranerockfilldamwhichhasbeenbuild.Payattentiontothedetaildesignoftheindependentsub-item，atthesametime，consideringtheunityoftheoverallproject.Inthedesignofthetopic，referencingthetenderdocumentsthathadbuild，thebookfortenderofferhasbeenpreparedunderstandards.Inthedesignprocesswhichisfulluseoftheknowledge，forexampleHydraulics，Statics，EngineeringConstructionandsoonandthemethodswhichhasbeenused，forexampleTestAlgorithmandsono.Extensivereferencetothedamdesign，constructionandotherrelatedbooks，anddesignwithintheprovisionsregulating，thedesignreflectsthescientific，standardizedandtneRigor.

Keywords:

compositegeomembrane;rockfilldam;floodrouting;slopestability;tenderdocuments;thediversion;tenderoffer

第一章综合说明-1-

1.1工程特性表-1-

1.2建设目的和依据-3-

1.3建设的条件-3-

1.4建设的规模及综合利用效益-4-

第二章自然地理条件-5-

2.1地形条件-5-

2.2水文特性-5-

2.3工程地质条件-6-

2.4气象、地震及其他-10-

第三章设计条件和设计依据-11-

3.1设计任务-11-

3.2设计依据-11-

第四章洪水调节计算-12-

4.1洪水调洪演算-12-

4.2洪水标准分析-14-

4.3洪水建筑物的型式选择-14-

4.4调洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰顶高程）的确定-15-

第五章主要建筑物型式选择及枢纽布置-20-

5.1枢纽等别及组成建筑物级别-20-

5.2坝型选择-20-

5.3泄水建筑物型式选择-26-

5.4水电站建筑物-27-

5.5枢纽方案的综合比较-27-

第六章第一主要建筑物设计-28-

6.1大坝轮廓尺寸及防浪墙设计-28-

6.2堆石料设计-40-

6.3复合土工膜设计-42-

6.4大坝稳定分析-45-

6.5副坝设计-48-

6.6细部构造设计及地基处理-53-

6.7趾板设计-56-

6.8工程量计算-59-

第七章施工组织设计-65-

7.1基本资料分析-65-

7.2施工导流-66-

7.3主体工程施工-70-

7.4施工交通运输道路布置-79-

7.5施工总进度-80-

第八章第二建筑物设计-81-

8.1泄水建筑物形式选择-81-

8.2泄水建筑物的设计-82-

8.3边墙计算及稳定演算-89-

专题投标报价书-95-

参考文献-118-

第一章综合说明

1.1工程特性表

表1-1工程特性表

序号及名称

单位

数量

一、水库

流域面积

km2

33

正常高水位

m

276.3

死水位

m

248.5

汛前限制水位

m

276.3

设计洪水位

m

277.53

校核洪水位

m

278.98

设计泄洪流量

m3/s

207.5

校核泄洪流量

m3/s

297.5

总库容

万m3

2242.1782

死库容

万m3

200.0

兴利库容

万m3

1725.0

有效库容

万m3

1950.0

二、大坝

坝型

复合土工膜防渗堆石坝

坝顶高程

m

279.2

防浪墙顶高程

m

280.4

坝顶宽度

m

5.0

最大坝高

m

54.7

上游坝坡

1∶1.55

下游坝坡

1∶1.52和1∶1.55

主坝坝轴线长

m

214.5

副坝型式

重力式挡墙

副坝坝轴线长

m

94.07

导流洞型式

圆形

续表1-1工程特性表

导流洞进口底高程

m

227.5

导流洞出口底高程

m

226.5

导流洞半径R

m

2.4

导流洞长度

m

330

三、溢洪道

溢流前缘净宽

m

10

堰顶高程

m

273

设计流量

m3/s

207.5

校核流量

m3/s

297.5

闸门型式

平板

闸门尺寸（宽×高）

m2

10×6

四、厂房系统

1．动能指标

最大净水头

m

174.0

额定水头

m

174.0

最小水头

m

143.0

引用流量

m3/s

5.0

额定出力

kW

6400

保证出力

kW

1461

2．厂房

厂房型式

地面式

厂房面积

m2

31.5×15.7

主厂房宽度

m

10.8

机组台数

2

机组安装高程

m

103.0

水轮机型号

HL110-WJ-76

发电机型号

SFW-J3000-6/1480

开关站面积

m2

11.5×27.25

五、引水系统

进水口型式

塔式

进水口高程

m

244.7

压力钢管直径

m

1.2

续表1-1工程特性表

管壁厚度

mm

10

有压隧洞洞径

m

1.8

衬砌厚度

cm

50

钢衬厚度

mm

4

调压井最高涌浪水位

m

280.0

调压井最低涌浪水位

m

226.32

五、工程量

1．主坝

基础开挖量

m3

68507

堆石料填筑量

m3

465547

混凝土方量（L型挡墙）

m3

894

混凝土方量（趾板）

m3

583

混凝土方量（现浇混凝土保护层）

m3

1368

2．副坝

基础开挖量

m3

1282

混凝土方量

m3

2964

1.2建设目的和依据

B江水利枢纽工程是以发电为主，同时兼顾了灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用效益的跨流域开发的水利枢纽工程。

1.3建设的条件

建设资金基本到位，施工准备工作已经就绪。

1.4建设的规模及综合利用效益

1.4.1建设规模

本电站装机6400kW，保证出力1461kW。

厂房总面积为31.5×15.7㎡。

开关站尺寸为11.5×27.25㎡。

水库总库容（校核洪水位以下的全部库容）为2322.4360万m3。

1.4.2综合利用效益

1.4.2.1发电

装机6400kW，电站设计水头为174m，多年平均发电量为1700×104kW·h，保证出力为1461kW。

本电站装2台3200kW机组，正常蓄水位为276.3m，引水式发电，引水隧洞布置在右岸山体中，最大引用流量为5m3/s。

厂房位于段莘水江湾湖山村左岸下游340m处，地面式，总面积为31.5×15.7㎡，其中主厂房宽10.8m，主厂房内安装二台HL110-WJ-76，配SFW-J3000-6/1480的水轮发电机组，机组安装高程为103m，开关站位于厂房的左上侧，尺寸为11.5×27.25㎡。

1.4.2.2灌溉

下游利用发电尾水灌溉，上游增加灌溉面积1.0万亩。

1.4.2.3供水

供钟吕村及其下游村民生活用水。

1.4.2.4防洪

可减轻洪水对钟吕村及下游江湾镇的威胁，要求设计洪水最大下泄量限制为255m3/s。

1.4.2.5渔业

水库蓄水后，正常蓄水位时水库面积1.09km2，为发展养鱼等水产养殖业创造了有利条件。

第二章自然地理条件

2.1地形条件

钟吕水库位于江西婺源县乐安河一级支流晓港水的钟吕村上游约160m处，坝址以上控制流域面积33km²。

晓港水在钟吕村上游约300m处，由两支水系汇合而成，其中东支发源于石耳山，南支发源于清湾头尖，河流在晓港村汇入乐安河，本流域上游为中低山区，山势陡峭，中下游为低山丘陵区，山体凌乱，冲沟发育。

2.2水文特性

据水文资料推算，坝址处多年平均流量1.28m³/s，多年平均总径流量4040万m³，p=0.1%的洪峰流量为551.5m³/s，三日洪量为1569万m³，p=2%的洪峰流量为364.5m³/sec，三日洪量为965万m³。

流域多年平均降雨值2047.7mm。

正常蓄水位276.3m，对应库容V=1943.44万m³。

死水位248.5m，对应V死=185.0万m³。

流域河段多年平均输砂量为0.29万吨，泥沙容重估算为1.3t/m³。

估计水库淤积年限与高程关系（见表2-1）：

表2-1淤积年限与高程关系表

淤积年限（年）

泥沙淤积量（万m³）

淤积高程（m）

50

11.05

236.08

100

22.1

237.78

水库水位—库容关系曲线（见表2-2）：

表2-2水库水位—库容关系曲线表

水位（m）

227.5

236.08

237.78

248

276

278.11

库容（104m³）

0

11.05

22.1

172.0

1910.0

2145.2

坝址水位-流量关系曲线（见表2-3）：

水位（m）

227.5

228.0

228.5

229.0

229.5

230.0

230.5

流量（m³/s）

0

6.0

28.9

66.77

121.97

196.05

281.78

表2-3坝址水位-流量关系曲线表

2.3工程地质条件

2.3.1库区工程地质

库区属构造剥蚀低山地貌，山势陡峭，分水岭雄厚，地形封闭，植被良好，未见滑坡等不良物理地质现象。

组成库岸及库盆的地层岩性主要为前震旦系板溪群的千枚状绿泥绢云母板岩，千枚岩和变质砂岩。

库区岩石受多次构造运动的影响，断层和裂隙发育，岩石的褶皱和挠曲也很常见，构造行迹以北东向压扭性为主，常见有北西向张扭性断裂和近东西向平推断层，未见有较大的导水断裂连通库外。

库区地下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水，受大气降水补给，排泄于河谷与河床，库岸山体地下水位较高，一般在300m高程以上，组成库岸及库盆的岩石表部透水性强，但深部岩石透水性微弱，属相对不透水层。

库区工程地质良好，水库蓄水后，不存在永久渗漏、岸边再造、浸没及水库诱发地震等问题。

2.3.2坝址工程地质

2.3.2.1地貌

坝址区属构造剥蚀低山地貌，山顶高程为280～450m，坝区河床较宽，约20～50m，为一“U”型河谷，两岸山坡不对称，左岸山体雄厚，山坡角30～40度，右岸山体较为单薄，山坡角20～30度，且在右岸有一低矮垭口，顶高程约276m，坝址区冲沟发育，且切割较深，未见滑坡等不良物理地质现象，自然边坡稳定。

2.3.2.2地质岩性

坝址区出露的地层岩性为前震旦系板溪群第四段绿泥绢云母千枚岩夹变质砂岩，第四系松散堆积物及变质辉常岩，其岩性特征为：

（1）泥绢云母千枚岩：

灰绿色，主要矿物成分为绢云母、石英、长石、绿泥石等，千枚状构造，其余碎屑显微鳞片状构造，岩石挠曲和褶皱常见，片理极发育，岩层产状N40°～60°E，NW<38°～60°。

（2）质砂岩：

青灰色，主要矿物成分未石英、长石及岩屑等，中细砂粒结构，层状构造，有轻微的变质，岩石结构致密，岩性坚硬。

（3）第四系松散堆积物主要为冲击砂卵石，漂石，厚1～1.5m，分布于河床部位，残坡积壤土、碎块石土，厚1～6m，分布于两岸山坡及冲沟部位。

（4）质辉长岩：

暗绿、深绿色，主要矿物成分为绿泥石、绿帘石、纤闪石及少量石英，辉长结构，块状构造，微具定向构造，岩石质地坚硬，在坝址区呈岩株或岩脉产出。

2.3.2.3地质构造

坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，出露的地层古老，经历了多次构造运动，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。

在初步设计阶段共发现断层20条。

坝基开挖后，在坝基部位新发现小断层14条及两条风化夹层，但密度均较小。

（1）主要断层：

F5压扭性断层：

产状N35°，NW<80°，宽0.1～0.15m，主要由片状岩、碎性岩组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽228m高程附近。

F12压扭性断层：

产状N40°E，NW<66°，宽0.2～0.4m，主要由片状岩组成，构造岩呈强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽236m高程附近。

F22层间挤压破碎带：

产状N55°E，NW<55°，宽0.1～0.25m，主要由片状岩、石英脉组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽260m高程附近。

F29压扭性断层：

产状N25°E，NW<70°，宽0.08～0.1m，主要由碎裂岩组成，见0.5～1.5cm厚的断层泥继续分布，断层间较平，构造岩呈强风化，性状差，出露于河床趾板齿槽部位。

（2）裂隙：

坝址区岩石裂隙发育，岩石破碎，坝基开挖后，对坝基岩石裂隙作了统计，主要有两组发育方向：

一是NE向层面，裂隙产状N40°～60°E，NW<38°～60°，裂面稍扭，普遍见Fe、Mn质浸染，表面张开或微张，局部见次生泥充填，延伸长，极发育；二是NW<30°～50°W，SW或NE<40°～80°，裂面光滑平整，见Fe、Mn质浸染，间距一般20cm，延伸较短，发育。

（3）风化夹层：

坝基开挖后，在河床右侧趾板齿槽部位发现了两条风化夹层WJ1，WJ2，产状N42°E，NW<38°，厚分别为2m和0.4m，风化夹层为强风化岩石和强风化至弱风化上部岩石。

（4）岩体风化

坝区岩体风化，主要受地形、岩性、构造等因素影响，一般表现为表面的均匀风化，沿断层有风化加深现象。

坝址左岸240m高程以上为强风化中下部岩石，240m高程以下为弱风化岩石，235～270m高程为强风化岩石，270m高程以上为全风化岩石。

局部残留有0～1.5m厚第四系残坡积壤土。

2.3.2.4水文地质条件

坝址区地下水类型主要为第四系松散堆物孔隙潜水和基岩裂隙水，主要受大气降水补给，排泄于河床及河谷，地下水动态类型属降水-径流型。

鉴于本坝址的工程地质条件差，适用于当地材料坝。

坝址区岩石的透水性及相对不透水埋深经先导孔压水试验，左岸山坡相对不透水层埋深10～24m，上部透水岩层q值一般为6.7～196.7Lu，大者达341.7Lu，属中等—严重透水层；河床部位相对不透水层埋深11～17m，上部透水岩层q值一般为7～29.9Lu，属中等—严重透水层；右岸山坡相对不透水层埋深19～27m，上部透水岩层q值一般为5.6～50.3Lu，大者达127.3Lu，属中等—较严重透水层，中间夹严重透水层透镜体。

2.3.2.5建基面岩体有关地质参数建议值

（1）与基面岩石接触面之间的摩擦系数：

强风化千枚岩:

f=0.3～0.38

弱风化千枚岩：

f=0.5～0.6

（2）坝基岩体结构面之间的摩系：

裂隙夹泥与含断层泥的断层：

f=0.3～0.35

一般裂隙、断层：

0.35～0.45

（3）岩石的弹性模量：

弱风化千枚岩：

E=（0.8～1.0）×104MPa

（4）岩石泊松比：

弱风化千枚岩：

µ=0.25～0.3

（5）试验参数

①堆石试验参数（见表2-4）

软化系数：

微新岩石>0.7

弱风化岩石>0.55

饱和抗压强度：

微新岩石>40MPa

弱风化岩石>25MPa

表2-4堆石试验参数表

组别

试验干密度（g/cm³）

C（KPa）

Φ

K

n

Rf

G

F

D

A

2.10

47

38.58

680

0.35

0.82

0.46

0.20

1.5

B

2.05

60

37.72

600

0.32

0.81

0.43

0.18

1.8

②复合土工膜试验参数（见表2-5）

表2-5复合土工膜试验参数表

项目

单位

量值

备注

单位面积质量

g/m2

>1100

>1300

350/0.4/350

350/0.6/350

膜厚

250m高程以上

mm

0.4

250m高程以下

mm

0.6

周边缝等处

mm

0.8

周边缝、水平缝、分缝处

宽条纵向拉伸

强度

kN/m

>15

>18

350/0.4/350

350/0.6/350

伸长率

%

>50

窄条纵向拉伸

强度

kN/m

>15

>18

350/0.4/350

350/0.6/350

伸长率

%

>50

摩擦系数

与水泥砂浆

0.577

与现浇砼

0.6

粘结力

kg/cm2

>0.1

渗透系数

cm/s

<1×10-11

2.3.3引水发电隧洞工程地质条件

引水发电隧洞通过地段属低山地貌区，山顶高程300～400m相对高程100～200m