平山水利枢纽水工课程设计(使用版)

波浪在坝坡上的爬高 可按以下经验公式计算：
（2-2）
式中： 为波高，
，m；
m 为土坝上游坝坡坡率，初拟时可取为 3；
n 为上游糙率，上游拟采用浆砌块石护坡，取为。
安全加高 根据坝的等级和运用情况，按表 2-1 确定。
表 3-1
安全加高 的取值（m）
坝的级别
1级
2级
3级
4、5 级
设计
1
校核
山区、丘陵区 平原、滨海区
（4）放空建筑物可利用导流隧洞，导流隧洞底部高，直径，上游土石围堰顶部高程， 下游土石围堰项部高程。 筑坝材料
坝轴线下游~3.5km，土料储量丰富，质量可满足筑坝要求。砂料在坝轴线上、下游~的 河滩开采，石料可在坝轴线下游左岸的山沟里开采，材料的性质及各项指标如下表所示：
土壤类别 干容重(kN/m3) 最优含水量(%) 孔隙率(%) 内摩擦角 粘着力(kN/m2) 渗透系数 (cm/s)
下而上依次为、、。 心墙的断面尺寸
本土石坝的防渗体为粘土心墙。 （1）位置
粘土心墙位于土石坝断面的中心线，心墙底部设置齿墙。 （2）心墙断面尺寸
顶宽：心墙顶部的水平宽度应满足用施工机械碾压的要求，一般不小于 3m。本设计中 可取为 4m。
坝顶高程 坝顶高程分别按设计情况和校核情况计算，取两者之大者，并预留一定的沉降值。
土坝坝顶高程=水库静水位（设计水位或校核水位）+坝顶超高 d 坝顶超高 d=风吹的雍高 e+波浪的爬高 +安全加高
风吹的雍高 e =
（2-1）
式中：K 为综合摩阻系数，不同研究者所建议的 K 值有所不同，一般取值范围为×10-3~5 ×10-3，计算时可取×10-3；V 为设计风速，m/s；D 为吹程，km；H 为水库水域的平均水深， m； 为风向与坝轴线法线方向的夹角。
永久性水工建筑物洪水标准（已给定）：正常运用（设计）洪水重现期 100 年；非常运 用（校核）洪水重现期 1000 年。
枢纽建筑物选型 坝轴线选择
本设计中坝轴线位置已选定，不作考虑。 枢纽各建筑物的选型 （1）挡水建筑物的选型
本枢纽位于山区性河流，考虑重力坝、拱坝、土石坝三种方案，进行方案比选。 ①重力坝方案
壤土
粘土
山皮土 覆盖层
砂料 堆石
15
42 24 （干）
12
1 10-5
20 （湿）
25
40 20 （干）
37
1 10-6
18 （湿）
23
39 33 （干） 10（干） 1 10-3
22 （湿） （湿）
35
0
1 10-4
40
30
0
1 10-3
33
38
0
基岩允许抗压强度 2MPa，混凝土与岩基摩擦系数 f=。基岩的内摩擦系数 f=，粘着力 C=，容 重γ=26kN/m3。
该枢纽拦河大坝属于 2 级水工建筑物，安全加高 分别取：正常运用情况下 1.0m，非 常运用情况下。
坝顶高程计算成果见表 3-2，坝顶高程由设计情况控制，设计竣工时坝顶高程为。
表 3-2
坝顶高程计算成果表
计算项目
设计情况
校核情况
上游静水位
m
河底高程
m68ຫໍສະໝຸດ 坝前水深 Hm吹程 D
km
8
风向与坝轴线的夹角
上下游坝坡 对粘土心墙坝，上下游坝坡一般在 1：2~1：4 之间选取。而且，一般上游坡比下游坡稍
缓；沿坝高一定高度（可取为 20~30m）改变一次坝坡，坝坡相差~，且设置一级马道。 本设计中，最大坝高约为=，故采用三级变坡。上游考虑在一半坝高附近变坡一次，上
部坡率取，下部坡率取 3，变坡处设马道。下游每隔 20m 变坡一次，变坡处设马道，坡率自
3 土石坝设计
选择土石坝的类型 影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的筑坝材料。还有地形、地质
条件，气候条件，施工条件，坝基处理，抗震要求等。应选择几种比较优越的坝型，拟定剖 面轮廓尺寸，进而比较工程量、工期、造价，最后决定技术上可靠，经济上合理的坝型。根 据前述初步分析，这里着重比较土石坝的几种坝型：均质坝、心墙坝和斜墙坝。 （1）均质坝 均质坝材料单一，施工简单、方便，干扰少。但均质坝坝身黏性较大，雨、冬季施工较为不 方便，不利于加快进度，缩短工期[1]。同时均质坝坝坡较缓，工程量大，需要大量足够适宜 的的土料，该处土料储量丰富，但多为砂料、山坡土、覆盖层，不能渗透系数的要求，故而 不考虑均质坝。 （2）斜墙坝 斜墙坝的坝壳可以超前于防渗体进行填筑，而且不受气候条件限制，也不依赖于地基灌浆施 工的进度，施工干扰小。但由于抗剪强度较低的防渗体位于上游面，故上游坝坡较缓，坝的 工程量相对较大（相比于心墙坝）。斜墙对坝体的沉降变形也较为敏感，与陡峻河岸的连接 也比较困难，而本枢纽坝址处左岸岸坡较陡，故不宜选用。 （3）心墙坝
平山河流域都是丘陵及山区，河谷山坡陡竣，坡度约为 60 ~70 ，地势高差为 80~120m 河床一般约为 400m，河道弯曲，坝址处成 S 形，沿河沙滩及两岸坡积层发育，坝址处两岸 河谷呈马鞍形，履盖层较厚，基岩产状零乱。
靠坝址上游是泥盆纪五通砂岩，坝址下游是二迭纪石灰岩，坝轴线位于五通砂岩上。 在平山咀以南石灰岩沙岩分界处，发现一大断层，走向近东西，倾向大致北西，在坝轴 线左岸的五通砂岩特别破碎，产状零乱，两岸岩石破碎，岩石的隐裂隙很发育。岩石的渗水 率很小，两岸多为~升／分，坝址处沿坝轴线是~5.0m 厚的覆盖层，k=1×10-4cm/s，γ浮＝m3， =35 。 水文气象 暴雨洪峰流量%=1860m3/s，%=1550m3/s，Q1%=1380m3/s。 多年平均流量 s，多年平均来水量亿 m3，多年平均最大风速 10m/s，水库吹程 8km，多 年平均降雨天数 48 天/年，库区气候温和。 其他 坝顶设有公路，枢纽工程的对外交通有水路、公路、铁路。 坝区地震为 5~6 度，可不考虑。 设计基本参数 水库规化成果 （1）正常高水位 113.0m （2）设计洪水位（百年一遇） （3）校核洪水位（千年一遇） （4）死水位（发电极限工作深度 8m） （5）灌既最低库水位 （6）水库总库容亿 m3 （7）水库有效库容亿 m3； （8）发电调节保证流量 Qp=7.35m3/s，相应下游水位 （9）发电最大引用流量 Q＝28m3/s，相应下游水位 （10）通过调洪演算，溢洪道下泄流量 =840 m3/s，相应下游水位 （11）校核情况下，溢洪道下泄流量 =1340 m3/s，相应下游水位 （12）水库淤积高程 枢纽各建筑物设计条件 （1）土坝，沿坝轴线布置； （2）溢洪道，堰项高程 107.5m； （3）水电站，装机容量 9000KW，机组台数 3 台，厂房尺寸 ，引水隧洞直径，尾水管 底板高程 62.0m；
相较于以上两种方案，土石坝方案优势很明显。土石坝适应性强，对地形、地质条件要 求低，几乎在所有的条件下都可以修建，建基面覆盖层可不必挖去，节省成本。且土石坝施 工技术简单，可实行机械化施工，缩短工期。坝轴线下游~，土料储量丰富，质量可满足筑 坝要求，避免了长途运输，因此土石坝造价相对较低。所以采用土石坝方案。 （2）泄水建筑物型式的选择
心墙坝的防渗体位于坝体中央，适应变性的条件较好，特别是当两岸坝肩很陡(与本枢 纽适应)时，较斜墙坝优越。其优点还有：①心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其 自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面 产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；②当库水位下降 时，上游透水坝壳中水分迅速排泄，有利于上游坝坡稳定，使上游坝坡比均质坝或斜墙坝陡； ③下游坝壳浸润线也比较低，下游坝坡也可以设计得比较陡；④在防渗效果相同的情况下， 土料用量比斜墙坝少，施工受气候影响相对小些；⑤位于坝轴线上的心墙与岸坡及混凝土建 筑物连接比较方便。
2、枢纽建筑物选型及枢纽总体布置 工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准 枢纽建筑物组成：
根据枢纽任务，该枢纽组成建筑物包括：拦河大坝、泄水建筑物、水电站建筑物、灌溉 渠道、水库放空建筑物（隧洞）。 工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准 根据所给资料（发电、防洪、灌溉面积等）对照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252 —2000）确定工程等别和建筑物级别。 1）各分项等级：电站装机容量 9000 千瓦，小于 10MW，属Ⅴ等工程，工程规模为小（2）型； 总库容为亿 m3，在 10～亿 m3 范围内，属Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型； 2）工程等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同等别 时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，初估本枢纽工程属Ⅱ等工程，工程规模为大（2） 型。 3）水工建筑物的级别：根据永久性水工建筑物级别的划分标准，Ⅱ等工程的主要建筑物为 2 级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、泄水建筑物、水电站建筑物、灌溉渠道、水库 放空隧洞均为 2 级水工建筑物。
对土石坝，泄水建筑物可考虑岸边溢洪道和水工隧洞。本枢纽坝趾下游 300m 处的两岸 河谷呈马鞍形，右岸有马鞍形垭口，极适宜修建岸边溢洪道泄洪，可大大减少开挖量，降低 造价。岸边溢洪道结构简单，运行安全可靠，且超泄能力强，适用于各种水头和流量。故本 设计泄水建筑物采用岸边溢洪道。 （3）水电站建筑物
土石坝不宜采用坝式水电站，而宜采用引水式发电，所以这里用单元供水式引水发电。 （4）放空建筑物 施工导流洞及水库放空洞，均采用有压式。为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞 作放空洞，洞底高程为 70.00m，洞直径为 3.50m。 枢纽总体布置 挡水建筑物（土石坝）：位于主河床，布置呈直线 泄水建筑物（溢洪道）：布置在大坝右岸的天然垭口处。 水电站建筑物：引水隧洞、电站厂房、开关站等布置在右岸（凸岸），在副坝和主坝之间， 厂房布置在开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边。 放空建筑物：待定布置在左岸的山体内。 综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置直接绘制地形地质平面图，见附图一。