水利枢纽和主要建筑物设计[详细]

亭口水利枢纽工程布置及主要建筑物设计课件 (一)亭口水利枢纽工程布置及主要建筑物设计课件是一门针对水利工程专业学生的课程。

本课程主要介绍了亭口水利枢纽工程的布置及主要建筑物设计的相关知识。

以下是本课程的主要内容：一、亭口水利枢纽工程概述亭口水利枢纽工程位于长江干流中游干河沟段，是一项综合性枢纽工程。

该工程是为了解决长江中游干河沟段干旱、水资源短缺问题而建设的。

该工程的建设能够有效缓解长江中游干河沟段的水资源短缺问题，保障当地的经济发展和人民生活用水。

二、亭口水利枢纽工程布置1、工程位置亭口水利枢纽工程位于长江干流中游干河沟段，距离长江干流约30公里。

工程位置在亭山脚下，地理条件优越。

2、工程主要部分亭口水利枢纽工程主要由以下几部分组成：（1）水库水库是亭口水利枢纽工程的核心部分，供给干河沟段的灌溉用水。

（2）堤防堤防是保护水库和周边地区的防洪设施。

（3）水闸水闸是控制水库水位的重要设施。

（4）引水渠道引水渠道是将水库的水引入灌溉用水区的重要设施。

三、主要建筑物设计1、水闸设计考虑到水闸的控制精度、水闸尺寸、操作系统等因素，本工程选用了液压式水闸。

该水闸能够满足控制精度要求，其操作系统也比较简单可靠。

2、引水渠道设计为减小引水渠道对土地的占用影响，本工程设计了管道式引水渠道。

该引水渠道能够有效节约土地资源，同时输水效率也比较高。

3、堤防设计考虑到堤防的稳定性和耐久性，本工程采用了高级别防洪标准设计的堤防。

该堤防能够有效抵御洪水侵袭，保证周边地区的安全。

总之，亭口水利枢纽工程布置及主要建筑物设计课件详细介绍了亭口水利枢纽工程的整体布置及主要建筑物的设计，学生通过学习这门课程能够更深入地理解水利枢纽工程，提高专业水平。

第九章水工建筑物枢纽布置设计2、了解枢纽布置的原则§1水利枢纽设计阶段的划分1.1设计所需要的基本资料：自然地理；地质；水文；气象；社会经济；相关规程与规范。

1.2设计阶段的划分：预可行性研究、可行性研究、招标设计、施工详图设计（原先：可行性研究报告、初步设计、招标设计和施工图设计）可行性研究报告阶段：论证拟建工程在技术上的可能性、经济上的合理性、以及开发次序上的迫切性。

包括以下内容：初拟主要水文参数，查清主要地质问题，选定工程地址；估算淹没补偿和对环境的影响；初定工程等别、建筑物级别，主要建筑物的形式、轮廓尺寸和枢纽布置方案，装机容量和机型；估算主要工程量，初拟施工导流方案、主体工程的施工方法、施工总体布置和总进度；估算工程总投资，进行经济分析和评价，阐明工程效益。

初步设计阶段：包括确定拟建工程的等别和主要建筑物的级别；选定各种特征水位；选定坝型、输水线路、主要建筑物的形式、轮廓尺寸及枢纽布置；确定装机容量，选择机组型号和其他机电设备；确定施工导流方案及主体工程的施工方法、施工总体布置及总进度、对外交通和施工设施；提出建筑材料、劳动力和风、水、电的需要量；论证对环境的影响及环境保护；进行经济分析，阐明工程效益。

招标设计阶段：合同文件和工程文件。

前者包括：投标须知和合同条款、合同格式和投标格式；后者包括技术规范和图纸。

施工祥图阶段：建筑物地基开挖图、地基处理图、建筑物结构图、钢筋混凝土结构的钢筋图、金属结构及机电设备的安装图等。

§2蓄水枢纽2.1坝址与坝型选择坝址、坝型选择和枢纽布置三者是互相联系的，不同的坝轴线可以选用不同的坝型和枢纽布置。

如河谷狭窄，地质条件良好，宜于修建拱坝；河谷宽阔，地质条件较好，可以修建重力坝或支墩坝；河谷复盖层厚或地质条件较差且土料含量丰富，宜于修建土石坝。

对同一条坝轴线，还可以考虑几种不同的坝型和枢纽布置方案。

在选择坝址、坝型和枢纽布置中不仅要研究枢纽附近的自然条件，而且还要考虑枢纽的施工条件、运行条件、总和效益、投资指标及远景规划等，这是水利枢纽设计中贯穿在各个阶段的一个十分重要的问题。

六、施工组织设计1工程概况及编制要点1.1工程概况1.1.1工程基本概况****水利枢纽工程是****河干流山区下游河段的控制性水利枢纽工程，是****河干流梯级规划中“两库十四级”的第十一个梯级，在保证向****河生态供水和灌溉用水的前提下，满足防洪、发电等综合利用功能。

距****地区的****县约120km，距****县约128km，距下游****电站55km，距****约310km。

水库总库容22.49亿m³，电站装机容量755MW。

本枢纽为大（1）型Ⅰ等工程。

枢纽工程主要建筑物有：拦河坝（混凝土面板砂砾石堆石坝）、1#和2#表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1#和2#深孔放空排沙洞、发电引水系统、电站厂房、生态基流发电系统及其发电厂房等。

两条发电洞、1#深孔放空排沙洞、生态基流发电洞和发电厂房布置在****，导流洞、两条溢洪洞、中孔泄洪洞、2#深孔放空排沙洞布置在****。

1.1.2本标段主要项目内容本标段为********水利枢纽工程****泄水建筑物工程施工。

主要施工内容包括：（一）1#表孔溢洪洞工程：土建工程、闸门及启闭机安装工程。

（二）2#表孔溢洪洞工程：土建工程、闸门及启闭机安装工程。

（三）中孔泄洪洞工程：土建工程、闸门及启闭机安装工程。

（四）2#深孔放空排沙洞工程：土建工程（闸井、桩号深二0+056.598～深二0+162.475衬砌和灌浆）、闸门及启闭机安装工程。

（五）导流洞封堵段工程：导流洞导流门下闸、封堵工程。

（六）****泄水建筑物机电设备安装工程。

1.1.4水文气象和工程地质条件1.1.4.1水文气象水文：拟建公路位于****河流域地处********南部，****盆地西南边缘，曾是****河的第一大支流。

该河发源于****，由西南流向东北，流经****地区的****、塔什库尔干、****(****)、****、****、****、****等县，最后进入****地区的****县境内，与****河汇合后形成****河。

平山川利枢纽【1 】设计盘算书学院：水利水电学院班级：水电5班姓名：张远金目次一.综述31.1 工程概况31.2 枢纽义务31.3 设计根本材料3二.坝址水文特征4三.枢纽及库区地形地质前提53.1 坝址.库区地形地质及水文地质53.2 筑坝材料5四.枢纽建筑物选型及枢纽总体安插64.1工程等级及重要建筑物的级别.洪水尺度64.2 枢纽建筑物选型8五.土石坝设计105.1 选择土石坝的类型105.2 土石坝的剖面设计115.5 土石坝的构造设计145.3 渗流稳固盘算165.4 坝坡稳固剖析盘算19六.正槽溢洪道设计256.1 正槽式溢洪道的地位选择256.2 溢洪道的孔口尺寸肯定266.3 溢洪道泄槽设计296.4 溢洪道消能设计336.5 溢洪道细部构造设计35一.综述1.1 工程概况平山川库位于湖北省某县平江山中游,该河系睦水的重要支流,全长284公里,流域面积为556平方公里,坝址以上掌握流域面积为491平方公里;平江山是山区性河道,河床比降3‰阁下.1.2 枢纽义务该枢纽以浇灌发电为主,并联合防洪.航运.养殖.给水等进行开辟.1.3 设计根本材料1..水库计划材料（1）正常蓄水位：113.0m（2）设计洪水位：113.1m （百年一遇）（3）校核洪水位：113.5m （千年一遇）（4）逝世水位：105.0m（发电极限工作深度为8m）（5（6）水库³（7）水库有用库容：1.15亿m³（8）发电调节包管流量Q p =7.35 m³/s,响应的下流水位63.20m; （9）发电最大引用流量Q max=28 m³/s,响应的下流水位68.65m; （10）设计情形下,溢洪道下泄流量Q%1=840 m³/s,响应下流水位7m. （11）校核情形下,溢洪道下泄流量Q%1.0=1340m3/s,响应下流水位75.30m.（12)水库淤积高程85.00m.2.枢纽构成建筑物设计前提（1）主坝：沿坝轴线安插.（2）河岸.（3）水电站：装机容量为9000kw,三台机组,厂房尺寸为30.0×9.02m,引水隧洞直径3.50m,尾水底板高程62.0m.（4）放空建筑物可应用导水隧洞,洞底高程为70.0m,洞直径m,上游土石围堰顶部高程85.0m,下流土石围堰顶部高程70.0m.3.力学参数基岩许可抗压强度2MPa,混凝土与基岩摩擦系数f=0.58.基岩的内摩擦系数f=0.7,凝集力C=0.5MPa,容重 =26KN/m³.4.其他坝顶设有公路,枢纽工程的对交际通有水路.公路.铁路.坝区地震烈度5～6度,设计时不斟酌.二.坝址水文特征暴雨洪峰流量Q%05.0=1860m³/s,Q%5.0=1550 m³/s ,Q%1=1380 m³/s.多年平均流量m³/sm³,多年平均最大风速10m/s,水库吹程8km,多年平均降雨次数48次/年,库区气象平和.三.枢纽及库区地形地质前提3.1 坝址.库区地形地质及水文地质平江山道域多为丘陵山区,在平江山上游都为大山区,河谷山势峻峭,河谷边坡一般为60°～70°,地势高差都在80～120m,河谷冲割很深,河床一般为100m阁下,河道曲折相当厉害,枢纽安插处成S形,沿河滩及坡积层发育,在坝轴下流300m处的两岸河谷呈马鞍形,起笼罩物教厚,岩基产状纷乱.靠坝址上游有泥盆五通沙岩,坝址下流有二叠纪灰岩,坝轴线位于五通沙岩上.在平山咀以南,即石灰岩与沙岩分界处,发明一大断层,其走向近器械,偏向大致向北西,在坝轴线左侧的为五通沙岩,特殊破裂,产状纷乱,两岸岩石破裂,岩石的隐裂隙很发育. 岩石的渗水率都很小,两升/分.坝址笼罩层沿坝轴线厚度达 1.5～5.0m,K=104-cm/s,浮容重γ³,内摩擦角ϕ=35°.浮3.2 筑坝材料～～3.0km的河滩开采,石料可在坝轴线下流左岸的山沟里开采,材料的性质及各项指标如下表所示：四.枢纽建筑物选型及枢纽总体安插4.1工程等级及重要建筑物的级别.洪水尺度4.1.1 枢纽建筑物构成依据设计资估中划定的枢纽义务来肯定.重要有拦洪蓄水的挡水建筑物,宣泄洪水的泄水建筑物,浇灌用的引水建筑物,检修用的放空建筑物,发电.变电.配电的厂房.开关站等建筑物,等等.4.1.2 工程等级及重要建筑物的级别.洪水尺度水利水电工程的等别,应依据其工程范围.效益及在公平易近经济中的重要性肯定.永远性建筑物的级别,应依据其所属工程等别及其重要性肯定.由《水利水电枢纽工程等级划分及设计尺度》以及所给资估中的指标肯定工程范围.洪水尺度如下：（1）分项等别：33之间,属Ⅱ等工程;依据电站装机容量9000千瓦即9MW,小于10MW,属Ⅴ等工程;.（2）枢纽等别：依据规范划定,对具有分解应用效益的水电工程,各效益指标分属不合等别时,全部工程的等别应按其最高的等别肯定,故本水库枢纽为Ⅱ等工程.（3）水工建筑物的级别：依据水工建筑物级此外划分尺度,Ⅱ等工程的重要建筑物为2级水工建筑物,次要建筑物为3级水工建筑物.故本枢纽中的土石坝.溢洪道.发电建筑物.导流隧洞.放空隧洞均为2级水工建筑物.（4）水工建筑物的洪水尺度：依据山区.丘陵区水利水电工程永远性水工建筑物洪水尺度（重现期）,2级水工建筑物的设计洪水尺度为500~100年,土石坝校核洪水尺度为5000~2000年.从经济角度斟酌,拔取该枢纽永远性水工建筑物的设计洪水尺度取100年（P%1）,校核洪水尺度取2000年（P%05.0）,该水库计划成果中校核洪水位为千年一遇.4.2 枢纽建筑物选型4.2.1 坝轴线选择依据坝址地形图中给定的坝轴线安插大坝.4.2.2 枢纽各建筑物的选型1. 挡水建筑物：在该坝址可能采取的坝型有重力坝.拱坝.土石坝.（1）重力坝计划：～5.0m,若建重力坝清基开挖量大.并且重力坝体积大,需消费大量水泥和材料,运输便利,当地材料也未能充分应用,建重力坝不经济. （2）拱坝计划：拱坝对坝址的地形地质前提请求比重力坝高.合适建于断面为“V”字形的高山峡谷中,河谷对称缩窄处,以使拱座下流有较多岩体保持抗滑稳固.请求坝址岩石尽量坚硬致密.质地平均,两岸坝座邻近边坡岩体稳固.整体性好.而该枢纽坝址处河谷宽度和最大坝高之比L/H较大,不克不及施展拱的感化;坝址位于“S”形河湾上,下流河谷断面扩展,右岸岸坡平缓,坡积层发育,左岸下流消失一个大断层,对拱坝稳固极为晦气.故不合适建拱坝.（3）土石坝计划：土石坝对地形地质请求低,几乎任何不良的坝址地基和深层笼罩层经由处理后都可填筑土石坝,可当场取材,节俭大量水泥.钢材,施工速度快,经济效益好.该枢纽坝址邻近砂土石料储量丰硕,质量知足筑坝请求.经由过程上述论证,分解斟酌地形地质.水文特征.建筑材料.施工周期等,挡水建筑物选用土石坝.2.泄水建筑物对于土坝,不宜经由过程坝身泄流,可斟酌采取溢洪道或隧洞泄水.因为该枢纽坝址右岸有一垭口,故合适在垭口处建筑溢洪道.采取正槽式溢洪道,过堰水流与泄槽轴线偏向一致,水流平顺,泄洪才能大.构造简略,施工运行便利.3.水电站建筑物土石坝坝身不克不及开孔,不宜建坝式水电站,较好的计划是建引水式水电站.4.放空建筑物为安插便利和减小开挖量,可应用导流隧洞作为水库放空泛,均为有压隧洞.洞底高程70.0m,直径5.0m.4.3 枢纽总体安插挡水建筑物即土石坝,位于主河床,直线安插在地形图所示坝址线处;泄水建筑物,即溢洪道安插在大坝右岸自然垭口处;发电建筑物中,厂房安插在大坝下流右岸地势较平展经开挖的基岩上,开关站安插在厂房旁边;施工导流洞及水库放空泛：安插在右岸的山体内,以减小隧洞长度和避开断层.调和各建筑物安插请求,最后肯定枢纽安插,绘制在平面安插图上（见坝址地形图）.五.土石坝设计5.1 选择土石坝的类型土石坝依据施工办法分为碾压式土石坝.水力冲填坝.水中倒土坝.其饭中碾压式土石坝便于机械化施工,速度快.缩短工期,质量易包管,是应用最普遍的坝型,故采取碾压式土石坝.碾压式土石坝又分为均质坝.心墙坝.斜墙坝等.现联合本工程的现实情形对各类坝型优缺陷剖析如下：：坝体材料单一,施工工序简略,干扰少;坝体防渗部分厚大,渗入渗出比降较小,有利于渗流稳固和削减坝体的渗流量,此外坝体和坝基.岸坡及混凝土建筑物的接触渗径比较长,可简化防渗处理.但是,因为土料抗剪强度比其他坝型坝壳的石料.砂砾和砂等材料的抗剪强度小,故其高低游坝坡比其他坝型缓,填筑工程量比较大.坝体施工受酷暑及降雨影响,有用工日会削减,工期延长,故在酷暑和多雨地区的应用受限制,故不选择均质坝.2.斜墙坝：斜墙坝与心墙坝,一般的优缺陷无明显不同,粘土斜墙坝沙砾料填筑不受粘土填筑影响和牵制,沙砾料工作面大,施工便利;斟酌坝址的地质前提,因为坝基有破裂带和笼罩层,截水槽开挖和断层处理要消费许多时光,并且不轻易精确的估计,斜墙截水槽接近坝脚,处理时不影响下流沙砾料填筑,处理坝基和填筑沙砾料都有充裕的时光,工期较心墙坝有掌控;土料及石料储量丰硕,填筑材料不受限制.3.心墙坝：心墙位于坝体中央而不依附在透水坝壳上,其自重经由过程本身传到基本,不受坝壳沉降影响,依附心墙填土自重,使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力,有利于心墙与地基联合,进步接触面的渗入渗出稳固性;使其因坝主体的变形而产生裂痕的可能性小,粘土用量少,受气象影响相对小,粘土心墙冬季施工时暖棚跨度比斜墙小.移动和升高较便当.分解以上剖析,最终选择粘土心墙坝.5.2 土石坝的剖面设计土石坝的断面尺寸拟定包含坝顶宽度.高低游坝坡坡度.坝顶高程.坝高.心墙断面尺寸.排水举措措施设置等.土石坝坝顶宽度依据运行.施工.构造.交通和人防等方面的请求分解研讨后肯定.该工程坝顶宽度取为10m.土坝坝顶高程=水库静水位（设计洪水位或校核洪水位）+坝顶超高d（1）坝顶超高d =风吹壅高e +波浪爬高a h +安然超高δ（2）波浪爬高a h 可按以下经验公式盘算：6.01.1)2(45.0n m h h c a ⋅=式中：c h 2——风波波高,31450166.02D V h c=,m;设计洪水位时,取库面风速为洪水期多年平均最大风速的1.5倍,即s m V /15105.1=⨯=,水库吹程km D 8=;m ——土坝上游坡度,盘算时取为3;n ——上游护坡糙率,对浆砌块石护坡取0.025,对砌块石护坡取0.0275.（3）风波引起的坝前水位壅高e 盘算公式：gH a D KV e 2cos 2=式中：K ——分解摩阻系数,一般取值范围为33105~105.1--⨯⨯,盘算时取3106.3-⨯;a ——风向与坝轴线法线偏向的夹角,盘算中取最晦气情形,即 0; H ——坝前水域平均水深,由响应水位减高程得,m; （4）安然超高δ依据坝的级别和运行情形按下表选择安然超高：表1-1 安然加高A 的取值现将水库正常应用和异常应用情形,即设计洪水位和校核洪水位下的盘算成果列于下表：表1-2 坝顶高程盘算表（单位：m）由表中盘算成果,坝顶高程应取正常运行.异常运行两者中的较大值,即115.80m.坝坡的选择取决于坝型.坝高.坝的等级.坝体及坝基材料的性质.推却的荷载.施工和运行等身分.对粘土心墙坝,高低游坝坡在1:2.1:4之间拔取,一般上游坝坡比下流坝坡稍缓;沿坝高20~30m转变一次坡度,设置一级马道,坡度相差0.25~0.5.依据坝高采取一次变坡.一级马道.（3）马道：马道宽度取为2m;5.5 土石坝的构造设计1.防渗体防渗体的类型有土质防渗体.沥青混凝土或钢筋混凝土防渗体.因为坝址邻近有丰硕的防渗涂料,故选择土质防渗体,并采取心墙坝.（1）心墙地位：土石坝断面中间线部位;（2）心墙顶部宽度：应知足施工机械碾压请求,一般不小于3m,取为4m.~~113.7m;非正常运行前提下,应不低于对应的水库静水位,即应大于113.5m.分解斟酌,心墙顶部高程取为113.6m.~1:0.25,取为1:0.2.（5）心墙底部宽度：m 44.2422.05.62-6.1134=⨯⨯+）（; ~2.5m,取为2m.与上游连接处设置过渡带,以缓和不合土料之间的沉陷差和减缓渗流的损坏感化;下流连接处设置反滤层,反滤截留随渗流带出的渺小颗粒,促进心墙裂痕的自愈.2.坝体排水坝体排水的感化是掌握引诱渗流,下降浸润线,加快孔隙水压力消失,防止渗流逸出处土的渗流损坏,加强坝的稳固性;在酷暑地区,呵护下流坝坡免遭冻胀损坏.请求有充分的排水才能,设有反滤层呵护坝体和坝基土,便于不雅测和检修.坝体排水的方法有坝趾棱体排水.坝址贴坡排水.褥垫排水层等,本工程采取堆石棱体排水.（1）棱体顶部高程：棱体顶部高程应超出下流最高水位,对于2级土石坝,超出高度应大于波浪爬高（1.3m）且不小于1.0m,取棱体顶部高程=下流最低水位（74.30m）+超高（1.4m）=75.7m;（2）~~1:2.0;取顶部宽度3m,内坡坡度1:1.25,外坡坡度1:1.75;为防止坝高低游面被波浪淘刷.顺坡水流冲刷.冰层和沉没物撞击.冻胀干裂等,需在高低游坝面设置护坡.该枢纽坝址处有堆石料可应用,故高低游护坡均采取堆石护坡.（1）上游护坡：采取堆石护坡,厚度为50cm的堆石,护坡下设置碎石垫层30cm.护坡范围自坝顶起延长至水库最低水位以下必定距离2.5m.（2）下流护坡：下流坝面除排水棱体外需全体护砌,堆石护坡厚度40cm,护坡下设置碎石垫层20cm.护坡范围从坝顶护至堆石棱体.各护坡在马道.坝脚.护坡末尾均设置基座.3.反滤层反滤层的感化是滤土排水,防止水工建筑物渗流逸出处产生管涌.流土等渗入渗出变形,以及不合土层接触面的接触冲刷.反滤层由1~3层级配平均耐风化的砂.砾.卵石或碎石构成,每层粒径随渗流偏向而增大,程度反滤层的最小厚度为0.3m,铅直或竖直反滤层的最小厚度为0.5m.因为设计原始资估中没有供给各土.砂.石料的颗粒级配情形,只能参考相干规范和已建工程进行初步设计.初步拟定成果分述如下：（1）防渗体周边部位：心墙与坝壳间.截水槽与笼罩层间.程度铺盖与笼罩层间,反滤层设置为,第一层细砂反滤层,厚20cm;第二层为碎砾石反滤层,厚30cm.（2）排水部位：坝壳与堆石棱体间反滤层设置为,第一层细砂层厚30cm;第二层碎砾石层厚50cm.5.3 渗流稳固盘算1.渗流盘算的根本假定（1）心墙采取粘土料,渗入渗出系数s cm k e/100.16-⨯=,坝壳采取山皮土,渗入渗出系数s cm k /100.13-⨯=,两者相差310倍,可以把粘土心墙看做相对不透水层,是以盘算时可以不斟酌上游楔行下降水头的感化.（2）土体中渗流流速不大,且处于层流状况,渗流屈服达西定律：vki（3）产生渗流时土体的闲暇体积不变,饱和度不变,渗流持续.按土石坝渗流盘算规范,渗流盘算时应斟酌以下组合情形,取其最晦气情形作为掌握前提：（1）上游正常高水位+下流响应的最低水位;（2）上游设计洪水水位+下流响应的最低水位;（3）上游校核洪水水位+下流响应的最低水位;（4）对上游坝坡稳固最晦气的库水下降后的水位.为减小盘算量,只选个中一种+下流响应的最低水位7m .采取水力学法进行土坝渗流盘算.将坝内渗流分为若干部分,假定地基不透水,用等厚的虚拟矩形代替心墙,应用达西定律和杜平公式,树立各段的活动方程式,然后依据水流的持续性道理求解渗流要素.取土石坝最大断面为盘算断面,简图如下（单位：m）图1—1 不透水地基上心墙坝渗流盘算简图假定心墙上游浸润线与水库上游水位齐平,先假定坝基相对不透水,坝底高程62.5m,心墙后水深为H , 则上游水深：m H 6.505.621.1131=-= 下流水深：m H 15.105.6265.721=-=心墙等厚矩形宽度m 22.1444.240.421=+⨯=）（δ渗流区长度：m L 89.103=（1）单宽渗流量经由过程心墙的渗流量222622111022.1426.50100.12--⨯⨯-⨯⨯=-=H H H k q e δ)/(3s m 经由过程下流坝体的渗流量222322221089.103215.10100.12--⨯⨯-⨯⨯=-=H L H H k q )/(3s m依据流量持续性道理,21q q =,解得心墙后水深m H 99.10=,代入得单宽渗流量：s m q q q /10560.83721-⨯===（2）浸润线方程将透水地基的厚度,即笼罩层厚度T 取为3m,渗入渗出系数s cm k T /100.14-⨯=,换算为与坝体渗入渗出系数雷同的土体厚度m k T k T 3.0100.13100.134=⨯⨯⨯=--,并视为坝体的一部分,则依据有限深透水地基上的渗流盘算浸润线方程3.0172.0464.1273.010100.11056.82)3.099.10(2)(2-3722--=-⨯⨯⨯⨯-+=--+=--x x k T k x k q k T k H y T T对浸润线方程进行验算,当89.103=x 时,带入浸润线方程得m y 169.10=,与现实m H 15.102=相符;心墙下流面（0=x ）浸润高程m y 99.10=,与现实心墙后水深m H 99.10=相符.由此可知,心墙下流浸润线近似为一条程度线.5.4 坝坡稳固剖析盘算土石坝的稳固剖析是验算土石坝在自重和各类情形的孔隙水压力及外荷载感化下,是否具有足够的稳固性.SL274—2001《碾压式土石坝》划定,对于凝集性土类构成的均质或非均质土石坝,采取条分法即瑞典圆弧法较简略适用.条分法假定滑裂面为一个圆柱面（剖面为一圆弧）,将可能滑动面以上的土体划分为若干铅直条,不斟酌土条间互相感化力的影响,算出感化于土条底面的法向力和切向力;安然系数界说为土条在滑裂面上所供给的抗滑力矩与滑动力矩之比.本次坝坡稳固剖析盘算采取瑞典圆弧法,进行总应力剖析.总应力剖析稳固安然系数的盘算式为：ii i i i i i c a W tg a W l c K sin )cos ('∑+∑=ϕ式中：i ——下标,代表土条编号;'i W ——第i 块土条重量,浸润线以上以自然容重计,以下以浮容重计,kN;iW ——第i 块土条重量,浸润线以上以自然容重计;浸润线以,下流水位以上按饱和容重计,下流水位以下按浮容重计,kN;i l ——第i 块土条沿滑裂面的长度,m; i a ——第i 块土条沿滑裂面的坡角; i c .i ϕ——总应力抗强度指标.采取上游设计洪水位（113.1m ）及对应的下流响应水位（72.65m ）作为设计工况. 3.盘算进程滑弧面选择,须要肯定最安全滑动圆弧地位,本次只做一个滑动面的稳固盘算,即：滑动面起点在坝顶.与心墙订交.与坝基接近或切入坝基.端点在坝脚邻近.步调：（1）假定圆心.半径,画出圆弧如图所示;（2）圆弧半径取为138m,起端点程度距离143m,分为10块土条,每块土条宽14.3m,编号;（3）盘算土体各类状况下的容重：粘土自然容重：3/25.19)25.01(4.15)1(m KN w d =+⨯=+=γγ山皮土自然容重：3/68.19)23.01(0.16)1(m KN w d =+⨯=+=γγ山皮土饱和容重：3/82.198.939.016m KN n w d sat =⨯++==γγγ 山皮土浮容重：3/02.108.982.19m KN w sat =-=-=γγγ浮 笼罩层浮容重：3/0.10m KN =浮γ;（4）盘算土条自重及在滑面上的反力;（5）盘算滑动力矩及抗滑力矩; （6）盘算抗滑稳固安然系数.72.6512345678910115.885.862.590.81:2.751:3.251:2.51:3.075.7图 1—2 坝坡稳固盘算简图盘算成果列于下表：表1-3 条分法计坝坡稳固剖析算表因为浸润线几近程度且与下流水面线几乎重合,坝壳山皮土饱和容重与自然容重邻近,为轻便盘算,浸润线以下.下流水面线以上部分以自然容重代替饱和容重,在表格中表现为iw 与'iw 相等.依据盘算表格得抗滑稳固安然系数为576.18.149728.23599sin )cos ('==∑+∑=i i i i i i i c a W tg a W l c K ϕ按照设计规范,坝坡抗滑稳固安然系数不该小于下表中响应值：表1—4 坝坡抗滑稳固最小安然系数表因35.1][576.1=>=c c K K ,故坝坡知足抗滑稳固请求,剖面设计合理.土石坝坝底面积大,坝基应力较小,具有必定的顺应变形的才能,故对自然地基的强度.变形请求.处理措施的尺度较低,但仍须要经由处理以进步坝基承载才能和抗渗才能.坝建于五通砂岩上,笼罩层较薄,从防渗和稳固安然斟酌,可挖除部分笼罩层,使防渗体与基岩接触面联合慎密.垂直防渗举措措施科视情形采取截水槽回填粘土.混凝土防渗墙.灌浆帷幕等;程度防渗举措措施采取粘土土料构筑的铺盖与坝体防渗体相连;下流排水减压举措措施可采取排水沟.减压井.透水铺盖等.坝轴线两岸岩体破裂,岩石隐裂隙很发育,为防止大坝蓄水后沿坝肩绕流和恶化岸坡稳固前提,应采纳挖除回填截水槽,或灌浆.加设铺盖等防渗举措措施,使岸坡与坝基的防渗系统连成整体.六.正槽溢洪道设计6.1 正槽式溢洪道的地位选择溢洪道的地位选择应分解斟酌地形.地质前提,枢纽总安插请求等身分.故将溢洪道安插在与水库正常蓄水位高程邻近的马鞍形垭口上,坝与溢洪道离开,有利于坝的安然;应用自然垭口,有利于削减工程开挖量.具体地位见枢纽安插平面图.6.2 溢洪道的孔口尺寸肯定1.堰型选择掌握堰型可采取宽顶堰或适用堰,本工程采取流量系数较大.过流特征较好的WES 型适用堰.堰顶设计水头：m 7.5~5.4)5.1075.113()95.0~75.0()95.0~75.0(max =-⨯==H H d取为5m;依据垭口处的地形等高线,溢流堰底部高程约103.5m,堰高取m P0.41=,下流斜面坡度4.1=l m . 堰顶上游三圆弧半径及程度掌握长度为：m H R d 5.2550.050.01=⨯==m H R d 0.1520.020.02=⨯== m H R d 2.0504.004.03=⨯==m H c d 875.05175.0175.01=⨯== m H c d 38.15276.0276.02=⨯==m H c d 41.152818.02818.03=⨯==以堰极点为坐标原点,堰顶下流曲线方程为y H x d 85.085.12=,即 85.11273.0x y =.对x 求导,令导数等于下流斜面坝坡系数的倒数,求得下流曲线与直线段的切点坐标为)42.1,69.3(c .坝下流反弧半径m H P R 5~25.0~25.01=+⋅=）（）（,取为5m,个中H 为校核洪水位的堰上水头.由以上盘算成果绘制WES 堰剖面如下图：图1—3 WES 堰剖面：依据设计材料给出为107.5m .上游堰高与设计水头之比33.18.05/41<==d H P,故该溢流堰为低堰;堰顶总水头mg v H H 06.66.1935.1071.11322200=+-=+=,式中0v 为行近流速,一般为s m /5~3,取s m /3.堰顶总水头与设计水头之比212.1506.60==d H H ,流量系数依据d H P 1值和d H H 0值从下图中查取,得98.0=d m m ,所以492.0502.098.098.0=⨯==d m m（1）设计情形：溢洪道下泄流量s m Q /8403%1=;堰顶水深m H 06.60=; 单宽流量s m H g m q /494.3206.66.19492.0235.1230=⨯⨯==;溢流前缘宽度m q Q L 85.25494.32840===; （2）校核情形：溢洪道下泄流量sm Q /13403%1.0=,盘算得m H 46.60=,s m q /764.353=,m L 47.37=溢流前缘宽度取较大值并取整,即m L 40=.据请求孔数n 取单数,5=n ,则单孔宽度m n L b 8540===.堰顶掌握泄流量可采取弧形闸门和平板闸门,本工程采取平板闸门,闸门顶部高程=正常高水位+安然超高.安然超高取值见下表.最终肯定闸门顶部高程为m 0.1144.06.113=+.表1—5 安然超高低限值6.闸墩： 采纳墩平分缝,中墩宽度取为2.5m,边墩宽度取为3m.6.3 溢洪道泄槽设计1.泄槽的平面安插正槽溢洪道在溢流堰后采取泄水陡槽与消能段连接,以便让过水流安然下泄.因为泄槽内水流处于激流状况,高速水流对鸿沟前提特殊迟钝,请求泄槽在平面上尽可能采纳直线.等宽.对称安插,以使水流平顺.构造简略.施工便利.为使泄槽内水流流速.流量散布平均,在岩基上泄槽的断面外形宜安插为矩形,泄槽宽度为m b d n nb B 56325.24852)1(=⨯+⨯+⨯=∆+-+=式中,d 为中墩宽度,b ∆为边墩宽度.泄槽的纵剖面设计主如果肯定纵坡.泄槽纵坡必须包管槽中水位不影响溢流堰自由泄流和槽中不产生水跃,使水流始终处于激流状况,故泄槽纵坡必须大于临界坡度.矩形断面对界坡度公式为313442312)2(KK K K K k h aB h B gn B aR gn i +==χ式中：n —泄槽底坡糙率,对浆砌石底坡,取0.025;Kχ—临界湿周; B —泄槽宽度;K R —临界水力半径,对于矩形断面,取K K h R =;K h —临界水深,m g aq h K 072.58.9/764.350.13232=⨯==.代入上式,求得0034.0=K i ,斟酌山谷地形和高低游水位差并取单一坡度,肯定38.0=i ,故槽内水流属激流,水面曲线为2S 型降水曲线.4.泄槽水面线盘算 （1）盘算公式泄槽水面线依据能量方程用分段乞降法盘算,盘算公式为J i g v a h g v a h J i E E l S S -++=--=∆）（）（—2cos -2cos 211122221221θθ3422R vn J =式中：21—l ∆—分段长度,m ;21,h h —分段始.末断面水深,m ; 21,v v —分段始.末断面平均流速,s m /; 21,a a —流速不平均系数,取05.1;i —槽底底坡; θ—槽底坡倾角,︒==8.20arctan i θ;J —分段内平均摩阻坡降;n —泄槽槽身糙率系数,对浆砌块石,025.0=n ; v —分段平均流速,2)(21v v v +=,s m /;R —分段平均水力半径,2)(21R R R +=,m ;（2）肇端断面.肇端水深.正常水深肇端断面地位选择堰下压缩断面处,近似可以为是在泄槽的起点.起点水深按下式盘算：)cos (2101θφh H g qh -=式中：q —泄槽单宽流量,s m q /929.2356/13403==; φ—流速系数,取95.0;0H—肇端盘算断面渠底以上总水头,mg v H P H 46.1046.60.42210=+=++=代入上式,经试算得,m h 935.11=.水面线为降水曲线,若泄槽足够长,泄槽水深最终将趋近于正常水深0h ,0h 的盘算公式为in AR Q 32=,32)2(h B Bh Bh iQn += 经试算得,m h 996.00=. （3）盘算进程从水深为m 935.1的断面1开端,以m 1.0的水深步长向泄槽末尾推动,盘算断面间距21—l ∆,盘算成果列表如下;。

水利枢纽及水工建筑物相关知识一、水利枢纽为了综合利用水利资源达到防洪、灌溉、发电、给水、航运等目的，需要修各种不同类型的水工建设物，例如：挡水、泄水、输水或其它专门建筑物等，以控制和支配水流，满足国民经济的需要，这些建设物称为水工建筑物（这些为兴水利、除水害而修建的建筑物称为水工建筑物），水工建筑物的综合体称为水利枢纽。

二、水工建筑物的分类及特点（一）按具体水利枢纽中所起的主要作用分类：挡水建筑物：坝、闸和堤防等。

泄水建筑物：溢洪道、泄洪洞等。

输水建筑物：输水洞、引水管、渠道。

取水建筑物：进水口、进水闸、扬水站。

专门建筑物：电站厂、船闸、升船机、鱼道、筏道等。

整治建筑物：用来整治河道、改善河道的水流条件，如丁坝、顺坝、导流堤、护岸等。

（二）水工建筑物的分级水利水电工程中的永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，根据其所属工程等别及其在工程中的作用和重要性划分为五级和三级。

（三）水工建筑物的特点1.工作条件复杂：自重、风雪压力、地震作用、水压力、风浪等2.施工的艰巨⑴野外施工：深山老林、无路无水无电、生活难。

⑵解决河道来水：导流、截流、地下水等。

⑶地基处理：岩石开挖、洞挖、地基的复杂性。

⑷规模宏伟：工程量大、工期长、受气候影响。

（四）水工建筑物的独特：受地形、地质、水文、气象、技术、经济等方面的影响，各水工建筑物大小、形式不同。

（五）水利枢纽对环境的影响1.淤积和冲刷：造成库区泥沙淤积，造成下游河床的冲刷下切。

2.水文状态变化：水库蓄水上游淹没、浸没等，下游地下水位下降。

3.水质的变化：水温下降、水质改善的。

4.气候的变化：蒸发大，形成小气候，降雨增加。

5.地震的影响：水库诱发地震（大库容）。

6.对渔业影响：发展水产养殖，对野生鱼的回游形成障碍，需专门考虑。

（六）对国民经济影响巨大投资巨大、影响国家经济发展；防洪、供水、发电等关系到国计民生大事；水库移民问题复杂，影响深远；如规划、设计不当，很难改正；水库大坝失事：对国民经济、下游人民；群众生命、财产造成极大损失；水库形成避暑、旅游场所。

1工程概况亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，下距苍溪县城约15km ，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等综合效益。

1.1水文气象条件坝址多年平均流量598m 3/s ，相应多年平均年径流量189亿m 3，径流深309mm 。

坝址各频率洪峰流量见表1。

坝址多年平均降水量为995.8mm ，多年平均气温16.6℃，多年平均风速为1.9m/s ，多年平均最大风速为13.2m/s ，多年平均地面温度19.2℃，多年平均水温15.5℃。

1.2地形地质条件（1）地形地貌。

嘉陵江由北北西向南南东流经坝址区，流向170°，河段平直开阔，呈浅“U ”形河谷，谷底宽170～350m ，458m 高程处谷宽778～856m 。

河床左侧为主河槽，枯水位370～371m ，相应水面宽170～200m ，水深1.1～4.5m 。

河床覆盖层厚度一般为6～10m ，最厚处约13.5m ，基岩顶板高程352.86～364m 。

左岸山体宽厚，临江峰顶高程657.8m ，岸坡中部高程480～400m 为缓坡平台，平台宽150～360m ，长2500余m ，台面高程自上游至下游逐渐降低，斜坡段地形坡度一般为20°～25°。

右岸山体临江峰顶高程550m ，岸坡中分布两级缓坡平台，下级高程390～410m ，台地宽120～150m ，长大于500m ；上级缓坡平台高程445～460m ，台地宽100～120m ，长约500m ；斜坡段地形坡度一般为15°～20°。

（2）地层岩性。

坝区出露地层为白垩系下统苍溪组（K 1C ）砂岩、粉砂岩、粘土岩，总厚度480m ，为软硬相间不等厚的层状岩层。

主要的砂岩层位有K 1C 6-1、K 1C 4-2、K 1C 3-2、K 1C 2-3、K 1C 2-1等5文章编号：0559－9342（2009）10－0026－03亭子口水利枢纽工程设计汪庆元，雷长海，曾令华（长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉430010）关键词：设计；枢纽布置；主要建筑物；关键技术问题；亭子口水利枢纽摘要：亭子口水利枢纽工程为一等大（1）型水利水电工程，永久主要建筑物为1级，电站厂房为2级，下游护岸工程等建筑物为3级。

大坝水利枢纽布置及泄水建筑物设计一、大坝水利枢纽布置1. 大坝的选择与布置大坝是水利工程中的重要组成部分，它主要用于拦截水体形成蓄水库，并提供稳定的水源供应。

在选择大坝的位置时，需要考虑以下几个因素：•地质条件：大坝的建设需要稳定的地质条件，通常选择坚硬的岩石或者厚实的黏土作为基础。

•水文条件：需要确定大坝所处水体的水源情况、水流量等方面的信息，以便确定大坝的高度和长度。

•地貌条件：选择地貌平坦或者适宜建设的地点，以便降低施工难度。

•经济条件：综合考虑建设投资、运营成本等经济因素，选择最优的建设方案。

大坝布置主要包括坝体主体和附属结构的设置。

坝体主体主要包括溢洪道、放空洞、冲击坎、溢流堰等构筑物，它们的布置应根据大坝水文、地质等条件灵活选择，以保证工程的安全性和可靠性。

2. 溢洪道溢洪道是大坝工程中的重要泄水结构，主要用于在洪水来临时，将多余的水流引导至安全地点，以保证大坝的安全运行。

溢洪道的选择和设计需考虑以下几个因素：•洪水流量：根据设计洪水，确定溢洪道的设计流量。

•洪水过程：了解洪水的流量变化过程，确定溢洪道开启和关闭的时机。

•溢洪流型：根据溢洪流型选择适当的溢洪道形式，如自由溢流式、控制溢流式等。

溢洪道的设计要满足以下几个基本要求：•正常下泄：确保大坝正常下泄的能力，以确保水库的正常运行。

•洪水安全：在设计洪水下，能够安全、稳定地排洪，保证大坝的安全。

•通行交通：考虑溢洪道安全通行和溢洪水对下游的交通影响，确保交通畅通。

•砂淤处理：要考虑溢洪道对砂淤的影响，采取相应的疏浚措施，确保溢洪道的畅通。

二、泄水建筑物设计1. 泄水建筑物的类型泄水建筑物是大坝工程中的重要组成部分，它主要用于控制和调节水库的出流，以维持一定的水位和水流量。

根据不同的用途和功能，泄水建筑物可以分为以下几种类型：•泄洪道：用于控制洪水的泄洪，通常位于大坝的下游，通过调节泄洪流量，防止洪水对下游产生影响。

•底孔排水孔：用于控制水库的水位，通过开启或关闭排水孔，可以调节水位，以满足水库的用水需求。

一、水利枢纽1.什么是水利水电工程枢纽为了满足防洪需求，获得发电、灌溉、供水、航行等方面的综合效益，需要在河流的适宜段修建不同类型的建筑物，用来控制和支配水流。

这些建筑物通称为水工建筑物，而不同功能的水工建筑物组成的综合体称为水利水电工程枢纽。

2.水工建筑物按其作用可分为几类水工建筑物种类繁多，但按其作用可以分为挡水建筑物，泄水建筑物，输水建筑物，取(进)水建筑物，整治建筑物，专门为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物等六类。

但是，应当指出的是，有些水工建筑物的功能并非单一，难以严格区分其类型。

如各种溢流坝既是挡水建筑物，又是泄水建筑物；水闸既能挡水，又可泄水，有时还作为灌溉渠首或供水工程的取水建筑物，等等。

3.什么是挡水建筑物用于拦截江河水流，形成水库或空高上游水位的建筑物。

如各种坝和水闸以及为抗御洪水或挡潮沿江河岸修建的堤防、海塘等。

4.水库有哪些特征水位及相应库容库容大小决定着水库调节径流的能力和它所能提供的效益。

因此，确定水库特征水位及其相应库容是水利水电工程规划、设计的主要任务之一。

(1) 死水位和死库容水库正常运用情况下允许水库消落到最低的水位称为死水位，该水位以下的库容即死库容。

除特殊情况外，死库容不参与径流调节，即不能动用这部分水库的水量。

(2) 正常蓄水位和兴利库容水库正常运用情况下，为满足设计的兴利要求，在设计枯水年(或枯水段)开始供水时应蓄到的水位，称为正常蓄水位，又称设计兴利水位。

该水位与死水位间的库容即兴利库容。

正常蓄水位到死水位间的水库深度称为消落深度或工作深度。

(3) 防洪限制水位水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位称为防洪限制水位。

可根据洪水特性和防洪要求，对汛期不同时期分段拟定。

(4) 防洪高水位和防洪库容当退下游防护对象的设计洪水位时，水库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在坝前达到的最高水位称为防洪高水位。

该水位与防洪限制水位间的库容称为防洪库容。

当防洪限制水位低于正常蓄水位时，防洪库容与兴利库容的部分库容是重叠的，可减小专用防洪库容，重叠部分称共用库容或重叠库容，在汛期是防洪库容的一部分，而在汛后则为兴利库容的一部分。

水利水电枢纽布置与设计第一部分拦河坝水利枢纽布置拦河水利枢纽布置的主要工作内容有坝址、坝型选择和枢纽工程布置等。

一、坝址及坝型选择在初步设计阶段，要进一步进行枢纽布置，通过技术经济比较，选定最合理的坝轴线，确定坝型及其他建筑物的形式和主要尺寸，并进行具体的枢纽工程布置。

（一）坝址选择选择坝址时，应综合考虑下述条件。

1．地质条件选择坝址，首先要清楚有关区域的地质情况。

坚硬完整、无构造缺陷的岩基是最理想的坝基：但如此理想的地质条件很少见，天然地基总会存在这样或那样的地质缺陷，要看能否通过合宜的地基处理措施使其达到筑坝的要求。

在该方面必须注意的是：不能疏漏重大地质问题，对重大地质问题要有正确的定性判断，以便决定坝址的取舍或定出防护处理的措施，或在坝利选择和枢纽布置上设法适应坝址的地质条件。

2．地形条件坝址地形条件必须满足开发任务对枢纽组成建筑物的布置要求。

通常，河谷两岸有适宜的高度和必需的挡水前缘宽度时，则对枢纽布置有利。

3．建筑材料在选择坝址、坝型时，当地材料的种类、数量及分布往往起决定性影响。

对土石坝，坝址附近应有数量足够、质量能符合要求的土石料场；如为混凝土坝，则要求坝址附近有良好级配的砂石骨料。

4．施工条件从施工角度来看，坝址下游应有较开阔的滩地，以便布置施工场地、场内交通和进行导流。

应对外交通方便，附近有廉价的电力供应，以满足照明及动力的需要。

从长远利益来看，施工的安排应考虑今后运用、管理的方便。

5．综合效益坝址选择要综合考虑防洪、灌溉、发电、通航，过木、城市和工业用水、渔业以及旅游等各部门的经济效益，还应考虑上游淹没损失以及蓄水枢纽对上、下游生态环境的各方面的影响。

（二）坝型选择常见的坝型有土石坝、重力坝及拱坝等。

坝型选择仍取决于地质、地形、建材及施工、运用等条件。

1．土石坝在筑坝地区，若交通不便或缺乏三材，而当地又有充足实用的土石料，地质方面无大的缺陷，又有合宜的布置河岸式溢洪道的有利地形时，则可就地取材，优先选用土石坝。