本科毕业论文---转龙湾水利枢纽工程土坝设计论文正文.doc
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1、内江职业技术学院内江职业技术学院毕 业 设 计(论 文)毕业设计(论文)题目 转龙湾水利枢纽工程土坝设计 指导教师 李瑞 职称 见习 所属教研室 道路桥梁教研室 教研室主任 潘华贵 学生姓名 赵豪 专业 水利水电 班 级 水建一班 学号 121121064 2012年 11 月 11 日l 1前言 土石坝泛指由当地土料、石料或混合料,经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。当坝体材料以土和砂砾为主时,称土坝,以石渣、卵石、爆破石料为主时,称堆石坝;当两类当地材料均占相当比例时,称土石混合坝。土石坝是历史最为悠久的一种坝型。也是世界坝工建设中应用最为广泛、发展最快的一种坝型。 土石坝按坝高分为:低坝
2、、中坝和高坝。按其施工方法分为:碾压式土石坝;冲填式土石坝;水中填土坝和定向爆破堆石坝等。碾压式土石坝是应用最为广泛的一种坝型。按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类,碾压式土石坝有以下几种主要类型: 1、均质坝:坝体断面分防渗体和坝壳,基本上是由均一的黏性土料(壤土、砂壤土)筑成。 2、土质防渗体分区坝:即用透水性较大的土料作坝的主体,用透水性极小的黏土作防渗体的坝,包括黏土心墙坝和黏土斜墙坝。防渗体设在坝体中央的或稍向上游且略为倾斜的称为黏土心墙坝;防渗体设在坝体上游部位且倾斜的称为黏土斜墙坝,是高、中坝中最常用的坝型。 3、非土料防渗体坝:防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材
3、料建成的坝,按其位置也可分为心墙坝和面板坝。 本次设计为东、西乌兰木伦河交汇处至上游西乌兰木伦河约7km处,曾提出过转龙湾坝址,控制流域面积1417km2(包括相对闭流区401km),多年平均流量4890万m3,输沙量780万吨。该河段河床走向近东西,坝址河底高程1215.0m,河床宽约300m,覆盖层厚35m。右岸山梁高程为1275m,上覆盖层为风积中细砂,坝肩主要为基岩岸坡,表层风化强烈。左坝肩为松散风积堆积物,山梁高程1280m,均为流动沙丘。基岩出露高程1235m,为白垩系下统伊金霍洛组紫灰色中粗砂岩夹紫红泥质粉砂岩。由于地形条件的限制,转龙湾坝址最大坝高47m,总库容1.82亿m3。
4、同转龙湾坝址比较,最突出的优点是不涉及铁路淹没改线问题。但由于水工建筑物布置及交通条件差,控制面积为转龙湾坝址的73%,库容小,水库寿命短,供水及防洪能力低,不适应严重缺水地区对水资源的供需要求。从总体效益分析,远不及转龙湾坝址优越,因此选用转龙湾坝址是最合适的。摘要适当修建大坝可以实现一个流域地区发电、防洪、灌溉的综合效益E江位于我国西南部地区,通过对其地形地质、水文资料、气候特征的分析,结合当地的建筑材料,设计适合的枢纽工程来帮助流域地区实现很好的经济效益。根据防洪要求,对水库进行洪水调节计算,确定坝顶高程及泄洪建筑物尺寸;通过分析,对可能的方案进行比较,确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸
5、及水利枢纽布置方案;详细作出大坝设计,通过比较,确定坝的基本剖面与轮廓尺寸,拟定地基处理方案与坝身构造,进行水力、静力计算;对泄水建筑物进行设计,选择建筑物的形式、轮廓尺寸,确定布置方案,拟定细部构造,进行水力、静力计算。水库建成后,可建装机容量约为24MW的水电站,多年平均发电量可达1.05亿度;可增加灌溉面积约10万亩;水库配合下游河道整治等措施,可以很大程度的减轻洪水对下游城镇、厂矿、农村、公路、铁路以及旅游景点的威胁;可为发展养殖创造有利条件。关键字:坝型选择 枢纽布置 大坝设计 基础处理l第一章 设计依据21.1 采用的主要技术规范21.2 特征参数2第二章 工程等别和标准32.1
6、工程等别和建筑物级别32.2 洪水标准32.3 地震裂度3第三章 工程选址、选型及布置43.1 坝址选择43.2 枢纽布置43.3 坝型比较及工程总布置方案5第四章 挡水建筑物84.1 大坝布置84.2 土坝84.2.2 坝体结构124.2.3、 土坝渗流计算124.2.4坝基处理工程22第五章 溢洪道设计245.1 溢洪道地形资料245.2 溢洪道地质资料245.3溢洪道的位置选择245.4溢洪道布置24第六章 细部构造296.1护坡296.2反滤层设计296.3防渗体的土料要求296.4排水结构30结 论31参考文献32 第一章 设计依据1.1 采用的主要技术规范防洪标准(GB5021-9
7、4)水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)水利水电工程可行性研究报告编制规程(DL5020-93)水工建筑物荷载设计规范(DL5077-1997)碾压式土石坝设计规范(SL274-2001)水工建筑物抗冰冻设计规范(SL211-2006)水工建筑物水泥灌浆施工技术规范(SL62-94)水工混凝土结构设计规范(SL191-2008)1.2 特征参数(1)特征水位校核洪水位(P=0.05%):1228.12m设计洪水位(P=1%):1224.44m正常蓄水位:1222.00m汛限限制水位:1215.5m死水位:1198.80m(2)主要气象资料多年平均最大风速:24m/s,风向:西
8、北极端最高气温:37.4极端最低气温:-31.4最大冻深:2.1m冰层厚:0.8m12水建一班 - 11 -第二章 工程等别和标准2.1 工程等别和建筑物级别转龙湾水库是以防洪、排沙为主,兼顾煤矿供水的水利枢纽工程。枢纽主要由土坝、泄洪排沙洞、溢洪道、输水洞组成。水库总库容为1.92亿m3,初拟最大坝高为1230.55m。根据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)的规定,确定本工程为等工程,工程规模为大(2)型。枢纽主要建筑物级别:土坝、右岸溢洪道、左岸两个泄洪排沙洞及放水涵洞等主要工程为2级建筑物;临时性工程为4级建筑物。2.2 洪水标准根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL
9、252-2000的规定,本工程挡水建筑物洪水标准取2级建筑物的上限,即设计洪水标准为100年一遇,相应的设计洪峰流量为10670m3/s;校核洪水标准为2000年一遇,相应的设计洪峰流量为18810m3/s。2.3 地震裂度根据1/400万中国地震动参数区划图(GB18306-2001),工程区地震动峰值加速度为0. 05,反应谱特征周期为0.45S,地震裂度为6度区。第三章 工程选址、选型及布置3.1 坝址选择在东、西乌兰木伦河交汇处至下游悖牛川入汇口69km河段内,由于煤炭资源开发和地方经济建设的发展,煤矿、铁路、公路、辅助企业及居住区之中分布于干流河谷两岸,已无修建库坝的工程条件。东、西
10、乌兰木伦河交汇处至上游西乌兰木伦河约7km处,曾提出过转龙湾坝址,控制流域面积1417km2(包括相对闭流区401km),多年平均流量4890万m3,输沙量780万吨。该河段河床走向近东西,坝址河底高程1215.0m,河床宽约300m,覆盖层厚35m。右岸山梁高程为1275m,上覆盖层为风积中细砂,坝肩主要为基岩岸坡,表层风化强烈。左坝肩为松散风积堆积物,山梁高程1280m,均为流动沙丘。基岩出露高程1235m,为白垩系下统伊金霍洛组紫灰色中粗砂岩夹紫红泥质粉砂岩。由于地形条件的限制,转龙湾坝址最大坝高47m,总库容1.82亿m3。同转龙湾坝址比较,最突出的优点是不涉及铁路淹没改线问题。但由于
11、水工建筑物布置及交通条件差,控制面积为转龙湾坝址的73%,库容小,水库寿命短,供水及防洪能力低,不适应严重缺水地区对水资源的供需要求。从总体效益分析,远不及转龙湾坝址优越,因此选用转龙湾坝址是最合适的。3.2 枢纽布置本枢纽由土坝、泄洪排沙洞、输水洞、溢洪道、库区与道路等组成。根据调洪计算分析,转龙湾水利枢纽总体布置共设计了两个方案,具体布置如下:方案一:溢洪道加泄洪排沙洞方案在右岸布置溢洪道泄洪,溢洪道为无闸开敞式正槽溢洪道,堰顶高程为1222m,堰净宽46m;左岸布置两孔5m(高)5.5m(宽)的泄洪洞,泄洪洞为明挖埋涵式。由调洪计算,水库校核洪水位1228.12m,坝顶高程为1230.5
12、5m,最大坝高为44.55m。本方案枢纽由粘土心墙坝、泄洪排沙洞、输水洞和溢洪道组成。方案二、泄洪全部采用泄洪排沙洞根据泄洪要求,在满足水库排沙条件时,泄洪任务全部由泄洪排沙洞承担,不设溢洪道。确定泄洪排沙洞尺寸为3孔5m(高)5.5m(宽),均为泄洪洞为明挖埋涵式。由水库调洪计算,水库校核洪水位为1228.35m,坝顶高程为1230.78m,最大坝高为44.78m。本方案枢纽由粘土心墙坝、泄洪排沙洞、输水洞组成。由于转龙湾水利枢纽坝址处多年平均含沙量为121kg/m3,要求排沙洞进口底高程尽量放低,以保证排沙效果并减少库容损失,本次设计初选排沙洞进口低高程1188.00m。以上两方案中,方案
13、一的土坝较方案二的土坝低0.22m,由于在右岸高边坡中布设了溢洪道,开挖量较大,仅溢洪道工程投资就高达10450.73万元,而方案二工程总投资为50454.13万元,比方案一节省投资9709.18万元。但是考虑到大坝抵御高标准洪水的能力和大坝的安全运行,经技术经济和施工条件等多因素比较,初步选定方案一为推荐枢纽布置方案设置溢洪道加2孔宽高为5.5m5m的泄洪洞方案。3.3 坝型比较及工程总布置方案3.3.1 坝型比较转龙湾枢纽水库坝址河床地层岩性为全新统冲积砂及砂砾石,厚度在3-6.5m之间。冲积层之下为安定组和直罗组中细粒砂岩和砂岩夹泥岩、泥灰岩。岩体完整性好。根据料场调查,砂砾料场在河道上
14、游距坝址2km处,块石料场距坝址49km,粘土料场距坝址3km,均质坝所用土料场距坝址2km,其储量和各项物理力学指标均满足土坝填筑和土坝防渗材料的要求。因此,无论是从筑坝的地质条件,还是从天然建筑材料的储量和分布看,均适合用当地建筑材料修建土坝。转龙湾水利枢纽中,土坝占工程的投资较大且为关键性的建筑物,故初选其结构型式时,根据建筑材料的分布情况,对土坝进行了四个方案的设计,分别为:粘土心墙坝、均质坝、沥青混凝土心墙坝、粘土斜墙坝方案。具体坝型设计及比较详见表1。表1 坝型方案比较方案项目单位数量单价投资估算(元)小计(元)合计(万元)方案一粘土心墙坝清基土方m345507.2915.6571
15、2189.046086.35削坡土方m311232.3624.05270138.24削坡石方m37481.5776.17569871.40粘土心墙填筑m3143020.9931.584516602.71粘土心墙反滤m3143020.9987.8612565823.76坝体填筑m31430209.8522.3431950888.08C20砼齿墙m33487.09351.481225641.33钢筋制安t1356.006491.328802229.92普通模板m24487.0954.06242571.92其他7495.787495.78方案二均质坝清基土方m345507.2915.65712189
16、.044378.10削坡土方m311232.3624.05270138.24削坡石方m37481.5776.17569871.40坝体填筑m31430209.8522.3431950888.08C20砼齿墙m33487.09351.481225641.33钢筋制安t1356.006491.328802229.92普通模板m24487.0954.06242571.92其他7495.787495.78方案三沥青混凝土心墙坝清基土方m345507.2915.65712189.044488.17削坡土方m311232.3624.05270138.24削坡石方m37481.5776.17569871.4
17、0沥青混凝土m3894.541230.471100710.17坝体填筑m31430209.8522.3431950888.08C20砼齿墙m33487.09351.481225641.33钢筋制安t1356.006491.328802229.92普通模板m24487.0954.06242571.92其他7495.787495.78方案四粘土斜墙坝清基土方m345507.2915.65712189.046086.35削坡土方m311232.3624.05270138.24削坡石方m37481.5776.17569871.40粘土心墙填筑m3143020.9931.584516602.71粘土心墙
18、反滤m3143020.9987.8612565823.76坝体填筑m31430209.8522.3431950888.08C20砼齿墙m33487.09351.481225641.33钢筋制安t1356.006491.328802229.92普通模板m24487.0954.06242571.92其他7495.787495.78坝型比较:从投资估算方面比较,粘土心墙坝比均质坝投资高1708.24万元,而粘土斜墙坝又比沥青混凝土心墙坝高1598.17万元。沥青混凝土心墙坝比均质坝投资高110.07万元。根据所给资料,选择大坝型式,还应根据地形、地质、建筑材料、工程量以及施工条件等综合方面确定坝型。
19、水库处于平原地区。由基本资料可知,库区土料丰富,料场距坝址较近,运输条件良好。施工简便,地质条件合理,造价低。通过以上几方面的综合分析比较,所以选用土石坝方案。综上所述,本阶段推荐坝型为均质坝。3.3.2 工程总体布置本枢纽由拦河坝、溢洪道、泄洪排沙洞(两个)、输水洞等组成。拦河坝为粘土心墙土坝。泄洪排沙洞、输水洞均布置在左岸,溢洪道布置在右岸。经调洪方案比较,转龙湾水利枢纽总体布置如下:泄洪排沙洞尺寸为两孔5m(高)5.5m(宽);溢洪道堰底坎高程为1222m,堰净宽宽46m,堰型为驼峰堰。总库容为1.92亿m3,坝顶高程为1230.55m,最大坝高为44.85m。本方案枢纽由土坝、泄洪排沙
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