水利枢纽拱坝施工设计.doc
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1、目 录第一章 综合说明- 5 -1.1 概述- 5 -1.1.1 枢纽概述- 5 -1.1.2 设计要求- 5 -1.2 工程特性表- 6 -第二章 设计资料- 7 -2.1 枢纽任务- 7 -2.2 基本资料- 7 -2.2.1 自然地理- 7 -2.2.2 工程地质- 9 -2.2.3 筑坝材料- 10 -2.2.4 库区经济及其它- 11 -第三章 枢纽主要建筑物的型式与总体布置- 12 -3.1 工程等级及技术规范设计标准- 12 -3.1.1 工程等级- 12 -3.1.2 技术规范- 12 -3.1.3 洪水标准- 12 -3.2 调洪演算及设计基本数据- 12 -3.2.1 调洪
2、演算的目的- 12 -3.2.2 调洪演算的原理- 12 -3.2.3 计算方法- 14 -3.2.4泄洪方案的选择- 14 -3.3 枢纽组成建筑物- 17 -3.4 坝型选择- 17 -3.4.1 坝型初选- 17 -3.4.2方案比较- 19 -3.4.3 坝体形态选择- 20 -3.5 泄水建筑物型式选择- 20 -3.6 厂房及引水系统布置- 21 -3.7 枢纽总体布置- 21 -第四章 拱坝设计- 21 -4.1拱坝型式及布置- 21 -4.1.1拱坝剖面设计- 21 -4.1.2拱坝的布置- 22 -4.2 荷载及其组合- 23 -4.2.1 荷载及计算- 23 -4.2.2
3、荷载组合- 28 -4.3 计算原理和计算方法- 28 -4.3.1 计算原理- 28 -4.3.2 计算方法- 29 -4.4 应力与强度分析(电算,手算)- 29 -4.4.1 应力控制指标- 29 -4.4.2 电算- 30 -4.4.3 手算- 31 -4.5 坝肩稳定验算- 33 -4.5.1 验算原理- 33 -4.5.2 验算工况- 36 -4.5.3 验算结果- 36 -第五章 泄水建筑物设计- 36 -5.1 基本资料- 36 -5.2 泄水建筑物组成与布置- 36 -5.3 泄槽设计- 37 -5.3.1 泄槽尺寸- 37 -5.4 消能与防冲- 39 -5.4.1 挑距计
4、算- 39 -5.4.2冲坑计算- 39 -5.4.3防冲评价- 39 -5.4.4 消能率计算- 39 -5.4.5消能防冲计算成果- 40 -5.5泄水孔口应力及配筋- 40 -5.5.1计算原理- 40 -5.5.2孔口作用力- 40 -第六章 坝体细部构造及地基处理- 43 -6.1 坝体构造与细部结构设计- 43 -6.1.1 坝体与坝面- 43 -6.1.2 坝体分缝- 43 -6.1.3 坝内廊道和坝后工作桥- 43 -6.2 坝基处理- 44 -6.2.1 坝基处理的一般要求- 44 -6.2.2 地基的处理和开挖- 44 -6.2.3 坝基排水孔- 46 -结束语- 47 -
5、参考文献- 48 -第一章 综合说明1.1 概述1.1.1 枢纽概述 A江是我国东南地区的一条河流, 流向自西向东,流经A省南部地区,汇入东海,干流全长153km,流域面积4860平方公里。根椐流域规划拟建一水电站。本设计任务是对A江水利枢纽进行设计。A江水利枢纽是一项同时兼顾防洪,发电,灌溉,渔业等综合作用的水利工程。坝址以上流域面积2761平方公里, 水库正常蓄水位为184.0m,汛前限制水位为182m,死水位为164m,设计水位为186.9m,校核水位为189.8m。 电站多年平均发电量为5.08亿度,正常蓄水位时,水库面积为35.60平方公里,为发展养殖创造了有利条件,同时增加保灌面积
6、50万亩。A江水利枢纽的主要组成建筑物有拦河大坝,坝后式厂房,泄水建筑物,过木筏道,开关站以及上坝公路等。拦河大坝为双曲拱坝,最大坝高为100.3m,主体工程量约为34.1万方左右,坝顶宽8.5m,坝顶长约353.32 m,坝底宽26m。坝后式厂房装有4台5万kw的发电机组,主厂房长81m,宽18m,副厂房长66m,宽10m,安装场长21m,宽18m。压力管道的直径为4.5m,进水口底高程为152.3m。泄水建筑物采用两个浅孔和两个中孔相结合的方案:浅孔位于两岸,孔口宽8.5m,高8m,进口底高程为164m,出口底高程为154m;中孔位于水电站进水口两侧,孔口宽7.4m,高7.4m,进口底高程
7、为135m,出口底高程为130m。泄槽支撑结构采用框架式结构。坎顶高程为118m,浅孔反弧半径为35m,中孔反弧半径为50m。泄槽直线段的坡度与孔身底部坡度一致,挑射角=20o,导墙厚度为1m, 浅孔导墙高度为8.5m,中孔导墙高度为12.0m。过木筏道位于右岸。根据林业部的要求,每年木材过坝量为33.3万立方米,其木材最大长度为10m,大头直径为100cm。开关站长20m,宽75m,位于左岸。1.1.2 设计要求在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上,要求:1.根据防洪要求,对水库进行洪水调节计算,确定坝顶的高程和泄水建筑物孔口尺寸。2.通过分析,对可能的方案进行比较,确定枢纽组成建
8、筑物的形式,轮廓尺寸及水利枢纽布置方案。3.详细做出大坝设计,并通过比较确定坝的基本剖面和轮廓尺寸,拟定地基处理方案和坝身构造,进行水利计算、静力计算。4.对泄水建筑物进行设计,选择泄水建筑物的形式与轮廓尺寸,确定布置方案,拟订细部构造,进行水利计算、静力计算。5.对A江水利枢纽各组成建筑物进行总体布置以及细部构造设计。1.2 工程特性表表1-1 工程特性表水 库 特 性水库水位死水位高程164.00米汛前限制水位高程182.00米正常蓄水位高程184.00米设计洪水位高程186.90米校核洪水位高程189.80米主要建筑物大坝资料大坝级别级大坝型式变半径变中心角双曲拱坝坝顶高程192.3米坝
9、底高程 92.0米最大坝高 100.3米坝顶弦长306米坝顶厚度 8.5米坝底厚度 26.0米混凝土方量341000立方米泄水建筑物泄洪方式/孔口尺寸进口高程出口高程两浅孔8.58.0164.0m154.0m两中孔7.47.4m2135.0m130.0m闸门形式检修闸门平板闸门,设在进口处工作闸门弧形闸门,设在出口处消能方式滑雪道式泄槽挑流对撞消能P=1下泄流量6520m3/sP=0.2下泄流量7000m3/s厂房最大引用流量338 m3/s装机容量45.0万千瓦引水道型式钢管数量4条内径4.5米第二章 设计资料A江是我国东南地区的一条河流,根据流域规划拟建一水电站。本设计的任务是对A江水利枢
10、纽进行设计,其基本设计要求如下。2.1 枢纽任务本工程同时兼有防洪,发电,灌溉,渔业等综合利用。水电站装机容量为20 万kW,多年平均发电量5.08亿度。正常蓄水位184.0m,汛前限制水位182m,死水位164m,4台机满载时的流量338m3/s,尾水位103.5m,厂房形式为坝后式。本工程建成后,可增加保灌面积50万亩,减轻洪水对A江A市和A平原的威胁,在遇到P=0.02%和P=0.1%频率的洪水时,经水库调洪后,洪峰流量由原来的14900m3/s、11700m3/s分别削减为7550m3/s、6550m3/s,要求设计洪水时最大下泄流量限制为6550m3/s,正常蓄水位时,水库面积为35
11、.60平方公里,可为发展养殖创造有利条件。此外,根据林业部的要求,每年木材过坝量为33.3万立方米,其木材最大长度为10m,大头直径为100cm。2.2 基本资料2.2.1 自然地理2.2.1.1 流域概况 A江是我国东南部的一条河流,流向自西向东,流经A省南部地区,汇入东海,干流全长153km,流域面积4860平方公里。坝址以上流域面积2761平方公里,流域境内是山区,平均高度为662m,最高山峰达1921m,流域境内气候湿润,雨量丰沛,属热带气候。径流主要来自降雨,小部分由地下水补充,每年49月份为汛期,其中5、6两月为梅雨期,河道坡降上游陡,下游缓,平均坡降6.32%0.97%,因河道陡
12、,调蓄水能力低,汇流快,由暴雨产生的洪水迅速涨落,一次洪水过程线尖瘦,属典型的山区河流。流域境内,以农林为主,森林茂盛,植被良好,水土流失不严重,枢纽下游为A 省的重要农副业生产基地A平原。坝址下游约50公里有县级城市两座,在河流入海处,有省辖市一座。2.2.1.2 气候特征(1)气温坝址处的多年平均气温为17.3,月平均最低气温(1月份)5C,最高气温(7月份)29C。实测极端最低气温(1月份)-8.2C,最高为(7月份)40.6C。(2)湿度年平均相对湿度为79%左右,其中以6月份87%为最大,1月份72%为最小,日变化较大。(3)降雨量坝址以上流域的年平均降雨量为1680mm,实测最大年
13、降雨量为2389mm,最少为1380mm,雨量在年内分布不均,其中49月份占全年降雨量的75%,而5、6两月占全年的1/3。表2-1 各月降雨量的雨型及日数统计表月份123456789101112全年实际天数3128313031303131303130310.3-10mm雨日34571212109876410-30mm雨日23458965432130mm以上雨日911856322100(4)蒸发量坝址处多年平均蒸发量为1349mm,其中7月份最大,月蒸发量为217mm,2月份为最小,月蒸发量为45.4mm。(5)风向风力实测最大风速17m/s,风向西北偏西,吹程4.5km。多年平均最大风速为:
14、汛期为12m/s,非汛期为13m/s,风向基本垂直坝轴线,吹程4km。(6)水库水温据资料分析,各层水温的多年平均水温(TH)及年变幅(Tc)按下列公式计算: = (2-1)Tc (2-2)其中:H为水深。2.2.1.3 水文特性(1)正常径流根据资料分析,坝址处的多年平均流量为100m3/s,多年平均径流总量为31.5亿m3,各频率的月平均量见下表。表2-2 月平均流量频率(%)123456789101112多年平均11162673244906896793462633311021211131865781792353645105373521772107377731505021498914121
15、6277784444261616978081947731213422151213457495252236691215426115523651031622152951156167312424100(2)洪峰流量及总量据水文资料推算,坝址处的洪峰流量及总量如下:洪峰流量Q=3310 m3/s,Cv=0.45,Cs=4Cv,皮型线,各频率流量为:P=0.02%,Q=14900m3/s;P=0.1%,Q=11700m3/s。洪峰总量:三日洪水总量的均值W=3.5亿m3,Cv=0.38,Cs=3Cv,皮型线,各频率洪量:P=0.02%,三日洪水总量Wp=7.94亿m3;P=0.1%,三日洪水总量Wp=6
16、.58亿m3。可能最大三日洪量为15.4亿m3。施工期各设计洪水频率流量见下表:表2-3 施工期设计洪水频率流量表频率104月96月103月116月112月122月备注520871772136713678848241016731410107210726545962012751045784784434332(3) 体径流量及水库淤积据水文站实测资料分析,年固体径流总量为331吨,百年后水库淤积高程115m,淤沙容量为8.5kN/m3,内摩擦角10。2.2.1.4 其他本坝址地震烈度为7。2.2.2 工程地质2.2.2.1 库区工程地质 库区岩性以火山岩和沉积岩为主,褶皱规模不大,均为背斜,两翼地
17、层平缓,并且不对称。有较大的断层二条,这些褶皱和断层呈北东向展布,以压扭性为主,倾角较陡,延伸长度达几直几十公里,断层单宽1米左右。个别达10米以上。断层破碎都已胶结。库区水文地质简单,以裂隙水为主,地下分水岭均高出库水位以上。2.2.2.2 坝址工程地质(1) 地貌坝址处的河床宽度为100m。河底高程100m,水深13m,河谷近似“V”型,两岸约。河床覆盖层由大理石,卵石组成。厚度约m,两岸山坡为第四系覆盖层,厚度为m左右。(2)岩性和工程地质坝基为花岗岩,风化较浅,岩性均一,新鲜坚硬完整,抗压强度达120200MPa。坝址的地质构造简单,无大的地质构造,缓倾角节理延伸短,整体滑动可能性小,
18、但陡倾角节理较发育,以构造节理为主,左右岸各有走向互相垂直的二组节理。其中一组近似于平行山坡等高线,方向见地形图,节理倾角约3590,节理面无夹泥存在,坝址处的水文地址较简单,未发现裂隙承压水。岩石的物理力学性质见下表。岩石的物理力学性质表表2-4 岩石的物理力学性质表岩性或 地质构造容重(kN/m3)孔隙率%抗压强度(MPa)弹性模量MPa摩擦系数粘着力(MPa)泊松比抗剪系数抗剪断系数干湿干饱和混凝土基岩内部混凝土基岩内部花岗斑岩27.328.12.32101902.21040.700.750.751.200.5基岩与混凝土0.20节理面0.650.751.0基岩内相对隔水层离基岩表面深1
19、5m。2.2.3 筑坝材料2.2.3.1 石料坝区大部分地区为花岗斑岩,基岩埋深浅,极易开采,且河床覆盖层中的块石、卵石可利用,因此筑坝石料极易解决。2.2.3.2 砂料在坝下游勘探6个砂料场,最远料场离坝约9km,以石英破碎带的料场为主,初估砂料储量430万m3。经质量检验,砂石料符合规范要求。坝址处缺乏筑坝的土料。2.2.4 库区经济及其它2.2.4.1 库区经济库区除有小片盆地外,其余多为高山峡谷地带。耕地主要分布在小片盆地上,高山上的森林茂密。在正常蓄水位时,需迁移人口21444人,拆迁房屋19240间,淹没,浸没耕地16804亩,淹没森林面积18450亩,淹没县社建造的二座小型水电站
20、(装机2210kw)等,需赔偿费4120万元。2.2.4.2 其它(1) 对外交通本坝址上游左岸30km处有铁路干线车站,另有公路与坝址下游50km的两座县城相通,两县城有公路与水路与河流入海处的省辖市相连,对外交通较为方便。(2) 附属工厂和生活建筑区坝址下游两岸有较大的冲积台地,地形平缓面积较大,适宜布置工厂和生活建筑区。(3) 负荷位置本电站主要供应坝下游A平原的农村生产用电及省辖市的工业用电,并担负A电网的部分调峰任务。(4) 坝顶有双线公路布置的要求。(5) 水库水位容积关系曲线、坝址处水位流量关系曲线、设计洪水(三日)过程线和坝址地形图见附图。第三章 枢纽主要建筑物的型式与总体布置
21、3.1 工程等级及技术规范设计标准3.1.1 工程等级在工程安全与经济之间存在着矛盾,为使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性适当统一起来,水利枢纽及其组成建筑物要分等分级,即先按工程的规模,效益及其在国民经济中的重要性,将水利枢纽分等,而后再对各组成建筑物按其所属枢纽等别,建筑物作用及重要性进行分级。本工程校核水位为189.8m,查库容曲线得相应库容为12亿m310亿m3,根据我国水利部颁发的现行规范水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分),确定A江水利枢纽工程等别为一等,工程规模为大(1)型工程,主要建筑物级别为1级,次要建筑物级别为3级,临时性建筑物级别为4级。3.1.2
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