水库土石坝工程设计毕业论文

W水库土石坝工程设计

库容为4.5亿立米；死水位85.1米，相应库容0.25亿立米；防洪限制水位可降至107.7米；设计洪水位110.96米；校核洪水位113.46米，为2000年一遇的洪水标准，对应库容5.5亿立方米；初步选定堰顶高程104米，闸孔数×闸孔宽×闸孔高=3个×8m×8m，溢流堰上游底板高程101m，下游底板高程96m。本土石坝干砌块石护坡，水库水域的平均水深19m，建基面高程为66米。

为保证城市、工矿区以及两岸农田达到防洪标准，经与l水库联合调洪分析，确定W水库100年一遇下泄流量不得超过1000立米每秒，校核洪水位下最大下泄流量为1629.01立米每秒。

根据下游用水需要确定最大引水流量为56立米每秒，渠首水位72.3米。 根据人防要求，水库应能在30天内将水位由正常高水位降至死水位（上游来水为年平均流量）。

已确定水库设水电站，利用灌溉及城市用水发电，装机为2×7500千瓦＋400千瓦。工程特性表详见表1

表1 W水库工程特性表 工程名称 坝址区地震烈度 控制流域面积 水文特性 百年一遇设计洪水流量 两千年一遇校核洪水流量 正常蓄水位 设计洪水位 水位 校核洪水位 死水位 水库特性 总库容 设计库容 库容 兴利库容 死库容 坝型 土石坝 坝顶高程 114.49m 113.46m 85.1m 5.5亿m3 4.5亿m3 4.25亿m3 0.25亿m3 心墙土石坝 W水库工程 Ⅶ度 122.8km2 1000m3/s 1629.01m3/s 110.8m 110.96m

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2 工程等别及建筑物级别

按工程规模及其在国民经济中的作用，水库总库容为5.5亿m3，根据库容确定工程规模，按《水利水电工程等级划分标准及洪水标准》SL252-2000规范中的规模标准，水库枢纽属于大（二）型工程，工程等别为Ⅱ等，再根据工程级别判定建筑物级别，主要建筑物（挡水及泄水建筑物，主要包括大坝、溢洪道、输水隧洞等）按2级设计，次要建筑物按3级（主要包括灌区等建筑物）设计，确定水库设计洪水标准为P＝1%（100年一遇），校核洪水标准为P＝0.5‰（2000年一遇）。

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3 土石坝设计

本章是土石坝的坝体设计部分，综合本章设计要求绘制土石坝坝体剖面图，包含基本的剖面设计，心墙设计及坝料的设计绘制和说明。

3.1 坝型选择

首先对坝型进行选择，比较重力坝、拱坝、土石坝三种坝型所要求的地形地质条件和各自的优缺点如下：

重力坝对地形、地质条件适应性强，对地质条件的要求也较拱坝低，但由于体积大，材料特性不能充分利用，水化热不易散发，温控要求高。

拱坝对基础及坝肩地质条件要求比较高，从本次设计的地质地形条件来看，修建拱坝条件不具备，因此不予考虑。

土石坝应用有以下优点：

（1）筑坝材料可以就地取材，可节省大量钢材和水泥； （2）较能适应地基变形，对地基承载的要求低； （3）结构简单，工作可靠，便于维修；

（4）施工技术成熟，便于组织机械化快速施工。而且坝址附近筑坝材料包括防渗土料充足，工程造价低。

通过上述比较，综合选择土石坝，土石坝中包括垂直心墙和斜墙形式。 土质心墙坝和斜墙坝防渗体易于与坝基垂直或水平防渗体连接，可建在较深的覆盖层上，适于各种高度的坝。一般来说，心墙坝较适于高坝，坝的剖面较小，在同一水力坡降时，土心墙剖面小于斜墙，如土料用量相同时，土心墙的水力坡降便较小，抗渗性比斜心墙较高；不论心墙的建基高程有何变化，心墙轴线总是不变，而土斜墙的中心线则是随建基高程而变；土心墙坝的施工经验多，质量易保证，防渗效果较好。心墙坝的防渗体位于坝体中央或偏上游，不均匀变形和抗震能力较强，经比较，心墙坝较斜墙坝优越。

3.2 坝体剖面设计

主要是土石坝基本剖面，包括坝高、坝宽及坝坡和心墙设计。 3.2.1 坝顶高程的确定

考虑土石坝的特点，为防止库水漫溢坝顶，坝顶在水库静水位以上应有足够的波浪超高，必须防止水在波浪的作用下漫过坝顶，根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001的相关规定，坝顶高程分别根据设计洪水位与校核洪水位按照下式计算并选取较大值：

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坝顶高程h设=设计洪水位+正常运行安全超高d设=111.68m 坝顶高程h校=校核洪水位+非常运行安全超高d校=114.49m 坝顶高程h校=正常蓄水位+地震安全加高d震=112.6m

超高公式计算推荐采用水利水电科学研究院建议公式（如下）。

d?ha?e?A

式中：ha：波浪在坝坡上的爬高且ha?0.45hlm?1n?0.6=0.02/0.028m

其中hl：设计波高，hl?0.0166V054D13=0.125/0.173m

v0：计算风速；D：吹程；m：坝坡坡率；n：坝坡护面糙率；

e：风浪引起的坝前水位雍高且e?KV2Dcos?/2gH=0.002/0.005； 其中K：综合摩阻系数，计算时取k?3.6?10?3； V：设计风速；

?：风向与坝轴线法线方向的夹角，取??0?；

H：水库水域的平均水深；取19m

A：安全加高。坝高小于50m，属中低Ⅱ坝取0.7m/1m

地震安全加高=地震涌浪加高（h）+地震附加沉陷值（s）+安全加高（A） 在震区的土石坝，要考虑振动使坝沉陷和地震造成的水面涌浪，安全超高要适当加大，因库区无滑坡地质，所以滑坡产生的涌浪不予考虑，(1) 根据《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97的相关规定，地震涌浪加高h一般为0.5 ~1.5m，本拟建水库地震烈度为7度，坝前水深为19米，取0.7m。

(2) 地震附加沉陷值s取1.0%的最大坝高，则为0.40m (3) 安全加高A，取0.5m

综合三种情况选取最大值，确定坝顶高程为114.49m，则最大坝高为48.49m。 3.2.2 坝顶宽度的确定

坝顶宽度取决于施工、运行、构造、地震、人防等要求。根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001的相关规定，按照构造、施工、运行和抗震因素确定，如无特殊要求时，高坝顶宽可选用10~15m，中、低坝可选用为5~10m，初拟为8.0m。坝顶宽度必须满足心墙顶部及反滤层布置的需要，寒冷地带还应考虑对反滤料保护。 3.2.3 坝坡

土石坝上下游坝坡取决于坝型、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大小。根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001

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