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说明书
前言
我国地大物博，是一个能源大国，但同时人口众多的现实因素决定了我国也是能源消耗大国，所以我们必须学会合理利用能源，实现能源建设的可持续发展。
在水利资源的应用上也应如此。
众所周知，我国的水利水电资源储存量在世界名列前茅，其中的小水电资源也十分丰富，理论蕴藏量约为1.5亿kW，可开发容量约为7000多万kW，相应年发电量约为2000亿～2500亿kWh。
我国小水电资源的特点是容量小，多分散，涉及面广。
开发小水电资源的地点一般都选在经济上最有吸引力的站址。
高水头和靠近用电中心是小水电站站址必须具备的重要条件。
因此，小水电的开发并不仅局限于资源丰富的地区。
小水电站建设工程简单，而且建设工期短，一次基建投资小，水库的淹没损失、移民、环境和生态等方面的综合影响甚小。
而且小水电站建设技术相对其他水电站的建设相对更加成熟、且易于修建。
由于小水电接近用户，故输变电设备简单、线路输电损耗小。
由于小水电站拥有以上优点，在全国各地，小型水电站都有较好的用武之地，为我国的水力发电事业、为能源合理利用做出了不可估量的贡献。
本设计所阐述的后河水利枢纽位于重庆市近郊渝北区木耳镇境内，嘉陵江一级支流后河中游。
坝址距重庆市区观音桥35km。
此水库为中型水库，总库容5211万立方米，最大坝高68米，水库坝址以上流域面积122.6平方公里，河长38.0km，流域平均比降4.93‰。
坝址以上河谷狭窄，坝基砂、泥岩裸露，库岸稳定。
根据重庆市水环境监测中心水质检验报告，后河水质达国家Ⅱ类水标准，后河水利枢纽距渝北空港经济开发区和两路镇用水户仅1km～9km，良好的地理位置和丰富的水利资源使后河水利枢纽成为了一个不可多得的水源工程。
在观音洞处修建后河水利枢纽有着非常重大的意义。
当此水库建成后将替代东方红水库，成为解决农业缺水和城区供水的最理想的方案，也是渝北区水利建设者和城建部门多年来的梦想。
关于后河水利枢纽的研究，包括我们学校的多位老师在内的专家们已经做出了非常细致的研究，很多方面都经过了反复的论证，其科学性与可行性得到了充分的验证。
本设计在参考了诸位老师的研究的基础上，针对坝体的溢流坝和消能工的优化进行了一定的研究。
后河水利枢纽工程设计内容包括五个部分：
坝线及坝型选择和枢纽布置方案的比较、坝体剖面设计、坝体细部构造、投资预算、绘制设计图纸。
在设计之前我做了大量细致的准备工作，查阅了大量的相关资料。
在指导老师的悉心点拨下和同组同学的深入讨论中，我在溢流坝形式和消能工的优化选择方面，进行了广泛和深入地研究，权衡利弊，综合经济、技术等方面的考虑下，努力作出合理的设计。
在经过仔细考虑和细心求证后，最终决定采用的WES实用堰和挑流消能。
毕业设计是实现人才培养目标的综合性实践教学环节，是本科生培养计划的重要组成部分，也是本科生获得学士学位的必备条件。
作为即将踏入社会的水利水电建设者，我能否成为真正具有真才实学的社会主义建设所需要的水利人才，能否将自己所学的知识赋予实际建设？
回答这个问题的最好方法是让自己亲身去实践。
在大学生涯的最后阶段，我非常有幸能在许光祥老师的指导下通过毕业设计来进行自我检验，相信通过老师的耐心指导和自己的辛苦付出，能将自己四年的所学联系到现实。
同时对专业知识查漏补缺，为今后的工作和自身发展指明方向，打好基础。
本设计在编写过程中力求全面、具体地反映该工程的设计理论、方法和过程，但是由于自身能力所限，并且实战经验不够丰富，必定会有很多方面不够详尽，某些建议也不够成熟。
在此恳请各位老师能够提出宝贵的意见和建议，指出论文中的不妥之处。
同时，在本设计的编写过程中，许光祥老师，刘亚辉老师的悉心指导和帮助，给了我很大的支持和鼓励，在此向表示衷心的感谢！
目录
目录I
摘要I
AbstractI
第1章工程概述1
1.1工程地理位置1
1.2工程所在河流的规划建设1
1.3工程任务及建设的必要性2
1.4库区工程地质条件2
1.5工程水文条件2
1.6气象条件4
1.7当地建筑材料4
1.7.1花二滩条（块）石料场4
1.7.2薄刀顶石渣料场4
1.7.3粘土料5
1.7.4混凝土骨料5
1.8工程参数5
1.8.1抗剪断强度5
1.8.2摩擦系数5
1.8.3承载力6
1.8.4弹性模量6
1.8.5变形模量6
1.8.6边坡比6
1.8.7渗透系数6
1.8.8坚固系数6
1.8.9弹性抗力系数7
第2章坝址、坝轴线、坝型选择和主要建筑物选择8
2.1坝址的选择8
2.1.1地形条件9
2.1.2岩性条件9
2.1.3防渗条件10
2.1.4建筑材料条件10
2.1.5淹没补偿总投资10
2.1.6运行条件10
2.2坝轴线的选择10
2.3坝型的选择10
2.3.1混凝土重力坝11
2.3.2土石坝11
2.3.3面板堆石坝12
2.4枢纽主要建筑物的选择12
2.4.1挡水建筑物12
2.4.2泄水建筑物12
第3章枢纽布置14
3.1枢纽布置的基本原则14
3.2枢纽的进一步布置14
第4章挡水建筑物设计15
4.1挡水建筑物形式的选择15
4.2剖面尺寸设计15
4.2.1剖面形状的拟定15
4.2.2坝体尺寸确定16
4.4稳定及应力分析16
4.4.1稳定分析的基本原理16
4.4.2稳定分析计算17
4.4.3应力分析的基本原理和方法17
4.4.4应力分析计算18
第5章泄水建筑物的设计18
5.1泄水建筑物形式的选择18
5.2溢流坝剖面设计18
5.2.1堰顶高程及溢流孔口设计19
5.2.2顶部溢流段20
5.2.3中部直线段20
5.2.4下游消能设计20
5.2.4闸墩设计24
5.3导墙设计25
5.4稳定与应力分析26
5.4.1计算基本原理及方法26
5.4.2稳定分析计算26
第6章细部构造设计27
6.1坝体材料分区27
6.2廊道系统28
6.2.1基础灌浆廊道28
6.2.2检查排水廊道29
6.3坝体分缝及止水29
6.3.1坝体分缝的目的29
6.3.2坝体分缝及止水设计29
6.4坝体排水31
第7章基础处理32
7.1地基开挖与清理32
7.2固结灌浆32
7.3帷幕灌浆33
7.3.1帷幕的深度设计33
7.3.2帷幕厚度的确定34
7.3.3帷幕伸入到两岸的范围34
7.4坝基排水34
第8章主要工程量35
小结36
谢辞37
参考文献38
摘要
2010年渝北区农业灌溉、城镇供水和农村人畜饮水总量将达到41910.3万m3，目前渝北区可供水量离这一供水目标相差甚远，水已严重制约渝北区国民经济和社会发展。
在观音洞处修建后河水利枢纽是解决农业缺水和城区供水最理想的方案，也是渝北区水利建设者和城建部门多年来的梦想。
该处地形地质条件好，根据重庆市水环境监测中心水质检验报告，后河水利枢纽水质达国家Ⅱ类水标准，是不可多得的水源工程。
后河水利枢纽枢纽工程设计内容包括五个部分：
坝线、坝型选择和枢纽布置方案比较；坝体剖面设计；坝体细部构造；投资预算；绘制设计图纸。
其中，对枢纽总布置和坝体剖面设计作了较为详尽的分析、比较和计算。
关键词：
渝北区，观音洞，水库枢纽，实体重力坝
Abstract
In2010thetotalamountofwaterwillreachto41.9103billioncubicmetersintheYubeidistrict,includingagriculture’sirrigation,town’swatersupplyandthedrinkwaterforpersonanddomesticanimal.Uptonow,theYubeidistrictstillhasalongwaytogotomeettheneed.Waterhasbecomethemainfactortorestrictthedevelopmentofeconomyandsociety.ToconstructtheKwan-yin-cavityreservoirisnotonlytheidealschemetosolvetheshortofwater,butalsothedreamofirrigationworks’erectorandtheconstructdepartment.Thislocatehasagoodconditionofgeologyandwaterquality.BaseonthetestreportformthecenterofwaterenvironmentinspectofChongqing,thewaterqualityreachthesecondstandardofGB,it’shardtocomebysuchagoodlocationoffountainengineering.
ThekeypositionofKwan-yin-cavityincludesfiveparts:
thearrangementofkeypositionandcompareofschemes;thesectionplaneofrock-filldam;
Thedam’ministryconstitution;thebudgetofinvestment;maketheblueprint,amongwitchthefistandsecondpartwerestudiedtodetails.
Keywords:
Yubeidistrict,Kwan-yin-cavity,Waterprojectplan,Concreteslottedgravitydam
第1章工程概述
1.1工程地理位置
后河水利枢纽位于重庆市近郊渝北区木耳镇境内，嘉陵江一级支流后河中游。
后河发源于渝北区同仁乡双朝门，流经兴隆镇、木耳镇，在悦来镇清溪口村汇入嘉陵江。
后河全长50.5km，控制流域面积342.2km2，流域平均比降按总落差计算为6.65‰。
水库坝址地理位置东经106°37′29″～106°37′33″，北纬29°47′32″～29°47′38″，坝址及库周有乡级公路与210国道相连，下坝址距210国道1km，距木耳镇2.5km、距渝北区政府所在地两路镇9km、距重庆市区观音桥35km，交通极为方便。
1.2工程所在河流的规划建设
后河流域从未进行过系统的规划，但在很多规划报告中都将观音洞（东方红）水库（以下简称后河水利枢纽）作为渝北区解决后河流域农业灌溉和城镇供水的重点工程。
如《重庆市渝北区水中长期供求计划》、《重庆市渝北区后河水资源规划报告》、《重庆市渝北区水利电力发展“十五”计划和2015年长远规划报告》、《重庆市城区水资源规划》等。
2010年渝北区农业灌溉、城镇供水和农村人畜饮水总量将达到41910.3万m3，目前渝北区可供水量离这一供水目标相差甚远，水已严重制约渝北区国民经济和社会发展，为缓解用水矛盾，必须尽快兴建一批骨干供水工程以解燃眉之急。
由于两路城区范围周边的水利化程度低，无骨干水利工程，且城区当地水资源利用率低，地下水又难以开采利用。
两路建成区的用水主要靠新桥水库（位于后河支流平滩河上，集雨面积29.3km2,水库总库容1433万m3,正常蓄水位372.00m，兴利库容598万m3）和东方红水库联合供水，通过城郊6km外的两路水厂引水解决供水问题。
由于东方红水库位置低，库容下，受地形地质条件的限制，又不具备加坝扩库的条件，再加上水库周围已被城建部门规划为亲水居住区，随着居住人数的逐年增加，其水质污染必将加重而只能成为人们休闲娱乐的水上场所。
因此，要解决渝北农业灌溉和城区供水问题必须寻找新的水源来替代东方红水库的功能。
在距离东方红水库库尾1km的观音洞是建坝成库最理想的位置之一。
该处地形地质条件好，坝址河床高程288.34m,比东方红水库正常水位252.70m高35.64m。
根据重庆市水环境监测中心水质检验报告，后河水利枢纽水质达国家Ⅱ类水标准，距渝北空港经济开发区和两路镇用水户仅1km～9km，是不可多得的水源工程。
在后河水库后河处修建后河水库是替代东方红水库，解决农业缺水和城区供水最理想的方案，也是渝北区水利建设者和城建部门多年来的梦想。
1.3工程任务及建设的必要性
后河水利枢纽工程的开发任务是以农业灌溉和城镇供水为主，兼有农村安全饮水、改善生态环境等综合效益。
是重庆市和渝北区重要的骨干水利工程。
后河水库建成后，灌区水利条件将逐步得以改善，可有利于开展退耕还林、整治坡耕地，实行山、水、田、林、路综合治理，为推动全区农田基本建设，发展高效生态农业，改善生态环境创造良好的条件。
此外，由于后河水库位于重庆市郊，水库兴建后将成为市民闲暇时参观旅游的好去处，成为重庆一新的风景旅游点。
后河水库的兴建是加大农业基础设施建设力度，发展郊区特色农业，保障城市生活供应和提高农村收入及生活水平的需要；是加强供水水源建设，增强城市供水能力，为重庆市空港经济开发区和两路城区的建设和发展提供供水保证的需要；是改善生态环境、发展郊区休闲旅游的需要。
1.4库区工程地质条件
库区地形切割较强烈，山体多为倾向南东的单面山，顶部高程480m～550m，相对高差100m～250m。
后河基本沿岩层走向发育，河谷属典型的纵向河谷，两岸冲沟呈右岸明显较左岸发育的不对称树枝状分布。
库区出露侏罗系中下统自流井组（J1—2Z）、中统新田沟组（J2X）、下沙溪庙组（J2XS）、上沙溪庙组（J2S）及第四系冲积物（Q4aL）、残坡积物（Q4el＋dL）、崩积物（Q4col）。
库区位于龙王洞背斜南东翼（或称江北向斜北西翼），岩层产状：
N40°～50°E/SE∠30°～42°。
库区内无断层。
区域节理有三组。
在正常水位线以上，水库库岸基本由砂岩、泥岩构成，岸坡无大规模崩塌、滑坡发育。
水库右岸属顺向坡，但地形坡度均不大于岩层倾角，岸坡无多面临空岩体存在。
零星的小方量崩塌、掉块对库岸稳定无实质性影响。
因此，拟建的后河水库库岸稳定性良好。
本区属弱震地质环境，地震活动水平较低；工程区为Ⅵ度地震区；地震动峰值加速度为0.05g。
区域构造稳定性良好，适宜兴建水利工程。
1.5工程水文条件
后河流域内有中洞水文测站，中洞站在后河水库上游，直线距离17.9km。
径流：
径流由降雨形成，根据中洞站1961年6月～1992年实测资料分析，汛期为4月～10月，主汛期为5月～9月，年内最枯流量一般出现在12月～3月，径流的年际变化大，实测最大年均流量1.9m3/s（1989年），最小年均流量0.524m3/s（1987年）。
径流年内分配不均匀，汛期4月～10月径流占多年平均流量的84.7%，实测最大洪峰流量730m3/s（1989年7月10日），最小流量0.13m3/s（1966年3月1日）。
洪水：
洪水由暴雨形成，年最大洪峰流量多发生在6月～7月。
洪水具有陡涨陡落的特点，洪水多为单峰型，主峰靠前，一次洪水过程约持续一天左右。
经分析得洪水计算成果见表1.1和表1.2。
表1.1后河水库洪水成果表
频率
0.1%
0.2%
0.5%
1%
2%
5%
10%
20%
Q上坝（m3/s）
2390
2140
1800
1540
1310
980
750
530
Q下坝（m3/s）
2410
2160
1810
1560
1320
990
750
530
表1.2后河水库分期设计洪水成果表（单位：
m3/s）
频率
2%
3.33%
5%
10%
20%
上坝址
5～9月
1310
1120
980
750
530
11～4月
88.8
75.4
65.1
48.0
31.9
下坝址
5～9月
1320
1130
990
750
530
11～4月
89.7
76.1
65.7
48.4
32.2
水位流量关系：
坝址附近无实测水位流量关系资料，天然河道糙率表取0.032～0.040，设计断面水位流量关系曲线采用稳定均匀流公式经计算而得。
泥沙：
多年平均悬移质年输沙模数400t/km2，水库泥沙淤积容重1.3t/m3，内摩擦角6～7°。
上坝址多年平均淤积总量4.352万m3，50年淤积217.6万m3，相应泥沙淤积高程H淤=314.79m；下坝址多年平均淤积总量4.414万m3，50年淤积220.7万m3，
相应泥沙淤积高程H淤=305.80m。
泥沙资料见表1.3。
表1.3后河水库年泥沙计算成果表
项目
悬移质（万t）
拦沙量（万t）
推移质（万t）
悬沙和推移质（万t）
淤积体积（万m3）
上坝址
4.836
4.691
0.967
5.658
4.352
下坝址
4.904
4.757
0.981
5.738
4.414
1.6气象条件
降雨：
多年平均降雨1180mm，冬半年（10～3月）降雨约占全年降雨量的23%，夏半年（4～9月）降雨约占全年降雨量的77%，历年的雨日为130天～192天，多年平均159天。
年内暴雨（日雨量大于50mm）多在5～9月。
暴雨的持续时间一般为一天，最长不超过两天。
最大一日降雨量为208.2mm，最大二日连续雨量为289.5mm。
气温：
多年平均气温17.4℃，极端最低气温-2.9℃。
风速、风向：
多年平均风速为1.6m/s，多年平均最大风速为14m/s。
实测最大风速为18.7m/s，发生在8月份，年内一般多北风、东风。
蒸发：
多年平均蒸发量为864mm，最大蒸发月为1964年7月，蒸发量为259.0mm，最小蒸发月为1977年1月，蒸发量为12.2mm。
1.7当地建筑材料
1.7.1花二滩条（块）石料场
位于下坝址上游右岸，距下坝址0.3～1.0km。
地形坡度30°～35°顺向陡坡。
拟开采面顶部高程440.00m，下部高程290.50m，有碎石公路通往坝址。
该料场有用层为长石砂岩，天然容重23.8kN/m3，饱和容重24.5kN/m3，天然空隙率10.64%，平均烘干抗压强度44.64MPa（单值间于30.70～59.00MPa之间），平均饱和抗压强度34.41MPa（单值间于22.90～44.60MPa之间，在总共18个统计值中有6个值低于30MPa，其原因为岩体中泥质含量较高和遭受风化的程度较深而造成，说明该料场中局部夹有饱和抗压强度低于30MPa的岩体，均一性较差），软化系数0.77。
可选择开采工程所需的条（块）石料。
本料场有用层储量244.3×104m3，无用层体积65.4×104m3，剥采比0.27；储量满足要求。
料场为顺向陡坡地形，盖层较厚，应至上而下顺层开采，并剔除饱和抗压强度低于30MPa的岩体，故开采条件较差；料场下部堆料场地狭窄；需新建施工便道，至上坝址运距1.7km，至下坝址运距0.8km。
1.7.2薄刀顶石渣料场
本次勘察查明，以390m为开采下限，该石渣料场有用层储量434×104m3，无用层体积30×104m3，剥采比0.07。
储量满足要求。
开采石渣料后，将在料场北东侧形成高度40～80m的切向坡、在南东侧形成高度5～40m的逆向坡。
边坡岩体以砂质泥岩为主，抗风化性能差，建议对边坡进行喷锚处理，保证边坡稳定。
至上坝址运距2.6km，至下坝址运距0.7km。
1.7.3粘土料
作为围堰用粘土料，用量少。
粘土呈稍湿、可塑状，手搓可成2mm左右的细条，颗粒组成中粘粒含量约35%。
粘土含量约为75%。
角砾质为砂岩块石，一般粒径30～60cm，含量20～25%。
厚度2.0～4.0m，可采储量1.5×104m3。
1.7.4混凝土骨料
天然混凝土骨料可采储量65.2×104m3，其中砾石52×104m3，砂13×104m3，储量满足要求，可机械化开采，开采条件较好，但受季节影响，需筛分。
有公路与坝址相通，至下坝址运距34km，至上坝址运距36km。
人工混凝土骨料天然容重27.1kN/m3，已形成开采面，开采条件较好，可采储量大于60×104m3，储量满足要求。
有公路与工程场地相通，至下坝址运距25km，至上坝址运距约27km。
1.8工程参数
1.8.1抗剪断强度
砼与长石砂岩：
f′0.85～0.90，C′0.65MPa～0.70MPa（下坝址两岸取低值）；
长石砂岩与长石砂岩：
f′0.86～0.95，C′0.66MPa～0.72MPa（下坝址两岸取低值）；
砼与砂质泥岩：
f′0.65～0.67，C′0.26MPa～0.28MPa；
砂质泥岩与砂质泥岩：
f′0.62～0.65，C′0.24～0.26MPa；
长石砂岩与砂质泥岩：
f′0.66～0.68，C′0.26～0.30MPa（下坝址两岸取低值）；
泥化夹层：
f′0.27～0.35，C′25～40kPa（下坝址f′取低值）；
1.8.2摩擦系数
弱风化砂岩：
0.49～0.55（下坝址两岸砂岩取低值）；
弱风化砂质泥岩：
0.39～0.40；
泥化夹层：
0.22～0.27（下坝址取低值）；
1.8.3承载力
弱风化长石砂岩：
2.0MPa～3.1MPa（下坝址两岸取低值）；
弱风化砂质泥岩：
0.9MPa～1.0MPa；
强风化层中下部：
0.30MPa～0.33MPa；
1.8.4弹性模量
下坝址两岸砂岩：
3400MPa～3500MPa；
其它地带砂岩：
6400MPa～6500MPa；
砂质泥岩：
2400MPa～2500MPa；
1.8.5变形模量
下坝址两岸砂岩：
3200MPa～3300MPa；
其它地带砂岩：
5500MPa～5700MPa；
砂质泥岩：
2200MPa～2300MPa；
1.8.6边坡比
弱风化岩质顺向坡：
1:
1.5（岩层倾角为边坡稳定控制结构面，角度33°）；
弱风化岩质逆向、切向坡：
1:
0.5～1:
0.75（坡高大于5m取高值；逆向坡有由逆向节理所切割的岩体形成的小体积零星掉块）；
第四系松散层：
1:
1.25～1.50（层厚大于2m取高值）；
强风化层：
1:
1.00～1.25；
1.8.7渗透系数
浅层基岩：
3m/d；
1.8.8坚固系数
弱风化砂岩：
5；
弱风化砂质泥岩：
2～3；
1.8.9弹性抗力系数
弱风化砂岩：
1.0MPa/m；
弱风化砂质泥岩：
0.60MPa/m。
第2章坝址、坝轴线、坝型选择和主要建筑物选择
2.1坝址的选择
后河水库坝址区位于后河下游河段，后河河谷为纵向谷，各段地质条件相近，无显著差异，本阶段选择上下两个坝址以效益一致的原则进行同精度技术经济比较，上坝址位于白羊寺，下坝址位于后河，两坝址相距约2.0km。
上、下坝址工程地质特征见表2.1。
表2.1坝址工程地质特征对比表
地质条件
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