南沟门常态混凝土重力坝及溢流坝段设计doc.docx

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南沟门常态混凝土重力坝及溢流坝段设计

毕业设计（论文）题目南沟门常态混凝土重力坝及溢流坝段设计设计专业水利水电工程班级工115班学生指导教师2015南沟门常态混凝土重力坝及溢流坝段设计摘要南沟门水利枢纽工程位于陕西省延安市黄陵县境内，水库坝址位于葫芦河河口上游3公里处的南沟门附近，距黄陵城约25公里，距洛川县城约17公里，距延安市约120公里，距西安市约180公里。

该水利枢纽工程主要任务是向延安石油化学工业基地及当地城乡生活供水，改善其灌溉条件，并利用供水进行发电。

本次毕业设计分析了坝址的地形和地质条件，对比几种坝型最终选取常态混凝土重力坝和坝轴线并进行了枢纽布置。

枢纽建筑物包括泄水建筑物、挡水大坝、底孔、供水管道和电站等。

然后对该工程的溢流坝及底孔的形式和消能及防冲进行了设计。

坝体剖面的稳定和应力计算，荷载组合取了基本组合和特殊组合两种不同的情况，以正常蓄水位时的荷载组合作为基本组合；以校核荷载和地震荷载作为特殊组合。

设计中选取了坝基面和廊道底部截面作为计算截面，对坝体的两种稳定和强度都进行了计算，结果都满足要求。

本次设计的主要成果有设计说明书1份，设计图纸6张以及其他相关附图附表等。

关键词常态混凝土重力坝；溢流坝；底孔；设计。

CoppercashdamwaterconservancyhubprojectlayoutandWaterdischargebuildingdesignABSTRACTCoppercashdamlocatedinhanjiangriverdamsitetributaryjadebeltlinkedtothedownstream,thereservoirforafactoryinindustrialwaterisgivenpriorityto,andcompensationoffarmlandirrigationwaterdownstream,andfloodcontrol,powergeneration,fish,andothercomprehensiveuseofwaterconservancyhubproject.Thegraduationdesignanalysisofthedamsitetopographicalandgeologicalconditions,comparedseveraldamtypeselectionultimatelynormalconcretegravitydamanddamaxisandthegenerallayout.Hubbuildingsincludingoutletstructure,Blockwaterdam,underport,Watersupplypipeandpowerstations.Thenthespillwayandbottomoutletintheformofengineeringandtheenergydissipationandscourprotectiondesign.Thestabilityofthedamprofileandstresscalculation,theloadcombinationtotakethebasiccombinationsandspecialcombinationoftwodifferentsituation,normalwaterleveloftheloadcombinationasthebasiccombination;checkingloadsandseismicloadsasspecialcombinations.Inthedesignofthedamfoundationandcorridoronthesurfaceasthesectionatthebottomsectiononthedamtwostabilityandstrengtharecalculated,theresultismeettherequirements.Thedesignofthemainachievementsareadesignspecifications,designdrawingsandotherrelevantdrawingssixpicturesschedule,etc.Keywordsnormalconcretegravitydam;Overflowdam;underport;Design.前言毕业设计是学生综合应用在校所学的知识、结合工程实际，进行一次系统的、有机的解决工程实际问题的实践性环节，其目的是巩固课本的专业知识，并使之系统化，培养学生综合应用所学知识解决实际问题的能力，并初步掌握设计水利枢纽工程的内容、原则、方法和步骤，进一步提高学生设计、计算、绘图和编写说明书的能力等。

本次毕业设计是在指导老师的悉心指导下，根据国家水利部及电力部颁发的关于水利水电工程的最新规范，同时参考了相关的教材、资料、设计手册等的基础上完成的。

本次设计的主要内容有南沟门水库洪水分析及调洪计算；坝轴线、坝型的比选及枢纽布置；坝高及非溢流坝段的剖面拟定；溢流坝段剖面拟定及消能设计；排沙底孔的剖面拟定；构造设计；地基处理设计。

南沟门水库的建成能保证某工厂工业用水年平均流量，兼补偿下游农田灌溉用水，以及防洪、发电、养鱼的要求。

本次毕业设计从开题报告的撰写到最终成果答辩历时近四个月，经过学习基本上达到了预期的目的。

目录第1章南沟门水利枢纽工程概述11.1工程概况11.2工程特征表2第2章水文气象32.1流域水文概况32.2洪水分析计算3第3章兴利调节和调洪计算73.1底孔规模及死库容确定73.2兴利库容确定73.3调洪计算8第4章工程地质144.1区域地质概况144.2库区工程地质条件144.3坝址工程地质条件164.4各坝轴线工程地质条件18第5章枢纽布置195.1坝址选择195.2坝轴线选择205.3坝型选择205.4枢纽布置21第6章建筑物设计236.1非溢流坝坝体设计236.1.1坝顶高程确定236.1.2初拟坝体剖面256.1.3荷载计算256.1.4坝基面稳定计算316.1.5坝体应力分析386.2溢流坝设计416.2.1溢流坝堰面体型设计426.2.2挑流消能水利要素计算456.2.3溢流坝面水面线计算466.3排沙底孔设计516.3.1体型设计516.3.2挑流消能计算536.4工业取水管设计55第7章构造设计567.1坝顶构造567.2廊道系统567.2.1基础灌浆及排水合用廊道567.2.2坝体检查及排水廊道577.3防渗系统577.4横缝构造58第8章地基处理598.1地基开挖与清理598.2帷幕灌浆与固结灌浆598.2.1固结灌浆598.2.2帷幕灌浆598.3断层、软基夹层处理60致谢61参考文献62第1章南沟门工程概述1.1工程概况南沟门水库工程位于陕西省延安市黄陵县境内，由葫芦河南沟门水库、洛河引洛入葫马家河引水枢纽和输水隧洞三部分组成。

南沟门水库位于洛河支流葫芦河下游，距黄陵县城约20公里。

水库坝址距河口3km，控制流域面积5443km2，占全流域面积的99.9。

工程由拦河坝、溢流坝、泄洪排沙底孔、发电引水洞等组成。

马家河引水枢纽位于洛河中游洛川县西北约12km的马家河村，距下游交口河水文站约38km，坝址以上流域面积11548km2，占洛河流域总面积的42.9。

引洛入葫输水隧洞洞长6.115km。

南沟门水库工程主要任务为向延安石油化学工业基地及当地城乡生活供水，改善灌溉条件，并利用供水进行发电。

1.2工程特征表表1-1工程特征表工程名称南沟门水利枢纽工程建设地点陕西省延安市黄陵县所在河流葫芦河Ⅰ．水文特征坝轴线全长m设计洪峰流量P1％1130m3/s二.泄洪建筑物形式溢流坝结合底孔校核洪峰流量P0.02％2910m3/s1.溢流坝Ⅱ．水库特征堰顶高程848.8m正常蓄水位848单宽流量m3/s.m设计洪水位P1％849.2m消能方式鼻坎挑流校核洪水位P0.1％851.4m每孔净宽13m兴利库容5273万m3孔数3个防洪库容605-613.3m2830万m32.底孔死库容588m以下1075万m3孔口尺寸3.5m3mⅢ.主要建筑物进口中心线高程803m一.大坝孔数1个坝型常态混凝土重力坝设计洪水最大流速21.60m/s地震基本烈度Ⅶ度3.闸门及启闭型式坝顶高程613.3m底孔工作门弧形、液压启闭机最大坝高48.3m事故检修门平板门、直升式启闭机第2章水文气象2.1流域水文概况玉带河发源于宁强县巴山箭竹岭，流贯宁强县境内，由南向北，于勉县铜钱坝处流入汉江，河道曲折，高山植被良好，海拔1000m以下垦荒坡地少，河道总长110km，河床平均比降3‰，下游河床比降为1/600-1/800。

坝址以上集水面积798km2。

集水区呈狭长形，流域平均高程为1100m，多年平均降雨量1000mm-1100mm，由“陕西省年降雨量等值线图”上可见，降水量分布由上游向下游递减，且宁强、铁锁关一带为暴雨中心。

铜钱坝水库坝址位于武侯镇站与铁索关站之间，以武侯镇为控制站，进行汉江上游年平均径流平衡计算，推求出铁索关至铜钱坝的区间年径流，得铜钱坝处的径流。

洪水分析与计算见调洪计算。

2.2洪水分析计算根据铜钱坝水库设计洪水标准，频率为1％，0.1％所涉及洪峰、洪量及洪水过程线的有关资料如下

（1）设计洪峰铜钱坝位于铁索关与武侯镇站之间，经分析武侯镇站与铁索关之间产生洪峰基本相对应，两站洪峰间具有一定关系。

用武侯镇站实测资料展延铁索关洪水资料为1936-1941年、1950-1974年系列，并分别对武侯镇站和铁索关站最大流量进行频率分析，将获得的不同频率武侯镇、铁索关最大流量进行频率分析，将获得的不同频率武侯镇、铁索关洪峰值与积水面积关系绘于双对数坐标纸上，用积水面积内插法推求铜钱坝P0.1％，1％的洪峰及洪峰均值。

通过与洪水调查法、合理化公式法及汉中地区经验公式估算洪峰法所得值分析比较，最后选定铜钱坝水库采用值为

（2）设计洪量的推求通过铁锁关站洪水资料分析，洪水过程线多呈单峰，洪水历时为3天，铜钱坝洪水历时定为3天。

分别统计铁锁关站和武侯镇站实测历年最大

一、三日洪量，见表2-1所示。

进行频率计算，求得不同频率各时段的洪量，绘制最大洪量与流域面积关系图，内插得铜钱坝频率为1时段的洪量。

表2-1实测历年最大

一、三日洪量时段一二三洪水总量（亿m3）1.321.792.08（3）洪水过程线典型放大已知铜钱坝水库坝址设计洪水的一日洪量及洪峰量。

选用铁锁关站1964年9月2-4日一次洪水过程线为典型典型洪峰Q1640m3/s；24小时洪量W240.52亿m3，作为一日洪量（3日4时-4日4时）；用同倍比放大法推求设计需要的洪水过程线见表2-2，其曲线如图2-1（其中比例因子C设3100/16401.890；C校4550/16402.774）,大坝库水位-库容关系曲线如图2-2，水坝下游河道水位-流量的关系曲线见图2-3表2-2铜钱坝典型洪水过程线与设计、校核洪水过程线日-时2-02-82-163-03-43-8Q（m3/s）4570100120140460设计P1％85.05132.3189226.8264.6869.4校核P0.1％124.83194.18277.4332.88388.361276.04日-时3-103-113-123-133-143-15Q（m3/s）50011801590164016001270设计P1％9452230.23005.13099.630242400.3校核P0.1％13873273.324410.664549.364438.43522.98日-时3-163-184-04-44-104-24Q（m3/s）89048025013810550设计P1％1682.1907.2472.5260.82198.4594.5校核P0.1％2468.861331.52693.5382.81291.27138.7图2-1铜钱坝水库同倍比放大法推求设计洪水过程线表2-3铜钱坝水库Z-V和Z-A关系曲线库水位m570.9580590600610620630库容万m30211.41404.44112.48587.41494923378.5水面m2068.5180.5373.5525.5740952.08图2-2铜钱坝水库水位-库容的关系曲线表2-4水库坝下游河道水位流量关系曲线水位Zm570.9573575577579580582584流量Qm3/s020070016003000390056007600图2-3铜钱坝下游水位-流量的关系曲线第3章兴利调节和调洪计算3.1底孔规模及死库容确定灌溉要求放水入坝下游河道，选用武侯镇、铁索关和茶店子三站1966-1974年实测沙量资料，通过沙量平衡计算求得铜钱坝多年平均来沙量值，参照铁索关站1936-1970年水文资料统计成果可以看出玉带河河源来水、来沙的大小在月季的分配上基本相对应，而且来沙比径流出现更为集中，同时考虑意外情况下泄洪的需要，宜建底孔。

根据水库淤积计算和排沙要求，为了保证设计洪水时宣泄通畅，选取底孔进口高程580m,孔口尺寸3.53m，兼顾水力发电最小工作水头的要求，选取死水位（即兴利下限水位）为588m，相应死库容为1075万m3。

3.2兴利库容确定

（1）工业供水净用水量为1.5m3/s考虑管道沿途损失以10计，工业供水保证率为97。

（2）农业上要求水库补偿灌溉用水年3000万m3。

其中5月份1000万m3，6月份2000万m3。

同时要求5、6、7、8四个月的河道天然径流不纳入水库径流调节。

（3）水库渗漏蒸发损失估算,根据当地水文气象资料分析，水库多年平均水面蒸发量为360mm，水库库区地质条件属中等，月渗漏量以月平均库容水量的1.5计。

（4）根据当地水文、用水变化特点，选取调节度从9月初开始至次年8月底结束，确定水库运用方式为10月至次年4月为蓄水期，5-6月为用水高峰期，7-9月为防汛排沙期。

这样可以做到工、农业用水，蓄清、排浑相结合，保证水库安全渡汛，延长水库使用寿命，又可将部分兴利库容作为防汛使用。

（5）用历时列表法，进行代表年P25，50，75，97年调节兴利库容的推求，从中选择最大者作为采用年调节兴利库容，综合考虑水库的淹没及浸没确定兴利库容V兴5275万m3，相应的正常高水位为605m。

3.3调洪计算初定大坝采用底孔和溢流坝联合泄流，溢流坝段堰顶高程为605m,溢流坝段总长定为69m，分成5孔，每孔净宽13米。

底孔设一个,进口高程580m,孔口尺寸3.53m。

大坝库水位库容Z～V关系曲线见图3-1，大坝下游河道水位流量Z～Q关系曲线见图3-2。

图3-1大坝库水位库容Z～V关系曲线图3-2坝下游河道水位流量Z～Q关系曲线表3-1库水位总泄量计算表库水位总泄量计算表△t3600s库水位Zm堰顶水头Hm排沙洞水头Hm库容V（万m3堰顶以上库容V（万m3）V/△tm3/s溢流坝泄流q1m3/s排沙底孔泄流q2m3/s总泄量qm3/sq/2m3/sV/△tq/2m3/s6050.0026.756100.000.000.00192.419296966061.0027.756500.04001111.11131.20196.032716412756072.0028.757000.09002500.00371.10199.557128527856083.0029.757500.014003888.89681.75202.988544243316094.0030.758000.019005277.781049.62206.3125662859066105.0031.758550.024506805.561466.89209.7167783876446116.0032.759100.030008333.331928.27212.92141107194046127.0033.759700.0360010000.002429.90216.226461323113236138.0034.7510050.0395010972.222968.77219.331881594125666149.0035.7510650.0455012638.893542.47222.5376518821452161510.036.7511400.0530014722.224148.99225.64375218716909由库水位计算表得如下图3-3图3-3表3-2调洪计算工作曲线计算表P1设计洪水时间入库流量（m3/s）平均入库流量（m3/s）V/Tq/2m3/s下泄流量（m3/s）水库水位（m）151861901703718560516194197170421866051719920117053187605182032061706718860519208211170841906052021321617105193605.12121822017127196605.12222222517151198605.12322723017178201605.12423223517206205605.12523723817236208605.22623824217265212605.22724625117295215605.22825626117331219605.32926540817373224605.33055062517556245605.43170078517936289605.832870102018432356606.1331170170019096462606.6342230261820334688607.43530053053222641112608.63631003062242041578609.83730242713256881962610.63824012042264392160611.139168214412632021296114012001054256321947610.641907247391712610.1从设计洪水的调节得出设计洪水位为611.1m，相应的下泄流量2160m3/s.同理，对于1000年一遇校核洪水与100年一遇洪水调洪演算方法相同，可推求出校核洪水位及其相应的下泄流量，见下表3-4表3-3调洪计算工作曲线计算表P0.1校核洪水时间入库流量（m3/s）平均入库流量（m3/s）V/Tq/2m3/s下泄流量（m3/s）水库水位（m）7185.31901703718560581941991704218760592042101705418860510215220170751916051122523117104192605.11223624117143196605.11324625117188201605.11425626217238207605.21526727217292213605.21627728117351220605.31728428817412227605.31829129517472234605.41929830217533241605.42030530917593248605.52131231617654255605.52231932317714262605.62332633017775269605.62433334017835276605.72534735417899283605.72636136817970291605.82737438118047300605.92838843218128309605.929475550182503256063062571318475361606.23180093818827418606.4321075127319346502606.7331470177520117642607.334208026772125087260835327338422305416796103644114481252171836610.43745504495278622533611.83844393981298233075612.83935232996307293324613.34024692120304013235613.14117701551292862925612.54213321229279122547611.8431125265932190611.2由计算结果可得出最高水位即校核洪水位为613.3m,对应的最大下泄流量为3324m3/s。

调洪成果汇总为下表3-5，表3-4调洪成果汇总表P库水位Zm库容（万m3）下泄qm3/s下游水位（m0.1613.3104503324579.351611.191802160577.926056350185572.9第4章工程地质4.1区域地质概况本区位于大巴山旋扭构造西段北缘，北与秦岭纬向构造相连，由阳勉大断裂与之相隔，区域主要构造线方向为北东东向，局部有近南北向受多期构造运动影响。