群安水库枢纽工程设计毕业设计说明书

群安水库枢纽工程设计群安水库枢纽工程设计The qunan Reservoir Key Project Designs总计 毕业设计（论文） 110 页 表 格 24 个目目 录录摘摘 要要. IABSTRACT.II第一章第一章 基本资料基本资料 .1 11.11.1 水文气象水文气象 .1 11.1.1 流域概括.11.1.2 气象.11.1.3 径流.21.1.4 洪水.31.1.5 设计施工导流及度汛洪水.31.1.6 泥沙.31.21.2 工程地质工程地质 .7 71.2.1 区域构造及其稳定.71.2.2 水库区工程地质条件.81.2.3 坝址区工程地质条件.91.31.3 建筑材料建筑材料 .11111.3.1 天然建筑材料.111.3.2 三材.12第第二二章章 调洪演算调洪演算 .16162.12.1 工程等级规模工程等级规模 .16162.22.2 防洪标准防洪标准 .16162.32.3 调洪演算调洪演算 .16162.3.1 洪水过程线计算.162.3.2 泄洪方式.162.2.3 泄洪能力.162.3.4 调洪演算.17第第三三章章 大坝设计大坝设计 .19193.13.1 坝型选择坝型选择 .19193.23.2 坝顶高程坝顶高程 .21213.2.1 坝顶超高计算.223.2.2 平均波高及波长计算.223.2.3 平均波浪爬高.23mR3.2.4 风浪壅高计算.243.2.5 最终坝顶高程确定.253.33.3 坝顶构造坝顶构造 .26263.3.1 坝顶宽度计算 .263.3.2 坝顶的铺设.263.43.4 坝坡及相关设计坝坡及相关设计 .26263.4.2 坝面排水.273.4.3 护坡设计.283.53.5 大坝其他构造大坝其他构造 .28283.5.1 防渗体选择.283.5.2 坝体排水设计.293.5.3 反滤层和过滤层.303.5.4 筑坝材料选择与填筑要求.303.5.5 土料的储量 .313.5.6 土料场的选择.313.5.7 坝壳料场的选择.323.5.8 填筑标准设计.32第四章第四章 泄水建筑物泄水建筑物 .32324.14.1 方案比较方案比较 .33334.24.2 溢洪道的布置溢洪道的布置 .33334.2.1 引水渠布置 .344.2.2 控制段布置 .344.2.3 泄槽 .344.2.4 消能防冲设施布置 .344.2.5 出水渠布置 .354.34.3 结构设计结构设计 .35354.3.1 引水渠 .354.3.2 控制段 .354.3.4 挑流消能 .364.3.5 边墙结构设计 .364.44.4 地基及边坡处理设计地基及边坡处理设计 .36364.4.1 地基开挖 .364.4.2 边坡开挖及处理 .364.54.5 混凝土的强度、防渗、抗冻指标混凝土的强度、防渗、抗冻指标 .36364.64.6 溢洪道水力设计溢洪道水力设计 .37374.6.1 控制段 .374.6.2 泄流能力计算：.374.6.3 泄槽的水力计算.394.6.4 波动掺气水深计算.434.6.5 挑流消能计算.444.74.7 校核情况校核情况 .4545第五章第五章 输水建筑物输水建筑物 .46465.15.1 方案比较方案比较 .46465.25.2 隧洞选线与布置隧洞选线与布置 .46465.35.3 闸门在隧洞中的布置闸门在隧洞中的布置 .46465.45.4 洞型尺寸洞型尺寸 .46465.55.5 隧洞结构设计隧洞结构设计 .47475.5.1 衬砌厚度 .475.5.2 分缝 .485.5.3 隧洞的灌浆、排水.485.5.4 混凝土的强度、抗渗、抗冻、抗磨和抗侵蚀 .49参考文献参考文献 .5050 1摘摘 要要群安水库枢纽工程设计分说明书和计算书两部分。水库以灌溉和工业供水为主，兼顾防洪，工程兴建后可以向地区工业供水。水库枢纽建筑物由主坝、溢洪道、放水洞组成。设计的主要任务是确定主要建筑物的级别，选定适宜的坝址、工程总体布置、主要建筑物形式和控制性尺寸；选择水库的各种特征水位；选择施工导流方案、主要建筑物的施工方法、施工进度及总布置、天然建筑材料来源、对外交通及主要设备，及施工总概算进行技术经济分析，对各种主要建筑物进行确定，并通过水利计算验证所设尺寸对泄流及输水、消能防冲等方面的要求。根据建筑物各部位用料和技术要求，各料场的分布高程、数量和质量、开采运输及加工条件、受洪水及冰冻影响的情况。水库枢纽的主要建筑物级别为 3 级，次要建筑物为 4 级，临时建筑物为 5 级。永久性建筑物设计洪水标准为 50 年标准，校核洪水标准为 1000 年标准，工程规模为中型。关键字：关键字：群安水库枢纽工程 主要建筑物 施工组织设计；第一章 基本资料2AbstractThe qunan reservoir key project designs explains things the Ming edition and the account book two parts. The reservoir irrigates and the industrial water supply primarily, proper attention to both flood prevention, after project construction, may to the area industrial water supply. The reservoir key position building by the main dam, the spillway, puts the water tunnel to be composed. The designs primary mission is the determination main buildings rank, the designation being suitable dam site, the project general arrangement, the main building form and the control size; Chooses the reservoir each kind of characteristic water level; The choice construction conduction current plan, the main buildings job practice, the construction progress and always arrange, the natural building material to originate, the external communication and the major installation, and constructs the rough estimate to carry on the technical economy analysis, carries on the determination to each main building, and supposes the size through the water conservation computation confirmation to the aerial drainage and the water distribution, disappears can against flush and so on aspect requests. According to the building various spots needed materials and the specification, the various materials yards distributed elevation, quantity and the quality, the mining transportation and the working condition, and freeze the flood the influence the situation. The reservoir key positions main building rank is 3 levels, the secondary building is 4 levels, the temporary building is 5 levels. The permanent building design flood standard was 50 year standard, the examination flood standard is in 1000 the standard, the project scale for medium. Key word ：qunan reservoir key project designs；the main building；Construction organization plan 1第一章第一章 基本资料基本资料1.1 水文气象1.1.1 流域概括 群安河位于某省群安盆地以北，东部天山山脉哈尔里南坡，地理位置介于东经 90579419，北纬 43024311，流域内地形大部属中高山地形，地势北高南低，由东北向西南倾斜，海拔 3600 米以上为冰川和永久积雪覆盖区，海拔 25003600 米区间为径流形成区，海拔 13002500 米属中低山区，河流全长 31 公里，坝址以上集水面积 324平方公里，径流来源于高山冰雪融水，夏季的直接降水和季节性积雪融水，河道纵坡25%30%。1.1.2 气象群安河流域地处欧亚大陆腹地，属典型的大陆性气候，其特点是光照充足，夏季炎热，冬季寒冷，干燥少雨，蒸发量大，春季多风。流域内盛行东北、东风，全年大风日数 24天。库区内一般多出现顺河向风，多年平均年最大风速 12m /s，风向基本上与坝轴线正交，吹程 D=2.12km。库坝区多年平均降水量 143.9 毫米，多年平均蒸发量 1232.3 毫米，多年平均蒸发量见表 11。表表 11 多年平均蒸发量多年平均蒸发量月份123456789101112全年蒸发量(mm)26.442.2102.7190287.5279.3272.9263.3226.8135.352.826.41905.6库坝区多年平均温度 7.5，一月平均气温-5.2，7 月平均气温 21.1，极端最高气温 32.5（1986 年 7 月 15 日） ，极端最低气温-22.5（1984 年 1 月 17 日） ，年日照时数在 3000 小时以上。气温详见表 12。根据坝址处 19551995 年的冰情观测资料，最大河心冰厚 0.44m，最大岸边冰厚0.45m。最大冻土深度 80cm。第一章 基本资料2表表 12 多年月平均气温（多年月平均气温（）月项目123456789101112全年月平均-5.5-4.33.0915.319.421.120.213.53.4-0.8-4.47.5最 高-10.1-8.018.722.925.729.732.530.126.120.18.07.132.5最 低-22.5-13.9-6.69-3.4-0.49.813.84.84.7-9.4-7.5-16.3-22.51.1.3 径流群安河径流来源于高山冰雪融水，夏季的直接降水和季节性的积雪融水，径流的年际变化不大，但年内分配不均，据库址水文站 18 年（19791996）的实测资料，再加上断面上游引水渠引走的还原水量，年最大径流量 64.65106m3（1990 年） ，年最小径流量36.27106m3（1985 年） ，汛期 59 月径流量占全年径流量的 86.5%，其中 68 月径流量占全年的 68.6%，枯水期 11 月至次年 3 月径流量占全年的 7.4%。多年平均径流量49.51106m3，P=50%径流量 49.20106m3，P=75%径流量 40.81106m3，P=90%径流量33.74106m3，P=95%径流量 29.64106m3。表表 13 多年平均流量频率计算成果多年平均流量频率计算成果Cv频 率 P（%）项目均值计算采用Cs/Cv25102050758090平均流量(m3/s)1.570.260.2622.462.262.11.911.561.291.231.07表表 14 P=10%每月最大来流量表每月最大来流量表月份123456789101112 3Q(m3/s)0.650.510.4416.829.737.649.242.58.531.990.920.611.1.4 洪水群安河的洪水可分为暴雨洪水、融雪洪水、降水和冰雪融水混合洪水三种类型的洪水，其中融雪洪水大多出现在 4 月中旬至 5 月份，洪水的大小取决于冬春季山区积雪面积和积雪深度以及春季气温辐射条件，这类洪水涨落缓慢，变幅较小，对水库的威胁不及夏洪大。夏季暴雨洪水多发生在 7 月中下旬及 8 月上中旬，这类洪水主要由大降水生成，其中大范围的暴雨洪水在群安流域出现频次虽少，但量级并不低，1961 年 7 月 21 日测得日雨量 93.4mm，调查最大洪峰流量 199m3/s，最大一日洪量 12.94106m3，另外有雨水和冰雪融水混合形成的洪水在本流域内也时有发生，这类洪水对水库安全、运用较为不利。因此，选择 1998 年 8 月上、中旬的一次洪水过程线作用为群安水库设计洪水的典型过程线（见表 15） 。1.1.5 设计施工导流及度汛洪水根据规范，施工导流洪水频率为 P=10%，拦洪度汛洪水频率为 5%，仍以 1998 年为典型年，洪水过程线见表 16。截流设计流量可选用截流时期内 10频率的月平均流量，见表 1-7。表表 17 P=10%每月平均来流量表每月平均来流量表1.1.6 泥沙群安河泥沙来源于融雪洪水和暴雨洪水对流域表面强烈的冲刷和侵蚀，根据实测资料（19962005 年）分析，群安河输沙量年际变化较大，年内分配极不均匀，汛期 58 月输沙量占年输沙量的 83.8%，49 月占年输沙量的 100%。最大年输沙量 2.10104吨（2000 年） ，最小年输沙量 0.3104吨（2002 年） ，最大年输沙量是年最小的 7 倍。多年平均年输沙量为 1.14104吨，其中推移质泥沙为 0.17104吨，悬移质泥砂为 0.97104吨。 月份123456789101112Q(m3/s)0.20.10.153.44.15.88.26.42.01.20.50.3第一章 基本资料4表表 1-5 群安水库设计洪水过程线计算表群安水库设计洪水过程线计算表P=0.1%P=2%时间典型估量m3/s放大倍比放大流量m3/s修匀流量m3/s典型估量 m3/s放大倍比放大流量m3/s修匀流量m3/s7 日 0:003.4911.138.738.73.494.1514.514.54:003.7711.141.841.83.774.1515.615.68:004.4011.148.848.84.404.1518.318.312:004.0311.144.744.74.034.1516.716.716:003.4911.138.738.73.494.1514.514.519:003.2411.136.036.03.244.1513.413.48 日 0:006.2811.1/10.969.7/68.562.06.284.15/3.9626.1/24.927.02:186.2810.968.577.06.283.9624.922.04:009.0210.998.398.39.023.9635.735.78:005.5310.993.093.08.533.9633.833.817:005.8510.963.963.95.863.9623.223.220:007.1510.977.977.97.153.9628.328.322:009.0210.998.398.39.023.9635.735.79 日 2:0014.3010.9156.0156.014.303.9656.656.66:0015.4010.9/8.1568.0/126.0145.015.403.96/2.5961.0/39.950.47:3017.108.15139.0139.017.102.5944.344.38:0021.308.15174.0174.021.302.5955.255.211:1247.608.15388.0388.047.602.59123.0123.011:4248.808.15/6.84398.0/334398.048.802.59/2.17126.0/106.0126.013:0040.908.15333.0355.040.902.59106.0113.013:3741.508.15338.0355.041.502.59107.0113.013:5446.408.15378.0350.046.402.59120.0107.014:1240.208.15328.0340.040.202.59104.0106.0 514:4242.808.15349.0330.042.802.59111.0104.015:0031.608.15258.0300.031.602.5981.895.016:3928.808.15235.0235.028.802.5974.670.017:1228.808.15235.0235.028.802.5974.670.020:0023.908.15195.0195.023.902.5961.961.921:0018.408.15150.0185.018.402.5947.759.021:1826.608.15217.0180.026.602.5968.959.021:4222.808.15186.0175.022.802.5959.158.022:0024.908.15203.0175.024.902.5964.557.022:4218.408.15150.0170.018.402.5947.756.010 日0:0019.808.15161.0160.019.802.5951.355.06:0014.108.15/10.915.0/154.0135.014.102.59/3.9636.5/55.848.08:0013.1010.9143.0132.013.103.9651.945.019:547.7210.984.184.07.723.9630.630.620:007.7210.984.184.07.723.9630.630.611 日0:007.3310.9/11.180.4/81.980.07.383.96/4.1529.2/30.629.24:006.7411.174.874.86.744.1528.028.08:006.4411.171.571.56.444.1526.726.717:124.9711.155.255.24.974.1520.620.620:004.7711.152.952.94.774.1519.819.821:34.3811.148.648.64.384.1518.218.212 日0:004.5711.150.748.04.574.1519.019.0表表 16 群安水库施工期洪水过程线计算表群安水库施工期洪水过程线计算表时间P=5%P=10%第一章 基本资料6典型估量m3/s放大倍比放大流量m3/s修匀流量m3/s典型估量m3/s放大倍比放大流量m3/s修匀流量m3/s23 日 20:006.402.7217.417.41.7811.411.421.128.992.7224.524.51.7816.016.024 日 4:0010.602.7228.828.81.7818.918.98:0011.102.7230.230.21.7819.819.812:5313.002.72/2.0535.4/26.735.41.78/1.1623.1/15.123.114:0016.402.0533.639.51.161924.115:3024.202.0549.642.01.1628.124.515:4024.202.0549.642.51.1628.124.616:1221.402.0543.943.91.1624.824.816:2022.002.0545.145.11.1625.525.517:1228.202.05/2.3557.8/66.366.31.16/1.3232.7/37.237.217:2728.202.0557.865.51.1632.736.818:3825.302.0551.953.41.1629.330.619:0026.002.0553.353.31.1630.230.220:0024.402.0550.050.01.1628.328.321:1822.402.0545.947.81.16262722:0024.602.0550.446.71.1628.526.423:2421.702.0544.544.51.1625.225.225 日 0:0023.102.0547.447.41.1626.826.81:0023.302.0548.848.81.1627.627.62:0023.802.0548.848.81.1627.627.64:0020.502.0542.042.01.1623.823.88:0016.502.72/2.0533.833.81.1619.122.08:2316.502.7233.833.81.1619.121.812:3513.402.7236.4/27.532.01.78/1.1623.9/15.520.016:0011.302.7230.730.71.7820.118.518:309.822.7226.726.71.7817.517.5 720:009.822.7226.726.71.7817.517.526 日 0:0010.302.7228.028.01.7818.318.34:009.822.7226.726.71.7817.517.58:008.502.7223.123.11.7815.115.112:006.712.7218.318.31.7811.911.920:005.592.7215.215.21.789.9510.01.2 工程地质1.2.1 区域构造及其稳定工程区位于天山东段块体内，北部为巴里坤塔格八大石隆起块体，南部为群安盆地（沉降带） 。其北面是天山东西向构造与阿尔泰北面构造的交汇部位，除近东西向及北西北西西构造较发育外，还见有少量的北北西向断裂及北东东向断裂，各种不同方向的断裂将本区分割成大小不同的构造块体。1. 主要构造形迹（1）巴里坤塔格天山庙大断裂该断裂总长 300 公里以上，西段走向近东西较平直，天山庙以东走向北西西，再往东转北东东，形成往南突出的弧形，断裂北倾，倾角 7076。（2）南山口西断裂走向 333，地表出露长度 10 公里，为具右旋特征的剪切断裂，此组方向的断层开成时间晚，截割了其他方向的断裂，是第四纪以来的活断层。（3）东沟断裂东沟断裂是库坝区附近的一条断裂，是在花岗岩体中发育的一条北东东走向的断裂，断裂的东段沿群安河谷分布，成东西向延伸，东段在河谷南侧不远的基岩中通过，总长度约 25 公里，断裂倾角较陡，在 75左右，且多朝南倾，为一条右旋走滑断层，它对库区地形及地质构造起到一定的影响。2 活动断裂与地震（1）达板果勒断裂达板果勒裂东端在未来 100 年内发生 67 级左右地震的可能性最大，但其最近的可能震源距库区在 20 公里以上，按地震影响场的衰减系数，对库区的影响裂度也在 7或 7以下。第一章 基本资料8（2）东沟断裂该断裂长约 25 公里，历史上很少有地震活动，活动量也不大，本区尚未发现北东东向断裂发生过 Ms5 级地震的先例，因而估计未来百年内发生 Ms6 级地震的可能性很小，按照某省地区断层长度与发生最大地震的经验关系式，该断裂可能发生的最大震级Ms=6.2，即使发生 6.2 级地震，其烈度也只有 7。3. 区域稳定评价坝库区位于天山东段构造块体内，尽管附近有东沟断裂存在，经自治区地震局论证鉴定，活动量不大，它不是本区地震活动的控制性断裂，因此，区域构造环境较好，库坝区处于较稳定的块体内。据自治区地震局论证鉴定，区外达板果勒断裂东端发生 67 级左右地震的可能性最大，但对库区的最高影响烈度为 7。1.2.2 水库区工程地质条件1. 库区地质概况群安水库在大地构造单元上属北天山地向斜褶皱带,哈尔里克复背斜,出露的地层有泥盆系中统大南湖级第三亚组和不同成因类型的第四系地层。现将库区出露地层由老到新分述如下：（1）泥盆系中统大南湖组第三亚组大理岩：出露于库区西北部，为库区最老地层，分布面积 0.08 平方公里，岩石呈白色、灰白色，花岗变晶结构，产状 9646。粉砂质凝灰岩：出露于坝址区河流西侧，分布面积 0.4 平方公里，岩石呈灰色、灰绿色，风化面为灰黑色，层状构造，由正常碎屑和胶结物组成，岩层产状倾向东，倾角7080。凝灰质粉砂岩：出露于坝址以东，面积 1.8 平方公里，由于断层与小褶曲的影响，产状变化较大。岩石呈灰色，风化面黑色，板状层状构造，由正常碎屑和火山碎屑组成。（2）第四系地层冲积层：由河流冲积作用形成的松散堆积物，分布在河床和河流形成的阶地上，沿河带状分布，厚度变化于 213.2m，在坝址附近厚约 25m。岩性为砂、卵石。坡积碎石土层：主要分布在坝址两岸阶地上，厚度 013m，其成分为碎石和粉土， 9碎石含量 60%左右，粉土含量 40%左右。2. 构造库区的内共有大小断层 20 条，最长达 5.5 公里，最短的仅几十米，以走向 6070的最发育，主要断层有 F1、F17、F18。F1 断层：纵贯整个库区，属逆断层，长 5.5 公里，断层东段走向 43，中段 72，西段 60，倾向南东，倾角 6288，中段倾角陡，破碎带宽 610 米，破碎带由内向外依次有断层泥、糜棱岩、角砾石和压碎岩，断层破碎带连续，从坝址左坝肩穿过。F17 断层：位于坝址右岸，为一正断层，长 1 公里，断层面倾向南西，走向 62，倾角 80，破碎带宽 0.51 米，可见断层角砾岩。F18 断层：位于坝址上游 0.7 公里处，接近南北走向。坝址区主要裂隙有 7 条，以北东向为主，南北向次之，最长达 300m，小的只有几十米，裂隙倾角 7080，裂隙张开宽度 15cm，最大不超过 10cm，裂隙面粗糙，有碎石、粘土物充填。3. 库岸稳定水库基底岩石为凝灰岩，河谷及两侧岸坡为厚度不大的松散堆积物覆盖，进入坝址附近因岸坡变陡，大部分范围基岩裸露，基岩完整。未发现滑坡体，位于坝址南侧的 F1 断层，向南倾斜，在坝址附近倾角 82，出露在库区回水标高范围以上，水库建成蓄水后不存在滑动、坍塌问题。4. 库区渗漏库区处于高山峡谷区，两岸山势陡峻，山体雄厚，河谷深切，10 公里范围内为最低侵蚀基准面，库区岩性由花岗岩和凝灰岩组成，除发育有近东西，近南北向两级小规模断裂外，无规模较大的区域性断裂通过，故水库不会产生邻谷渗漏。5. 水库淹没及浸没库区内无工矿企业、居民点，仅有 5 亩耕地，1.3 万余株野生乔灌木及 268 亩天然草场，故无大的淹没损失，岩质库岸也不存在浸没问题。1.2.3 坝址区工程地质条件1. 地质概况坝址区位于群安河谷近出山口地段，属低中山地貌，海拔 14801883m，比高第一章 基本资料10400m。坝区河流呈近东西走向，河流以下切为主，河谷呈“V”字形，现代河床宽 2750m，河流弯急，流速大。坝址区上下游两岸冲沟发育，呈梳状展布，以近南北向者居多，冲沟具有延伸长、两岸陡立、切深大等特点，给选择坝线带来一定困难。坝址区出露岩层主要有粉砂质凝灰岩、凝灰质粉砂岩、大理岩、第四系冲积物及坡积物，冲积物厚度 25m，坡积物厚度 014m。坝址区河谷两岸不对称，阶地亦不对称，河谷右岸较发育，阶地可见、级，级阶地不发育，级阶地在右岸呈带状分布，高出河水位 30m 左右，级阶地高出河水位 4050m。坝址区内无大的断裂构造发育，只发育有几条规模较小的断层和两级裂隙，现简述如下：F1 断层：位于左岸，走向 43，倾向南东，倾角 82，总长 5.5 公里，破碎带宽度610m，在左坝肩高出回水线以上 300m 出露，距左坝肩水平距离 300m，对建坝影响不大。F17 断层：位于右岸，走向 62，倾向南西，倾角 80，总长 1 公里，破碎带宽度0.5m，在右坝肩高出回水线以上 100m 出露，距右坝肩水平距离 200m，对建坝影响不大。F19 断层：位于左坝肩，总长 50m，走向 6265，倾角直立。在左坝肩高出回水线以上 100m 出露，距左坝肩水平距离 120m，对建坝影响不大。第一组裂隙：倾向 258305，倾角 6075。第二级裂隙：倾向 3207，倾角 5889。两组节理相交呈“X”型，其中第一组裂隙位于右岸坝脚附近，长 20m，张开宽度约10cm，因规模较小，易于处理。1.2.4 坝址工程地质条件评价坝址区两岸山体雄厚，基岩裸露，主要为粉砂质凝灰岩和凝灰质粉砂岩，岩石坚硬较完整，岩层产状 35010，NE 或 SE6580，倾向上游对建坝有利。两岸及坝基工程地质条件分述如下：（1）左坝肩现代河床陡崖高 13m，陡崖之上为级阶地，级阶地之上为坡积碎石覆盖，南北向分布宽度 70m，坡度 2530，厚 013m，结构疏松，透水性强，需全部清除，在此之 11上岸坡变陡，为 6575，未发现有大的不稳定体和缓倾角滑移面，出露岩石较完整，坚硬，强风化层厚度 13m，弱风化层厚度 510m，工程地质条件较好。（2）右坝肩右岸岸边有 2040m 高的陡坡，在 1985m 高程以上地形坡度 50左右，右坝肩未发现有大的不稳定岩体和缓倾角滑移面，但在 19802055m 高程范围有一段地层较破碎，产状紊乱，风化深度 20m 左右，该段上部岩石破碎是由于表部风化裂隙发育，较软弱，风化强烈现象造成。右岸坝轴线上游，无第四系坡积物覆盖，坝轴线下游阶地之上为第四系坡积物覆盖，分布范围南北向宽 100m，东西向长 160m，最大厚度 7m。若在右岸布置溢洪道，应考虑清除破碎岩石及坡积物。（3）坝基工程地质条件坝基位于现代河槽，宽度 27m 左右，根据钻孔及探坑揭露，坝轴线附近覆盖层厚2m，之下基岩完整、坚硬，河流基本下切至新鲜岩面，基础处理较易。根据洞探揭露，两岸坝肩由河床岸边深入岩体内部 10m 以后，大部分岩石坚硬完整，节理裂隙不发育，岩层走向与河流走向呈大交角，围岩稳定性较好，均可布置导流洞和放水洞。1.3 建筑材料1.3.1 天然建筑材料群安水库天然建筑材料位于坝址下游 7 公里范围内，主要岩性为第四系崩坡积物和冲洪积物。为满足设计要求，共选择了 7 个料场，各料场情况如下：（1）C6 料场水库大坝坝体填筑料场，位于群安沟口右岸级阶地和该级阶地质沿相连接的山前堆积层，料场距大坝 5 公里，该处沉积层巨厚，贮量丰富，测算料场储量在 100 万立方米。颗料级配较好，颗粒磨园度由棱角状、次棱角状，直至滚圆状都有。从分布情况看，阶地前沿多为冲、洪积堆积物，卵、砾石磨圆度好呈滚圆，夹有大量漂石，多数砾石直径500mm，个别有超过此粒径的向阶地后沿发展,主要是山前洪积堆积层，分选及磨圆度都较差，颗粒以棱角状和次棱角状为主，最大颗料直径 250 至 350mm，山前个别漂砾大于800mm。堆积物母岩成分以花岗岩、灰岩为主，颗料间充填物由砂、砾和土组成，山前堆积物中土含量较大，而阶地前沿冲，洪积堆积冲填而以砂、砾为主。该料场物理力学指标见表 1-8、表 1-9。第一章 基本资料12（2）C1 砂石料场C1 砂石料场位于群安沟口河滩，距水库大坝 4.5 公里,此处沉积较厚,为冲、洪积沉积物，分布成扇形，半径 244m，堆积厚度 2 至 17m，储量约 20.5 万立方米,料场紧邻基岩山坡有部分坡积物混合堆积,分选较差,其中卵、砾石磨圆度较好,呈滚圆状,砂子有大部分因为搬运距离不远，磨圆较差，呈次棱角状，砂 子成分中正长石含量较大。（3）C2 砂石料场C2 砂石料场位于东沟村东南 300 米的冲沟沟口，距水库大坝 5.5 公里，冲洪积沉积与堆积混合堆积，洪积扇地貌，堆积厚度大于 20m，扇轴长 400m，储量约 94.5 万立方米，此处山沟水量较小，搬运及沉积物以细颗粒居多，粗颗粒相对减少，卵砾石磨圆度较好，砂子磨圆较差，砂子成分含量中以正长石为主。（4）C3 土料场该料场位于水库大坝上游，距大坝约 3 公里，料场沿沟底分布，长约 1000m，宽约600m，储量约 88.2 万立方米。该料场土料的压缩系数为 0.266Mpa，属中等压缩性土，粘粒含量高，达 48.1%，可塑性好，塑性指数为 14.37，属品质较好的心墙土料。（5）C4 土料场C4 土料场位于出山口以西冲沟沟口，距水库约 5.5 公里，呈条带分布，长约 960m，宽约 60m，储量约 28.8 万立方米，该料场土料物理力学指标见表 1-10、表 1-11。（6）C5 砂石料场C5 砂石料场位于群安沟口以西冲沟沟口，距水库大坝约 6.5 公里，料场顺沟底呈条带分布，长约 1320m，宽约 200m，探坑深度 5m，储量约 132 万立方米。该料场主要为附近基岩风化堆积，成分以正长石为主，磨圆及分选较差、砂、砾均为次棱角状。（7）C7 石料场石料场位于群安沟口河漫滩，距水库大坝约 5 公里，该处 200mm 至 600mm 漂石储量丰富，收集方便，运距较近，预测储量 5 万立方米，并且卵石、漂石磨圆度好，石质坚硬，主要成分为花岗岩，是很好的砌石材料。1.3.2 三材（1）水泥群安地区当地有数家水泥生产厂，产品质量稳定，可满足工程需要。（2）钢筋与木材均可通过铁路、公路运输，满足工程需要。 13第一章 基本资料14 表表 1-8 各料场沙砾料颗粒级配汇总表各料场沙砾料颗粒级配汇总表 表表 1-9 各料场砂砾料场理学实验成果表各料场砂砾料场理学实验成果表内摩擦角渗透料场比重天然密度(g/cm3)含泥量（）干燥（度）饱和（度）渗透系数（cm/sec）临界坡降C1 2.692.290.0541.539.58.410-20.87C2 2.692.261.4040.137.98.410-20.78C5 2.672.300.6839.833.38.410-20.75C6 2.682.310.7542.941.68.410-20.85粒径含量（%）料场200（mm）200150（mm）150100（mm）10060（mm）6020（mm）205（mm）52（mm）20.5（mm）0.50.25（mm）0.250.1（mm）0.1（mm）有效粒径（mm）不均匀系数曲率系数C18.03.022.031.016.510.09.50.18187.010.30C21.53.712.317.626.513.53.37.710.42.30.70.37137.85.82C50.23.09.318.230.312.22.17.811.05.00.90.28171.46.03C60.93.111.316.427.412.42.38.412.93.61.30.31154.82.58 15表表 1-10 土料基本性质试验成果表土料基本性质试验成果表表表 1-11 土料化学分析成土料化学分析成颗粒组成（）击实不固结不排水剪 UU固结不排水剪CU固结排水剪CD料场天然湿密度(g/cm3)天然干密度(g/cm3)天然含水量（）土粒比重Gs流限WL塑限Wp塑性指数Ip细粒沙0.05粉粒0.050.005粘粒0.005最优含水量Wop最大干容重dmax渗透系数K(cm/s)（度）C（KPa）（度）C（KPa）（度）C（KPa）C31.441.811.231.609.214.612.702.7636.6622.62914.378.7043.248.116.525.51.61.7n10-816.5019.0022.5016.3325.5010.00C40.321.641.151.417.916.82.702.7233.6521.1412.5116.047.037.016.024.01.651.7n10-719.889.2524.6317.5028.508.00料场易溶盐（）中溶盐（）难溶盐（）有机质（）C3 0.2880.5812.4330.458第一章 基本资料16C4 0.5850.3191.6320.421 17第二章 调洪演算18第二章第二章 调洪演算调洪演算2.1 工程等级规模群安水库位于某省某地区群安河河谷出山口地段，水库控制流域面积 714 平方公里，库容 900104m3。水库以灌溉和工业供水为主，兼顾防洪，工程兴建后可以向地区工业年提供水量2160104m3，向灌区年供水 1782104m3，全年供水 3942104m3，改善灌溉面积14.32104亩。水库枢纽建筑物由主坝、溢洪道、放水洞组成。根据工程规模及其在国民经济中的作用，按水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000，水库永久性建筑物设计洪水标准为 50 年标准，校核洪水标准为 1000 年标准。根据水库库容灌溉规模及供水要求，正常高水位 1G994.7m，库容 900 万 m。水库枢纽的工程等别为等，工程规模为中型。水库枢纽的主要建筑物级别为 3 级，次要建筑物为 4 级，临时建筑物为 5 级。2.2 防洪标准该工程主要建筑物级别为 3 级，根据防洪标准 （GB50201-94）规定 3 级建筑物土石坝的防洪标准采用 50 年（p=2%）一遇设计，1000 年（p=0.1%）一遇校核，临时建筑物防洪标准采用 20 年一遇标准。2.3 调洪演算2.3.1 洪水过程线计算根据资料现在设计洪峰流量和坝址处水文站的单位洪水流量过程线，故本次设计洪水过程线采用以洪峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，分别得设计洪水过程线与校核洪水过程线。根据所给的群安水库设计洪水过程线计算表，选用两小时为时差，用内差法进行计算，求得时差为 2 小时的洪水过程线表。 （详见计算书）2.3.2 泄洪方式设计枢纽拦河大坝初定为土石坝，所以要设坝外泄水建筑物岸边溢洪道。本枢纽初步选定用开敞式溢洪道，溢流堰采用 WES 实用堰。2.2.3 泄洪能力根据确定的泄流方式，进行泄流能力分析。对于无侧收缩的自由出流实用堰水力计算公 Q=mbH03/2(水力学第四版吴持恭主编 P295) （2-1）g2南昌工程学院毕业设计19式中：m自由出流系数，取 0.485；b溢流孔宽，取 25 米；H0H0=H+av2/2g，H 为堰上水头。计算时忽略堰上流速水头。求得水库水位库容下泄能力见计算表。2.3.4 调洪演算1. 调洪演算原理 根据水库水量平衡方程：在某一时段内，入库水量减去出库水量，应等于该时段内水库增加或减少的蓄水量。水量平衡方程为 t-t=0.5（Q1+Q2）t-0.5（q1+q2）t=V2-V1 Qq（2-2）（水资源规划及利用（中国水利水电出版社）P157） 式中 Q1计算时段始的入库流量，m3/s；t Q2计算时段末的出库流量，m3/s；t计算时段平均入库流量，m3/s；Qq1 计算时段初下泄流量，m3/s；q 2 计算时段末下泄流量，m3/s； 计算时段平均下泄流量，m3/s；q V1 计算时段始的水库蓄水量，m3/s；t V2计算时段末的水库蓄水量，m3/s；t 计算时段，一般取16小时，以秒为单位。本次调洪t为2小时，7200t秒。当已知水库入库洪水过程线时，式（2-2）中的Q1，Q2，均为已知；V1，q1是计算Q时段开始时的初始条件，未知数有两个（V2和q 2）， 需增加一个方程才能求解。假定t暂不考虑自水库取水的兴利部门泄向下游的流量，则q应是泄水建筑物泄流水头H的函数。当泄洪建筑物尺寸，型式等已定时，有q=f（H）=AHB (2-3)（水资源规划及利用（中国水利水电出版社）P157） 第二章 调洪演算20式中 ： A-系数，与建筑物形式和尺寸，闸孔开度以及淹没系数有关系，B-指数，对于堰流一般为 3/2 。 式（2-3）最终可用下泄流量q与库容V的关系曲线来代替，即 q=f（V） (2-4) (水资源规划及利用（中国水利水电出版社）P158 ) 式（2-2）和式（2-4）组成一个方程组，可求出未知数q 2和V2，然后以此作为下一时段初的数值继续计算。用两个公式调洪计算的方法很多，常用试算法和半图解法。本设计中采用试算法。由于该溢流堰不设闸门，根据资料可知该水库起调水位高程为1994.7m，相应的库容为900万立方米。2调洪过程及结果表表2-1 调洪结果表调洪结果表设计洪水（p=2%）校核洪水（p=0.1%）最大下泄流量（m/s）113.42372.69相应水位（m）1996.341998.34相应最大库容（10 m）4973.581057.35南昌工程学院本科毕业设计21第三章第三章 大坝设计大坝设计3.1 坝型选择根据各坝型的特点结合所给群安水库库区地质资料进行如下坝型比选：坝型一：重力坝重力坝是一种古老而且应用广泛的坝型,它因主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持稳定而得名。重力坝的结构简单,施工方便,抗御洪水能力强,抵抗战争破坏等意外事故的能力强,工作安全可靠,至今仍广泛使用。 1、重力坝的工作原理 重力坝的工作原理是在水压力及其他荷载的作用下,主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力来抵消坝前水压力,以满足稳定的要求,同时,也靠坝体自重在水平载面上产生的压重力来抵消由于水压力所引起的拉重力,以满足强度的要求。其基本剖面为上游近于垂直的三角形剖面,眼垂直轴线方向常没永久伸缩缝,将坝体分成若干独立工作的坝段,坝体剖面较大。 2、重力坝的特点 重力坝之所以能长久地被采用，主要是因为它具有以下几大优点：a.泄洪和施工导流比较容易解决。重力坝的断面大,筑坝材料抗冲刷能力强,适用于在坝顶溢流和坝身设置泄水孔。在施工期可以利用坝体或底孔导流。枢纽布置方便一般不需要另设河岸溢洪道或洪隧洞。在意外情况下,即使从坝顶少量过水,一般也不会招致坝体失事； b.安全可靠,结构简单,施工技术比较容易掌握。坝体板样,立模和混凝土浇筑和振捣都比较方便,有利于机械化施工；c.安全可靠重力坝剖面尺寸大，应力较小，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗水的渗漏、洪水漫顶、地震和战争破坏的能力都比较强； d.对地形、地质条件适应性强任何形状的河谷都可以修建重力坝，因为坝体作用于地面上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低； e.枢纽泄洪问题容易解决重力坝可以做成溢流的，也可以在坝内设置泄水孔，一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑；f结构作用明确重力坝沿坝轴线用横缝分成若干段，各坝段独立工作，结构作用明确，应力分析和稳定计算都比较简单。 第三章 大坝设计22但是，重力坝也有下面一些缺点： a坝体剖面尺寸大，水泥用量多；b坝体应力较低，材料强度不能充分发挥； c坝体与地基接触面积大，因而坝底的扬压力较大，对稳定不利。 d坝体体积大，施工期混凝土的温度应力和收缩应力较大，在施工期对混凝土温度控制的要求较高。坝型二：拱坝拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。与重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的反作用来支承。拱圈截面上主要承受轴向反力，可充分利用筑坝材料的强度。因此，是一种经济性和安全性都很好的坝型。1、拱坝特点：(1)优点：拱坝利用拱的作用将荷载传至两岸，充分利用了材料的搞压性能，故拱坝可做得比较薄，大大节省混凝土方量，从而节省造价。此外，拱坝还可以在坝身开孔解决泄流问题，不需另外修建溢洪道，坝体重量轻，抗震性能好。(2)缺点：几何形状复杂，施工难度大。施工导流需一次断流，工另开导流隧洞。拱坝主要的缺点是对坝址河谷形状及地基要求较高。2、地质条件建造拱坝的地形条件是左右两岸对称，岸坡平顺无突变，砰面上为向下流收缩的峡谷地段，如 V 形和 U 形河谷。坝端下游侧要有足够的岩体支承，以保证坝体的稳定。理想的地质条件是基岩均匀单一、完整稳定、强度高、刚度大、透水性小和耐风化。此外，拱坝要求两岸坝座附近河岸边坡岩体稳定，整体性好，没有大的断裂构造和软弱夹层，在荷载作用下不产生大的压缩变形。坝型三：土石坝1、土石坝特点(1)优点： a.就地取材，节省钢材水泥木材等建筑材料，减少了建坝过程中的远途运输。 b.结构简单，便于维修和加高扩建。c坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好性能，因此对地基的要求低。 d施工技术简单，工序少，便于组合机械快速施工。 南昌工程学院本科毕业设计23(2)缺点：坝身一般不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便，粘性土料的填筑受气候条件影响较大等。2、地质条件：土石坝能够适用各种地质条件综上所述，根据群安水库地质条件及附近建筑材料，发现重力坝及拱坝地形地质条件不适宜，而土石坝能适应各种地质条件且附近有足够的建坝材料，因而选用土石坝为建坝坝型。土石坝按其施工方法可分为碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝、水中倒土坝和水力冲填坝。从地形地质条件以及附近建筑材料来看本次设计坝型应选择碾压式土石坝。碾压式土石坝根据土料配置的位置和防渗体所用材料种类的不同，又分为均质坝和土质防渗体分区坝、非土质材料防渗体分区坝。均质坝材料单一，工序简单，但坝坡较缓，剖面大，工程量大，施工易受气候影响，冬季施工较为不便，坝体空隙水压力大。因此考虑均质坝方案是不宜采用的。土质防渗体分区坝主要有斜心墙坝、斜斜心墙坝、斜墙坝和多种土质坝等类型。斜心墙坝土质防渗体设在坝体中部，两侧为透水性较好的砂石料，该坝型粘性土料所占比重不大，施工受季节影响较小，但施工时斜心墙与坝体同时填筑，相互干扰较大。斜斜心墙坝和斜心墙坝基本类似，并且可以改善坝体应力状态，能显著减弱坝壳对斜心墙的“拱效应” ，其抗裂性能优于斜心墙坝和斜墙坝。斜墙坝土质防渗体设在上游或接近上游面，该坝型斜墙与坝体施工干扰小，但其抗震性和适应不均匀沉降的性能不如斜心墙坝。由于该工程所在地区为地震烈度定为 7 度，基岩与砼之间磨擦系数取 0.65，故不宜采用斜墙坝。多种土质坝施工工序复杂，相互干扰较大，施工易受气候影响，在此不予采用。非土质材料防渗体坝的防渗体一般有混凝土、沥青混凝土或土工膜等材料组成，而其余部分由土石料组成，因工程附近建筑材料丰富，为就地取材不宜采取该坝型。由上述比较可以看出，由于该工程所在地区为地震烈度定为 7 度，基岩与砼之间磨擦系数取 0.65，故不宜采用斜墙坝。因工程附近建筑材料丰富，有时和的心墙土料，所以选择用心墙坝。3.2 坝顶高程根据碾压式土石坝设计规范 （SL274-2001）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下的坝顶超高、校核水位加非常运第三章 大坝设计24用条件下的坝顶超高进行计算，因该地区地震烈度为 6 度，故还需考虑正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高加上地震涌浪高度，最后取以上四种工况最大值，并保留一定的沉降值。3.2.1 坝顶超高计算为保证水库不漫顶，必须在正常运用和非常运用期间的静水位以上有一定的超高。一般用表示。 d=R+e+A （3-1） （水工建筑物 （第五版）中国水利水电出版社） 式中：R-最大波浪在坝坡上的设计爬高，m;e-风浪引起的坝前水位壅高，m;A安全加高，m表表 3-13-1 土石坝的安全加高土石坝的安全加高 （单位：（单位：m m） 坝的级别1234，5正常运行条件1501.000.700.50非常运行条件（a）0.700.500.400.30非常运行条件（b）1.000.700500.30（注：非常运用条件（a）适用于山区、丘陵区，非常运行条件（b）适用