桃林口水利枢纽混凝土重力坝设计毕业设计论文.docx
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桃林口水利枢纽混凝土重力坝设计毕业设计论文
1.基本资料
1.1枢纽概况及工程目的
桃林口水库位于河北省青龙县与卢龙县交界处，控制流域面积5060平方公里，占流域面积的80%。
青龙河是滦河较大的支流之一，水量充沛，但年内及年际的水量分配极不均匀，必须兴建大型控制型工程进行调节，丰富的水资源方可得到充分地利用。
水库的主要任务是调节水量，供秦皇岛市和港口码头、钢铁基地及滦河下游地区农业用水，结合引水发电、水面养殖、洪水错峰等。
可得到综合利用的效益。
供水原则是：
在满足城市生活、工业用水的同时，对农业用水也给以一定的重视。
特别是移民迁建灌区用水应优先保证；其次是在现在灌区用水及盘家口、大黑丁两库的配套灌区，新增灌区要安排在缺乏地下水的滨海地区。
枢纽工程在三个坝段选择了二条坝线，二种坝型。
I83坝线采用混凝土重力坝，红层坝线采用当地材料坝。
本设计选择I83坝线、混凝土重力坝方案，枢纽建筑物包括主坝、泄水建筑物及电站等，详见“套林口水利枢纽工程平面布置图”。
根据本工程的规模及其在国民经济中的作用，按水电部制定的SDJ12—78设计标准。
水库枢纽工程属大
（一）型。
主要建筑物按一级设计，辅助建筑物按三级，临时建筑物按四级设计。
1.2基本资料
1.2.1水文分析
1.2.1.1年径流
青龙河流域水量丰沛，是滦河流域水资源蕴藏量较大的一条支流。
年径流由年降雨产生。
年径流在地区与时间上的分布与年降水基本一致。
年径流在年际间变化悬殊。
套林口实测资料1956～1982年资料中，丰水年1977年达21.34亿立米。
苦水年1981年仅1.667亿立米，相差19.37亿立米，约合12.8倍。
且丰、枯水年连续发生。
多年平均年径流量为9.6亿立米。
1.2.1.2洪水
青龙河洪水由于暴雨形成。
本地区暴雨历时短、强度大、地面坡度陡，洪峰陡涨陡落。
一次洪水历时一般为3～5天。
流域南部位于燕山山脉东侧的暴雨中心地带，因此洪水具有峰高量大的特点。
本流域洪水多发生在七、八两月，出现在七月的占34%，出现在八月的占66%。
桃林口多年平均6～9月洪量占年径流量的70%左右，三天洪量占六天洪量的70%以上，大水年尤为集中。
如1962年最大六天洪量占年径流量达70%.
流域内洪水地区分布主要在土门子以下。
以土门子与桃林口1971～1977年同期系列统计。
土门子～桃林口区间洪量占桃林口以上洪量60%以上，而其面积占桃林口以上流域总面积的42%。
由频率分析法进行洪水计算，计算成果见下表：
洪水计算成果表
项目
洪峰流量
（秒立米）
洪量（亿立米）
24小时
三天
六天
三十天
特
征
值
均值
2000
1.4
2.2
2.8
5.3
Cv
1.35
1.35
1.35
1.25
1.0
Cs/Cv
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
频
率
（%）
0.01
32040
22.43
35.24
39.96
55.4
0.02
29600
20.75
32.65
36.90
51.5
0.1
22480
15.74
24.73
28.34
40.50
0.2
19680
13.78
21.65
24.92
36.20
0.5
16000
11.23
17.60
20.41
30.40
1
13280
9.30
14.50
17.14
26.10
2
10680
7.48
11.75
13.92
21.70
5
7360
5.15
8.10
9.80
16.20
10
5000
3.50
5.50
6.83
12.10
20
2920
2.04
3.21
4.17
8.18
桃林口水库坝址以上不同频率设计洪水过程线
时间
不同频率（%）的流量（立方米）
月
日
时
0.02
0.1
482
378
296
7
24
22
946
803
482
378
296
24
1974
1721
800
550
500
25
2
2300
1900
1050
800
630
4
2687
2035
1200
900
740
6
4466
3379
1500
1100
891
8
7622
5773
2750
1890
1220
10
10867
8230
3920
2700
1800
12
13131
9946
4740
3260
2170
14
14348
10867
5170
3560
2370
16
14128
10700
5100
3510
2340
18
13162
9984
4750
3270
2180
20
11323
8576
4080
2810
1870
22
9751
7386
3520
2420
1610
24
8923
6758
3220
2210
1470
26
2
8399
6362
3030
2000
1390
4
7740
5862
2790
1920
1280
7
6
6895
5222
2480
1710
1140
8
6845
5184
2470
1700
1130
10
6845
5184
2470
1700
1130
12
26800
19580
9518
5910
3790
14
28400
21800
10500
7000
4700
16
29400
22400
10650
7320
4940
18
29600
224800
10680
7360
5000
20
29300
22200
10650
7330
4950
22
29000
21600
10450
7250
4880
24
28500
20000
9850
6880
4580
27
2
20520
17600
8950
6000
4100
4
21540
15200
7700
5200
3700
6
18060
12800
6200
4450
3000
8
14580
10400
4850
3600
2460
10
11100
8000
3400
2540
1770
12
5000
3800
1900
1450
1030
7
14
3420
2885
1400
1000
700
16
3163
2470
1150
850
610
18
2911
3240
1050
800
590
20
2890
2210
1000
750
560
22
2758
2189
950
730
550
24
2604
2080
920
726
540
28
2
2552
1960
910
722
535
4
2451
1933
900
718
530
6
2309
1820
900
714
528
8
2214
1722
890
710
526
10
2145
1676
885
706
524
12
2030
1635
880
702
522
14
2016
1550
875
698
520
16
1926
1527
870
694
517
18
1827
1463
865
690
515
20
1818
1433
860
686
513
7
22
1723
1404
855
682
510
24
1689
1377
850
678
508
29
2
1655
1371
846
674
505
4
1622
1326
843
670
503
6
1616
1281
840
666
500
8
1567
1235
836
662
497
10
1516
1229
833
658
495
12
1455
1170
830
654
493
14
1379
1144
826
650
490
16
1348
1143
823
646
488
18
1290
1095
820
642
486
20
1260
1069
816
638
483
22
1229
1043
813
634
480
24
1198
1017
810
631
478
30
2
1168
991
806
628
475
4
1138
965
803
625
473
7
6
1107
939
800
622
470
8
1095
930
796
618
468
10
1083
930
793
615
466
12
1072
910
790
612
464
14
1061
900
785
609
462
16
1053
894
780
606
460
18
1107
939
775
603
458
20
1061
900
770
600
455
1.2.1.3泥沙
青龙河流域植被较好，泥沙来源在地区上分布和洪水在地区上的分布是一致的。
主要是土门子到桃林口区间，其间来沙量约占桃林口以上总输沙量的60%～70%。
本地区泥沙在年内分配比径流更集中。
汛期输沙量占年输量的95%以上，而汛期沙量又都集中在几次大洪水。
年际之间沙量变化悬殊。
由统计分析得知，桃林口站多年平均输沙量为386万吨，多年平均侵蚀模数为762吨／平方公里，多年平均含沙量为4.0公斤／立方米。
从泥沙的组成情况来看，泥沙颗粒较粗，中值历径为0.075毫米，淤沙浮重0.9吨／立米，内摩擦角为12度。
1.2.2气象条件：
全流域属于季风大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年平均降水量约700毫米，且多集中在夏季七、八两月。
流域多年平均气温为10℃左右，日温度变化较大。
离坝址较近的迁安站实测最高气温39℃（青龙站）。
全年无霜期约180天，结冰期约120天;河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，冰厚为0.4～0.6米，岸边可达1米。
多年平均最大风速为23.7米／秒，水库吹程为3公里。
1.2.3工程地质
1.2.3.1区域地质
桃林口水库库区属中高山区、构造剥蚀地形。
青龙河在本区内河曲发育，冲蚀能力较强,沿河形成不对称河谷。
由于构造运动影响，河流不断下切，于堆积岸形成阶地，侵蚀岸形成陡崖。
组成本区地层的有：
太古界、下元古界、震旦系、朱罗系及火成岩侵入体和第四纪等。
其中分布最广的为震旦系地层。
其中分布最广的为震旦系地层。
其中以太古界、震旦系、朱罗系、三者与工程关系密切，为库区的主要岩层。
1.2.3.2地质构造与地震
桃林口水库处于燕山沉降带的中部。
地质构造复杂。
全区地段震频繁，特别是坝址区南段尤为突出。
库区及其周边控制性的断层有秦皇岛——建昌营和滦南——卢龙断裂。
秦皇岛——建昌营大断裂为深层大断裂，在坝址下游小暖泉村穿过青龙河，沿线有泉群出现。
从控制权群、控制地貌及岩相作用分析，列为活动性断裂较合适。
滦南——卢龙断裂（又称桃园断裂）。
该断层向北东方向延伸，在距桃林口库区6～7公里处尖灭，属第四纪以来活动性较强的断裂。
唐山地震以后，沿该段层时有余震发生。
上诉二条活动性断裂在三坝段以西5公里处汇而不交。
按断层交汇部分易发震的原则，这种汇而不交是值得注意的。
近期坝址地区未发生大于4级以上地震，邻区地震活动有一定影响。
1983年8月河北省地震局在《桃林口水库工程地震基本烈度鉴定书》中确定，一、二坝段位于北区I区，属相对稳定区，基本烈度为6度；三坝段位于I区，基本烈度为7度。
邻区强震的影响，烈度量可高达6～7度。
1.2.3.3库区工程地质
库区左岸非可溶性岩层广泛分布,主要由娟云母千枚岩、石英沙岩、沙质页岩等组成，透水性较小，也没有发现沟通库内外的大断层。
因此，在非可溶性岩层分布区，没有向库外渗漏的可能性。
库区可溶性岩层分布于青龙间右岸。
从隔水层的分布、岩溶的发育情况以及地貌水文地质条件的分析，水库蓄水以后，向邻谷沙河渗漏的可能性也是不大的。
青龙河与邻谷沙河之间分布有大面积的石英斑岩，斑状花岗岩及火成岩的侵入体，组成了相对隔水层，不利于地下水的活动。
经过对库内断层，灰岩地区的勘探分析，水库向外流域及下游漏的可能性很小。
库区内岩层抗压强度较高，抗风化能力较强，未发现可能发生塌滑的岩体，库岸基本上是稳定的。
库区内未发现有开采价值的矿藏，不存在对库周边产生的浸没问题。
1.2．3.4坝址坝线工程地质
坝段内出露的断裂构造如F103、F105、F108、F112、F114、F117、F122等大小断层共十余条，断层走向以北西为主，北东者少，多为高角度争断或平移正断层：
（1）F103断层，产状走向近EW，倾向N，倾角400～500,逆断层。
大红峪组第三段砾岩被切割。
下盘有牵引褶曲，破碎带宽约10～20米。
出露于I83坝线右岸上游约150～200米，宽约10～20米。
（2）F105断层，产状走向NW31OO、倾角800～900，为平移断层。
水平断距400米，两侧岩石破碎严重、无胶结现象，出露于I83坝线右岸坝头附近。
（3）F108断层，产状走向NW3450、倾向NE、倾角560，逆断层。
由大红峪组第一段薄层板岩、石英砂岩组成，逆于大红峪第二段中厚石英砂岩之上。
破碎带宽约6.0米、未见胶结现象，其中夹有30厘米厚的断层泥。
断层两盘岩石影响带宽10.4米。
在上盘薄层板岩夹石英沙岩中有牵引皱曲。
岩石有直立或倒悬现象，具有强烈挤压特征。
（4）根据坝址两岸构造，地层岩性出露分析，推测河床中可能有顺河断层通过。
原因一是两岸出露的断裂构造均未过河，如F103断层走向近东西，规模较大，左岸无迹象；二是地层出露两岸高程有明显差异。
I83坝线主要工程地质条件见下表：
I83坝线主要工程地质条件表
地形地貌
构造剥蚀——中低山地形，不对称“U”型峡谷，右岸坡陡，左岸坡缓，阶地不发育。
坝线长
480米。
覆盖层
河床5～7米沙石层，左岸山麓堆积31.0米。
地层岩性
震旦系大红峪组第一、二段，为中厚层石英砂岩与板岩互层。
岩层产状
层面倾向上游。
软弱夹层
据平洞、竖井资料，右岸有软弱夹层13条，系顺层夹泥。
左岸顺层夹泥6条，切层泥3条。
建议摩擦系数f=0.20～0.24。
风化情况
弱风化下限、河床10～28米深（高程左边75米，右边55米）。
左岸弱风化下限为115～105米高程，右岸为120～90米高程。
地质构造
右岸小断层6～7条：
左岸F122断层一条。
构造简单，基本地震烈度为6度。
岩层透水层
坝基下部80～100米深的范围内ω值均大于0.02升／分·米·米,均须灌浆处理。
岩溶
I83坝段上游2公里处，马圈子电站附近见溶洞。
稳定性
右坝肩上、下游存在Ⅰ、Ⅱ号簿稳定岩体。
岩石力学指标
石英砂岩单块岩石室内指标：
抗压强度134～338Mpa。
弹性模量E=500～10000Mpa。
泊桑比μ=0.11～0.13。
各岩层层面摩擦系数的估计建议值：
（1）石英砂岩层面摩擦系数为0.60～0.65；
（2）板岩层面摩擦系数为0.40～0.45；
（3）层面夹泥膜摩擦系数为0.30～0.35;
（4）切层泥层摩擦系数为0.20～0.24。
1.2.4当地建筑材料
天然建筑材料分布于坝址区上、下游河滩及阶地。
其中土料场主要有庄窝、土台子等七处。
地下水位以上储量为1183.44万立方米。
砂砾卵石料场主要有南杖子、桃林口等八处。
地下水位以上储量为10898.95万立方米，全部储量有待进一步探查。
各料场材料的物理性质、试验指标等基本满足技术要求，可作大坝混凝土骨料及围堰填筑所用。
如采用当地材料坝方案，其粘性土料的储量也足以满足施工要求。
1.2.5交通条件
对外交通计划从京秦路大横河站接轨至工地。
改建和新建滦县经迁安、滦县经卢龙到达工地的公路。
坝顶无交通要求。
1.2.6施工条件
采用低围堰、底孔导流、分期施工的导流方法进行施工。
各项施工辅助企业、仓库及生活等临建设施布置在坝址下游两岸。
混凝土骨料取自下游料场。
施工用电由刘田庄引接。
1.2.7效益（以1984年价格水平及费用标准计算）
水库建成以后，除了满足秦皇岛市、翼东钢铁基地及农业用水外，还可获得发电、防洪、养鱼等效益，总效益是显著的。
（1）灌溉效益：
（灌溉效益分析成果表）
项目
旱地灌溉
旱改水
垦荒水稻
灌与不灌产值差（元／亩）
162.0
354.2
412.0
分摊系数法
亩效益（元／亩）
81.0
177.1
206.0
单方水效益（元／立米）
0.25
0.17
0.17
减去成本法
亩效益（元／亩）
124.0
378.0
261.0
单方水效益（元／立米）
0.39
0.26
0.22
（2）城市及钢铁基地供水效益：
按秦皇岛市总净产值中水的效益分摊系数以10%计，则每立方米水量的效益为0.53元／立米。
（3）防洪效益:
防洪效益按建库以后,与潘家口、大黑丁水库联合运用，在销峰、错峰过程中减少滦河下游地区的洪水灾害计算。
水库年平均效益为443.16万元／年。
（4）发电效益：
以水电的价格代替水电效益0.093元／度计算。
1.2.8水库规划及建筑物特性指标
项目
单位
指标
备注
水
位
校核洪水位
设计洪水位
正常蓄水位
死水位
校核尾水位
设计尾水位
正常尾水位
坝前堆砂高程
米
米
米
米
米
米
米
米
156.3
153.7
153.2
110.0
99.1
97.0
84.1
97.6
P=0.02%
P=0.1%
发电
库
容
总库容
调洪库容
兴利库容
死库容
堆沙库容
亿立米
亿立米
亿立米
亿立米
亿立米
14.93
2.11
10.33
0.94
1.66
主
坝
坝型
坝顶高程
最大坝高
坝顶长度
坝顶溢流孔数
堰顶高程
每空净宽
工作闸门尺寸
启闭机（2×45T固定式）
设计洪水下泄能力
校核洪水下泄能力
米
米
米
孔
米
米
米×米
台
秒立米
秒立米
砼重力坝
157.24
89.24
519.0
15
141.7
15.0
15×12.5
15
18276
24527
实体
底
孔
、
隧
洞
、
主
厂
房
进口底高程
底孔数及尺寸
弧形工作闸门
工作门启闭机
设计水位泄水能力
校核水位泄水能力
隧洞进口高程
隧洞长度
隧洞洞径
主厂房尺寸（长×宽×高）
水轮发电机组
装机容量
米
孔-米×米
扇-米×米
台
秒立米
秒立米
米
米
米
米×米×米
台
万千瓦
90.0
4-5×6
4-5×6
4
3584
3663
103.5
446.0
5.0
51.75×13.9×28
4
4×0.65=2.6
2.枢纽布置
2.1坝轴线选择
根据坝址的地质、地形条件、施工条件、枢纽布置，通过定性分析，确定坝轴线位置。
2.1.1坝段比较
桃林口水库坝址，从上游到下游分为三个坝段。
其中上游第一坝段位于高台子村至三道河村之间，曾选有Ⅰ、Ⅴ、Ⅱ及I83四条坝线。
河岸为串岭沟板岩，其中I83坝线为大红峪第一层的石英砂岩与板岩互层；中间第二坝段，位于二道河村与桃林口水文站之间，曾选有Ⅲ60、Ⅲ69、Ⅲ83及“红层线”四条坝线。
坝基岩层为高庄灰岩地层，其中“红层线”位于红色的杨庄泥质灰岩之上；下游为第三坝段，位于桃林口旧村与新村之间。
曾选有Ⅵ、Ⅶ及Ⅳ三条坝轴线。
其中Ⅵ、Ⅶ二条坝轴线河床为串岭沟板岩，Ⅳ坝轴线坝基为大红峪石英砂岩夹砂页岩。
三个坝段，11条坝线的位置见《指示书》中的图一。
三个坝段坝基岩层的地质年代虽都属于旦震系，但岩性不同，而其共同点却是都存在有软弱层或夹泥层。
现已发现的第一坝段I83坝线基岩的夹泥层只是泥膜，厚度在3～5毫米，基岩以下深30米以内。
切层的夹泥厚度5厘米左右。
二、三坝段夹泥较多一些。
三个坝段地形、地质及交通条件等的比较见下表。
坝段地形、地质等条件比较表
坝段类别
第一坝段
第二坝段
第三坝段
地
形
条
件
河谷较窄，适于修建砼坝；溢流堰底孔等泄水建筑物可放在主河床。
可增加6米发电水头。
无副坝，工程单一。
不宜修建当地材料坝。
河谷不对称，左岸坡缓，坝轴线较长，适于修建砼坝或当地材料坝。
荞麦岭处天然单薄分水岭，是修建溢洪道或泄水洞的有利地形。
无副坝，工程单一。
河谷较窄，适于修建砼或当地材料坝。
右岸山地脊薄。
须修建二座副坝。
工程项目多。
地
质
条
件
坝堪石英砂岩与板岩互层，右岸北西向大裂隙较多，坝基软弱夹层为泥膜。
切层的夹泥厚3～5厘米且倾向下游。
左岸F122断层通过坝肩。
砼坝基为灰岩，岩性不均一，左坝头可能漏水。
荞麦岭较单薄。
Ⅲ69坝基有断层F104通过，破碎带宽度大、处理工程量大。
当地材料坝坝基为泥质灰岩和页岩。
渗透性小，是天然的防渗帷幕，溢洪道位于荞麦岭。
坝基为石英砂岩夹砂质页岩、岩性坚硬。
坝基有断层F8通过。
右坝头有F7通过。
坝址上游不远处是几个断层交汇处。
下游离建昌营～秦皇岛大断裂较近。
对坝体的稳定不利。
地震
6度
6度
7度
交通条件
坝址位于峡谷之中，对外交通不便。
施工场地狭窄。
坝址位于峡谷之中，对外交通不便。
施工场地狭窄。
坝址位于低山丘陵地带，交通方便，施工场地宽阔。
其他
距离建筑材料场地最远。
距离建筑材料场地较远。
距离建筑材料场地最近。
2.1.2坝线选择
第一坝段Ⅰ、Ⅴ、Ⅱ三条坝线，其右岸岩层褶皱变化复杂、断层密集、都不是适宜的坝线。
相比之下，在三河道附近，右岸岩层倾向上游，层次分明较为完整，条件较好，故以I83坝线作为第一坝段的代表。
第二坝段中Ⅲ60、Ⅲ69两条坝线基岩为灰岩。
但从右岸岩层的产状相比，Ⅲ60坝线右岸岩层走向与河流平行，倾向河中，倾角较高。
当建坝蓄水以后，存在不稳定因素及绕坝渗漏；Ⅲ69坝线右岸岩层倾向下游，才层次比较平稳，两者相比，Ⅲ69好于Ⅲ60。
但因两坝线左岸都存在大暖泉，渗漏情况及单薄分水岭——荞麦
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