王圪堵水庫樞紐布置及泄水建筑物設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、王圪堵水庫樞紐布置及泄水建筑物設(shè)計摘 要本畢業(yè)設(shè)計題目為王圪堵水庫樞紐布置及泄水建筑物設(shè)計，題目來源于王圪堵水庫樞紐工程。本次設(shè)計在已有的工程資料和前人的工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行水庫的樞紐布置、均質(zhì)壩的剖面及細(xì)部構(gòu)造設(shè)計、泄水建筑物的布置設(shè)計和水力計算。設(shè)計的主要內(nèi)容有：壩址、壩型選擇和樞紐布置，調(diào)洪計算，均質(zhì)土壩設(shè)計，泄水建筑物設(shè)計，細(xì)部構(gòu)造設(shè)計，地基處理等。此外還進(jìn)行了土石壩的剖面設(shè)計以及滲流計算、穩(wěn)定計算以及水面線計算等設(shè)計。設(shè)計主要方法有關(guān)于調(diào)洪計算的試算法、壩坡穩(wěn)定計算的折線法、滲流計算的水力學(xué)法以及相關(guān)規(guī)范、手冊所推薦的方法。設(shè)計的目的及意義主要在于鞏固、擴大和提高對所學(xué)水利水電理論知

2、識的實際運用，提高對專業(yè)技術(shù)知識的應(yīng)用水平，本次設(shè)計使我們對所學(xué)知識有了進(jìn)一步的了解，更加加深了對理論知識的理解，初步懂得了如何進(jìn)行土石壩以及泄水建筑物的設(shè)計，為以后的學(xué)習(xí)奠定了重要的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：水庫樞紐；布置；均質(zhì)土壩；剖面設(shè)計；溢洪道；泄洪排沙洞 the layout of the wanggedu reservoir hinge and the design of discharge structureabstract the design of the title is about the project layout of the wanggedu reservoir hinge

3、and the design of discharge structure. the topic of the design comes from the wanggedu reservoir hinge engineering. we arrange the reservoir hinge,design the specific part of the homogeneous earth dam and calculate and assign the sluice building on the basic of the projects data which we have known

4、and the ancients project experience. the design mainly includes: dam site selection ,choice of dam type，project layout, routing, homogeneous earth dam design, outlet works design , specific structure design and ground-handing.besides,i also deal with the problem in section of the homogeneous earth d

5、am design，seepage caculating ,toe slab and deformation caculate .during designing,we adopt many methods for designing,such as part-illustration for routing calculate, the simplify method -bishop for toe slab,hydraulics method for seepage and the criterion and handbook about the design which recommen

6、d the method we can use.the purpose and meaning of the design mainly is consolidating,expanding and improving our opinion of the knowledge we learned for water resources and hydraulic engineering into practice and making it into face ,improve our ability of using speciality kownledge into practice.

7、according to current graduate design,we know more about the knowledge we have learned and also make the theory knowledge deeping in my heart,i know how to begain design about the earth dam, which is one of a basic thing for me to leran other knowledge before long. key words： reservoir hinge;layout;

8、homogeneous earth dam ; the anatomy design; outlet works ;specific design前 言王圪堵水庫壩址位于榆林市橫山縣城關(guān)鎮(zhèn)西北12km，榆靖高速公路無定河大橋以上2.5km、蘆河入無定河口以上5.5km處的無定河干流上，距榆林市區(qū)60km。按照榆林能源化工基地建設(shè)要求及治黃大局的攔沙要求，確定水庫任務(wù)是供水、攔沙和灌溉等綜合利用。本次設(shè)計是在對給定的庫區(qū)設(shè)計基本資料和地形地質(zhì)圖做了充分了解和分析的基礎(chǔ)上，對水庫樞紐進(jìn)行布置和主要建筑物設(shè)計及計算。我們運用學(xué)校所學(xué)知識、以及課本和圖書及計算機等多種工具，結(jié)合工程實際，對王圪堵水庫樞

9、紐工程進(jìn)行合理設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容分9章：第1至第3章為基礎(chǔ)部分，主要介紹福地水庫樞紐工程的基本資料和各個壩址的地形地質(zhì)條件。第四章介紹設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)，第五章進(jìn)行了調(diào)洪計算確定了設(shè)計洪水位和校核洪水位。第6章至第8章為專題部分，首先是在對基本資料充分了解分析后選出合適壩址、壩型，進(jìn)行總體樞紐布置。接著對大壩進(jìn)行了滲流分析、穩(wěn)定計算、變形計算。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了主要建筑物設(shè)計，細(xì)部構(gòu)造設(shè)計和地基處理。由于實踐經(jīng)驗欠缺，又是在理論知識還不足夠扎實的基礎(chǔ)情況下首次進(jìn)行整個樞紐的全面設(shè)計，所以設(shè)計中可能有很多不當(dāng)或欠缺的地方，望各位老師給予批評指正。目錄第1章 工程概況7第2章 設(shè)計任務(wù)及依據(jù)821 設(shè)計任務(wù)

10、及設(shè)計階段82.2 工程等別及防洪標(biāo)準(zhǔn)102.3 設(shè)計依據(jù)10第3章 基本資料113.1 水文113.1.1流域水文概況113.1.2 氣象123.1.3 洪水133.2 工程地質(zhì)163.2.1 地形地貌163.2.2地層巖性163.2.4 水文地質(zhì)條件173.2.8壩基處理223.3水庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、特性指標(biāo)及調(diào)洪計算條件223.3.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)223.3.2 庫容曲線233.3.3 水庫死水位253.3.4調(diào)洪計算條件25第4章 樞紐布置設(shè)計274. 1 壩址選擇274. 2 壩軸線選擇294.3壩型的選擇及方案比較294.3.1 土石壩與重力壩304.3.2 均質(zhì)土壩與斜墻壩、心墻壩314.

11、3.3 結(jié)論314.4 調(diào)洪計算32第5章 建筑物設(shè)計455.1 壩體設(shè)計455.1.1壩體斷面尺寸的擬定455.1.2滲流計算495. 2 溢洪道設(shè)計555.2.2 水力計算565.3泄洪排沙洞675.3.1總體布置及主要結(jié)構(gòu)型式685.3.2水力計算695.3放水洞69第6章 構(gòu)造設(shè)計716.1護坡716.2壩頂726.3馬道72第7章 地基處理737.1基礎(chǔ)處理737.2帷幕灌漿與固結(jié)灌漿737. 3 繞壩滲漏處理75第8章 總結(jié)與討論76參考文獻(xiàn)77第1章 工程概況王圪堵水庫壩址位于榆林市橫山縣城關(guān)鎮(zhèn)西北12km，榆靖高速公路無定河大橋以上2.5km、蘆河入無定河口以上5.5km處的無

12、定河干流上，距榆林市區(qū)60km。按照榆林能源化工基地建設(shè)要求及治黃大局的攔沙要求，確定水庫任務(wù)是供水、攔沙和灌溉等綜合利用。壩址以上流域面積1.075萬km2，已建成的內(nèi)蒙巴圖灣水庫與王圪堵水庫區(qū)間面積0.6萬km2，壩址設(shè)計年徑流量約3.162億m3。水庫樞紐由攔河壩、泄洪洞、溢洪道、放水洞、壩后電站等主要建筑物組成，攔河壩采用均質(zhì)土壩放水洞初擬引水流量12.7m3/s（供水5.36m3/s，灌溉及生態(tài)7.34m3/s）,途經(jīng)水口壕、硬地梁、楊沙畔、清河、沙河至大河灣進(jìn)入分流池。由分流池一分為二，一支向北設(shè)加壓抽水泵站供至十里梁則附近的榆橫工業(yè)區(qū)供水水廠；另一支繼續(xù)沿?zé)o定河左岸敷設(shè)，途經(jīng)色草

13、灣、黑峁墩至無定河與榆溪河交匯口王沙坬村附近的魚米綏工業(yè)區(qū)供水水廠。第2章 設(shè)計任務(wù)及依據(jù) 21 設(shè)計任務(wù)及設(shè)計階段設(shè)計任務(wù)：1. 熟悉王圪堵水庫工程基本資料，借閱相關(guān)設(shè)計參考資料（設(shè)計規(guī)范，規(guī)程及手冊等）。2. 在廣泛查閱與設(shè)計內(nèi)容相關(guān)的國內(nèi)外文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，撰寫并提交開題報告。3. 樞紐布置設(shè)計： 1）分析并確定大壩，泄水，進(jìn)水及引水等樞紐主體建筑物的軸線位置。2）初步擬定大壩泄水，進(jìn)水及引水等樞紐主體建筑物的布置型式及尺寸。 3）進(jìn)行調(diào)洪演算，確定水庫下泄流量，特征洪水位，特征庫容等，確定水庫工程規(guī)模；進(jìn)行壩頂超高計算，分析確定壩頂高程。 4）進(jìn)行泄水建筑物的水力計算，分析確定泄水建筑

14、物的縱橫斷面尺寸。 5）繪制泄水建筑物的縱橫剖面圖及樞紐總平面布置圖。4. 泄水建筑物專題設(shè)計： 1）擬定泄水建筑物布置方案及斷面型式方案，進(jìn)行各方案水力計算。2）進(jìn)行泄水建筑物布置方案及斷面型式方案的比較與選擇。3）繪制選定布置方案的泄水建筑物縱剖面圖，繪制各斷面型式方案的橫剖面圖。設(shè)計階段：本次設(shè)計在已有資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行初步設(shè)計，設(shè)計分為以下幾個階段：資料收集、整理、查閱階段：參加學(xué)院組織的畢業(yè)設(shè)計動員大會；熟悉畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容及要求；熟悉工程基本資料，借閱相關(guān)設(shè)計參考資料。水庫樞紐布置設(shè)計階段：撰寫并提交開題報告；分析并確定大壩、泄水、進(jìn)水及引水等樞紐主體建筑物的軸線位置。初步擬定大壩、泄水

15、、進(jìn)水及引水等樞紐主體建筑物的布置型式及尺寸；水庫調(diào)洪演算：分別進(jìn)行設(shè)計洪水及校核洪水兩種工況的調(diào)洪演算，確定各工況泄水建筑物的下泄洪流量、特征洪水位及特征庫容等。水力計算階段：進(jìn)行泄水建筑物的水力計算，分析確定泄水建筑物的縱、橫斷面尺寸。樞紐布置階段：繪制泄水建筑物的縱、橫剖面圖；繪制樞紐總平面布置圖。壩型方案比較階段：擬定可用的壩型方案，進(jìn)行壩型方案的比較與選擇。泄水建筑物專題設(shè)計：擬定泄水建筑物布置方案及斷面型式方案，進(jìn)行各方案水力計算（正常水深、非均勻流水面線計算等）。進(jìn)行泄水建筑物布置方案及斷面型式方案的比較與選擇。繪制選定布置方案的泄水建筑物縱剖面圖，繪制各斷面型式方案的橫剖面圖。

16、 提交成果及答辯階段：撰寫并提交外文翻譯報告；參加畢業(yè)設(shè)計答辯；修改、完善畢業(yè)設(shè)計報告及設(shè)計圖紙。 2.2 工程等別及防洪標(biāo)準(zhǔn)水庫樞紐為等工程，主要建筑物為2級。防洪標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇洪水設(shè)計，2000年一遇洪水校核。 2.3 設(shè)計依據(jù) 本次設(shè)計的主要依據(jù)包括：（1）碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（sl274-2001）；（2）溢洪道設(shè)計規(guī)范（sl253-2000）；（3）水工隧洞設(shè)計規(guī)范（sl279-2002）。、第3章 基本資料3.1 水文 3.1.1流域水文概況 無定河系黃河一級支流，發(fā)源于白于山北麓的定邊縣胡尖山，源頭河段叫紅柳河，經(jīng)陜蒙省界后叫無定河，流向由西東轉(zhuǎn)為向南，經(jīng)榆林、米脂、綏得等縣

17、于清澗縣的河口村注入黃河，流域面積30261km2，河長491km，河道平均比降1.8。王圪堵水庫壩址位于無定河中游的橫山縣王圪堵村，控制流域面積10751km2，下距趙石窯水文站46km，上距內(nèi)蒙烏審旗巴圖灣水庫壩址39km。王圪堵水庫至巴圖灣區(qū)間（以下稱巴王區(qū)間）流域面積6000km2，該區(qū)間處于毛烏素沙漠的南緣。其中區(qū)間北岸沙漠區(qū)流域面積4955km2，有海流兔河、納林河兩條較大支流加入。南岸屬黃土丘陵蓋沙區(qū)及沙漠澗地區(qū)，流域面積1045km2（其中沙漠澗地區(qū)面積505km2，蓋沙區(qū)面積540km2），較大支流有黑河則、圪洞溝兩條。經(jīng)實地考察，沙漠澗地區(qū)主要分布在黑河則、圪洞溝等以上流域

18、，蓋沙區(qū)與蘆河流域相接。王圪堵壩址至下游趙石窯水文站區(qū)間（以下稱王趙區(qū)間）流域面積4573km2，其中北岸1258km2屬沙漠臺塬區(qū)。南岸3315km2，扣除橫山、殿市水文站控制面積后為573km2，屬黃土丘陵區(qū)。蘆河河口廟水庫至橫山水文站區(qū)間流域面積745km2，屬黃土丘陵蓋沙區(qū)。黑木頭川殿市站流域面積327km2，屬黃土丘陵區(qū)。沙漠區(qū)和沙漠澗地區(qū)，降水多滲入地下補給河道，產(chǎn)匯流條件較差，黃土丘陵蓋沙區(qū)的產(chǎn)匯流條件相對較好。 3.1.2 氣象王圪堵水庫位于毛烏素大沙漠南緣，北岸均屬風(fēng)積沙丘，南岸多為黃土丘陵蓋沙，由于流域地處大陸腹部的干旱區(qū)，孟加拉灣水汽到達(dá)該區(qū)后，已經(jīng)大大減弱，黃土高原內(nèi)又

19、無大的地形抬升作用，使本流域降水稀少。但從面上來看，設(shè)計流域降水的地區(qū)分布仍符合無定河流域降水量由西向東遞增，由南向北遞減的規(guī)律。流域氣象特征以橫山氣象站代表王圪堵壩址氣象特征：其多年平均蒸發(fā)量1898.3mm，多年平均氣溫8.6，一月最低，平均-8.3，極端最低氣溫-27.8（1971年1月22日），極端最高氣溫37.6（1966年6月21日）。多年平均日照時數(shù)2831.7小時，多年平均地面溫度9.6，最大凍土深度129cm。多年平均風(fēng)速2.6m/s，瞬時最大風(fēng)速25.7m/s，風(fēng)向nw，多年平均最大風(fēng)速20.6m/s。 3.1.3 洪水壩址設(shè)計洪水王圪堵水庫壩址設(shè)計洪水計算成果見表3-1，

20、設(shè)計洪水過程線見圖3-1。表3-1 王圪堵水庫設(shè)計洪峰、洪量匯總表 單位：m3/s、萬m3項目p=0.05%p=1%p=2%p=5%p=10%p=20%巴王區(qū)間巴下泄合計巴王區(qū)間巴下泄合計qm2520872607119044.41234928593374200w1579069764872790366315622501480976561w38830147510305455085754073940278019801300w5104002318127185520140369234970363026901650w71090031541405460301931796156904310333024300.

21、0500.01000.01500.02000.02500.03000.0020406080100120140160180時間(h)流量(m3/s)q0.05%=2607m3/sq1%=1234m3/s圖3-1 王圪堵水庫設(shè)計洪水過程線分期設(shè)計洪水王圪堵壩址分期設(shè)計洪水成果見表3-2。表3-2 王圪堵壩址分期設(shè)計洪水成果表 單位：m3/s分期統(tǒng)計參數(shù)設(shè)計值 p（%）均值cvcs/cv1251020501025 0.523.0 7869584838251121 0.413.0 55504237312212-117 0.333.0 3835312824182-336 0.283.0 74696156

22、5039425 0.563.0 837360503925533 0.953.0 181149110815424644 1.053.0 2702201571127129壩址下游水位流量關(guān)系曲線王圪堵壩址無實測水位流量關(guān)系。按實測1/2000地形圖量取橫斷面及河道平均比降1.3，經(jīng)對王圪堵壩址下游斷面主河槽及岸邊情況實地考察，結(jié)合對下游趙石窯水文測站斷面水位糙率分析，選取壩下游河段糙率為0.022，以此為基本資料，采用均勻流公式計算并繪制壩址下游水位流量關(guān)系曲線。見圖3-2。圖3-2 壩址下游斷面水位流量關(guān)系曲線 3.2 工程地質(zhì) 3.2.1 地形地貌壩段河流呈東西走向，水流由西向東，河流縱比降1

23、.3，谷底寬度380660m，河床覆蓋層厚度710m，深河槽偏向左岸，枯水期河水面寬60100m，水深0.30.5m。兩岸地形地貌不對稱，左岸為沙漠區(qū)，右岸為黃土梁峁區(qū)，沙漠區(qū)由沙丘、沙梁及洼地組成，海拔高程為10701090m ；黃土梁峁區(qū)分布高程10801100m，壩段河床高程10061009m，地形高差70110m。右岸岸坡殘留一、二級階地，一級階地高程為10251042m，二級階地10481052m。左岸岸坡地形較陡，右岸岸坡地形平緩，河谷呈寬淺的不對稱“u”型。上壩址左岸上游和下壩址左岸下游各有一條人工水拉砂形成的沖溝。上、下壩址右岸壩肩均向河床呈微型凸出。壩區(qū)左岸植被稀少，右岸多為

24、居民點及耕地，無不良地質(zhì)現(xiàn)象。 3.2.2地層巖性兩岸岸坡均為第四系松散層覆蓋，局部沖溝地段有基巖出露。壩區(qū)地層按時代成因及巖性組成可分為個巖性層，與工程關(guān)系密切的主要有：層全新統(tǒng)人工堆積（q4s ），巖性由粉細(xì)砂組成，局部夾有零星鈣質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)均勻，中密，層厚約58m，分布于左岸聯(lián)盛渠及人工砂堤。層全新統(tǒng)上部沖積（q42-3al）：主要由粉細(xì)砂組成，底部含薄層粗砂、礫卵石底礫層，松散。地層厚度210m，分布于河床及漫灘。層全新統(tǒng)下部沖積（q41al）：由粉細(xì)砂夾粉質(zhì)壤土薄層組成，松散，具水平層理。地層厚度1.57m，主要分布于右岸一級階地。層上更新統(tǒng)沖湖積（q31al+l）：由粉細(xì)砂及粉質(zhì)壤

25、土組成，發(fā)育水平層理，厚度一般5070m，分布于左岸沙漠區(qū)。層侏羅系上統(tǒng)安定組（j3a）：紫紅色、淺灰色、暗紫紅色中厚層狀粉砂巖、泥質(zhì)砂巖夾泥巖或泥巖夾泥質(zhì)砂巖，組成壩區(qū)基底，于右岸沖溝及壩頂部分地段出露。 3.2.3 地質(zhì)構(gòu)造壩區(qū)基巖地層呈微向nw緩傾的單斜構(gòu)造，巖層傾角13度。壩區(qū)構(gòu)造裂隙不甚發(fā)育，地表露頭僅見層面裂隙較發(fā)育；鉆孔采取的巖芯完整，未見斷層及大的裂隙分布。 3.2.4 水文地質(zhì)條件壩區(qū)地下水含水層按照儲藏條件和巖性組成可分為4種類型：沙漠區(qū)粉細(xì)砂孔隙潛水含水層、階地沖積砂層孔隙潛水含水層、基巖裂隙水及基巖承壓水層。河床承壓水頂板埋深1628.2m，承壓水水頭高出孔口2.516

26、.5m。鉆孔揭示的承壓水頂板埋深、相對隔水層巖性、水頭高度及流量統(tǒng)計如表2-4。由表2-4可見，承壓水頂板埋深由兩岸向河谷、由上壩址向下壩址逐漸變淺，流量為河谷大于兩岸?；鶐r承壓水的補給源主要為上游河谷及兩岸基巖裂隙水遠(yuǎn)源補給。對地表水、地下水（潛水、承壓水）分別取樣進(jìn)行水質(zhì)分析，成果顯示，河水、潛水為低礦化度的淡水，河床基巖承壓水礦化度較高呈微咸水。河水及潛水均對混凝土無腐蝕性，而承壓水對普通水泥具有硫酸鹽強腐蝕性。 3.2.5壩基工程地質(zhì)問題及評價壩基河床及左岸覆蓋層厚度較大，且均為粉細(xì)砂層，可能存在的工程地質(zhì)問題有地震液化、滲漏、滲透破壞及承壓水對壩基的影響等。地震液化工程區(qū)河床段地基土

27、的類型屬軟弱場地土，根據(jù)覆蓋層厚度劃分為類場地，場地地震基本烈度為度，按抗震設(shè)防烈度不提高時可不考慮砂土的地震液化問題。滲透破壞及滲漏量壩基河床覆蓋層和左岸細(xì)砂層存在滲透破壞的可能。由砂土的顆分試驗成果可知、層均為連續(xù)級配砂,經(jīng)判別河床覆蓋層和左岸岸坡細(xì)砂層破壞類型為流土型破壞。允許水力比降見表3-3。表3-3臨界水力比降、允許水力比降統(tǒng)計表巖性名稱地層編號公式計算不均勻系數(shù)法室內(nèi)試驗臨界水力比降jcr允許水力比降j允cuj允jcrj允河床砂層0.980.391.960.250.350.340.14左岸砂層0.980.391.840.350.14由表3-3可知，各層土的允許水力比降均在0.14

28、0.39左右，建議允許水力比降：層j允為0.14，層j允為0.14。壩址估算滲漏量如表3-4。表3-4壩址估算滲漏量表部位河床覆蓋層滲漏（m3/d）基巖滲漏（m3/d）繞壩滲漏（m3/d）總估算滲漏量（m3/d）數(shù)量3098380782311301承壓水對壩基的影響河床基巖富含承壓水，上壩址埋深1828m，下壩址埋深1617m。承壓水流量最大達(dá)到46l/min，最大水頭高出地面16.5m(上壩址2.516.5m，下壩址37m)，其補給源位于河谷上游及兩岸，水質(zhì)對普通水泥有分解結(jié)晶型強腐蝕，對壩基滲透穩(wěn)定及基巖防滲灌漿施工會造成一定影響，施工時最好不揭露承壓水。 3.2.6壩址工程地質(zhì)條件 壩基

29、工程地質(zhì)條件壩址河床高程1008.7m，河床寬度354m，壩頂處寬約937m，按地貌單元、地層成因時代及巖性組成，壩基可劃分為4個工程地質(zhì)段：0.0269.3m（壩軸線剖面樁號）：左岸岸坡段，基巖埋深81m左右，基巖頂板高程約997m。該段地貌類型屬風(fēng)積砂臺地。壩基地層為層人工堆積（q4s）粉細(xì)砂、層沖湖積（q31al+l）砂和基底層砂巖、泥巖。左岸地下水位于zk5號鉆孔處為1016m，在距岸邊約1.93km處與水庫正常蓄水位1046m持平。層人工砂堤干密度d=1.60g/cm3，dr=0.61，滲透系數(shù)k=4.1510-3 cm/s；層沖湖積砂層d=1.52g/cm3，dr=0.25，j允=

30、0.14，k=1.6210-2 cm/s；層砂巖、泥巖透水率q=510lu。層沖湖積砂屬較強透水土層，存在嚴(yán)重滲漏和滲透穩(wěn)定問題。269.3686.0m：為河床段，覆蓋層厚度813m，壩基地層為層沖積（q42-3al）細(xì)砂層、層砂巖、泥巖。層沖積細(xì)砂干密度d=1.59g/cm3，相對密度dr=0.52，壓縮系數(shù)a1-2=0.03，壓縮模量e1-2=55.13mpa，抗剪強度c=0，=28，j允=0.14，滲透系數(shù)k=7.6810-3 cm/s，屬中等透水土層；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗實測錘擊數(shù)n=616擊，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=110kpa，按度地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，可不考慮地震液化問題；下伏層砂巖、泥巖透水率q=2

31、.531lu，屬弱中等透水巖層，其中zk6號孔附近巖體透水率較大，存在一強透水深谷；基巖富含承壓水，承壓水水頭高程10121025m，承壓水頂板位于基巖面以下828m，承壓水頂板中部隆起，向兩側(cè)埋深變大。河床層細(xì)砂作為大壩地基時，需進(jìn)行防滲處理；對基巖實行帷幕灌漿時，應(yīng)考慮承壓水的影響。686.01022.76m：為右岸斜坡、漫灘和一級階地段。覆蓋層厚度1.03.5m，壩基巖性為層沖積（q41al）粉細(xì)砂、壤土，層坡積（q4dl）粉細(xì)砂夾粉質(zhì)壤土組，局部沖溝段層基巖裸露。層粉細(xì)砂干密度d=1.39g/cm3，滲透系數(shù)k=7.2510-3 cm/s；層砂巖、泥巖透水率q=1.235lu，屬弱中等

32、透水巖層。該段覆蓋層厚度薄，且夾有粉質(zhì)壤土，壓縮變形量大，不宜作為壩基，需開挖處理。層基巖滿足土壩強度要求，但需進(jìn)行防滲處理。 1022.761327.0m：為右壩肩段，地貌單元為二級階地，地層巖性為層沖積（q31al）粉細(xì)砂層及上部的砂壤土，厚度24m，不宜作為壩基，需開挖處理，層砂巖夾少量泥巖，基巖頂板與壩頂持平，砂、泥巖透水率q=1.015lu，屬弱中等透水巖層。泄洪排砂洞工程地質(zhì)條件洞進(jìn)口明挖段0.097.1m：無天然進(jìn)洞條件，須開挖進(jìn)洞。放水塔位于隧洞進(jìn)口97.1m處，塔基為侏羅系微風(fēng)化砂巖夾泥巖，地基承載力fk=0.5mpa。97.1320m：洞室段，洞頂圍巖厚度1320m，成洞條

33、件較好。洞頂及洞身巖性為中厚層砂巖，巖體縱波速度vp=2436m/s，完整系數(shù)kv=0.68，較完整，微風(fēng)化，地下水位于洞頂以上。砂巖為軟質(zhì)巖，單軸飽和抗壓強度rb=23.2mpa，單位彈性抗力系數(shù)k0=10mpa/cm，堅固系數(shù)f=4.0。圍巖類別屬穩(wěn)定性差的類圍巖。320380 m：洞室段，洞頂為弱風(fēng)化中厚層砂巖，圍巖厚度1213m，巖體縱波速度vp=1474m/s，完整系數(shù)kv=0.25，巖體較破碎，洞身為微風(fēng)化中厚層砂巖夾泥巖，巖體縱波速度vp=2436m/s，完整系數(shù)kv=0.68，較完整，地下水位于洞頂以上。砂巖為軟質(zhì)巖，單位彈性抗力系數(shù)k0=8mpa/cm，堅固系數(shù)f=3.0。圍

34、巖類別屬不穩(wěn)定的類。380580m：洞出口、消力池、明渠上游段，洞出口位于樁號380m處，隧洞無天然出口地形條件，需開挖進(jìn)洞。明渠上游段，上部覆蓋層厚度57m，渠底為侏羅系砂巖，弱微風(fēng)化，最大開挖坡高21m。地下水位于表層砂層中，施工開挖需排水。洞出口、消能段為砂巖夾泥巖，抗沖流速為4.5m/s，泥巖為極軟巖，易風(fēng)化破碎，失水干裂、遇水崩解，開挖后應(yīng)立即采取保護措施。580849.2m：明渠段，上部覆蓋層厚度23m，渠底為侏羅系砂巖，強弱風(fēng)化，地下水位于砂層中，需進(jìn)行施工降水，最大開挖坡高20m。建議開挖坡比砂土層1：1.5，基巖強風(fēng)化為1：0.5，弱風(fēng)化為1：0.3。 3.2.7放水洞工程地

35、質(zhì)條件096.2m：進(jìn)口段，巖性為砂巖，強弱風(fēng)化，巖體破碎，無天然進(jìn)洞條件，需開挖進(jìn)洞。放水塔位于隧洞進(jìn)口（樁號96.2m），塔基為弱風(fēng)化砂巖，地基承載力fk為0.5mpa。96.2160m：洞室段，洞頂圍巖厚度613m，洞頂為強弱風(fēng)化砂巖，洞身為弱風(fēng)化砂巖，弱風(fēng)化巖體縱波速度vp=1454m/s，完整系數(shù)kv=0.19，巖體較破碎，地下水位高于洞頂。圍巖類別為不穩(wěn)定的類。160352.7m：洞室段，洞頂圍巖厚度1017m，具備成洞條件，洞頂及洞身巖性以砂巖為主夾有泥巖，巖體縱波速度vp=2520.3m/s，完整系數(shù)kv=0.56，巖體較完整，微風(fēng)化，地下水位于洞頂以上。砂巖為軟質(zhì)巖，建議單位

36、彈性抗力系數(shù)k0=10mpa，堅固系數(shù)f=4.0，圍巖類別160200m為不穩(wěn)定類，200352.7m為穩(wěn)定性差的類。352.7492.2m：洞出口、消力池、明渠上游段，渠底為侏羅系砂巖夾泥巖，較完整，微風(fēng)化，邊坡以砂巖為主，最大開挖坡高17m，建議邊坡坡比砂土層1：1.5，基巖強風(fēng)化為1：0.5，弱風(fēng)化為1：0.3，地下水位高于渠底，位于覆蓋層之中。492.2683.4m：為明渠段，基底為砂巖夾泥巖，強弱風(fēng)化，最大開挖坡高10m，建議邊坡坡比砂土層1：1.5，基巖強風(fēng)化1：0.5，弱風(fēng)化為1：0.3，地下水位于渠底以上。 3.2.8壩基處理（1）兩岸斜坡段分布的坡積粉細(xì)砂，漫灘沖積砂土層工程

37、性質(zhì)較差，且厚度較小，應(yīng)予以清除。開挖坡比水上1：1.5，水下為1：2。（2）壩址河床段覆蓋層為細(xì)砂，干密度d=1.59g/cm3，相對密度為0.52，在解決滲漏及滲透穩(wěn)定問題的前提下，可考慮利用。（3）河床覆蓋層及左岸岸坡砂層透水性較大，需進(jìn)行防滲處理；壩基基巖應(yīng)進(jìn)行防滲處理，右岸防滲寬度應(yīng)達(dá)到正常蓄水位與地下水位持平位置，左岸根據(jù)地層透水性等地質(zhì)條件綜合確定，同時應(yīng)考慮承壓水對灌漿的影響。 3.3水庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、特性指標(biāo)及調(diào)洪計算條件 3.3.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計保證率工業(yè)及城鎮(zhèn)生活供水設(shè)計保證率采用95%，農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)計保證率采用50%。水庫運用年限水庫運用方式為蓄水運用，水庫運用年限（設(shè)計淤沙

38、年限）為60年。水庫正常蓄水位經(jīng)正常蓄水位方案比較，可研階段推薦的水庫正常蓄水位方案為1046.0m。 3.3.2 庫容曲線水庫正常蓄水位1046m方案不同運用年限時的庫容曲線見圖3-3，面積曲線見圖3-4。圖3-3 水庫正常蓄水位1046m方案不同運用年限庫容曲線 圖3-4 水庫正常蓄水位1046m方案不同運用年限水位面積曲線3.3.3 水庫死水位水庫死水位采用1027.0m，相應(yīng)死庫容（原始）為0.823億m3，電站最小靜水頭為16m。正常蓄水位1046m方案，運用60年后，死庫容淤積約91%（0.747億m3），剩余死庫容0.076億m3。 3.3.4調(diào)洪計算條件洪水標(biāo)準(zhǔn)王圪堵水庫樞紐由

39、大壩、泄洪洞、放水洞、壩后電站等建筑物組成。根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（sl252-2000）規(guī)定，王圪堵水庫樞紐工程為等大（2）型工程，主要建筑物級別為2級。水庫樞紐工程的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)取100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)取2000年一遇。王圪堵水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)、洪峰流量及3、5、7日洪量見表3-5。表3-5水庫永久擋水、泄水建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)及量值表(考慮后期上游水庫泄洪排沙)運用狀況洪水重現(xiàn)期（年）洪峰流量（m3/s）洪量（萬m3）w3w5w7正常運用（設(shè)計）1001251596978929239非常運用（校核）20002640111371419515698水庫調(diào)度運行方式王圪堵水庫入庫徑流量

40、較小，按照綜合利用要求，水庫采用蓄水蓄沙運用方式。水庫庫容條件較好，汛期不設(shè)置限制水位，調(diào)洪庫容設(shè)置在正常蓄水位以上，調(diào)洪起調(diào)水位為正常蓄水位。由于放水洞的放水能力有限，調(diào)洪時不考慮其承擔(dān)泄洪任務(wù)。因此，水庫的泄洪任務(wù)由泄洪洞和溢洪道承擔(dān)。泄洪洞是調(diào)控水庫水位的主要泄水建筑物。遭遇洪水水庫臨近蓄滿時，逐步開啟泄洪洞閘門直至全開，控制水庫水位上升，爭取盡量避免溢洪道過流，并借機排沙。當(dāng)水庫水位回落到正常蓄水位時，開始逐步關(guān)閉閘門，直至洪水過程終結(jié)、水位穩(wěn)定后閘門全部關(guān)閉。起調(diào)水位及庫容曲線的采用水庫洪水調(diào)節(jié)從正常蓄水位1046.0m起調(diào)。采用淤積60年時的庫容曲線進(jìn)行調(diào)洪計算。第4章 樞紐布置設(shè)

41、計 4. 1 壩址選擇選定的兩條壩址分別位于海則灣（上壩址）和五七隊（下壩址），兩條壩址相距600900m。壩址比較 地形地貌條件（1）上壩址河床高程1008.0m，河床寬度355m，下壩址河床高程1007.0m，河床寬度696m。（2）下壩址左岸地形完整，上壩址左岸1030m高程以上有一人工取砂形成的沖溝。（3）上、下壩址右岸均有突出的基巖地形，但上壩址地形凸出明顯。地質(zhì)條件：上壩址承壓水頂板埋深略大于下壩址，滲漏量上壩址略小于下壩址，基巖透水率下壩址整體偏大，而上壩址在河床中心有一較強透水率深谷。從地質(zhì)條件看，上、下兩壩址差異不大。上壩址右岸基巖階地向河床凸出較遠(yuǎn)，有利于放水、泄水建筑物布

42、置，長度較短；下壩址右岸基巖階地向河床凸出較近，泄水建筑物長度增大。上壩址地形條件優(yōu)于下壩址。從壩址地質(zhì)條件方面看，上壩址承壓水頂板略低，相對有利。從淹沒和環(huán)境影響方面分析，下壩址淹沒范圍下延約800m，淹沒損失和遷移人口增大，淹沒處理補償費多576萬元。兩壩址施工條件基本相同；上壩址總工期少半年，略優(yōu)于下壩址。從工程量和投資方面比較，上壩址大壩填筑量較下壩址小136m萬m3（占上壩址填筑量的32%），工程靜態(tài)總投資省1.17億元，明顯優(yōu)于下壩址。綜合上述分析比較，上壩址在主要建設(shè)條件、淹沒影響、施工工期和工程投資諸方面，均優(yōu)于下壩址，因此，推薦上壩址為選用壩址。壩段河流呈東西走向，水流由西向

43、東，河流縱比降1.3，谷底寬度380660m，河床覆蓋層厚度710m，深河槽偏向左岸，枯水期河水面寬60100m。兩岸地形地貌不對稱，左岸為沙漠區(qū)，右岸為黃土梁峁堆積區(qū)。右岸殘留一、二級階地。左岸岸坡地形較陡，右岸岸坡地形平緩，河谷呈寬淺的不對稱“u”型。上壩址左岸和下壩址左岸下游各有一條人工水拉砂形成的沖溝。上、下壩址右岸壩肩均向河床呈微型凸出，上、下游發(fā)育小沖溝。壩區(qū)左岸植被稀少，右岸多為居民點及耕地，無不良地質(zhì)現(xiàn)象。 4. 2 壩軸線選擇在此壩軸線上下50米各另選了兩個壩軸線，經(jīng)過分析比較發(fā)現(xiàn)，壩軸線上50米處選定的壩軸線由于兩岸壩肩相距較遠(yuǎn)，會增加很多的工程量，從人力還是財力上都是不合

44、理的。在此壩軸線下50米處選定的壩軸線，發(fā)現(xiàn)右岸山體太過平緩，如果在此處修建大壩，從經(jīng)濟和工程量方面考慮都會比圖示所示的壩軸線大幾倍，是不合理。而在圖示所示壩軸線處右岸的山體在所選壩軸線中最為科學(xué)。 根據(jù)資料中提供的唯一的壩軸線布置。 4.3壩型的選擇及方案比較壩型選擇是大壩設(shè)計中需要首先解決的關(guān)鍵問題，因為它關(guān)系到整個樞紐的工程量、投資和工期。壩高、筑壩材料、地形、地質(zhì)、氣候、施工和運行條件等都是影響壩型選擇的重要因素。根據(jù)地形條件可知，不適宜修建拱壩，所以選用的壩型有重力壩、土石壩。壩型選擇應(yīng)綜合考慮下列因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定：1）壩址區(qū)河勢地形、壩址基巖、覆蓋層特征及地震烈度等地形地質(zhì)

45、條件；2）筑壩材料的種類、數(shù)量、性質(zhì)、位置和運輸條件；3）施工導(dǎo)流、施工進(jìn)度與分期、填筑強度、氣象條件、施工場地、運輸條件和初期度汛等施工條件；4）壩高：高壩多采用土質(zhì)防滲體分區(qū)壩，低壩多采用均質(zhì)壩，條件合適時宜采用混凝土面板堆石壩；5）樞紐布置、壩基處理以及壩體與泄水、引水建筑物等的連接；6）運行條件：如對滲流量要求高低，上、下游水位變動情況，分期建設(shè)等；7）壩及樞紐的總工程量、總工期和總造價。 4.3.1 土石壩與重力壩已知重力壩有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)作用明確，設(shè)計方法簡便，安全可靠；對地形、地質(zhì)條件的適應(yīng)性強；樞紐泄洪問題容易解決；便于施工導(dǎo)流；施工方便。重力壩的缺點：壩體剖面尺寸大，材料用量

46、多；壩體應(yīng)力較低，材料強度不能充分發(fā)揮；壩體與地基接觸面積大，相應(yīng)壩底揚壓力大，對穩(wěn)定不利；壩體體積大，由于施工期混凝土的水化熱和硬化收縮，將產(chǎn)生不利的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力。而土石壩具有以下優(yōu)點：可以就地、就近取材，節(jié)省大量水泥、木材和鋼材，減少工地的外線運輸量。由于土石壩設(shè)計和施工技術(shù)的發(fā)展，放寬了對筑壩材料的要求，幾乎任何土石料均可筑壩；能適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件；大容量、多功能、高效率施工機械的發(fā)展，提高了土石壩的壓實密度，減小了土石壩的斷面，加快了施工進(jìn)度，降低了造價；由于王圪堵水庫附近有豐富的土料，且是中小型工程，若修建重力壩，則工程造價大大提高，同時會加大工地的外線運輸量；

47、若修建土石壩，既節(jié)省投資，又減少了外線運輸量，還可以因地制宜，就地取材，所以在此宜修建土石壩。 4.3.2 均質(zhì)土壩與斜墻壩、心墻壩均質(zhì)壩、斜墻壩和均質(zhì)壩可以適應(yīng)任意的地形、地質(zhì)條件，對筑壩土料的要求逐漸放寬。但斜墻壩由于抗剪強度較低的防滲體位于上游面，故上游壩坡較緩，壩的工程量相對較大，斜墻對壩體的變形也較為敏感，與陡峻河岸的連接也較困難；心墻在施工時必須和兩側(cè)壩殼平起上升，施工干擾大，受氣候條件的影響也大；均質(zhì)壩壩體材料單一，施工方便，并且王圪堵水庫附近有足夠的土料，均質(zhì)壩一般適用于中小型工程。 4.3.3 結(jié)論根據(jù)以上的比較可看出：王圪堵水庫是一個中小型工程，土料方便，且左岸相對較陡，很

48、顯然均質(zhì)壩比較適宜該工程，所以壩型選用均質(zhì)壩。 4.4 調(diào)洪計算初定大壩采用泄洪排沙洞和溢洪道聯(lián)合泄流，溢洪道與泄洪排沙洞進(jìn)水口擬定了三個方案，現(xiàn)分別進(jìn)行調(diào)洪計算。方案一：溢洪道溢流堰堰寬15m，堰頂至導(dǎo)墻頂高6m。泄洪排沙洞設(shè)一個，進(jìn)水口尺寸寬*高為4*5m。圖4-1水庫正常蓄水位1046m運行60年水位-庫容曲線圖4-2壩址下游斷面水位-流量關(guān)系曲線庫水位下泄流量關(guān)系曲線計算過程見表4-1。庫水位下泄流量關(guān)系曲線見圖4-3。表4-1王圪堵河水庫庫水位下泄流量曲線計算表z上 （m）泄洪洞底板高程h1 （m）泄洪洞流量 q1(m3/s)h2(m)溢洪道流量 q2(m3/s)總下泄量 q(m3/

49、s)1044101430243.581200243.58121045101431247.607600247.60761046101432251.569600251.56961047101433255.4702133.3537288.82391048101434259.3120294.3386353.65061049101435263.09783173.3111436.40891050101436266.82994266.8299533.65981051101437270.51055372.9061643.41661052101438274.14166490.1978764.3394105310

50、1439277.72537617.7198895.44521054101440281.26348754.70891035.97231055101441284.75759900.55081185.30821056101442288.2092101054.73771342.94781057101443291.6201111216.84011508.46021058101444294.9915121386.48871681.4803表4-1中各流量分別由下列公式確定：底孔 其中取用0.99，為20m2， ,1020為底孔高程。表孔 其中取用0.502，b取用凈寬45m，。h2=z上-10461046

51、為溢流壩堰頂高程。圖4-3 庫水位下泄流量關(guān)系曲線取t=7200秒，根據(jù)上面b=15m計算的庫水位下泄流量曲線，先對一百年一遇設(shè)計洪水進(jìn)行調(diào)洪演算。計算步驟見表4-2。表4-2 調(diào)洪計算列表時間t（h）入庫洪水流量q（m3/s)時段平均入庫流量（m3/s)下泄流量q（m3/s)時段平均下泄流量（m3/s)時段內(nèi)水庫存水量變化v（萬m3)水庫存水量v（萬m3)水庫水位z（m)54148147.939771032.456150149150.11490.0363977.041033.158254202308.5229.3-18.7813958.261045.3460230242242.77275.635-24.5093933.751043.862274252253.14247.9552.7723936.521045.464500387387.8320.4748.96723985.481045.23661234867487.2437.5180.4324165.921045.7468635934.5641.1564.1516