1、水库挡水坝毕业设计论文本科生课程设计任务书20132014学年夏季学期水利与土木工程学院农业水利工程专业课程设计名称：水工建筑物课程设计设计题目：温泉水库枢纽挡水坝初步设计（2-6）完成期限：自 2014年 7 月 15 日至 2014年 7 月 26 日，共 2 周1枢纽概况本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成6000070000m2面积的水域，蓄水30万m3，可以在一定程度上减少流域的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边植物生长条件。同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。水库枢纽主要建筑物有挡水坝、溢洪道、引水管等。2. 设
2、计要求根据所给资料进行枢纽工程设计，要进行设计构思、方案论证、计算分析、编制工程图、编制毕业设计说明书等。各阶段要求详见课程设计指导书。3. 设计容（1）枢纽布置，包括枢纽方案选择，大坝的平面布置。（2）挡水坝的剖面和构造设计（3）挡水坝的渗流设计（4）挡水坝的稳定设计4.设计成果及要求（1）计算说明书一份，字数不应少于1万字。（2）CAD绘制A2号图纸一：在地形图上绘制枢纽平面布置图，在地质剖面图上绘制下游立视图，交电子版图纸。手绘1号图纸一：大坝典型剖面图，细部结构图23个（项目自定），比例尺自定。5主要参考文献（1）碾压式土石坝设计规（SL274-2001）.：中国水利水电，2002（2
3、）林继镛主编. 水工建筑物（第四版）.：中国水利水电，2006指导教师（签字）：系主任（签字）：批准日期： 2014年 6月 25日1设计基本资料11 枢纽概况本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成6000070000m2面积的水域，蓄水30万m3，可以在一定程度上减少流域的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边植物生长条件。同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。水库枢纽主要建筑物有挡水坝、溢洪道、引水管等。12 流域概况白家疃沟发源于京郊香山北麓，自南而北流经海淀区温泉镇，为温榆河水系之南沙河的支流，流域面积4.2km。拟建的温泉
4、水库坝址位于温泉镇白家疃村南、白家疃沟出山口的河道狭窄处。距温（泉）颐（和园）公路约1.5km，有简易公路相通。工程区距中关村科技开发区约15km，距上地科技园区约10km，距颐和园亦仅13km，水库上游及下游均有密集的住宅区。坝址以上主沟长2.95km，流域面积2.90km2，沟底平均坡降11.3%。13 枢纽任务和规划数据本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成6000070000m2面积的水域，蓄水30万m3，可以在一定程度上减少流域的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边植物生长条件。同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。水利
5、枢纽经过可行性研究，提出如下参数作为建筑物设计依据。131 特征水位表1-1水库特征水位正常蓄水位98.00m设计洪水位（2%）99.7m校核洪水位（0.5%）100.0m注：下游无水132 防洪标准与安全泄量考虑到工程特点及工程区下游现状和未来的发展，设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为200年一遇。表1-2 防洪标准与安全泄量洪水标准洪水流量安全泄量50年一遇（P=2%）77m3/s50200年一遇（P=0.5 %）100m3/s6014 自然条件141 地形工程区位于九龙山碧云寺向斜东北翼。在微地貌上处于山前过渡区，相对高度20100m。库区左岸为冲积洪积堆积阶地，阶面由北向南逐渐抬
6、升，高程自左坝头至库尾由100m递升至120m，平均坡比0.056。库盘区为河漫滩。坝址位于沟口河道狭窄处，沟底河道宽约35m，高程84.50m。142 地质（1）水库区工程地质条件水库区为一由西北方向（坝前）向东南方向渐扩的扇形谷地，北、东、南三面环山，相对高差2080m，西面为山前堆积阶地，相对高差1015m。库区第四纪冲积洪积层广为分布，厚度在15m以上，水库的北、东、南三面及库盆下，基岩均为石炭二叠系或二叠系地层，透水性弱。西面广泛分布的洪积碎石（含粉质土）层，以及坝下沉积的粉质粘土、漂石夹粉质粘土层，是未来渗漏的主要设防地段，也是影响大坝安全的主要因素。淹没损失小，无浸没及大的库岸稳
7、定和淤积问题。在地质构造上，处于九龙山碧云寺向斜东北翼端部的转折端。基岩节理、裂隙发育，但未发现较大规模断裂构造，区域稳定性好。基岩中分布有裂隙潜水。第四系松散层中有孔隙潜水，水面埋深13.4015.5m，其补给来源为大气降水及山区基岩裂隙水，其排泄流向基本上与河道流向一致。（2）坝址工程地质条件坝址区呈“U”形河谷，谷底宽约35m，高程84.50m。上部（高程100m处）宽约120m，主河道由南向北流经库区后，改向为由南东向北西方向穿过坝址。谷底沉积有深达19.60m的第四系沉积层。左坝头亦为山前冲积洪积阶地沉积物。右坝头为古生代二叠纪板岩，其产状为倾向南，倾角50 。未发现较大规模断裂构造
8、。板岩为黄绿色，主要成分为粘土矿物，含白云母、绢云母和绿泥石等变质矿物，节理、板理发育，裂隙面上有氧化铁薄膜，裂隙中有红色粘土充填。露头岩石呈强风化。经分析和钻探资料证实，坝基覆盖层下基岩亦为板岩。坝基覆盖层表层为卵砾石，向下依次为碎石、漂石、粉土层等，其中的孔隙潜水水面埋深13.5m。岩性在水平方向和垂直方向均存在明显的交替、穿插，透水性变化较大。对分布于坝基和左坝头的覆盖层，需采取可靠有效的防渗措施，方能确保大坝安全和水库的正常运转。143 水文气象流域无水文测站和气象站。可参照借鉴的颐和东闸站和昌平站，至水库的直线距离分别为12km和20km。（1）河流水文特性：白家疃沟为间歇性河流，除
9、遇较大降雨时沟中有径流外，一般均为干沟。根据市山区水文资料，流域多年平均降水量640mm，多年平均径流深为240mm（相应多年平均年径流量为69.6 104m3）。代表性水文年的年径流量如表1-3所列。表1-3 代表性水文年的年径流量代表性水文年丰水年（P=25%）平水年（P=50%）枯水年（P=75%）年径流量(m3)91.4 10455.1 10430.5 104（2）洪水：历史资料说明，洪水多发生在78月，洪水过程多为单峰型，一次洪水历时不超过15h。设计洪水过程线见表1-4。表1-4 典型洪水过程线时段（天）00.51.01.523456流量（m3/s）017.377.055.038.
10、625.218.814.211.2（3）库水位与面积、库容关系见表1-5。表1-5 水库高程与面积、库容关系高程(m)面积(m2)库容(m3)8678546187300123548872497479891171516961901797531806912076851177922627974701933239010403594343011373819538294173678964408621486897468982603609851246309432（4）气候条件据现有资料，工程区属于温带大陆季风气候，多年平均气温11.7 C。多年平均陆面蒸发量450mm。（5）泥沙坝址以上流域面积，林木茂密，植
11、被良好，水土流失较轻。（6）蒸发流域多年平均陆面蒸发量为450mm。根据市水文手册资料，按20cm口径蒸发器测量库区多年平均水面蒸发量为1950mm。（7）其它洪水期多年平均离地面10m高的最大风速v=20m/s，吹程D=400m，风向垂直上游坝面。冻土深1.0m。坝顶交通要求通行单行道（7m）。坝、库区基本地震烈度为6 。15 建筑材料坝基覆盖层表层为卵砾石，向下依次为碎石、漂石、粉土层等。土坝心墙或斜墙所需粘土料，可满足要求。水库西面广泛分布着洪积碎石（含粉质土）层，料场位于上游左岸1km，交通方便，可利用的碎石储量可达120万 m3左右。粘土料颗粒组成见表1-6：表1-6 粘土颗粒组成粒
12、径20-2mm2-0.5mm0.5-0.05mm0.05-0.005mm70m）不小于10-15m；中、低坝不小于5-10m；小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则（SL189-96）建议：坝高30m以下的4、5级坝其坝顶宽度可取3-6m。本工程要求坝顶交通要求通行单行道（7m），故坝顶宽度确定为7m。322 坝底高程地基覆盖层表层为卵砾石，需进行清除。根据坝址工程地质剖面图，可知卵砾石覆盖层深度约为1m，。清基后坝底高程为83.5m。323 坝坡与马道（1）坝坡坡度表3-1 上下游边坡比坝高(m)上游下游101：21：2.51：1.51：210201：2.251：2.751：21：2.5203
13、01：2.51：31：2.251：2.75301：31：3.51：2.51：3根据资料，本工程土石坝高度在1020m围，故定上游坝坡取1：2.5 ，下游坝坡1：2.25。（2）护坡规要求坝表面为土、砂、砂砾石等材料时应设专门护坡，本工程土石坝选用砌石护坡，单层砌石石块直径选为0.20.35m，下面垫0.150.25m的碎石或砾石。根据规护坡的覆盖围应按以下要求确定：1、上游面上部应由坝顶算起，如设防浪墙时应与防浪墙连接：下部至死水位以下不宜小于2.50m，对4级、5级坝可减至1.50m，最低水位不确定时应至坝脚。2、下游面应由坝顶至排水棱体，无排水棱体时应至坝脚。因此，本工程土石坝上游面护坡选
14、为单层直径为0.3m左右的浆砌石，下面垫0.2m厚的碎石，下部至坝脚；下游面选为单层直径为0.3m的干砌石，下部至排水棱体。（3）马道马道的设计应考虑坝型、坝高、坝体及坝基土石的性质与其密实度、坝体所承受的荷载以及坝的施工和运用条件等因素拟定坝坡或根据经验拟定等。如果需要设置马道应在上下游变坡处设置。规规定，土质防渗体分区坝和均质坝上游坡宜少设马道。一般在下游坡每隔10m30m设置一条马道，根据目前坝的发展，上游坝坡除观测需要外，已趋向不设马道，下游坝坡也趋向于不设和少设马道。本工程土石坝为1020m的低坝，故上游不设马道，下游1/2高度处设一宽度为2m的马道，且于马道侧设一排水沟，坡度不变。
15、图3-1 坝坡尺寸示意图324 坝顶高程根据坝顶高程在地形图上沿坝轴线选取最大高度的土坝断面进行设计。根据已给的洪水位，考虑风浪及安全加高等，确定坝顶及防浪墙顶高程等。坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶的高程按下式计算，并选用较大值：坝顶高程 =设计洪水位+正常运用条件的=校核洪水位+非常运用条件的坝顶静水位超高值：式中：波浪在坝坡上的设计爬高，m；风壅水面高度，m，即风壅水面超出原库水位的高度；安全加高，m，根据坝的级别按规选取。计算详见表3-4。（1）安全加高表3-1 安全加高A值工况坝的级别1级2级3级4、5级设计、正常1.51.00.70.5校核0.70.50.40.3本工程土石坝坝的级别为5
16、级，则正常使用工况和设计工况的安全加高A=0.5m，校核工况的安全加高A=0.3m。（2）风壅水面高度式中：K综合摩阻系数，取；v计算风速， 5级坝在正常运用条件下，采用多年平均离地面10m高的最大风速的1.5倍；非常运用条件下，采用多年平均年最大风速，离地面10m高的最大风速为20.0m/s；D风区长度，为400m；计算风向与坝轴线法线的夹角，风向垂直上游坝面，即为0o；Hm水域平均水深，取坝前水深H的2/3。表3-2 风壅水面高度计算表格项目设计洪水位校核洪水位高程/m99.7100.0坝前水深H/m16.216.5平均水深Hm/m10.811.0风壅水面高度e/m正常运用x10-3/m6
17、.12非常运用x10-3/m2.67（3）波浪平均波高和波长的计算公式：v计算风速， 5级坝在正常运用条件下，采用多年平均离地面10m高的最大风速的1.5倍；非常运用条件下，采用多年平均年最大风速，离地面10m高的最大风速为20.0m/s；本设计采用累计频率5时的平均波高，查规得：。计算详见表3-3。（4）平均波浪爬高的计算式中：平均波浪爬高，m；单坡的坡度系数，为2.5；斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型为砌石，取；经验系数，查表得到。本设计采用累计频率5时的平均爬高，查规得：计算详见表3-3。表3-3 波浪爬高计算表项目设计洪水位（正）校核洪水位（非）高程/m99.70100.00坝前水深
18、H/m16.2016.50v/gH2.381.57Kv1.1411.023平均波长Lm/m9.756.26平均波高hm/m0.320.20频率波高hp/m0.620.39平均爬高Rm/m0.580.33频率爬高Rp/m1.070.61表3-4 坝顶高程计算表项目设计洪水位校核洪水位高程/m99.7100.0波浪爬高R/m1.070.61风壅水面高度e/m6.1210-32.6710-3安全加高A/m0.50.3h/m1.580.91坝顶高程/m101.28100.91由计算表格可知，坝顶高程应不小于101.28 m。所求坝顶高程是指坝体沉降稳定以后的数值。竣工时的坝顶高程应有足够的预留沉降值，
19、约占坝高的0.2%0.4%。则计入沉降量，可得竣工高度为101.3(1+0.4%)=101.7（m）综上，坝顶高程取101.3m，坝高为17.8m。（5）防浪墙规指出，坝顶上游侧可设防浪墙，墙顶一般高于坝项100m120m。防浪墙应与防渗体紧密结合。防浪墙应坚固不透水，其结构尺寸应根据稳定、强度计算确定，并应设置伸缩缝，做好止水。本工程在坝顶设置高为1.00m、宽为0.4m的混凝土防浪墙，其下部与心墙相接。325 防渗设施（1）坝体防渗：各种防渗体的比较；本工程选用黏土心墙。心墙位于霸体中央或稍偏向上游，有透水性很小的粘性土筑成，土料可就地取材。尺寸设计根据规有如下要求：顶部高程：心墙顶部在静
20、水位以上的超高，在正常运用情况下不小于0.30.6m，非正常运用情况下不得低于非正常运用的静水位。当防渗体顶部设有稳定、坚固、不透水且与防渗体紧密结合的防浪墙时，可将防渗体顶部高程放宽至正常运用的静水位以上即可。本工程选为100m。顶部厚度：按构造和施工要求部的小于1.03.0m，本工程选为2.0m。底部厚度：根据防渗要求及涂料的允许渗透坡降决定，一般不小于水头的1/4且不得小于3.0m。取下游无水工况，底部厚度:d21/4(101.3-83.5)=4.45(m)本工程选为8.0m。边坡坡度：通常采用1：0.150.25。验算坡度，m=(8-2)/2(100-83.5)=0.18满足要求。砂性土保护层：厚度应大于冰冻或干裂深度，通常不小于1.0m，本工程中为1.2m，上部碎石厚0.70m，下部砾石石厚0.50m。（2）坝基防渗：各种防渗措施选择；坝基地质条件为：坝基覆盖层表层为卵砾石，向下依次为碎石、漂石、粉土层等（坝坡砂性土可采取较陡值），其中的孔隙潜水水面埋深13.5m。岩性在水平方向和垂直
