铜钱坝枢纽与溢洪道设计说明.doc资源-CSDN文库

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湖 南 水 利 水 电 职 业 技 术 学 院
HunanTechnicalCollege of Water Resources and Hydro Power
毕业设计成果
设计项目名称铜钱坝枢纽与溢洪道设计
目     录
第一章 基本资料................................................................................................................................1
1 地形、地质情况..............................................................................................................................1
1.2 库区工程地质条件....................................................................................................1
1.3 坝址工程地质条件....................................................................................................3
2 水文与气象.....................................................................................................................................6
3 工程特性值.....................................................................................................................................8
4 水位..................................................................................................................................................9
5 其他..................................................................................................................................................9
第二章 调洪演算..............................................................................................................................10
1 洪水分析计算...............................................................................................................................10
1.1 设计洪峰..................................................................................................................10
1.2 设计洪量的推求......................................................................................................11
2 泄洪规模和死库容确定................................................................................................................12
3 兴利库容的确定...........................................................................................................................12
4 调洪计算.......................................................................................................................................13
第三章 枢纽总体布置、坝型选择.................................................................................................19
1 坝址选择........................................................................................................................................19
1.1 中坝址与下坝址工程地质条件比较见下表：.....................................................19
2 坝轴线选择....................................................................................................................................19
3 泄水和引水建筑物........................................................................................................................20
4 坝型选择.......................................................................................................................................21
4.1 各坝对地形、地质得要求......................................................................................21
/ 60

3.4.2 各坝的特点..............................................................................................................22
3.5 枢纽布置.......................................................................................................................................24
3.5.1 水利枢纽的建筑物..................................................................................................24
3.5.2 枢纽总体布置..........................................................................................................25
3.6 坝体剖面拟定...............................................................................................................................25
3.6.1 坝坡..........................................................................................................................25
3.6.2 坝顶宽度..................................................................................................................26
3.6.3 坝顶高程..................................................................................................................27
3.6.4 坝坡选择..................................................................................................................28
3.6.5 坝体排水设备选择与尺寸拟定..............................................................................28
3.7 渗流计算.......................................................................................................................................29
3.7.1 计算情况选择..........................................................................................................29
3.7.2 渗流分析的方法......................................................................................................29
3.7.3 均质坝的渗流计算..................................................................................................29
3.8 稳定计算.......................................................................................................................................31
3.8.1 土坝失稳的形式......................................................................................................31
3.8.2 计算公式的分析......................................................................................................31
3.8.3 最危险圆弧位置的确定..........................................................................................32
3.8.4 土条划分..................................................................................................................33
土条宽度取滑弧半径 R 的 1/10(R=120,B=12 的顺序为：零号土条位于圆心 O 之下，向上游
（对下游坝坡而言）各土条的顺序为 0、1、2、3.……7、8，往下游的顺序为-1、-2。.........33
3.8.5 不均匀块的的处理..................................................................................................33
因为两端土条的宽度 B 不等于 B，可将其高度 B'换算成宽度为 B 的高度。若取 B=0.1R,则,,对每
个滑弧都是固定数,不必每次计算。................................................................................................33
3.8.6 稳定分析的步骤......................................................................................................33
结论:根据《水工建筑物》第 112 页表 4-6 查的，工程等级为 3 级的水工建筑物
［］=1.35,>［］，稳定性达到设计要求。.....................................................................................34
3.9 细部构造设计...............................................................................................................................36
3.9.1 坝顶构造..................................................................................................................36
3.9.2 坝体排水..................................................................................................................36
3.9.3 上下游护坡与排水..................................................................................................36
3.9.4 反滤层......................................................................................................................36
3.9.5 土料的选择..............................................................................................................37
同时均质坝材料应具有一定的抗渗性能，其渗透系数不一大于 1×，黏粒含量一般为 10%～
36%；有机质含量不大于 5%。在已给出的四种材料中只有黏土满足渗透系数的要求，故筑坝
材料选择黏土。.................................................................................................................................37
3.9.6 地基处理..................................................................................................................37
④ 土质防渗体与岩石相接触处 ，如防渗土料为细粒黏性土，则在邻近接触面 0.5～1.0M 围，
应在高于最优含水量不大于 3℅的情况下填筑，为使坝体与岸坡紧密接合，防止不均匀沉陷
引起坝体裂缝，与坝体连接的岸坡应进行处理。岸坡上缓下陡时，其变坡角应小于 20 度，开
挖后的岸坡不能太陡，对于岩石岸坡，不应陡于 1：0.5～1:0.75，对于土质边坡不应陡于 1：
1.5。....................................................................................................................................................38
 ③ 坝基防渗和排水措施。在大坝上游部位设置灌浆帷幕，下游的坝基部分设置排水井，具体
做法请参阅相关规。.........................................................................................................................38
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第四章 溢洪道设计..........................................................................................................................39
4.1 河岸溢洪道的类型和位置选择....................................................................................................39
4.1.1 河岸溢洪道的类型..................................................................................................39
河岸溢洪道分为开敞式溢洪道和封闭式溢洪道两大类。开敞式溢洪道的整个流程是完全开敞
的，水流具有自由表面，而封闭式溢洪道的泄水道是封闭式的。由于封闭式溢洪道超泄能力
小，易产生空蚀等，故应用较少，通常采用开敞式溢洪道。.....................................................39
开敞式河岸溢洪道又有正槽式溢洪道和侧槽式溢洪道两种形式。正槽式溢洪道的泄槽与堰上
水流方向一致，所以其水流平顺，结构简单，运用安全可靠。这是一种采用最多的溢洪道型
式。侧槽式溢洪道的特点是水流过堰后约转 90°弯经泄槽流入下游，因而水流在侧槽中的紊
动和撞击都很强烈，且距坝头较近，直接关系到大坝的安全。.................................................39
4.1.2 溢洪道的位置选择..................................................................................................39
溢洪道的位置选择是否得当，对水库的安全和造价有很大影响。溢洪道位置选择主要考虑以
下条件。.............................................................................................................................................39
 ⑴ 地形条件........................................................................................................................................39
地形条件是决定溢洪道型式和布置的主要因素。较理想的地形条件是，离大坝不远的库岸有
通向下游的马鞍形山垭口，其高程在正常蓄水位附近，垭口后面有长度不大的冲沟直通原河
道，出口离下游坝脚较远，这对工程的经济、安全与管理运用均有利，且易于解决下泄水流
的归河问题。.....................................................................................................................................39
如果坝肩具有有利的地形条件，且高程适宜，可将溢洪道布置在坝肩上。这种布置型式工程
量省，对于土石坝枢纽还具有利用其开挖料作为筑坝材料的优点，是较常见的布置型式。. 39
当两岸山坡陡峻时，可将溢流堰沿岸坡等高线方向布置，即采用侧槽式溢洪道，以减少开挖
工程量。.............................................................................................................................................39
 ⑵ 地质条件........................................................................................................................................40
地质条件是影响溢洪道安全的关键因素。溢洪道应尽量布置在坚固、完整、稳定的岩石地基
上，以减少彻护工程量并有利于工程的安全。溢洪道两侧山坡也必须稳定，以防止泄洪时山
坡崩塌堵塞或摧毁溢洪道，危与大坝安全，产生严重后果。.....................................................40
 ⑶ 水流条件........................................................................................................................................40
溢洪道的轴线一般宜取直线，力求水流畅通，流态稳定。如因地形或地质条件的限制而需转
弯时，应尽量将弯道设置在进水渠或出水渠段。为避免冲刷坝体，溢洪道进口距坝端不宜太
近，一般最小要在 20M 以上。溢洪道出口距坝脚不应小于 50M~60M，以避免水流冲刷坝脚或
其它建筑物。但为了管理方便，溢洪道也不宜距离大坝太远。.................................................40
 ⑷ 施工条件........................................................................................................................................40
应避免溢洪道开挖与其它建筑物施工相互干扰，选择出渣路线与堆渣场所便于布置，并尽量
利用开挖土石料填筑坝体。.............................................................................................................40
根据地形条件，设置岸边正槽溢洪道。正槽溢洪道水流平顺，泄流能力大，结构简单，运用
安全可靠，是一种被广为采用的岸边溢洪道型式。正槽溢洪道通常由进水渠、控制段、泄槽、
消能防冲设施与尾水渠等部分组成。.............................................................................................40
4.2 进水渠...........................................................................................................................................40
进水渠的作用是将水库的水平顺地引至溢流堰前。其设计原则是在合理的开挖放量下尽量减
少水头损失，以增加溢洪道的泄洪能力。.....................................................................................40
进水渠平面布置应使进水顺畅，避免断面突然变化和水流流向的急转弯。在平面上如需转弯
时，其轴线的转弯半径不宜小于 4 倍渠底宽，弯道至溢流堰之间宜有适当长度的直线段。..40
进水渠底板一般为等宽或顺水流方向收缩，进口底宽与溢流堰宽之比宜在 1.50～3 之间。渠
道的流速应大于悬移质不淤流速，小于渠道的不冲流速，一般不大于 4M/S，岸边较陡、开挖
2 / 60

较大的溢洪道的进水渠流速，最大可采用 5～7M/S。其横断面在岩基上接近矩形，边坡根据
稳定要求确定，新鲜岩石一般为 1：0.10～1：0.30；风化岩石可用 1：0.50～1：1；在土基上
采用梯形，边坡一般选用 1：1.50～1：2.50。...............................................................................40
进水渠的纵断面一般做成平底坡或不大的逆坡。.........................................................................41
为引流平顺其进口形状做成喇叭口，为减小损失其长度不宜过长。由于是在岩基上，故引流
段截面设计为接近矩形的梯形，边坡为 1：0.5。由于溢洪道位于破碎带上，F17 断层由此经
过，渗漏稳定问题严重，应采用混凝土砌护兼作防渗铺盖，一般厚 0.3～0.5M，不设止水、排
水或锚筋，本设计取衬砌厚为 0.4M。.............................................................................................41
4.3 控制段设计...................................................................................................................................41
控制段包括溢流堰与两侧连接建筑物。溢流堰通常选用宽顶堰、实用堰、驼峰堰等。溢流堰
的体形应尽量满足增大流量系数，在泄流时不产生空穴水流或诱发振动的负压等要求。宽顶
堰在泄量不大或附近地形较平缓的中、小型工程中应用较广。大、中型水库，特别是岸坡较
陡时，多采用实用堰。.....................................................................................................................41
实用堰堰面曲线有真空和非真空两种型式，通常多采用非真空型堰面曲线。我国最常采用的
是 WES 标准剖面堰、克-奥型剖面堰和幂曲线剖面堰。这些实用堰的特征参数可从《水力
学》或有关手册中查阅。对重要工程应进行水工模型试验确定。.............................................41
中、小型水库溢洪道，特别是小型水库溢洪道常不设闸门，堰顶高程就是水库的正常蓄水位；
溢洪道设闸门时，堰顶高程低于水库的正常蓄水位。堰顶是否设置闸门，应从工程安全、洪
水调度、水库运行、工程投资等方面论证确定。.........................................................................41
4.3.1 定型设计水头 Hd 选择...........................................................................................41
4.3.2 上游堰高确定..........................................................................................................42
4.3.3 溢流孔口尺寸的拟定..............................................................................................42
4.3.4 确定堰面曲线..........................................................................................................42
4.3.5 剖面衔接计算..........................................................................................................43
4.3.6 溢流堰闸门闸墩设计..............................................................................................44
4.4 泄槽形式与水力计算....................................................................................................................45
4.4.1 槽的形式与水面曲线设计......................................................................................45
4.4.2 泄槽弯道设计..........................................................................................................47
4.4.3 弯道冲击波设计......................................................................................................47
4.5 消能防冲断设计...........................................................................................................................48
4.5.1 溢洪道沿程水头损失和局部水头损失..................................................................49
4.5.2 水舌设计..................................................................................................................49
4.5.3 溢洪道挑坎与冲沟的处理......................................................................................50
4.6 溢洪道构造...................................................................................................................................51
4.6.1 衬砌..........................................................................................................................51
4.7 出口消能段...................................................................................................................................52
第五章 地基处理..............................................................................................................................52
5.1 地基开挖与处理............................................................................................................................52
5.2 帷幕灌浆........................................................................................................................................53
致.......................................................................................................................................................53
参考文献...........................................................................................................................................55
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