水工专业毕业设计设计课题：土石坝工程设计目 录第一章 综合说明第一节 前言第二节 气象和水文第三节 工程地质第四节 建筑材料第五节 其它资料第二章 工程总布置和建筑物设计第一节 设计依据第二节 大坝设计第三节 溢洪道设计附:参考文献附图: 1、枢纽工程布置图——（SN—01）2、大坝剖面图——（DB—01、02、03、04）3、溢洪道剖面图——（YH—01）- 15 -第一章 综合说明第一节:前言设计对象为我县某山区水库，水库控制径流面积166.1Km2目前，公路、输电及通讯线路都已通到枢纽工地，具有良好的“三通一平”条件水库兴建的目的和任务：通过完全年调节蓄水，从根本上解决下游城镇供水、农田灌溉以及河道防洪等方面的问题，并可兴利发电及发展水产养殖电站装机800千瓦，平均年发电量250万度第二节:气象和水文该坝址所在地区，冬季时间较短，夏季降雨日数较多，年平均气温12.9℃洪水期多年平均最大风速20m/s（库面10m高），吹程1.5Km水库主要建筑物按三级建筑物设计，防洪标准按期50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核，水库兴利按P=75%年径流量设计，浇灌流量为5m3/s。
水库主要水文数据见表1—1：水库水文数据表表1—1标 准水库特征水位(m)相应库容(104m3)入库洪峰流量(m3/s)调节后下泄流量(m3/s)相应下游水位(m)水位244.0100兴利水261.0820设计洪水位（P=20%）263.51101.6624324236.0校核洪水位（P=0.2%）267.515001300703238.0第三节:工程地质一、地质、地形条件库区为变质岩系的片麻岩，地层大部倾向上游，对水库防渗有利坝址的坝肩两面三刀岸和基础下部基岩，主要原因是角闪斜面长片麻石质地竖硬，不够完整河床覆盖层为第四纪砂卵石冲积层，其厚度为5—12m，下部其岩为角闪斜长片麻岩已知水库所在地区基本地震烈度为6度地形情况，从坝址地形图中可看出，左岸高程式从235m到最高点85m，平距仅为6m，边坡比例为1：0.52，地势较陡；右岸高程从235m到最高点头300m，平距为70m，边坡比例1：1.08，地势相对左岸较缓已知渠首的渠底高程为240m，且灌区在河流右岸二、坝基渗透情况坝基砂砾石渗透系数K=1.5x10-2cm/s坝基砂砾石水下抗剪内摩擦角а1=32o（水下），а2=35o（水上）基岩在强风化层的单位吸水率ω＞0.03L/min/m。
基岩在弱风化层的单位吸水率ω＜0.03L/min/m第四节:建筑材料一、石料储量及分布情况坝址附近储有大量适于碾压筑坝的壤土，分布在河床高程附近砂砾石储藏丰富，在坝址上、下游均运距为5Km该地区建水库有处理砂砾石地基的经验二、筑坝材料物理力学性质1、粘性土料：属壤土，在天然状态下主要物理力学指标如表1—2和表1—3：表1—2天然含水量土粒比重液限塑限塑性指标19～23％2.71～2.7228～2216～3211～15表1—3石灰质含量有机质含量天然容重（克/厘米3）0.24％0.3％1.6筑坝壤土试验有关指标见表1—4：表1—4干容重浮容重饱和容重凝聚力内摩擦角平均渗透系数击实数(g/cm3)(g/cm3)(g/cm3)(kg/cm2)慢剪(cm/s)击1.61.032.030.1524o2.7×10-5301.651.052.050.1724.5 o3.1×10-5401.71.072.070.2025.8 o2.8×10-545注：水上内摩擦角比表中大 2、砂石筑坝材料现场试验成果表1—5：比重（g/cm3）土体容重(g/cm3)抗剪内摩擦角渗 透 系 数(cm/s)干容重饱和容重浮容重湿容重水上水下2.72.002.301.302.1036o33 o4×10-22.71.952.231.232.0335 o32 o8×10-22.71.902.161.161.9634 o31 o1.0×10-2注：地基砂砾石试验资料，暂认为与上表中坝体资料相同。
砂砾料的含量P=43% (d＞5mm的部分)粒径大于5mm的粗比重G´=2.8,计算砂砾料γd′时采用A=0.013、砂土（去掉d＞0.5mm的砂土）自然容重γ＝1.84g/cm3,含水量ω＝19.5％土粒比重G=2.65, γdmax＝1.58g/cm3γmin＝1.44g/cm3砂土的抗剪内摩擦角水上为30o,水下为30o堆石棱体：干容重γd=1.6g/cm3，孔隙率n＝40％第五节:其它资料1、水库所在地区基本地震烈度为6度；2、根据灌区要求，渠首的渠底高程为24.0m（灌区在河流右岸）；3、溢洪道堰顶高程256.8m，进口段岸边开挖坡度1：0.5,下游河床安全泄洪920m3/s；4、放空洞与发电引水洞采用两洞合一，可采用直径为1.8m的圆形压力洞；5、坝顶交通要求可按单车道考虑（净宽不小于5m）；6、坝顶设置防浪墙第二章 工程总布置和建筑物设计第一节:设计依据一、工程等别和主要建筑物枢纽工程：根据给出的资料，初步选定坝型为粘土墙坝，坝壳料用砂砾石填筑，水库主要建筑物按三级建筑物设计，所以该水库的等别为三等，其主要水工建筑物有——大坝、泄洪隧洞、溢洪道、灌溉引水隧洞四部分组成根据《水工建筑物》表1－4水工建筑物的级别表，该水库主要建筑物（大坝、泄洪隧洞、溢洪道、灌溉引水隧洞）属三级永久水工建筑物，按三级建筑物标准设计。
其它永久性建筑物按四级建筑物设计，临时建筑物为五级渠系工程：渠系主要交叉建筑物按引水灌溉流量为5m3/s划分，其工程等别为四等中的主要建筑物，水工建筑物级别为四级二、设计中采用的主要技术规范及有关技术书籍《碾压式土石坝设计规范》SL274－2001,中国水利水电出版社2002；《水工建筑物》任德林、张志军编著，河海大学出版社 2001；《溢洪道设计规范》SL253－2000,中国水利水电出版社 2002；《土坝设计》（下册）水电五局，东勘院编；《水工建筑物抗震设计规范》DL5073－2000；《水工建筑物》（第二版）辽宁省水利学校 郭宗闵 主编 水利水电出版社出版三、设计中采用的基本参数1、大坝防洪标准见表2—1表2—1运行情况洪水标准施工渡汛洪水导流围堰工程等级（三级）（渡汛库容）12月—4月枯季洪水设计（正常）50年一遇校核（非常）500年一遇2、大坝坝坡抗滑稳定安全系数见表2—2表2—2编号计算情况运行情况安全系数1基本组合正常运行情况1.22特殊组合非常运行情况Ⅰ1.1非常运行情况Ⅱ1.053、抗震设计级别由于水库所在地区基本地震烈度为6度，根据《水工建筑物抗震设计规范》DL5073—2000规定，结合工程实际及其遭受强震影响的危害性，在基本烈度基础上提高1度作为设计烈度，即水库的设计烈度为7度。
第二节:大坝设计一、坝型选择根据坝址地形、地质、建筑材料和已知的相关地质水文资料，坝型宜为土石坝坝址的坝肩两岸和坝基下部基岩，主要是角闪斜长片麻岩质地坚硬，不够完整左岸山体较陡，右岸山体相对较缓，河床覆盖层为第四纪砂卵石冲积层，其厚度为5—12m，下部基岩为角闪斜长片麻岩工程地质条件决定了只能建柔性材料坝，坝位附近有理想的防渗粘土及砂砾石料，储量丰富，力学指标较高，运距短，施工条件好，故坝型选择粘土心墙砂砾石坝坝基防渗形式的选定，根据已知的地质资料，坝基砂砾石渗透系数K=1.5×10-2cm/s,河床覆盖层为第四纪砂卵石冲积层，其厚度为5—12m,下部基岩为角闪斜长片麻岩施工清基时不需深挖即可进行回填，并且结构简单、工作可靠，防渗效果好，所以坝基河床防渗结构决定采用粘性土截水槽二、坝体剖面设计 1、专体剖面尺寸拟定（1）坝坡初步拟定坝高H＝26705－234＋1.0＝34.5m，根据《水工建筑物》（河海）一书中挡水建筑 物的划分，坝高H＝30—70m的为中坝，所以该坝高H＝34.5m属中坝根据《水工建筑物》（河海）表3—6土坝坝坡参考值，并结合工程实践经验，初步拟定坝坡见表2—3：表2—3坝 坡取 值上游坝坡1：3.00下游坝坡1：2.75（2）坝顶高程根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001,坝顶高程应等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最大值 ：a设计洪水位加正常运用条件的超高；b正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；c校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；d正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高。
坝顶超高值计算：△h=hB+e+hc——（《水工建筑物》河海）式中hc为安全加高，按《水工建筑物》（河海）一书中表3—1的规定采用，该坝为三级，正常情况hc＝0.7m，非常情况hc＝0.4m;e为坝前静水位因风浪引起的最大风壅高度，e＝（KV2Dcosβ/(2gH)——（《水工建筑物》河海）K——综合摩阻系数，取K＝306×10-6；V——水面上10m处的风速，正常情况V＝（1.5～2）多年平均最大风速，所以V＝（1.5～2）×20＝（30～40）m,取40m/s；非常情况V=20m/s；D——吹程，已知D＝1.5Km＝1500m；β——风向与坝轴线的夹角，度；H——坝前水域的平均水深，由坝轴线地质剖面图中量算得，H=（24.5＋33.5＋33.5＋17.5）/4＝27.5m；hB——波浪在坝坡上的爬高，m；计算浪高，计算公式：ghm÷v2＝0.13th[0.7(ghm÷v2)0.7]×th{0.0018(gD÷v2)0.45/0.13th[0.7(ghm÷v2)0.7]}Tm＝4.438hm0.5坝顶超高值计算见表2—4：表2—4运行情况V(m/s)hB(m)e(m)hC(m)△h正常情况404.7080.0160.75.424非常情况202.9530.0040.43.357各种情况下坝顶高程如表2—5：表2—5运用条件坝顶高程（m）设计洪水位加正常运用268.924正常蓄水位加正常运用266.424校核洪水位加非常运用270.857正常蓄水位加非常运用264.357通过计算，最后确定最大坝顶高程为270.857m,坝高H＝270.857－234.0＝36.857m 。
3）坝顶宽度坝顶宽度根据坝高、构造施工、交通及防汛要求并结合实际情况确定，要求坝顶交通按单车道考虑，净宽不小于5m，最后确定坝顶宽度为6m4）护坡为防止坝面被波浪淘涮，避免雨水冲涮、风扬、冻胀、干裂及动植物的破坏，坝体上、下。