水 工 建 筑 物 实 训 报 告

水 工 建 筑 物 实 训 报 告 专 业：水利水电工程与管理 班 级：2011秋 学 号：1144001455194 姓 名： 庆安水库位于睢宁县城北15km，废黄河南堤下，库区东、南、西三面筑坝，北面紧靠废黄河南堤，是一座中型平原水库，地处8地震烈度区，设计最高调蓄洪水位29.6m，汛限水位27.5m，兴利水位28.5m。总库容6030万m3，其中调洪库容2190万m3，兴利库容4770万m3，死库容30万m3。该库于1958年3月兴建，1959年建成。设计灌溉面积10000公顷，实际灌溉面积7467公顷。水源为废黄河滩面降雨径流和古邳抽水站抽引民便河之水，水库建成以来，改善了睢宁县庆安、姚集、梁集、魏集、睢城、古邳等镇的水利条件，实现灌溉水源的年调节，缓解了睢宁县用水矛盾，且能在大旱之年为全县大部提供抗旱水源，结合水产养殖等综合利用方面，都发挥了很大作用。（一）地质条件 根据1997年7月徐州市水利建筑设计研究院提供的庆安水库工程地质勘察报告。勘探深度内各土层自上而下大致可分为4层，各土层分述如下：（1）、粉砂：黄色粉砂、粉土，砂壤土，层底高程18.218.3m，中间夹23层黄褐色薄层粘土，上部松散，中下部稍密中密，厚13.0m，水闸基底25.7m，该层为持力层，建议承载力标准值100kPa，但该层防渗抗冲能力较差。（2）、粉砂：灰色粉砂，稍密中密，厚2.5m，层底高程15.615.7m，建议承载力标准值130kPa。（3）、重壤土：黄色、褐黄色重壤土、粘土，可塑，厚2.3m，层底高程13.3m，建议承载力标准180kPa。（4）、粉质粘土：黄色、褐黄色粉质粘土，重壤土，可塑硬塑，含砂礓，揭露厚度2.7m，建议承载力标准值310kPa。回填土资料：自然=19.5kN/m3,m=20kN/m3, C=0kPa，=26。（二）水文气象 睢宁县地处北温带，属暖温带半湿润季风气候区，气候温和，光照充足，春夏秋冬四季分明，降水量较为充沛。春季：3至5月，气温回升快，以冷干风为主，蒸发强，常出现旱情；夏季：6至8月，天气炎热，降雨其中，多暴雨，易形成洪涝；秋季：9至11月，晴朗少雨，光照少，气候宜人；冬季：12至2月，寒冷少雨。日照：近40年，全境年均日照2366小时，为可照时数的54%。气温：多年平均气温14.30C，其中1月份平均气温-0.50C，7月份平均气温27.10C，极端最高气温40.10C，发生在1955年6月19日，极端最低气温-23.30C，发生在1969年2月6日。霜期：多年平均无霜期206天，最多无霜期246天，发生在1977年，最少无霜期180天，发生在1962年。初霜期一般在10月30日左右出现，最早出现的初霜期是1962年10月15日。终霜期一般发生在4月6日前后，最早终霜期发生在1967年3月10日，最迟终霜期为5月4日。风：夏季多东南风，春秋冬三季多东北风。多年平均风速2.4米/秒左右。5月中旬至6月上旬常发生干热风，每年平均2.6次，4.1天，对小麦后期正常灌浆影响较大。降水：根据睢宁县气象站1951年至1990年降水资料统计，40年年平均降水量852.6毫米（多年平均869毫米），最大降水年份发生在1963年，降水量为1360毫米，最少降水年份发生在1988年，降水量为568.4毫米。40年中年降水量超过1000毫米的年份有8年，占20%，平均5年一遇；低于600毫米的有2年，占5%，平均20年一遇；低于700毫米的有11年，占27.5%，平均4年一遇。40年中降水量最多的月份为7月，平均月降水量209.8毫米，占40年年平均降水量的24.6%，其中月降水量最多的为1982年的7月，月降水量522毫米，占全年降水量1048.7毫米的49.8%。蒸发量：根据睢宁县14年E601型水面蒸发资料，多年平均水面蒸发量为1043.3毫米，年蒸发量最大值为1371.6毫米，出现在1976年，年蒸发量最小值为898.1毫米，出现在1991年。水文地质：庆安水库所在区域内地下水共有5个含水层，地下水埋深一般在3.5米左右，地下水位平均高程27.4米。222水位资料根据防洪标准（GB-50201-94），水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）的规定，水库工程等别为级。相应建筑物按建筑物考虑。工况闸上水位（废黄河）闸下水位（水库侧）备注孔径设计设计（50年一遇）30.2829.31Q=160m3/s校核（300年一遇）32.2129.81Q=160m3/s消能设计设计130.2827.5029.310160m3/s设计228.523.0028.5水库清淤校核132.2127.5029.810160m3/s稳定验算设 计30.2829.31校核132.2129.81引水校核228.523地震期30.2829.31地震烈度8度，动峰加速度0.2g（一）闸底地下轮廓线的布置 1、防渗设计的目的防止闸基渗透变形；减小闸基渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓尺寸。2、布置原则 防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽快排出，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。3、地下轮廓线布置（1）闸基防渗长度的确定。根据公式LCH式中：L-水闸的防渗长度，H-上、下游水位差，C-允许渗径系数值，依地基的性质而定，因为地基土质为粉砂，查表取9，计算闸基理论防渗长度为8.73m。L=9(30.2829.31)=8.73m（2）防渗设备 由于闸基土质以粉砂为主，防渗设备采用混凝土铺盖，闸底板上、下游侧设置齿墙，并且设置板桩。 （二）排水设备的细部构造 1、排水设备的作用采用排水设备，可降低渗透水压力，排除渗水，避免渗透变形，增加下游的稳定性。排水的位置直接影响渗透压力的大小和分布，应根据闸基土质情况和水闸的工作条件，做到即减少渗压又避免渗透变形。2、排水设备的设计（1）水平排水 水平排水为加厚反滤层中的大颗粒层，形成平铺式。反滤层一般是由23层不同粒径的砂和砂砾石组成的。层次排列应尽量与渗流的方向垂直，各层次的粒径则按渗流方向逐层增大。反滤层的材料应该是能抗风化的砂石料，并满足：被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层；各层的颗粒不得发生移动；相邻两层间，较小一层的颗粒不得穿过较粗一层的空隙；反滤层不能被阻塞，应具有足够的透水性，以保证排水通畅；同时还应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而变差。本次设计中的反滤层由碎石，中砂和细砂组成，其中上部为20cm厚的碎石，中间为10cm厚的中砂，下部为10cm厚的细砂。 图2 反滤层构造图 (单位：cm) （2）铅直排水设计 本工程在护坦的中后部设排水孔，孔距为2m，孔径为10cm，呈梅花形布置，孔下设反滤层。（3）侧向排水设计 侧向防渗排水布置（包括刺墙、板桩、排水井等）应根据上、下游水位，墙体材料和墙后土质以及地下水位变化等情况综合考虑，并应与闸基的防渗排水布置相适应，在空间上形成防渗整体。 在消力池两岸翼墙设23层排水孔，呈梅花形布置，孔后设反滤层，排出墙后的侧向绕渗水流。3、止水设计凡具有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直和水平止水两种。前者设在闸墩中间，边墩与翼墙间以及上游翼墙铅直缝中；后者设在粘土铺盖保护层上的温度沉陷缝、消力池与底板温度沉陷缝、翼墙、消力池本身的温度沉降缝内。在粘土铺盖与闸底板沉陷缝中设置沥青麻袋止水。 图3 止水详图 (单位：cm) （三）防渗计算 1、渗流计算的目的：计算闸底板各点渗透压力；验算地基土在初步拟定的地下轮廓线下的渗透稳定性。2、计算方法有直线比例法、流网法和改进阻力系数法，由于改进阻力系数法计算结果精确，采用此种方法进行渗流计算。 3、计算渗透压力（1）地基有效深度的计算。 根据公式(3)判断 ，地基有效深度 为 m，大于实际的地基透水层深度8m，所以取小值 m。 （2）分段阻力系数的计算。通过地下轮廓的各角点和尖端将渗流区域分成9个典型段，如图4所示。其中1、9段为进出口段，用式(4)计算阻力系数；3、5、7段为内部垂直段，用式(5)计算相应的阻力系数；2、4、6、8段为水平段，用式6计算相应的阻力系数。各典型段的水头损失用式(7)计算。结果列入（表1）中。 对于进出口段的阻力系数修正，按公式计算，结果如表2所示。 图4 渗流区域分段图 （单位：m） 表1 各段渗透压力水头损失分段编号 分段名称 进口 0.68.00.470.4080.245 水平 01.97.440.05.254.5534.716 垂直 1.97.40.260.2260.226 水平 005.51.00.180.1560.156 垂直 1.06.50.160.1390.136 水平 1.01.06.518.02.552.2112.211 垂直 1.06.50.160.1390.139 水平 005.51.00.180.1560.182 出口 1.57.00.590.5120.486合计 9.8 H= 8.5 H= 8. 5表2 进出口段的阻力系数修正表 段 别 SThoh进口段 0.67.40.600.2450.1634.716出口段 2.55.50.950.4860.0260.182（3）计算各角点的渗透压力值。 用表1计算的各段的水头损失进行计算，总的水头差为正常挡水期的上、下游水头差8.5m。各段后角点渗压水头=该段前角点渗压水头此段的水头损失值，结果列入表3。表3 闸基各角点渗透压力值 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 8.508.263.543.313.163.020.810.670.490（4）验算渗流逸出坡降。 出口段的逸出坡降为： ，小于壤土出口段允许渗流坡降值 （查表得），满足要求，不会发生渗透变形。绘制闸底板的渗透压力分布图5。 图5 闸底板下渗透压力分布图 (单位：m)（四）消能防冲设计的控制情况 由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流式消能。设计水位或校核水位时闸门全开渲泄洪水，为淹没出流无需消能。闸前为正常高水位30.28m，部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下流水位不高，闸下射流速度较大，才会出现严重的冲刷河床现象，需设置相应的消能设施。为了保证无论何种开启高度的情况下均能发生淹没式水跃消能，所以采用闸前水深H=8.5m，闸门局部开启情况，作为消能防冲设计的控制情况。为了降低工程造价，确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设计按1、3、5、7孔对称方式开启，分别对不同开启孔数和开启度进行组合计算，找出消力池池深和池长的控制条件。按公式计算结果列入表1。表1 消力池池深池长估算表开启孔数n开启高度 收缩系数泄流量Q 单宽流量q 收缩水深hc跃后水深 hc下游水深Hs流态判别消力池尺寸备注池深d池长Ls水跃长Lsj10.80.554445.440.493.272.40自由出流1.0321.519.2 1.00.616607.550.624.032.651.624.523.5 1.20.617739.080.744.412.951.725.725.3 1.50.6199111.40.934.903.251.927.227.4池深控制2.00.62112215.31.245.533.622.231.729.6限开30.80.5541315.440.443.273.75淹没出流 1.00.6161817.550.624.034.25 1.20.6172179.080.744.414.58 1.50.61927311.40.934.90 2.00.62136615.31.245.53 通过计算，为了节省工程造价，防止消力池过深，对开启1孔开启高度为2.0米限开，得出开启1孔开启高度为2米为消力池的池深控制条件。（五）消力池尺寸及构造 1、消力池深度计算根据所选择的控制条件，估算池深为2m，用公式计算挖池后的收缩水深hc和相应的出池落差Z及跃后水深hc，验算水跃淹没系数符合在1.051.10之间的要求。2、消力池池长根据池深为2m，用公式计算出相应的消力池长度为32。3、消力池的构造采用挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板做成等厚，为了降低底板下部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为10cm，间距为2m，呈梅花形布置。根据抗冲要求，按式16计算消力池底板厚度。其中 为消力池底板计算系数，取0.18； 为确定池深时的过闸单宽流量； 为相应于单宽流量的上、下游水位差。m，取消力池底板的厚度 m。 图1 消力池构造尺寸图 (单位：高程m，尺寸cm)（六）海漫设计 1、海漫长度计算用公式（18）计算海漫长度结果列入表2。其中 为海漫长度计算系数，根据闸基土质为中粉质壤土则选12。取计算表中的大值，确定海漫长度为40m。表2 海漫长度计算表流量Q上游水深 下游水深 q 1008.53.351.565.2522.72008.54.303.134.2030.43008.55.254.693.2534.94008.55. 956.252.5537.95008.56.627.811.8839.36008.57.209.381.3039.27008.57.8010.90.7036.22、海漫构造因为对海漫的要求为有一定的粗糙度以便进一步消除余能，有一定的透水性，有一定的柔性。所以选择在海漫的起始段为10米长的浆砌石水平段，因为浆砌石的抗冲性能较好，其顶面高程与护坦齐平。后30米做成坡度为1：15的干砌石段，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。海漫厚度为0.6米，下面铺设15cm的砂垫层。（七）防冲槽设计 海漫末端河床冲刷坑深度按公式计算，其中河床土质的不冲流速可按下式计算。按不同情况计算如表3所示。 （20） 式中 河床土质的不冲流速，m/s； 查水力学可知此处取0.8m/s； 水力半径， ； 海漫末端河床水深，m。表3 冲刷坑深度计算表计算情况 相应过水水面积 湿周 校核情况 15.251422.52157.161.5541.24311.801.700设计情况 11.711243149.571.5271.22210.60-0.056根据计算确定防冲槽的深度为1.70m。采用宽浅式，底宽取3.4m，上游坡率为2，下游坡率为3，出槽后作成坡率为5的斜坡与下游河床相连。如图2所示。 图2 海漫防冲槽构造图 (单位：m) （八）交通桥桥 交通桥的作用是连接两岸交通，供车辆和人通行。交通桥的型式可采用板梁式。交通桥的位置应根据闸室稳定及两岸连接等条件确定，布置在下游。仅供人畜通行用的交通桥，其宽度不小于3m；行驶汽车等的交通桥，应按交通部门制定的规范进行设计，一般公路单车道净宽为4.5m，双车道为79m。本次设计采用双车道7m宽，并设有人行道安全带为75cm，具体尺寸如图4所示。 图4 交通桥细部构造图 (单位：cm)附件1、 水闸平面布置图一张2、 工作桥布置图一张，