桃林口水利枢纽混凝土重力坝设计毕业设计论文.docx

1、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

2、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SDJ1278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

3、致。 年径流在年际间变化悬殊。套林口实测资料19561982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35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69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1

4、962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19711977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20001.42.22.85.3Cv1.351.351.351.251.0Cs/Cv2.52.52.52.52.5频率(%)0.013204022.4335.2439.9655.40.022960020.7532.6536.9051.50.12

5、248015.7424.7328.3440.500.21968013.7821.6524.9236.200.51600011.2317.6020.4130.401132809.3014.5017.1426.102106807.4811.7513.9221.70573605.158.109.8016.201050003.505.506.8312.102029202.043.214.178.18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0.020.14823782967242294680348237829624197417218005505002522300

6、190010508006304268720351200900740644663379150011008918762257732750189012201010867823039202700180012131319946474032602170141434810867517035602370161412810700510035102340181316299844750327021802011323857640802810187022975173863520242016102489236758322022101470262839963623030200013904774058622790192012

7、807668955222248017101140868455184247017001130106845518424701700113012268001958095185910379014284002180010500700047001629400224001065073204940182960022480010680736050002029300222001065073304950222900021600104507250488024285002000098506880458027220520176008950600041004215401520077005200370061806012800

8、620044503000814580104004850360024601011100800034002540177012500038001900145010307143420288514001000700163163247011508506101829113240105080059020289022101000750560222758218995073055024260420809207265402822552196091072253542451193390071853062309182090071452882214172289071052610214516768857065241220301

9、635880702522142016155087569852016192615278706945171818271463865690515201818143386068651372217231404855682510241689137785067850829216551371846674505416221326843670503616161281840666500815671235836662497101516122983365849512145511708306544931413791144826650490161348114382364648818129010958206424862012

10、60106981663848322122910438136344802411981017810631478302116899180662847541138965803625473761107939800622470810959307966184681010839307936154661210729107906124641410619007856094621610538947806064601811079397756034582010619007706004551.2.1.3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

11、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

12、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0.40.6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

13、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67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

14、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67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

15、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。1.23.4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400500,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1020米。出露于I83坝线右岸上游约15020

16、0米，宽约1020米。（2）F105断层，产状走向NW31OO、倾角800900，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

17、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57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=0.200.24。风化情况弱风化下限、河床1028米深（高程左边75米，右边55米）。左岸弱风化下限为115105米高程，右岸

18、为12090米高程。地质构造右岸小断层67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80100米深的范围内值均大于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、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134338Mpa。弹性模量E=50010000Mpa。泊桑比=0.110.13。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0.600.65；（2）板岩层面摩擦系数为0.400.45；（3）层面夹泥膜摩擦系数为0.300.35; (4) 切层泥层摩擦系数为0.

19、200.24。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

20、。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）162.0354.2412.0分摊系数法亩效益（元亩）81.0177.1206.0单方水效益（元立米）0.250.170.17减去成本法亩效益（元亩）124.0378.0261.0单方水效益（元立米）0.390.260.22(2)城市及钢铁基地供水

21、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156.3153.7153.2110.099.197.084.197.6P=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

22、米亿立米亿立米亿立米亿立米14.932.1110.330.941.66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(245T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157.2489.24519.015141.715.01512.5151827624527 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90.04-564-56435843663103.

23、5446.05.051.7513.928440.65=2.62.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、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60、69、83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、及三条坝轴线。其中、二条坝轴线

24、河床为串岭沟板岩，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35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

25、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35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。69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

26、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、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60、69两条坝线基岩为灰岩。但从右岸岩层的产状相比，60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；69坝线右岸岩层倾向下游，才层次比较平稳，两者相比，69好于60。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