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1、长春工程学院毕业设计前 言毕业设计是大学本科教育的最后一个教学环节，也是最重要的教学环节之一。既是所学理论知识巩固深化过程，也是理论与实践相结合的过程。毕业设计是培养学生综合运用所学基本理论知识和基本技能，去解决实际问题和进一步提高运算、制图以及使用技术资料的技巧、完成工程技术和科学技术基本训练的重要环节。使学生从中受到工程师所必需的综合训练，并相应地提高各种能力，如调查研究、理论分析、设计计算、绘图、试验研究、技术经济分析、组织、撰写论文和说明书等等，培养实事求是、谦虚谨慎、刻苦钻研、勇于创新的科研态度和科学精神。经过严格的毕业设计训练，使我们进入工作岗位后，可以较快地适应工作。本次设计的任
2、务是亭子口水利枢纽工程，此工程是以发电为主，兼顾灌溉的综合利用的水利枢纽。本枢纽处于大陆腹地，气候干燥，坝区流道顺直，两岸为不对称河谷，岸坡陡峭。因此在组织设计过程中应充分考虑工程地质条件及处理措施，根据当地的条件选择最优的方案，使之既经济又安全。本工程承担发电、泄水、防洪任务，因此对水工建筑物的稳定、承压、防渗、抗冲等方面都有特殊要求，如要采取专门的地基处理措施和应力条件分析，以确保工程质量，优质完成设计任务。全文包括设计挡水建筑物即挡水坝的，泄水建筑物即溢流坝的设计以及土坝细部构造与坝基处理等部分，详细的介绍了亭子口水利枢纽工程设计的内容。 作者：白昱2012年6月 1长春工程学院毕业设计
3、第一部分 设计说明书1 基本资料1.1 坝址区自然条件简况设计资料坝址位于峡谷河段地址概况设计资料1.2.1 库区工程地质水库区位于溇水上游河段的深山峡谷中，河段多为U型和V型峡谷，岸坡陡峻，人烟稀少，水库两岸大部分植被发育良好；水库区很少发育漏斗形的地形，除在坡脚因崩塌易形成常见的含碎、块石堆积体外，一般基岩（灰岩）直接裸露，较难具备形成泥石流的地质环境条件，调查中水库区未见泥石流的迹象，亦没有发生过大的泥石流，除因暴雨形成的山洪冲刷浅表层的覆盖层以外，无大的固体迳流来源。库区基岩裸露，地形险峻，但植被尚较好，固体径流来源少。峡谷深切，人烟稀少，除鹤峰县城外，仅在江坪河、白日垭、五码头、让口
4、、风竹园、南渡江、沈家河、和坪、茶园湾等少数宽谷阶地或碎屑岩缓坡上有少量农户居住，淹没损失小。库区以岩溶峡谷为主，地下水排泄条件较好，耕地极少，主要岩溶洼地（槽谷）有：关庄坪杨柳垭鹤峰岩溶洼地（槽谷），高程为580m1000m；石龙洞凉水井岩溶洼地（槽谷），高程为700m1000m；杨柳坪岩溶洼地（槽谷），高程为700m900m；九洞坪七男坪岩溶洼地（槽谷），高程为760m800m；梅坪岩溶洼地（槽谷），高程为725m750m；红鱼坪岩溶洼地（槽谷），高程为640m720m；曲溪岩溶洼地（槽谷），高程为600m650m；柘坪岩溶洼地（槽谷），高程为550m。其地面高程均在高程550m以上，不存
5、在岩溶洼地等的浸没问题。 2长春工程学院毕业设计1.2.2 坝址区工程地质坝址区为岩溶峡谷，两岸山体雄厚，地貌形态以溶蚀峰丛洼地为主，次为剥蚀垄丘坡地，层状地貌较明显。左右岸均有不对称冲沟发育，在坝址1.5km范围坝基岩石及砂砾石的物理学性质资料1.3.1 建造材料及水源资料坝址附近缺少大规模土料料场，但坝址区块石料储量丰富，质量较好，蓄量丰富，粗骨料可满足要求。1.3.2 粘土的物理力学指标在天然状态下：粘粒含量30%40%；天然含水量23%24%；塑性指数1517；不均匀系数50；有机质含量0.4%；水溶盐含量2%；塑限17%19%；比重2.72.72。扰动后的主要物理力学指标为干容重16
6、.50kN/m3;饱和容重20.60kN/m3；浮容重0.60kN/m3；渗透系数210-6cm/s。1.3.3 筑坝材料物理力学参数筑坝材料物理力学参数见表（1-1）。表1-1 筑坝材料物理力学参数表3长春工程学院毕业设计1.4 水库特征表特征水位与流量见表（1-2）。表1-2 特 征 水 位、流 量 表2 设计任务2.1 依据资料进行坝型选择和设计根据给定的地形、地址、水文及施工运行方面的资料对选定的坝轴线，坝型进行论证。确定枢纽主要建筑物的组成，根据建筑物及其要求确定主要建筑物在枢纽布置中的现对位置。4长春工程学院毕业设计2.2 主要建筑物设计2.2.1 挡水坝坝段的设计确定挡水坝的使用
7、部面及轮廓尺寸，并进行渗流分析、坝体稳定。绘出最大处挡水坝横剖面图。2.2.2 溢洪道的设计确定泄洪道的基本部面及轮廓尺寸，进行水利计算及稳定。3 枢纽建筑物及其布置3.1 工程标准水库总库容为13.66亿m3，电站总装机容量为450MW。按照DL5180-2003水电枢纽工程等级划分及设计安全标准规定，本工程属一等大(1)型工程。3.2 水工建筑物级别挡水建筑物、泄洪建筑物等主要永久建筑物为1级建筑物，输水发电系统中发电进水口、主厂房、副厂房、开关站出线场等主要永久建筑物，按电站装机容量相当于二等大(2)型工程，按2级建筑物设计，其余次要建筑物为3级建筑物。3.3 坝型选择坝型选择要根据地形
8、条件、地质条件、筑坝材料、施工条件、气候条件及坝基处理等各种因素，要求宣泄洪水情况，地震情况及枢纽任务，初步拟定几种坝型进行定性比较，选定技术上可靠、经济上合理的坝型。本设计限于资料只作定性的分析来确定土石坝坝型的选择。3.3.1 均质坝均质坝坝体材料单一，施工方便，当坝址附近有数量足够的适宜土料时可以选用，这种坝所用的土料的渗透系数较小，施工期坝体内会产生空隙水压力，影响土料的抗剪度，所以坝坡较缓，工程量大；此外铺土厚度薄、填筑速度慢、施工容易受降雨和冰冻影响，不利于加快进度、缩短 5长春工程学院毕业设计工期。一般适用于中、低坝。工程量太大，故不采用此方案。3.3.2 斜墙坝雨季和寒冷季节可
9、先上透水料争取工期；坝基处理可与斜墙及坝壳填筑同时进行，不影响坝体施工；斜墙位于透水坝壳之上，如坝壳沉陷较多，将影响斜墙开裂；库水位降落时斜墙孔隙水来不及排出时，影响上游坡稳定；与岸坡及混凝土建筑物连接不如心墙坝；斜墙与地基接触应力比心墙小，与基础结合不如心墙坝，故不采用此方案。3.3.3 面板堆石坝工程量较小，施工方便。在具有大型振动碾等条件下，有很强的竞争力坝型。堆石坝施工干扰相对较小。但是由于河床地质条件较差，河床覆盖层一般为30米40米，最大深度达70余米，作为堆石坝可能导致大量的开挖，此方案不予考虑。3.3.4 心墙坝适应变形能力强，抗震性能较好，两岸的连接较为方便，坝址附近料场满足
10、供应要求，故优先考虑此坝型，且根据地形条件、地质条件、筑坝材料、施工条件、气候条件等，最终决定采用心墙坝方案。因此最终选用心墙坝方案。3.4 枢纽建筑物及其布置3.41 枢纽组成建筑物（1）挡水建筑物：土石坝。（2）泄水建筑物：溢洪道。3.4.2 枢纽总体布置（1）挡水建筑物土坝挡水建筑物按直线布置，坝布置在河弯地段上。（2）泄水建筑物溢洪道泄水建筑物采用溢洪道，溢洪道布置在坝体的左侧。6长春工程学院毕业设计4 挡水坝段设计大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程，坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体等排水设备。4.1 坝顶高程坝顶高程分别按正常情况、非常情况下的两种方案来计算大坝的高程，最后计算出数据取最大值，
11、同时并保留一定的沉降值.坝顶高程在水库正常运用和非常运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高Dh按下式计算：Dh=R+e+A (4-1) 式中：R波浪在坝坡上的爬高，m；e风浪引起的坝前水位壅高，m；A安全加高，m。根据坝的级别和运行情况按下表4-1选用。表4-1 土坝坝顶的安全超高 单位：m 查碾压式土石坝设计规范波浪的爬高R可按用蒲田实验站公式计算：= KKvK+m2vgDgv2（4-2） =0018045（4-3）2Li=252hi （4-4） 式中：h平均波高，m；v多年平均风速，m/s，正常情况下(1.52.0)V，非常情况下V；7长春工程学院毕业设计D水库吹程
12、，本设计取D=900m；Kw经验系数，根据计算无维量查碾压式土石坝设计规取1.0；KD斜坡糙率及渗透性系数，KD=0.750.80，取KD=0.80； Kb折减系数，风向与坝轴垂线的夹角为0，查得折减系数Kb=1.0； Ll平均波长，m。风壅水面高e按下式计算：e=Kv式中： 2DgHcosb （4-5）K综合摩阻系数，取3.610； -6v多年平均风速，m/s，正常情况下(1.52.0)V，非常情况下V；D水库吹程，本设计取D=900m ；风向与坝轴线方向所成的夹角，=0；H水库的平均水深，m。结果取正常、非常情况两者之大者，并预留一定的沉降值.结果见下表（4-2）。表4-2 坝顶高程计算成
13、果表8长春工程学院毕业设计设计情况取坝顶高程为476.42m，坝高184.36m，4.2 坝顶宽度坝顶宽度取决于施工、交通、构造、运行、抗震与防风等要求。如坝顶设置公路或铁路时，应按交通要求确定。SL274-2001碾压式土石坝设计规范规定：高坝顶宽可选为1015m，中、低坝顶宽选为510m。对心墙或斜墙坝还需要满足其墙顶和两侧反滤层的布置要求。在寒冷地区，还应使心墙或斜墙至坝面的最小距离大于当地冻土层厚度，以免防渗体冻融破坏。查水工设计手册可知，当坝高大于100m时，应按B=H确定坝顶宽度，即B=H=.04=13.46m。确定坝顶宽为B=13m。4.3 坝坡的确定土石坝边坡的大小取决于坝型、
14、坝高、筑坝材料、荷载、坝基性质等因素，且直接影响到坝体的稳定和工程量的大小，边坡选择一般从以下几方面选择：（1）由于土石料在饱和状态下抗剪强度降低，且库水位下降时，渗流力指向上游，对上游坝坡稳定不利。所以土料相同时，上游坡应比下游坡缓；（2）从坝型上看，心墙坝其下游坡稳定受心墙土料特性影响较大，故下游坡一般较斜墙坝缓；9长春工程学院毕业设计（3）从受载情况看，为适应越向底部荷载逐渐增加的特征，坝坡应上陡下缓，且土石坝上下游一般做成变坡的，自上而下逐渐变缓，相邻坡率差为0.250.5。综上，参考已建工程，拟定该土石坝坡分别为：上游：1：2.5 1：2.75 1：3.00下游：1：2.25 1：2.5 1：2.754.4 坝体排水设备坝体排水主要是控制和引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定性，防止渗透变形，并保护下游坝坡免遭冻胀破坏。坝体排水有一下几种形式：（1）棱体排水，又称为滤水坝趾
