水利枢纽工程毕业设计计算书.doc

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河海大学函授本科2015级

毕业设计计算书

设计题目:

E江水利枢纽设计

专业年级:

河海水工2015级

学号:

3120152281

姓名:

曾致雷

指导老师:

郭海庆

福建水利电力职业技术学院继教中心

2017年3月

目录

1调洪演算 1

1.1泄洪能力 1

1.2调洪演算 1

2大坝轮廓尺寸的拟定 3

2.1坝顶高程计算 3

2.2坝顶宽度 5

2.3坝坡与马道 6

2.4坝体排水 6

2.5大坝防渗体 6

3土料设计 8

3.1粘性土料设计 8

3.2坝壳砂砾料设计 10

4渗流计算 12

4.1计算方法 12

4.2计算断面及计算情况的选择 14

4.3计算结果 14

4.4渗透稳定验算 15

5稳定计算 16

5.1计算方法 16

5.2上下游坝坡折线滑动法计算 16

5.3稳定成果分析 16

6基础处理部分 18

6.1河床部分 18

6.2坝肩处理 18

7细部构造设计 20

7.1坝的防渗体，排水设备 20

7.2反滤层设计 20

7.3护坡设计 20

7.4坝顶布置 21

8隧洞的体型设计 22

8.1进口建筑物 22

8.2洞身断面型式和尺寸 23

8.3出口消能段 23

9隧洞的水力计算 24

9.3计算工况 24

9.4平洞段底坡的确定 24

9.5洞内水面曲线 24

9.6出口消能验算 25

10隧洞的细部构造 27

10.1洞身衬砌 27

10.2衬砌分缝、止水 27

10.3灌浆 27

10.4排水 27

10.5掺气槽 27

10.6锚筋加固 27

1、调洪演算

1.1泄洪能力

本次根据确定的泄洪方式，进行泄流能力分析，根据无压隧洞自由计算其过流能力，泄流公式按下式计算。

m——自由出流系数，取0.485；

b——溢流孔宽；

H0——H0=H+αv2/2g，H堰上水头，考虑上游堰前水域开阔，取H0=H。

E江水库泄洪设施不同方案的泄流能力曲线见表1-1。

E江水库泄洪设施不同方案的泄流能力曲线表

表1-1

堰顶水头

H（m）

b=6m

泄流量

（m3/s）

堰顶水头

H（m）

b=7m

泄流量

（m3/s）

堰顶水头

H（m）

b=8m

泄流量

（m3/s）

1.0

12.9

1.0

15.0

1.0

17.2

3.0

67.0

3.0

78.1

3.0

89.3

5.0

144.1

5.0

168.1

5.0

192.1

7.0

238.7

7.0

278.5

7.0

318.3

9.0

348.0

9.0

406.0

9.0

464.0

11.4

496.1

11.4

578.8

11.4

661.5

13.0

604.2

13.0

704.9

13.0

805.6

15.0

748.8

15.0

873.6

15.0

998.4

17.0

903.5

17.0

1054.1

17.0

1204.6

20.0

1152.9

20.0

1345.0

20.0

1537.2

1.2调洪演算

根据地形和地质资料泄洪洞布置时进口地高程为可取2800m，而水库汛限水位取等于正常蓄水位为2820.50m，因此需要确定泄洪洞进口堰顶高程，以满足泄洪洞产生无压过流以、工程经济性和下游防洪限制泄量的要求，本设计拟订五组方案进行比较，调洪演算成果见表1-2。

调洪演算成果表

表1-2

方案

堰顶高程

△z（m）

洞宽

B（m）

工况

下泄流量

Q（m3/s）

库容

V（万m3）

库水位

Z（m）

一

2810m

7m

设计

672.6

41123

2822.60

校核

753.7

43216

2823.58

二

2805m

7m

设计

1040.4

39475

2821.85

校核

1114.2

41200

2822.63

三

2810m

6m

设计

1089.2

41566

2822.80

校核

1650.7

43891

2823.90

四

2805m

6m

设计

905.5

39848

2822.02

校核

978.4

41839

2822.93

五

2810m

8m

设计

752.2

40704

2822.41

校核

837.4

42693

2823.33

2大坝轮廓尺寸的拟定

大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程，坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体等排水设备。

2.1坝顶高程计算

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）（以下简称“规范”）规定，坝顶高程分别按照正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高、设计水位加正常运用条件下的坝顶超高、校核水位加非常运用下的坝顶超高进行计算，因该地区地震烈度为7º，故还需考虑正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四种工况最大值，同时并保留一定的沉降值。

坝顶高程在水库正常运用和非常运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高值y按下式计算：

式中：

R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；

e——最大风壅水面高度，m；

A——安全加高，m；根据坝的等级，设计运用条件时取1.0m，非常运用条件是取0.5m；

根据“规范”，计算大坝波浪爬高时，所采用设计风速：

正常运用条件下为多年平均最大风速的1.6倍，非常运用条件下，采用多年平均最大风速，根据气象资料统计，E江水库多年平均最大风速为15.0m/s，最大吹程为12km。

平均波高及平均波长按下式计算：

式中：

hm——平均波高，m；

Tm——平均周期，s；

W——计算风速，m/s；

D——风区长度，m；

Hm——水域平均水深，m；

g——重力加速度，取9.81m/s²；

Lm——平均波长，m。

平均波浪爬高Rm参照“规范”附录A.1.12计算，初步拟定水库大坝上游坝坡为m=2.5，故波浪平均爬高按“规范”附录A.1.12式计算：

式中：

k∆——斜坡的糙率渗透性系数，护面类型为砌石护面确定k∆=0.75；

kw——经验系数，由风速W、坡前水深H、重力加速度g所组成的无维量，查表A.1.12-2得设计条件：

kw=1.00；校核条件：

kw=1.00；

m——斜坡的坡度系数。

最大波浪在坝坡上的爬高设计值R按2级土石坝取累积概率P=1%爬高值R1%计算。

根据计算该水库在设计条件下和校核条件下的累积概率P=1%的经验系数kp值为2.23。

风浪壅高按下式计算：

式中：

K——综合摩阻系数，计算时一般采用K=3.6×10-6；

β——风向与水域中线的夹角；

其他符号同前。

根据以上公式及参数，坝顶超高计算成果见表2-1。

坝顶超高计算成果表

表2-1

工况

水位

（m）

设计

风速（m/s）

平均

波长

（m）

平均

波高

（m）

平均波浪爬高

（m）

风浪壅高

（m）

设计

爬高

（m）

安全

加高

（m）

坝顶

超高

（m）

设计（P=1%）

2822.41

24.0

7.57

0.25

0.38

0.032

0.85

1.0

1.88

校核（P=0.05%）

2823.33

15.0

11.81

0.38

0.59

0.012

1.32

0.5

1.84

由于水库所在地区地震基本烈度7°，按《水工建筑物抗震设计规范》（SL293-97），水工建筑物抗震计算的上游水位可采用正常最高蓄水位，地震区的地震涌浪高度，可根据设计烈度和坝前水深，一般涌浪高度为0.5m～1.5m，该水库地震涌浪高度取用1.0m，不考虑地震作用的附加沉陷计算。

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）第5.3.3条规定，坝顶高程分别按以下运用情况计算，取其最大值：

（1）设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高：

2822.41+1.88＝2824.29m；

（2）正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高：

2821.4+1.88=2823.28m；

（3）校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高：

2823.33+1.84=2825.17m；

（4）正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全加高：

2821.4+1.84+1.0=2824.24m。

经计算可以看出该大坝坝顶高程由校核情况控制为2825.17m，取2825.2m。

2.2坝顶宽度

坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件，同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。

根据“规范”规定，坝顶无特殊要求时，高坝的顶部宽度可选用10～15m，中低坝可选用5～10m。

该水库挡水大坝坝基高程为2750，根据计算坝高为75.2m，大于70m，属高坝，故综合各方面因素可取该土石坝坝顶宽度为10m。

2.3坝坡与马道

土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。

一般是参考以建成类似工程的经验拟定坝坡，再通过计算分析，逐步修改确定。

在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。

根据规范规定与实际结合，上游坝坡上部取2.5，下部取3.0，下游自上而下均取2.5，下游在2800m、2775m高程处各变坡一次。

在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.5～2ｍ宽的马道以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，综合上述等各方面因素其宽度取为2.0ｍ。

2.4坝体排水

由于本地区石料比较丰富，故采用堆石棱体排水比较适宜，另外采用棱体排水可以降低坝体浸润线，防止坝坡冻涨和渗透变形，保护下游坝址免受尾水淘刷，并可支撑坝体，增加下游坝坡的稳定性。

按规范棱体顶面高程高出下游最高水位1m为原则，校核洪水时下游水位可由坝址流量水位曲线查得为2755.22m，最后取棱体顶面高程为2756.3m，堆石棱体内坡取1:

1.5，外坡取1:

2.0，顶宽2.0m，下游水位以上用贴坡排水。

2.5大坝防渗体

大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两个方面。

（1）坝体的防渗

坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、降低浸润线控制渗透坡降的要求，同时还要满足构造、施工、防裂、稳定等方面的要求。

该坝体采用粘土斜心墙，其底部最小厚度由粘土的允许坡降而定，本设计允许渗透坡降[J]=5，上游校核洪水时承受的最大水头为73.33ｍ，墙的厚度B﹥73.33/5=14.666ｍ.参考以往工程的经验，斜心墙的顶部宽度取为5ｍ（满足大于3ｍ机械化施工要求），粘土斜心墙的上游坝坡的坡度为1:

0.4～1:

1.0之间，有资料研究认为，斜心墙向上游倾斜的坡度为1:

0.25～1:

0.75时较好，本次设计取为1:

0.4，下游坡度取为1:

0.2，粘土斜心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高0.6～0.8m）并高于校核洪水位为原则，最终取其墙顶高程为2823.4ｍ，经计算底宽为19.68ｍ,大于14.666ｍ.墙顶的上部留有1.8m的保护层，并粘土斜心墙顶部向下游倾斜。

（2）坝基防渗

由坝址