畢業(yè)設(shè)計守口堡混凝土實體重力壩設(shè)計說明書.doc

第一篇 守口堡混凝土實體重力壩設(shè)計說明書第一章 工程概況第一節(jié) 工程簡況守口堡水利樞紐工程位于南洋河支流黑水河上，壩址位于陽高縣城西北二十華里守口堡村北500米處，壩址以上控制流域面積291平方公里，本水庫是以防洪為主，結(jié)合灌溉等綜合利用的中型水利工程。正常儲水位1242.0米，總庫容1020萬立方米,其中興利庫容 740萬立方米，死庫容 496.2萬立方米。本工程為三等工程，大壩按級建筑物設(shè)計。設(shè)計洪水為100年一遇，校核洪水為500年一遇。設(shè)計洪水位為1245.938米，設(shè)計下泄流量為362.6m3/s，相應(yīng)的下游水位為1200.5米，校核洪水位為1248.348米，校核下泄流量為1281.5m3/s，相應(yīng)下游洪水位為1202.0米。守口堡水利樞紐工程大壩由擋水壩、溢流壩、底孔壩段等建筑物組成。壩頂高程1248.2米，最大壩高60.2米，大壩為混泥土重力壩，壩頂總長350米。溢流壩頂高程為1242.0米，溢流前沿總長30米，共倆孔，每孔寬15米。挑流鼻坎高程為1205米，挑射角30。；泄流底孔地板高程為1203米，控制斷面尺寸為44，檢修閘門采用平板門，工作閘門采用弧形門，進(jìn)口采用壓板式進(jìn)口，挑流鼻坎高程為1204.0米，挑射角為30。寬縫重力壩的寬縫部分用廢棄的風(fēng)化石料填筑，以減少寬縫處混泥土面的溫度變化幅度，避免產(chǎn)生裂縫；同時又節(jié)省模板，便于搭腳手架，施工安全。壩體混泥土防滲墻厚611米，下游在地面以下采用漿砌石墻，地面以上采用預(yù)制混泥土板作模板。壩基為花崗片麻巖，基巖摩擦系數(shù)f=0.95。大壩按地震烈度七度設(shè)防。基礎(chǔ)處理主要是挖除風(fēng)化層，對壩基采取灌漿等加固和防滲處理措施。第二節(jié) 工程建設(shè)的作用及意義守口堡水利樞紐工程下游黃、黑水河兩岸有土地7萬畝，土質(zhì)肥沃、地勢平坦，其中耕地面積約為63萬畝，另外其下游有京包鐵路、同張公路、部隊營房、村莊及農(nóng)田，故水庫的首要任務(wù)是防洪，另外一重要任務(wù)是灌溉，通過水庫調(diào)蓄，充分利用水源，灌溉農(nóng)田53000畝，其中新增灌溉面積近4萬畝；通過水庫蓄清緩洪，可以延長灌溉時間，擴(kuò)大灌溉面積，并可有計劃的進(jìn)行洪淤造地，正常年份可灌溉2萬畝，通過水庫調(diào)洪，消減洪峰力量，延長行洪時間，可減少對其下游鐵路、公路、村莊、農(nóng)田的威脅；工程變潛流為明流，可減少陽高灘地的地下水補(bǔ)給，有利于下游鹽堿地改良。第三節(jié) 水利樞紐特性參數(shù)根據(jù)守口堡水利樞紐工程規(guī)模、效益及在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性，由水利水電工程分等指標(biāo)水工建筑物表2-1確定該工程為三等工程。根據(jù)水電工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，該工程建筑物的設(shè)計級別如表1-1： 表1-1 守口堡水利樞紐工程建筑物的設(shè)計級別工程級別主要建筑物級別次要建筑物級別臨時建筑物級別三345大壩的結(jié)構(gòu)安全級別為3級，次要建筑物如導(dǎo)墻的結(jié)構(gòu)安全級別為4級。該工程大壩按百年一遇洪水設(shè)計（p=1%），按五百年一遇洪水校核（p=2%）。水庫死水位選擇考慮的主要因素:其一，保證自流灌溉所必須的引水工程；其二，考慮水庫泥沙淤積的需要。對泥沙淤積太嚴(yán)重的河流，可用死庫容作為淤沙庫容，其容積大小根據(jù)水庫預(yù)期使用年限計算確定，所以死庫容由淤沙庫容確定即V死=V沙。詳細(xì)計算見計算書第一章。 表1-2 水庫特性數(shù)據(jù)參數(shù)表項目數(shù)據(jù)備注壩址河床高程（m）1200.00壩頂高程（m）1245.9正常蓄水位（m）1242.0經(jīng)來用水分析由灌溉制度確定汛期水位（m）1237.9汛期灌溉和防洪要求設(shè)計洪水位（m）1245.9調(diào)洪計算求得校核洪水位（m）1248.2調(diào)洪計算求得死水位（m）1231.0泥沙淤積庫容確定泥沙淤積高程（m）1196.0下游河道安全泄量（m/s）450總庫容（萬m）1020興利庫容（萬m）740用水調(diào)節(jié)計算死庫容（萬m）496.2淤沙庫容調(diào)節(jié)庫容（萬m）614.6防限水位到校核水位間庫容表1-3 樞紐下泄流量及下游水位參數(shù)表項目數(shù)據(jù)備注校核洪水位下泄流量（m/s）1281.5調(diào)洪計算求得設(shè)計洪水位下泄流量（m/s）362.6調(diào)洪計算求得校核洪水下游水位（m）1202.0由庫容曲線查得設(shè)計洪水下游水位（m）1200.5由庫容曲線查得表1-4 樞紐工程特性表大壩壩型混凝土重力壩上游壩坡0.1，下游壩坡0.75壩體總長（m）350最大壩高（m）60.2壩底寬度（m）42.30交通橋?qū)挾龋╩）5擋水壩段壩體分段24溢流壩堰型WES堰上游壩段采用三圓弧堰頂高程（m）1242.0溢流段孔數(shù)（孔）-凈寬（m）2-15校核洪水泄流能力（m/s）13.7單寬流量設(shè)計洪水泄流能力（m/s）12.3單寬流量壩面定型設(shè)計水頭（m）3.9排沙泄洪洞型式壓板式進(jìn)口無壓洞進(jìn)口底板高程（m）1203.0孔數(shù)（孔）-斷面尺寸（mm）1-44平板檢修閘門（mm）起重機(jī)啟閉弧形工作門尺寸固定式啟閉機(jī)定型設(shè)計水頭（m）42.9設(shè)計洪水泄流能力（m/s）0校核洪水泄流能力（m/s）598.8第二章 設(shè)計基本資料第一節(jié) 流域概況及水文氣象資料一、流域概況黑水河發(fā)源于內(nèi)蒙古自治區(qū)豐鎮(zhèn)縣渾源窯子鄉(xiāng)旗桿梁村北的平頂山南麓，流流至守口堡村附近穿過長城進(jìn)入山西省陽高縣境內(nèi)，自守口堡出山后，以西北-東南方向進(jìn)行，到北徐屯流入柳林河，于天鎮(zhèn)縣劉家莊匯入南洋河，屬于永定河支流。黑水河河道坡度陡，洪水兇猛、歷時短，含沙量有時最大約有50%,因水呈黑色，故名黑水河。河道全長65公里，流域面積363平方公里，總落差510米。守口堡以上流域幾乎全在內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)。 發(fā)源于陽高縣長城鄉(xiāng)左家夭村的黃水河，自張小村出山后以西北-東南運行，經(jīng)西園、李官屯、陽高縣東關(guān)到北徐屯與黑水河匯合成柳林河。黑水河守口堡壩址以上流域面積為291平方公里，河長38.1公里，流域平均寬度7.64公里，平均河道縱坡16.8。流域?qū)儆跍貛е匕敫傻貐^(qū)。下墊面為古老的太古界變質(zhì)巖，海拔在1300-2334米之間，為剝蝕構(gòu)造斷塊中低山地貌。河網(wǎng)發(fā)育，植被差，水土流失嚴(yán)重。庫區(qū)兩岸地勢高峻，守口堡壩址以上主要支溝有11條，幾乎溝溝都有泉眼，小的泉眼數(shù)量很多，因此河道常年清水不斷。二道邊以下多裸露石山，覆蓋土層較薄，耕地不多，二道邊以上溝谷附近耕地增多，黃土覆蓋加厚，裸露石山仍占百分之六、七十以上。按水文產(chǎn)匯流特征分類屬于變質(zhì)巖石山區(qū)。整個流域?qū)儆趦?nèi)蒙古大陸性氣候，冬季長而寒冷，干燥多風(fēng)。春季少雨，十年九旱。氣溫年、日變幅均較大，降雨量較小，且多以暴雨形式集中于七、八兩月。蒸發(fā)量很大。冰凍厚度及凍土層厚度均較厚。下游的陽高縣城周圍與天鎮(zhèn)縣合為一個小型盆地陽天盆地。黃黑水河灌區(qū)地處陽高縣城西北，系云山、龍混山腳下的沖積扇，地勢西高東低，地面坡度由1/201/100逐漸減緩為1/1001/300，屬于邊山緩坡區(qū)。灌區(qū)土壤為洪積或坡積的砂壤土和亞沙壤土。土層疏松、滲透性強(qiáng)，保水保肥能力較弱。地下水埋深：中部大約為20-40米，西北部邊緣地區(qū)較深，自西北向東南逐漸變淺，補(bǔ)給陽高灘地。灌區(qū)范圍北起長城，南至京包線，西至義合，東到李官屯。包括城關(guān)和孫仁寶兩個鄉(xiāng)、13個自然村。二、氣候特征 1、氣溫多年平均氣溫 7.1極端最高溫度 35.7（1978年7月6日）極端最低溫度 -27.6（1972年1月26日） 表1 月氣溫特征項目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均氣溫-10.1-7.20.38.916.120.321.419.814.28.0-1.3-8.2最高溫度12.216.118.530.335.335.335.735.529.825720.79.4最低溫度-27.6-25.9-21.0-9.8-1.36.411.04.1-2.6-9.8-16.5-25.2注：平均每年日氣溫穩(wěn)定通過0的天數(shù)為232天（天鎮(zhèn)縣資料）2、霜期霜期開始日期 最早9月22日 平均10月4日霜期終了日期 最晚5月14日 平均4月29日平均全年無霜期 157天3、相對濕度（天鎮(zhèn)縣資料）表2 月相對濕度項目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年相對濕度%平均46464541395168706154514852最小200002912432504、地面溫度多年平均地面溫度 9.76極端最高地面溫度 66.5（天鎮(zhèn)）極端最低地面溫度 -34.4（天鎮(zhèn)）低溫最低小于0的日期 初期 最早 9月2日 平均9月25日 終期 最晚 5月21日 平均5月12日地下10厘米土壤凍結(jié)日期 凍結(jié) 最早 11月12日 平均10月21日 解凍 最晚 3月26日 平均 3月12日最大凍土深度 135厘米5、風(fēng)力特征多年最大風(fēng)速 2225m/s 風(fēng)向W、NW多年平均風(fēng)速 3.0m/s 最多風(fēng)向NW大風(fēng)日數(shù) 31.3天/年最大設(shè)計風(fēng)速（全年） 17.0m/s汛期最高水位吹程 1.3km6、降水多年平均降雨量 415.2mm最大年降雨量 658.6mm最小年降雨量 204.1mm經(jīng)水文降雨分析，守口堡水庫設(shè)計年降雨量如表3表3 守口堡水庫設(shè)計年降雨量 單位mm統(tǒng)計參數(shù)各種保證率設(shè)計年降水量均值CVCS/CV20%25%33.3%50%75%95%415.20.342.0526.9499.9461.7399.4313.1213.8多年平均汛期降雨量（6-9）為318.0mm汛期降雨量約占全年降雨量的76%7月份和8月份降雨量約占全年降雨量的54%多年平局月降雨量大于0.1mm的日數(shù)統(tǒng)計如表4（天鎮(zhèn)站）表4 多年平均月降雨量大于0.1mm的日數(shù)統(tǒng)計表月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年日數(shù)2.02.85.25.37.011.616.013.89.25.63.01.082.47、蒸發(fā)多年平均蒸發(fā)量 1835.3mm多年平均水面蒸發(fā)量 1082.8mm干旱指數(shù) 2.61表5 多年平均逐月水面蒸發(fā)量表 單位 mm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月全年蒸發(fā)量27.533.551.4125.2182.9169.0130.0110.998.978.645.129.81082.8三、水文資料 1、設(shè)計年來水量壩址以上流域內(nèi)多年平均來水量1940萬平方米，其中清水徑流量為1362萬立方米，占70.2%：地表徑流深19.9mm，占29.8%。年來水量最多的是1964年，為3044萬立方米：最少的是1972年為1389萬立方米，極值比為2.2。表6 設(shè)計年來水量統(tǒng)計特征表 單位：萬立方米統(tǒng)計參數(shù)各種保證率世界年來水量均值CVCS/CV20%25%33.3%50%75%95%19400.256.0227521712031182415841391表7 年來水量月分配表 單位：萬立方米保證1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年25%115.7104.5222.4162.1141.6127.3186.9316.2401.4162.6114.4115.7217150%115.7104.5179.4135.5125.9142.9146.2221.9235.3187.3113.8115.7182475%115.7108.0142.3136.7121.9130.5144.4181.2131.5138.4118.7115.71584 2、設(shè)計洪水表8 設(shè)計洪水成果表 單位：立米/每秒 萬立方米項 目統(tǒng)計參數(shù)各種頻率設(shè)計值均值CvCs/Cv0.1%0.2%0.5%1%2%5%10%20%洪峰1571.003.01609142011769988165914292801日洪量2540.923.018621649137011769857245383633日洪量2950.883.O20571825152213041097817614422表9 設(shè)計洪水過程線 小時.秒立方序號百年一遇洪水p=1%五百年一遇洪水p=0.2%千年一遇洪水p=0.1%時間t流量Q時間t流量Q時間t流量Q10.000.00.000.00.000.023.1457.13.1477.53.1486.8312.560.012.560.012.560.0426.000.026.000.026.000.0537.000.037.000.037.000.0637.2426.937.2437.538.00107.0737.73137.037.72192.039.00332.0838.22604.038.20847.040.001609.0938.70902.038.671266.041.001151.01038.94951.038.911331.042.00741.01139.43998.039.391420.043.00468.01239.67967.039.631357.044.00291.01339.92907.039.871273.045.00181.01440.16824.040.111156.046.00110.01540.65555.040.59783.047.0067.51641.37306.041.30440.048.0043.11742.35182.042.26272.049.0027.91843.32117.043.21177.050.0014.51944.2980.844.17122.051.009.42045.2654.945.1381.752.005.22146.9628.946.8041.353.005.12248.9111.048.7115.454.004.82350.124.049.915.655.004.12451.820.051.520.056.000.13、歷史洪水調(diào)查據(jù)高陽縣志記載和調(diào)查訪問，從1529年（明嘉靖七年）到1917年（明國六年）黑水河共發(fā)生四次大洪水：1529年、1694年（清康熙三十二年）、1862年（清同治六年）和1917年。據(jù)傳1917年的大洪水將一塊約9.23.32.5立方米、重200余噸的大石頭向下游推移了200多步（約240米）。根據(jù)洪水痕跡推算（河床糙率采用n=0.055）洪峰流量為1085秒立方米。重現(xiàn)期為百年一遇。洪水過程是：凌晨4時許（天剛蒙蒙亮）起漲，8時許（早飯時）最大，中午12時左右（午飯時）退去一半，洪水總歷時約810小時，三天后河上方能過人。序號高程m面積104庫容104m3112000.000.00212052.773.88312107.6425.464121514.4480.035122021.57169.156122530.15298.037123038.73469.568123547.24684.249124055.83941.4610124564.601242.2211125070.971580.824、泥沙 表10 守口堡水庫水位-庫容、面積曲線本流域沒有實測泥沙資料，原初步設(shè)計報告根據(jù)山西省水利設(shè)計參考手冊所附的侵蝕模數(shù)圖，查的本流域侵蝕模數(shù)為每立方公里1500噸。水文分析報告借用下墊面產(chǎn)沙條件大體相似的唐峪河恒山水庫泥沙分析成果中龍蓬峪的侵蝕模數(shù)每平方公里2455噸，求得守口堡水庫年來沙量為71.4萬噸，其中包括推移質(zhì)15.2萬噸。泥沙干容重：推移質(zhì)1.68t/m3,懸移質(zhì)1.53t/m3,孔隙率0.42。5、水庫特性根據(jù)萬分之一地形圖求得守口堡水庫水位庫容、面積曲線見表10。6、下游水位流量關(guān)系 根據(jù)壩址下游河道縱坡及河道橫斷面用均勻流公式計算得水位-流量關(guān)系曲線見表11。表11 下游水位-流量關(guān)系曲線 m3/s水位m斷面位置（壩軸線下游）100m200m1196.001196.5101197.0251197.50471198.020821198.5471321199.0802151199.51253201200.01854801200.52856751201.04109151201.558511701202.085014001202.5112016401203.013901203.51650第二節(jié) 工程地形地質(zhì)條件一、地貌庫區(qū)山坡多系由太古代的花崗片麻巖及第四紀(jì)的黃土覆蓋，山頂大部分為片麻巖組成，黃土覆蓋很薄甚至沒有，整個庫區(qū)皆為荒山野嶺。河寬約130200米，河床內(nèi)大卵石、漂石很少，多為小的塊石、粗砂及泥土摻雜，淤積較厚，河床西側(cè)臺地種植谷子、黍子、山藥等。河兩岸支溝溝口均有泥沙卵石形成的沖積堆。壩址兩岸皆為5090米高的石山，巖石為大粒徑花崗巖及花崗片麻巖，表面風(fēng)化嚴(yán)重，破碎層厚度一般在25米左右。兩岸均夾有45條基本直立、致密而堅硬的石英山脈。二、地層庫區(qū)為古老的變質(zhì)巖區(qū)和第四紀(jì)黃土坡積層及近代沖擊層，由新至老概述如下： 第四紀(jì)地層近代沖積層：主要分布于河床及河漫灘的臺地上，河床中多為粗砂及礫石，并有少量的卵石，其成份多為花崗片麻巖及角閃片麻巖風(fēng)化后的產(chǎn)物。砂的成份以石英、長石為主，及少量的云母片。大的卵石為片麻巖。坡積層:多分布于河流兩岸山坡山麓等近山地帶，成份和顏色等都與山體上方的巖石性質(zhì)有密切的關(guān)系，以片麻巖碎屑及泥沙摻雜。其機(jī)械成份也頗不一致，粗大的是半棱角狀片麻巖石塊、巖石碎屑;中等者一般為豆?fàn)畲笮∏規(guī)Ю饨堑乃樾迹蛔钚≈鴦t為粘土及黃土一類，并以后者為主。坡積物上部多為片麻巖碎塊，棱角狀土分布于其中，無分選性；下部顆粒逐漸變細(xì)，亞粘土逐漸增加。由于坡積物的成因是基巖風(fēng)化物借重力的作用及雨水的搬運，而在山坡或山麓堆積下來，股微具棱角。黃土：主要分布于出山口處得黃土丘陵區(qū)，其次分布在庫區(qū)的山頂（覆蓋于片麻巖上，厚度較?。┘吧狡碌奶萏锷?。黃土成份以粉砂為主，用肉眼可以看出黃土特性，大空隙，顏色為黃色。 太古代片麻巖分布于各山包及山坡上，其中包括花崗片麻巖、角閃片麻巖及巖脈等?；◢徠閹r顏色為綠黃色、灰色，成份以石英為主含少量的長石、云母片或角閃石，質(zhì)地異常堅硬；還有以石英、長石、云母片為主的一種花崗片麻巖，質(zhì)地軟且風(fēng)化嚴(yán)重。角閃片麻巖顏色為灰黑色，成份以角閃石為主，其次為石英、長石。軟弱巖層與堅硬巖層一般呈互層。鐵質(zhì)石英巖脈為黑褐色，質(zhì)地較堅硬，比重也較大。三、巖層產(chǎn)狀及構(gòu)造壩址右岸為單斜構(gòu)造，走向東南-西北，傾向庫外，對儲水不利。但在基巖內(nèi)夾有白色火成巖，呈粒狀，有截水能力。表層風(fēng)化比較嚴(yán)重，風(fēng)化層厚2米左右。壩址左岸巖石走向東北-西南，傾向東南、西北，巖石為直立，可能有些透水。山頭及長城以南均為風(fēng)化的花崗片麻巖，表層破碎比較嚴(yán)重，風(fēng)化層厚度約25米。壩址兩岸的石英巖脈夾層有阻水作用。庫區(qū)兩岸的巖石構(gòu)造與風(fēng)化程度，大致與壩址處相同。四、河床覆蓋層1957年曾在河床中鉆探一空，孔深14.7米，于9.8米深處見巖石，配合沿壩軸線電測分析，河床基巖深度由右岸向左岸依次為3-7-9-10米，1958年，截水墻基坑開挖長173米，寬11米，絕大部分基巖埋深子啊10米左右。風(fēng)化巖厚度36米。五、地震1989年2月陽高縣地震局確定：守口堡水庫地區(qū)地震基本烈度為七度。第三節(jié) 筑壩材料力學(xué)性質(zhì)及施工件一、天然建筑材料1河卵石及砂礫石料在壩址附近，河卵石及砂礫石料極為豐富。從壩址上游1200米到下游1000米之內(nèi)，估計可開采卵石8.2萬立方米，砂礫石料則儲量更大，用之不歇。2.砂料可以從河床開挖，經(jīng)加工便可使用。3.石料分布于壩址上下游兩岸，清出風(fēng)化層后，用之不盡。表12 鉆孔剖面柱狀圖深度（米）鉆孔剖面柱狀圖巖性描述0.00河床表面為粗砂及礫石，有少量的卵石，空口高程1200米1.45飽和灰黑色，一般直徑560毫米，最大直徑105毫米含有中細(xì)砂約占30%及云母片（碎石）3.60飽和灰黑色，含有碎石約占30%，直徑385毫米5.75飽和灰黑色，含有碎石，礫石和卵石，最大直徑105毫米及含有少量的粘土9.40灰黑色，含有碎石約占30%，中間夾有風(fēng)化片麻巖（細(xì)砂）14.70棕深色，含有石英、長石。巖石堅硬但有裂縫，上部破碎漏水嚴(yán)重（花崗片麻巖）4土料 守口堡村西得西山坡上，為本土最好的黃土，儲量為35萬立方米，運距1公里。 守口堡村西得北山坡，初估黃土儲量5萬立方米，土質(zhì)一般，運距500米。 孤山廟溝，過長城的南山坡，估計儲量為20萬立方米，土質(zhì)一般，運距1公里。 以上四羊圈溝以南的山坡上，一般黃土儲量10萬立方米，運距1公里。處黃土料場，共計儲量10萬立方米、運距1公里內(nèi)。 紅、白兩色優(yōu)質(zhì)粘土，分布在孤山廟溝和長城相交處的東北山坡上，估計可以出土11萬立方米，運距1公里左右。黃土的兩個料場，運輸需要爬坡；兩料場運輸需要跨溝過河；僅粘土料場運輸可順坡而下直達(dá)壩上，條件較好。5.開挖邊坡可參考表13。表13 開挖邊坡（供參考）巖石的風(fēng)化程度巖石的破碎程度邊坡坡度與高度值高15米以內(nèi)高30米以內(nèi)高40米以內(nèi)微風(fēng)化至中等風(fēng)化節(jié)理較多1；0.261:0.31:0.31:0.51:0.5節(jié)理發(fā)育1:0.31:0.51:0.51:0.51:0.75強(qiáng)風(fēng)化節(jié)理較多1:0.31:0.51:0.51:0.51:0.75節(jié)理發(fā)育1:0.51:0.51:0.75二、建筑材料物理力學(xué)特性1.基巖物理力學(xué)特性見表14。表14 基巖物理力學(xué)特性項目單位花崗片麻巖粗?；◢弾r比重t/m32.702.60孔隙率%1.51.7容重t/m32.662.56吸水率%0.40.25抗壓強(qiáng)度干kg/cm2800700濕625590軟化系數(shù)0.780.84摩擦系數(shù)0.710.61彈性系數(shù)kg/cm231052105泊桑比0.350.35滲透系數(shù)新鮮cm/s810-5半風(fēng)化310-3抗剪強(qiáng)度 巖石/混泥土0.70牢固系數(shù)進(jìn)出口及斷層帶20.60其它68彈性抗力系數(shù)進(jìn)出口及斷層帶kg/cm240其它160250 2.筑壩材料及巖基的物理性質(zhì)見表15。表15 筑壩材料及非巖石地基的物理力學(xué)性質(zhì)名 稱項目筑壩材料非巖石地基回填黃土回填砂卵石堆石及墊層風(fēng)化巖筑壩壩基砂卵石階地黃土比重 t/m32.702.702.702.702.702.70孔隙率 %372830303041干容重 t/m31.701.951.901.901.901.60飽和容重 t/m32.702.232.202.202.202.01濕容重 t/m32.012.052.001.88浮容重 t/m31.071.231.201.201.201.01內(nèi)摩擦角水上23364234水下3440323420粘著力 kg/cm20.2滲透系數(shù) cm/s310-6210-3110-1410-4510-2110-5三、施工條件1.三材來源鋼材：根據(jù)指示，可自包頭、太原、長治及邯鄲等城市運入。木材：可自山西或內(nèi)蒙古自治區(qū)調(diào)入。水泥：可由山西省大同市調(diào)入。2.交通壩址處有鄉(xiāng)級公路北達(dá)內(nèi)蒙古自治區(qū)豐鎮(zhèn)縣，南抵陽高縣。經(jīng)陽高縣的鐵路線為京包電氣鐵路，公路為同張鐵路。壩址距陽高縣城10公里。陽高縣至大同的鐵路運距57公里，經(jīng)大同至太原的鐵路運距348公里。3.施工機(jī)械及技工由山西省水利工程施工局負(fù)責(zé)，普工由當(dāng)?shù)亟鉀Q。第四節(jié) 工程設(shè)計要求一、工程設(shè)計補(bǔ)充條件 1.百年一遇洪水時，下游河道安全泄量450m3/s。 2.灌溉總干渠位于右岸，正常引水流量2.0m3/s，加大引水流量2.3m3/s。3.已施工的截水墻，厚11米，已砌至河床表面，若利用需進(jìn)行防滲和加固處理。4.堆沙庫容2030年淤積量計算。5.根據(jù)用水調(diào)節(jié)計算確定水庫興利庫容為640萬立方米。6.在進(jìn)行主汛期的7月1日時灌溉要求水庫保證儲水量為232萬立方米。7.庫區(qū)淹沒損失 淹沒守口堡村河灘高產(chǎn)良田200畝。 淹沒通往內(nèi)蒙古的鄉(xiāng)級公路一條，需另開新路3000米。 二、附圖1. 守口堡水庫庫區(qū)地形圖一張 1:20002. 守口堡水庫壩址地形圖一張 1:10003. 守口堡水庫壩址軸線橫斷面圖一張 1:5004. 黑水河水系圖一張 1:500005. 主要建筑工程單位估價匯總表第三章 洪水調(diào)節(jié)計算 第一節(jié) 水庫調(diào)洪任務(wù) 水庫防洪的任務(wù)：一是修建泄洪建筑物，保護(hù)水庫不受到洪水夷頂造成大壩失事；二是設(shè)置防洪庫容，儲納洪水或阻滯洪水，減輕下游地區(qū)的洪水威脅，以保證下游防護(hù)區(qū)的安全。同時可通過興利調(diào)節(jié)計算，可以把枯水年的徑流重新分配，滿足下游用水部門的要求，由于天然河流水資源存在著利弊兩重性，又由于該庫區(qū)下游京包電氣化鐵路。村莊、農(nóng)田以免受到洪水威脅，因此對水庫在設(shè)計和運行時必須首要注意水庫的防洪問題。水庫調(diào)洪主要是攔儲洪水、消減洪峰、延長泄洪時間，使下泄流量能安全通過下游河道。調(diào)洪計算的任務(wù)是在水工建筑物或下游防護(hù)對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)一定的情況下，根據(jù)已知的設(shè)計入庫洪水過程線、水庫地形資料，擬定泄洪建筑物的型式和尺寸、調(diào)洪方式。通過調(diào)洪計算，推求出水庫出流過程、最大下泄流量、防洪庫容和水庫相應(yīng)的最高洪水位。第二節(jié) 水庫樞紐的防洪標(biāo)準(zhǔn)在制定防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時，考慮到水庫承擔(dān)下游鐵路、公路、村莊、農(nóng)田的防洪任務(wù)。故除要考慮水庫樞紐的水工建筑物自身的安全防洪標(biāo)準(zhǔn)外，還要考慮下游防護(hù)對象。當(dāng)此標(biāo)準(zhǔn)的洪水發(fā)生時，通過下游河道的最大泄量不超過河道的允許泄量或控制水位。一般水工建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)要高于防護(hù)對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)，因為大壩一旦失事，造成水體突然泄放，其后果相當(dāng)嚴(yán)重，有時當(dāng)防洪對象的防洪任務(wù)非常重要時，兩者也可能相等。水電工程的建筑物的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)取決于建筑物的等級，并分為正常使用（設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)）和非正常運用（校核標(biāo)準(zhǔn)）兩種情況。根據(jù)水工建筑物表6-1即永久水工建筑物正常使用的洪水標(biāo)準(zhǔn)查得3級建筑物對應(yīng)的洪水的重現(xiàn)期為50100年，由表6-2即永久性水工建筑物非正常運用的洪水標(biāo)準(zhǔn)下限值查得混泥土壩的洪水重現(xiàn)期為500年（3級水工建筑物）。綜上所述，該水利樞紐的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇的洪水考慮，校核按500年一遇的洪水進(jìn)行。第三節(jié) 調(diào)洪計算的原理和方法調(diào)洪計算的原理是在水量平衡和動力平衡的支配下進(jìn)行的。水量平衡用水庫水量平衡方程表示，動力平衡可用水庫蓄水池方程來表示。調(diào)洪計算就是從起調(diào)開始，逐時段連續(xù)求解這兩個方程。水庫水量平衡方程： 式中： ， 時段始末的入庫流量m/s； ， 時段始末的出庫流量m/s； ， 時段始末的水庫蓄水量m/s； 計算時段，s，其長短的選擇應(yīng)以能較準(zhǔn)確的反映洪水過程線的形狀為原則。陡漲陡落的取短些，反之，取長些。水庫蓄泄方程： 式中： q 下泄流量，m/s v 蓄水量，m/s第四節(jié) 水庫調(diào)洪計算方案的確定水庫樞紐調(diào)洪計算利用程序包采用試算法進(jìn)行計算。根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃那闆r及汛期前用水和防洪要求，進(jìn)行調(diào)洪計算的起調(diào)水位為1237.9米。調(diào)洪計算方案的比較如下：方案項目方案1方案2方案3泄 水 建 筑 物溢 流 堰凈 寬 m302826堰頂高程m1242.01242.01242.0排 沙 孔尺 寸 444444底板高程m1203.01203.01203.0運 行 方 式溢 流 堰自由泄流自由泄流自由泄流泄 水 孔閘門控制閘門控制閘門控制最 大 泄 量P=1%362.6362.6362.6P=0.2%1281.51243.01192.9最 高 水 位P=1%1245.9381245.9381245.938P=0.2%1248.1731248.3481248.403以上三種方案的比較分析如下方案一 P=1%時，最大泄量362.6m/s小于下游允許下泄流量450m/s；p=0.2%時，消減洪峰比1281.5/1420=90.2%。方案二 p=1%時，最大泄量343.6 m/s小于下游允許下泄流量450m/s；p=0.2%時，消減洪峰比1243.0/1420=87.5%。方案三 p=1%時，最大泄量343.6 m/s小于下游允許下泄流量450m/s；p=0.2%時，消減洪峰比1192.9/1420=84.0%.三種方案比較，綜合各方面因素考慮，方案一消減洪峰量大，所以選擇方案一。第五節(jié) 調(diào)洪計算成果及結(jié)論設(shè)計方案的調(diào)洪計算成果如表：洪水頻率洪峰流量m/s起調(diào)水位m上游最高水位m最大下泄流量m/s最大單寬流量m/s泄洪底孔泄量溢流堰泄量總泄量泄洪底孔溢流堰P=1%9981237.91245.938362.60362.690.650P=0.2%12401237.91248.173368.4913.11281.592.130.44守口堡水庫設(shè)計洪水位1245.938m，相應(yīng)的下泄流量362.6m/s，查水位流量曲線得下游100m處水位1200.5m；校核洪水位1248.173，相應(yīng)的下泄流量1281.5m/s，查水位流量曲線得下游100m處水位1202.0m。第四章 壩型選擇和樞紐布置第一節(jié) 壩軸線選擇 根據(jù)樞紐處的地形條件，壩軸線應(yīng)設(shè)在河谷最窄的橫斷面處，并盡可能使河床砂卵石層截水墻軸線最外，由于右岸山脊伸入河床部分厚度3056米較小，壩軸線在右岸的變化范圍不能太大，左岸岸坡向下游逐漸變陡2538，岸坡過陡不利于土石壩與岸坡的連接，由地形條件可知壩軸線如果在原截水墻軸線上，向上游或向下游平穩(wěn)，則軸線在河床部都將伸長。由樞紐的地質(zhì)條件，兩岸及河床巖基均為太古代花崗片麻巖，兩岸基巖風(fēng)化層厚25米裂隙發(fā)育，抗壓強(qiáng)度為700800kg/cm2。壩區(qū)現(xiàn)有工程措施條件，壩基透水層截水墻軸線基本位于河床最窄斷面處，與左岸岸坡等高大體垂直，而與右岸山脊夾角4045，因此壩軸線的選擇應(yīng)考慮防滲體與壩基防滲截水墻的相互關(guān)系。否則就需重修截水墻或增加壩體防滲體與壩基截水墻之間連接的工程量。如果壩軸線以右岸山脊順勢延長到左岸或直線布置，壩軸線在左岸坡長度可減小3050米，但此岸坡較陡約為37，有利于壩體與岸坡的連接，截水墻軸線與壩體軸線交角約40左右，二者最大距離100米，重修截水墻工程大約開挖3.5萬立方米，混泥土2萬立方米，回填砂礫石約1.6萬立方米，大大增加了投資，若采用防滲連接措施，工程處理難度大，且易出問題。故壩軸線在河床左岸以原截水墻軸線方向為準(zhǔn)，對原截水墻進(jìn)行必要的補(bǔ)強(qiáng)加固。對于右岸的壩軸線布置原則：盡可能減小與河床的壩與左岸壩軸線的轉(zhuǎn)折角；最大可能的利用右岸山脊較高的基巖布置壩體防滲設(shè)施，對于重力壩就是使用混泥土重力壩及其下游的干砌石傳力墊層可能放于右岸山脊上；盡可能減小壩體與非常溢洪道的連接長度，避免互相干擾。綜合壩區(qū)的地質(zhì)、地形條件及一些客觀因素，壩軸線的選擇與壩型河床及右岸成一直線與原截水墻上游線重合，即北偏東78。具體位置見地形圖。第二節(jié) 壩型選擇和比較根據(jù)水利樞紐庫區(qū)設(shè)計地震烈度為7級，水庫大壩為中等，壩高在5060米之間，因此如支墩壩、大頭壩等抗震性能差的壩型不宜采用。則可能經(jīng)濟(jì)合理的壩型有土壩、堆石壩、砌石壩、土石壩、混泥土重力壩。各種壩型優(yōu)缺點比較如下：1. 土壩優(yōu)點：利用當(dāng)?shù)夭牧瞎?jié)約三材，對地基要求低，不必開挖河床覆蓋層，可減小開挖工程量，施工技術(shù)和質(zhì)量控制容易，有利于搞機(jī)械化施工。 缺點：施工導(dǎo)流難以解決，壩身不能泄洪而庫區(qū)有沒有合適的埡口做溢洪道，溢洪道開挖量較大，并且由于壩址附近土料儲量少且運距較遠(yuǎn)，因此土料只可用作防滲材料。 由上述分析，該水利樞紐不宜采用土壩。2. 堆石壩 優(yōu)點：利用當(dāng)?shù)夭牧瞎?jié)省建材，河床10米覆蓋層可采用混泥土防滲墻免于開挖，堆體結(jié)構(gòu)簡單有利于機(jī)械化施工，抗爆、抗震性能好。 缺點：壩身不能過水，庫區(qū)沒有合適的埡口做溢洪道，致使溢洪道開挖工程量大，而且溢洪道超標(biāo)準(zhǔn)能力差，壩址施工場地狹窄，施工干擾性能大，由于河流來水含沙量較大，要有較大的排沙能力。而且的首要任務(wù)是防洪，而此種壩型泄洪問題不易解決。修粘土心墻時受地質(zhì)構(gòu)造、季節(jié)影響大，修建工期長，需施工技術(shù)和施工機(jī)械要求較高。 由上述可知，此方案有相當(dāng)難度，應(yīng)當(dāng)放棄。3. 砌石壩優(yōu)點：利用壩址附近的優(yōu)良建筑石料，節(jié)省三材。壩身過水泄洪問題好解決。缺點：需要大量人力，不易搞機(jī)械化施工，施工技術(shù)水平要求高，工期較長。通過比較可知，如果采用砌石壩也不合理。4. 土石壩優(yōu)點：可以就地取材，節(jié)省大量水泥、木材、鋼材，減少工程的外地運輸量，適合各種不同的地形，任何不良的壩址地基經(jīng)處理均可筑壩。結(jié)構(gòu)簡單，加高方便。缺點：壩身不能溢流，施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)高。土壩中粘土施工受氣候影響大。故土石壩也不宜采用。5. 混泥土壩 優(yōu)點：水庫樞紐結(jié)構(gòu)布置緊湊，運行管理簡單、靈活。壩頂可泄流，壩身底孔泄洪能力大，庫區(qū)對外交通方便。水泥、砂料運輸不為困難。安全可靠，失事率較低，對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，泄洪問題易解決，便于施工導(dǎo)流，施工方便，結(jié)構(gòu)作用明確，另外對水利樞紐采用混凝土重力壩有其自身的獨特優(yōu)勢：便于與原壩基截水墻連接；總工程量少可使總投資減少；混凝土重力壩建于右岸較薄的山脊上，充分利用地形條件，壩底寬度較小適應(yīng)地形條件；施工方面難度不大。缺點：壩體應(yīng)力較低，不能充分利用其材料強(qiáng)度，材料用量大，混凝土冷卻工程量大，澆筑混凝土要求有嚴(yán)格的溫控設(shè)施。綜合上面考慮的幾種壩型，本設(shè)計決定采用混凝土實體重力壩。第三節(jié) 重力壩設(shè)計方案樞紐布置一、總體布置守口堡水利樞紐重力壩設(shè)計方案，樞紐壩頂全長350m，最大壩高60.2m，壩頂防浪墻高1.1m，最大壩底寬度47.035m，樞紐從左岸到右岸依次為：1-11壩段為左岸擋水壩段，總長164.5m，其中1壩段長15m，11壩段長14.5m，其余壩段均長15m。12-13壩段為溢流壩段，總長30m，各壩段長15m。14壩段為底孔排沙泄洪壩段，壩段長14m。15壩段為擋水壩段為10。16壩段為過渡壩段，做成弧形的，以便壩體的穩(wěn)定，其長度為13.5m。17、18壩段為擋水壩段長25m，每段長12.5m。19-22壩段為右岸擋水壩段，總長60m，每段長15m。23-24壩段為擋水壩段，長32m，每壩段長16m。二、壩體溢流壩段的布置壩體溢流壩段布置時，必須使水流能平順流過壩體，不致使在壩面產(chǎn)生負(fù)壓和震動，避免發(fā)生空蝕的現(xiàn)象，并且滿足泄流的要求，尺寸足夠，保證下游不產(chǎn)生危及壩體安全的局部沖刷，應(yīng)使下泄水流平順，不產(chǎn)生折沖水流，不影響樞紐中其它建筑物的正常運行，有靈活控制下泄水流的設(shè)備。另外，還必須使過壩水流能按設(shè)計要求平順進(jìn)入下游河道，不致沖淘壩基和其他建筑物基礎(chǔ)，其流態(tài)和沖淤不致影響其他建筑物的安全。溢流壩段前沿長度30m，2孔，采用WES型實用堰型，堰頂高程1242.0m,自由泄流，下游采用挑流消能方式進(jìn)行消能。考慮到水流對兩岸的沖刷作用，溢流壩盡量布置在主河床的位置。由守口堡水樞紐的地形圖，壩軸線位置以下的河道有一處彎道，為了使水流平順，將溢流壩段布置在河床靠左岸處。三、排沙泄洪洞的布置根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范可知若壩下游有重要的農(nóng)田基地、鐵路干線、公路、排沙要求或在某種特殊要求下需降低或放空庫容時，均需設(shè)泄水孔。該水利樞紐所設(shè)的泄水孔的主要任務(wù)是排沙、泄洪相結(jié)合使用。由于設(shè)計樞紐位于山區(qū)河流上，河床坡度較大，流域河網(wǎng)發(fā)育，植被差，水土流失嚴(yán)重，致使入庫水流含沙量較大，沙粒較粗，特別是汛期河流含沙量占全年90%以上，水庫泥沙淤積問題嚴(yán)重，同時水庫庫容較小。為了保證樞紐水庫的使用壽命和工程的效益，有設(shè)排沙底孔的必要和可能，另外樞紐下游有重要的鐵路、公路干線、農(nóng)田、村莊、人防要求必須設(shè)置泄水底孔。底孔在樞紐中相對位置的布置中考慮到下游河道的水流平順，底孔應(yīng)布置在主河床處，因為河道右岸有轉(zhuǎn)彎，故右岸轉(zhuǎn)彎處泥沙淤積嚴(yán)重，所以將兩個排沙底孔布置在主河床靠右岸的非溢流壩段。第五章 攔河壩的設(shè)計 第一節(jié) 壩頂高程的確定按設(shè)計洪水位和校核洪水位，并考慮波浪及安全超高的影響，確定壩頂高程及防浪墻頂高程。 設(shè)計狀況下： 防浪墻頂高程=設(shè)計洪水位+h設(shè)校核狀況下： 防浪墻頂高程=校核洪水位+h校 h=hl+hz+hch:壩頂高于靜水位的高程；hl:波浪高度；hz:波浪中心線至靜水位的高度；hc:安全加高1、 多年平均最大風(fēng)速v=17.0m/s;相應(yīng)吹程為1.3km。 設(shè)計狀況下