土石坝毕业设计-(1)

-1-前言1、设计任务书及原始资料是工作的依据，因此首先要全面了解设计任务，熟悉该河流的一般自然地理条件，坝址附近的水文和气象特性，枢纽及水库的地形、地质条件，当地材料，对外交通及有关规划设计的基本数据，只有在熟悉基本资料的基础上才能正确地选择建筑物的类型，进行枢纽布置、建筑物设计及施工组织设计。因此，应把必要的资料整理到说明书中。通过对资料的了解和分析，初步掌握原始资料中对设计和施工有较大影响的主要因素和关键问题，为以后设计工作的进行打下良好的基础。2、本次设计内容及要求：（1）坝轴线选择。（2）坝型选择。（3）枢纽布置。（4）挡水建筑物设计：包括土坝断面设计、平面布置、渗流计算、稳定计算、细部构造设计、基础处理等。（5）泄水建筑物设计：溢洪道或导流洞设计（仅选其中一项），以水利计算为主。选取溢洪道设计。（6）施工导流方案论证（选作内容）。仅作简单的阐述。3、工程设计概要ZH水库位于QH河干流上，水库控制流域面积4990km2，库容5.05×108m3。水库以灌溉发电为主，结合防洪，可引水灌溉农田71.2×104亩，远期可发展到10.4×105亩。灌区由一个引水流量45m3/s的总干渠和4条分干渠组成，在总干渠渠首及下游24km处分别修建枢纽电站和HZ电站，总装机容量31.45MW，年发电量1.129×108kw·h。水库防洪标准为百年设计，万年校核。枢纽工程由挡水坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成。摘要：土坝设计渗流计算稳定计算细部结构-2-第一章基本数据第一节工程概况及工程目的本水库建成后具有灌溉、发电、防洪、解决工业用水和人畜吃水等多方面的效益，是一座综合利用的水库。水库近期可灌溉农田71.2×104亩，远期可发展到10.4×105亩。枢纽电站和HZ电站，总装机容量31.45MW，年发电量1.129×108kwh。除满足农业提水灌溉用电外，还剩余50%的电力供工农业用电。防洪方面，水库控制流域面积4990km2，占全流域面积的39%，对下流河道防洪、削减洪峰、减轻防汛负担也有一定的作用，可将下游100年一遇的洪水流量6010m3/s削减到3360m3/s，相当于17年一遇；可将50年一遇洪水流量6000m3/s削减到2890m3/s，相当于12年一遇。另外，每年还可供给城市及工业用水0.63×108m3。由于市库区沿岸山峰重迭，村庄零散，耕地不多，故淹没损失较小。按库区移民高程770m统计，共需迁移人口3115人，淹没耕地12157亩，房屋1223间，窑洞1470孔。-3-第二节基本数据2.1工程等别及建筑物的级别1、工程等别ZH水库工程，水库总库容5.05×108m3，灌溉农田71.2×104亩，远期可发展到10.4×105亩。水电站总装机容量31.45MW，年发电量1.129×108kw·h。根据以上数据，参照《水利水电枢纽工程等级划分》SL252-2000的规定，本工程等别为II等工程。2、建筑物级别根据本工程的等别及水工建筑物级别划分的规定知，永久性主要建筑物为2级建筑物；永久性次要建筑物为3级建筑物；临时建筑物为4级建筑物。2.2地形和地质图ZF坝区地形图见附图，ZF土坝坝线工程地质剖面图见附图6。2.3工程地质条件1、库区工程地质条件库区两岸分水岭高程均在820m以上，基岩出露高程大部分在800m左右，主要为紫红色砂岩，间夹砾岩、粉砂岩和砂质叶岩。新鲜基岩透水性不大。未发现大的构造断裂，水库蓄水条件良好。QH河为山区河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，库区也未发现重要矿产。2、坝址区工程地质条件QH河在ZF水库坝址区呈一弯度很大的S形。坝段位于S形的中、上段。坝段右岸为侵蚀河岸，岸坡较陡，基岩出露。上下坝线有约300m长的低平山梁（单薄分水岭），左岸为侵蚀堆积岸，岸坡较缓，有大片土层覆盖。右岸单薄分水岭是QH河环绕坝段左岸山体相对侧向侵蚀的结果。坝址区基岩以紫红色、紫灰色细砂岩为主，间来件砾岩、粉砂岩和少数砂质叶岩。地层岩相变化剧烈，第四系除厚度不大的砂层、卵石层外，主要是黄土类土，在大地构造上处于相对稳定区，未发现有大的断裂构造迹象。坝址区左岸有一大塌滑体，体积约45×104m3，对工程布置有一定的影响。-4-本区地震基本烈度为6度，建筑物按7度设防。（1）上坝址上坝址位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向QH河上游。河床宽约300m，河床砂卵石覆盖层平均厚度5m，渗透系数1×10-2cm/s。一级阶地（Q4）表层具中偏强湿陷性。左岸730m高程以上为三级阶地（Q2），具中偏弱湿陷性。岩基未发现大范围的夹层，基岩的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿113-111-115-104-114各钻孔联机方向，在岩面下21～47m深度范围内，有一强透水带，w=5.46～30L/（s·m·m），下限最深至基岩下约80m。基岩透水性从上游向下游有逐渐增大的趋势，左岸台地黄土与基岩交界处的砾岩（最大厚度6m）透水性强，渗透系数K=10m/d。左岸单薄分水岭岩层仍发属于中强透水性，平均w=0.48～30L/（s·m·m），应考虑排水，增加岩体稳定。（2）下坝址位于上坝址同一背斜的东南翼，岩层倾向下游；河床宽约120m，左岸为二、三级阶地，右岸731m高程以下为基岩，以上为三级阶地。土层的物理力学性质见附图6“工程地质剖面图”。左岸基岩有一条宽200～250m呈北东方向的强透水带，右岸Z沟单薄分水岭的透水性亦很大，左右岸岩石中等透水带下限均可达岩面下80m左右。河床地段基岩透水性与中等透水带厚度具有从上游向下游逐渐变小的趋势。下游发现承压水，二、三级阶地砾石层透水性与上坝线相同，左岸坝脚靠近塌滑体。3、坝址区其它建筑物地段的工程地质条件坝址区其它建筑物包括导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站。按上坝线方案，导流泄洪洞、溢洪道均布置在左岸单薄分水岭，灌溉发电洞则布置在左岸东凹沟附近三级阶地上。下坝线方案溢洪道可布置在右岸Z沟，灌溉发电洞移至上坝线溢洪道轴线西侧40m左右，导流泄洪洞位置与上坝线位置相同。（1）导流泄洪洞沿洞线周围岩石厚度大于3倍开挖洞径，出口段已避开塌滑体的东边界，沿线岩层、岩性主要为粉砂岩、细砂岩及砾岩，岩石较为坚硬，坚固系数Fk=4，单轴弹性抗力系数K0=20MPa/cm，弹性模量E=0.4×104MPa，透水性较大。岩层倾向下游，出口段节理发育，应采取有效措施予以处理。为进一步保证出口段岩体稳定，-5-免除由内水压力引起的后果，建议该段修建无压洞。（2）溢洪道上坝线方案溢洪道堰顶高程757m，沿建筑物轴线岩层倾向下游。岩性主要为坚硬的细砂岩，其中软弱层多为透镜体，溢洪道各部分的抗滑稳定条件是好的。下坝线溢洪道堰顶高程750m。基础以下10m左右为砂质叶岩及夹泥层，且单薄分水岭岩层风化严重，透水性大，对建筑物安全不利。（3）灌溉发电洞及枢纽电站上坝线方案沿线基岩以厚层粉砂岩为主，岩石完整，透水性不大，洞顶以上岩层厚度较小。在建筑物的基岩岩面上有0～5m厚的砾岩及厚度不等的亚黏土层，电站厂房处岩石风化厚度约5～6m，对其产生的渗漏及土体坍塌应采取必要的工程措施。下坝线方案沿线全为基岩，工程安全比较可靠。4、施工区地质地形地质条件ZF水库的右岸坡较陡，坡度为30°左右，大部分基岩出露高程为770～810m。主河槽在右岸，河宽约100m；左岸为堆积岸，左岸台地宽200m左右，山岭高程在775m左右，岸坡较平缓，大都为土层覆盖。水库枢纽处施工场地狭窄，枢纽建筑物全部布置在左岸，施工布置较为困难。坝区为上二迭系石千峰组的紫红色、紫灰色细砂岩，间夹同色砾岩及砂质叶岩等岩层。右岸全部为基岩，河床砂卵石总厚度约50m，覆盖层厚度约5m。高漫滩表层亚砂土厚5～15m，左岸728m高程以下为基岩。基岩面向下游逐渐降低，土层增厚。砂卵石层透水性不会很强，施工开挖排水作业估计不会很困难。2.4水文气象条件1、气象流域内年平均降雨量686.1mm，70%集中在6～9月，多年平均最高气温29.1℃（6月），多年平均最低气温-14.3℃（1月），多年年平均气温8～9℃。多年平均师大风速9m/s，水位768.1m时水库吹程5.5km。（1）气温资料ZF水库坝址处没有建立水文气象站，根据附近气象站1958年至1963年和1970年至1972年共9年资料统计分析，最高气温29.1℃（6月），最低气温-14.3℃（1月），多年平均日气温4～24℃，多年年平均气温8～9℃。历年各月气温特征值见-6-表2-1。表2-1各月气温特征值℃月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月多年平均气温4.51.14.611.318.121.723.621.716.410.318.92.1多年最高气温4.67.21722.225.029.123.026.530.122.418.98.1多年最低气温-14.30.05.81.03.110.518.914.41.91.90.70.0（2）降雨资料根据附近气象站1958年至1963年和1970年至1972年共9年资料统计分析，得出多年的平均各月降雨天数见表2-2。表2-2多年平均各月降雨天数项目月份平均日降雨5～10mm天数平均日降雨10～20mm天数平均日降雨20～30mm天数平均日降雨30～40mm天数平均日降雨＞40mm天数1月0.622月0.370.133月1.000.080.254月1.000.630.500.250.135月2.001.120.250.500.256月1.371.000.630.251.007月2.751.881.001.001.388月1.372.270.250.252.609月1.450.880.130.630.7510月0.870.880.380.250.1311月0.730.880.1312月0.132、水文分析（1）洪水洪水由暴雨形成，据统计7～8月发生最大洪峰流量的机会占88%，而且年际变化很大，实测最大洪峰流量2200m3/s（1954年），最小洪峰流量184m3/s（1965-7-年），相差12倍。流域洪水的特点是峰高，历时短，陡涨陡落。一次洪水持续时间一般3～5d。各种频率的设计洪水过程线见表2-3。表2-3各种频率的设计洪水过程线时间/h流量/（m3·s-1）时间/h流量/（m3·s-1）P=1%P=5%P=5%(10月)P=1%P=5%P=5%(10月)1222133394516701002330218142471520912534020451491500900750030055511400830970042066531280768118475038155122013950550105571160159756501055910806481713508101746110201917601060220639802122701362202659202329001740178679005402540002360160698752733502010148718492929601770138738004803126701602130757803324701380101777603523001380101797203721601290988170042039202012108183676411930115076854318201090（2）年来水量水量的年内分配，汛期7～10月约占全年水量的62%，水量年际变化很大，实测最大年来水量1968×108m3（1963年7月至1964年6月）。最小年来水量3.34×108m3（1965年7月至1966年6月）。相差5.9倍。从历年来水量过程来看约7年一个周期，其中连续枯水段为4年。-8-（3）年输沙量汛期7～10月的来沙量约占全年输沙量94%，其中7、8两月约占83%。输沙量的年际变化很大，实测最大年输沙量1240×104t（1969年7月至1970年6月）。最小年输沙量173×104t（1969年7月至1970年6月）。相差7倍。（4）水文分析成果表水文分析成果表见表2-