水工专业毕业设计
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水工专业毕业设计
设计课题：土石坝工程设计
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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）
- 1 - 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 244.0 100
兴利水 261.0 820
设计洪水位（P=20%） 263.5 1101.6 624 324 236.0
校核洪水位（P=0.2%） 267.5 1500 1300 703 238.0
第三节:工程地质 - 2 - 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： - 3 - 表1—2
天然含水量 土粒比重 液限 塑限 塑性指标
19～23％ 2.71～2.72 28～22 16～32 11～15
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 内摩擦平均渗透系击实数
(g/cm3) (g/cm3) (g/cm3) (kg/cm2) 慢剪 (cm/s) 击
1.6 1.03 2.03 0.15 24o 2.7×10-5 30
1.65 1.05 2.05 0.17 24.5 o 3.1×10-5 40
1.7 1.07 2.07 0.20 25.8 o 2.8×10-5 45
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
2.7 2.00 2.30 1.30 2.10 36o 33 o 4×10-2
2.7 1.95 2.23 1.23 2.03 35 o 32 o 8×10-2
2.7 1.90 2.16 1.16 1.96 34 o 31 o 1.0×10-2
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)。 - 4 - 粒径大于5mm的粗比重G´=2.8,计算砂砾料γd′时采用A=0.01。
3、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/cm3。
γmin＝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， - 5 - 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 - 6 - 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 1.2
2 特殊组合 非常运行情况Ⅰ 1.1
非常运行情况Ⅱ 1.05
3、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 - 7 - 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：
