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1、群安水库枢纽工程设计The qunan Reservoir Key Project Designs总计 毕业设计（论文） 110 页 表 格 24 个目 录摘 要. IABSTRACTII第一章 基本资料11.1 水文气象11.1.1 流域概括11.1.2 气象11.1.3 径流21.1.4 洪水31.1.5 设计施工导流及度汛洪水31.1.6 泥沙31.2 工程地质71.2.1 区域构造及其稳定71.2.2 水库区工程地质条件81.2.3 坝址区工程地质条件91.3 建筑材料111.3.1 天然建筑材料111.3.2 三材12第二章 调洪演算162.1 工程等级规模162.2 防洪标准162
2、.3 调洪演算162.3.1 洪水过程线计算162.3.2 泄洪方式162.2.3 泄洪能力162.3.4 调洪演算17第三章 大坝设计193.1 坝型选择193.2 坝顶高程213.2.1 坝顶超高计算223.2.2 平均波高及波长计算223.2.3 平均波浪爬高233.2.4 风浪壅高计算243.2.5 最终坝顶高程确定253.3 坝顶构造263.3.1坝顶宽度计算263.3.2 坝顶的铺设263.4 坝坡及相关设计263.4.2 坝面排水273.4.3 护坡设计283.5 大坝其他构造283.5.1 防渗体选择283.5.2 坝体排水设计293.5.3 反滤层和过滤层303.5.4 筑坝
3、材料选择与填筑要求303.5.5土料的储量313.5.6 土料场的选择313.5.7 坝壳料场的选择323.5.8 填筑标准设计32第四章 泄水建筑物324.1方案比较334.2溢洪道的布置334.2.1引水渠布置344.2.2控制段布置344.2.3泄槽344.2.4消能防冲设施布置344.2.5出水渠布置354.3结构设计354.3.1引水渠354.3.2控制段354.3.4挑流消能364.3.5边墙结构设计364.4地基及边坡处理设计364.4.1地基开挖364.4.2边坡开挖及处理364.5混凝土的强度、防渗、抗冻指标364.6溢洪道水力设计374.6.1控制段374.6.2 泄流能力
4、计算：374.6.3 泄槽的水力计算394.6.4 波动掺气水深计算434.6.5 挑流消能计算444.7 校核情况45第五章 输水建筑物465.1方案比较465.2隧洞选线与布置465.3 闸门在隧洞中的布置465.4洞型尺寸465.5隧洞结构设计475.5.1衬砌厚度475.5.2分缝485.5.3 隧洞的灌浆、排水485.5.4混凝土的强度、抗渗、抗冻、抗磨和抗侵蚀49参考文献50摘 要群安水库枢纽工程设计分说明书和计算书两部分。水库以灌溉和工业供水为主，兼顾防洪，工程兴建后可以向地区工业供水。水库枢纽建筑物由主坝、溢洪道、放水洞组成。设计的主要任务是确定主要建筑物的级别，选定适宜的坝址
5、、工程总体布置、主要建筑物形式和控制性尺寸；选择水库的各种特征水位；选择施工导流方案、主要建筑物的施工方法、施工进度及总布置、天然建筑材料来源、对外交通及主要设备，及施工总概算进行技术经济分析，对各种主要建筑物进行确定，并通过水利计算验证所设尺寸对泄流及输水、消能防冲等方面的要求。根据建筑物各部位用料和技术要求，各料场的分布高程、数量和质量、开采运输及加工条件、受洪水及冰冻影响的情况。水库枢纽的主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。永久性建筑物设计洪水标准为50年标准，校核洪水标准为1000年标准，工程规模为中型。关键字：群安水库枢纽工程 主要建筑物 施工组织设计；Abst
6、ractThe qunan reservoir key project designs explains things the Ming edition and the account book two parts. The reservoir irrigates and the industrial water supply primarily, proper attention to both flood prevention, after project construction, may to the area industrial water supply. The reservoi
7、r key position building by the main dam, the spillway, puts the water tunnel to be composed. The designs primary mission is the determination main buildings rank, the designation being suitable dam site, the project general arrangement, the main building form and the control size; Chooses the reserv
8、oir each kind of characteristic water level; The choice construction conduction current plan, the main buildings job practice, the construction progress and always arrange, the natural building material to originate, the external communication and the major installation, and constructs the rough est
9、imate to carry on the technical economy analysis, carries on the determination to each main building, and supposes the size through the water conservation computation confirmation to the aerial drainage and the water distribution, disappears can against flush and so on aspect requests. According to
10、the building various spots needed materials and the specification, the various materials yards distributed elevation, quantity and the quality, the mining transportation and the working condition, and freeze the flood the influence the situation. The reservoir key positions main building rank is 3 l
11、evels, the secondary building is 4 levels, the temporary building is 5 levels. The permanent building design flood standard was 50 year standard, the examination flood standard is in 1000 the standard, the project scale for medium. Key word ：qunan reservoir key project designs；the main building；Cons
12、truction organization plan 第一章 基本资料1.1 水文气象1.1.1 流域概括 群安河位于某省群安盆地以北，东部天山山脉哈尔里南坡，地理位置介于东经90579419，北纬43024311，流域内地形大部属中高山地形，地势北高南低，由东北向西南倾斜，海拔3600米以上为冰川和永久积雪覆盖区，海拔25003600米区间为径流形成区，海拔13002500米属中低山区，河流全长31公里，坝址以上集水面积324平方公里，径流来源于高山冰雪融水，夏季的直接降水和季节性积雪融水，河道纵坡25%30%。1.1.2 气象群安河流域地处欧亚大陆腹地，属典型的大陆性气候，其特点是光照充足
13、，夏季炎热，冬季寒冷，干燥少雨，蒸发量大，春季多风。流域内盛行东北、东风，全年大风日数24天。库区内一般多出现顺河向风，多年平均年最大风速12m /s，风向基本上与坝轴线正交，吹程D=2.12km。库坝区多年平均降水量143.9毫米，多年平均蒸发量1232.3毫米，多年平均蒸发量见表11。表11 多年平均蒸发量月份123456789101112全年蒸发量(mm)26.442.2102.7190287.5279.3272.9263.3226.8135.352.826.41905.6库坝区多年平均温度7.5，一月平均气温-5.2，7月平均气温21.1，极端最高气温32.5（1986年7月15日），
14、极端最低气温-22.5（1984年1月17日），年日照时数在3000小时以上。气温详见表12。根据坝址处19551995年的冰情观测资料，最大河心冰厚0.44m，最大岸边冰厚0.45m。最大冻土深度80cm。表12 多年月平均气温（）月项目123456789101112全年月平均-5.5-4.33.0915.319.421.120.213.53.4-0.8-4.47.5最 高-10.1-8.018.722.925.729.732.530.126.120.18.07.132.5最 低-22.5-13.9-6.69-3.4-0.49.813.84.84.7-9.4-7.5-16.3-22.51.1
15、.3 径流群安河径流来源于高山冰雪融水，夏季的直接降水和季节性的积雪融水，径流的年际变化不大，但年内分配不均，据库址水文站18年（19791996）的实测资料，再加上断面上游引水渠引走的还原水量，年最大径流量64.65106m3（1990年），年最小径流量36.27106m3（1985年），汛期59月径流量占全年径流量的86.5%，其中68月径流量占全年的68.6%，枯水期11月至次年3月径流量占全年的7.4%。多年平均径流量49.51106m3，P=50%径流量49.20106m3，P=75%径流量40.81106m3，P=90%径流量33.74106m3，P=95%径流量29.64106m
16、3。表13 多年平均流量频率计算成果项目均值CvCs/Cv频 率 P（%）计算采用25102050758090平均流量(m3/s)1.570.260.2622.462.262.11.911.561.291.231.07表14 P=10%每月最大来流量表月份123456789101112Q(m3/s)0.650.510.4416.829.737.649.242.58.531.990.920.611.1.4 洪水群安河的洪水可分为暴雨洪水、融雪洪水、降水和冰雪融水混合洪水三种类型的洪水，其中融雪洪水大多出现在4月中旬至5月份，洪水的大小取决于冬春季山区积雪面积和积雪深度以及春季气温辐射条件，这类洪
17、水涨落缓慢，变幅较小，对水库的威胁不及夏洪大。夏季暴雨洪水多发生在7月中下旬及8月上中旬，这类洪水主要由大降水生成，其中大范围的暴雨洪水在群安流域出现频次虽少，但量级并不低，1961年7月21日测得日雨量93.4mm，调查最大洪峰流量199m3/s，最大一日洪量12.94106m3，另外有雨水和冰雪融水混合形成的洪水在本流域内也时有发生，这类洪水对水库安全、运用较为不利。因此，选择1998年8月上、中旬的一次洪水过程线作用为群安水库设计洪水的典型过程线（见表15）。1.1.5 设计施工导流及度汛洪水根据规范，施工导流洪水频率为P=10%，拦洪度汛洪水频率为5%，仍以1998年为典型年，洪水过程
18、线见表16。截流设计流量可选用截流时期内10频率的月平均流量，见表1-7。表17 P=10%每月平均来流量表 月份123456789101112Q(m3/s)0.20.10.153.44.15.88.26.42.01.20.50.31.1.6 泥沙群安河泥沙来源于融雪洪水和暴雨洪水对流域表面强烈的冲刷和侵蚀，根据实测资料（19962005年）分析，群安河输沙量年际变化较大，年内分配极不均匀，汛期58月输沙量占年输沙量的83.8%，49月占年输沙量的100%。最大年输沙量2.10104吨（2000年），最小年输沙量0.3104吨（2002年），最大年输沙量是年最小的7倍。多年平均年输沙量为1.1
19、4104吨，其中推移质泥沙为0.17104吨，悬移质泥砂为0.97104吨。表1-5 群安水库设计洪水过程线计算表时间P=0.1%P=2%典型估量m3/s放大倍比放大流量m3/s修匀流量m3/s典型估量m3/s放大倍比放大流量m3/s修匀流量m3/s7日0:003.4911.138.738.73.494.1514.514.54:003.7711.141.841.83.774.1515.615.68:004.4011.148.848.84.404.1518.318.312:004.0311.144.744.74.034.1516.716.716:003.4911.138.738.73.494.1
20、514.514.519:003.2411.136.036.03.244.1513.413.48日0:006.2811.1/10.969.7/68.562.06.284.15/3.9626.1/24.927.02:186.2810.968.577.06.283.9624.922.04:009.0210.998.398.39.023.9635.735.78:005.5310.993.093.08.533.9633.833.817:005.8510.963.963.95.863.9623.223.220:007.1510.977.977.97.153.9628.328.322:009.0210.99
21、8.398.39.023.9635.735.79日2:0014.3010.9156.0156.014.303.9656.656.66:0015.4010.9/8.1568.0/126.0145.015.403.96/2.5961.0/39.950.47:3017.108.15139.0139.017.102.5944.344.38:0021.308.15174.0174.021.302.5955.255.211:1247.608.15388.0388.047.602.59123.0123.011:4248.808.15/6.84398.0/334398.048.802.59/2.17126.0
22、/106.0126.013:0040.908.15333.0355.040.902.59106.0113.013:3741.508.15338.0355.041.502.59107.0113.013:5446.408.15378.0350.046.402.59120.0107.014:1240.208.15328.0340.040.202.59104.0106.014:4242.808.15349.0330.042.802.59111.0104.015:0031.608.15258.0300.031.602.5981.895.016:3928.808.15235.0235.028.802.59
23、74.670.017:1228.808.15235.0235.028.802.5974.670.020:0023.908.15195.0195.023.902.5961.961.921:0018.408.15150.0185.018.402.5947.759.021:1826.608.15217.0180.026.602.5968.959.021:4222.808.15186.0175.022.802.5959.158.022:0024.908.15203.0175.024.902.5964.557.022:4218.408.15150.0170.018.402.5947.756.010日0:
24、0019.808.15161.0160.019.802.5951.355.06:0014.108.15/10.915.0/154.0135.014.102.59/3.9636.5/55.848.08:0013.1010.9143.0132.013.103.9651.945.019:547.7210.984.184.07.723.9630.630.620:007.7210.984.184.07.723.9630.630.611日0:007.3310.9/11.180.4/81.980.07.383.96/4.1529.2/30.629.24:006.7411.174.874.86.744.152
25、8.028.08:006.4411.171.571.56.444.1526.726.717:124.9711.155.255.24.974.1520.620.620:004.7711.152.952.94.774.1519.819.821:34.3811.148.648.64.384.1518.218.212日0:004.5711.150.748.04.574.1519.019.0表16 群安水库施工期洪水过程线计算表时间P=5%P=10%典型估量m3/s放大倍比放大流量m3/s修匀流量m3/s典型估量m3/s放大倍比放大流量m3/s修匀流量m3/s23日20:006.402.7217.417
26、.41.7811.411.421.128.992.7224.524.51.7816.016.024日4:0010.602.7228.828.81.7818.918.98:0011.102.7230.230.21.7819.819.812:5313.002.72/2.0535.4/26.735.41.78/1.1623.1/15.123.114:0016.402.0533.639.51.161924.115:3024.202.0549.642.01.1628.124.515:4024.202.0549.642.51.1628.124.616:1221.402.0543.943.91.1624.8
27、24.816:2022.002.0545.145.11.1625.525.517:1228.202.05/2.3557.8/66.366.31.16/1.3232.7/37.237.217:2728.202.0557.865.51.1632.736.818:3825.302.0551.953.41.1629.330.619:0026.002.0553.353.31.1630.230.220:0024.402.0550.050.01.1628.328.321:1822.402.0545.947.81.16262722:0024.602.0550.446.71.1628.526.423:2421.
28、702.0544.544.51.1625.225.225日0:0023.102.0547.447.41.1626.826.81:0023.302.0548.848.81.1627.627.62:0023.802.0548.848.81.1627.627.64:0020.502.0542.042.01.1623.823.88:0016.502.72/2.0533.833.81.1619.122.08:2316.502.7233.833.81.1619.121.812:3513.402.7236.4/27.532.01.78/1.1623.9/15.520.016:0011.302.7230.73
29、0.71.7820.118.518:309.822.7226.726.71.7817.517.520:009.822.7226.726.71.7817.517.526日0:0010.302.7228.028.01.7818.318.34:009.822.7226.726.71.7817.517.58:008.502.7223.123.11.7815.115.112:006.712.7218.318.31.7811.911.920:005.592.7215.215.21.789.9510.01.2 工程地质1.2.1 区域构造及其稳定工程区位于天山东段块体内，北部为巴里坤塔格八大石隆起块体，南部
30、为群安盆地（沉降带）。其北面是天山东西向构造与阿尔泰北面构造的交汇部位，除近东西向及北西北西西构造较发育外，还见有少量的北北西向断裂及北东东向断裂，各种不同方向的断裂将本区分割成大小不同的构造块体。1. 主要构造形迹（1）巴里坤塔格天山庙大断裂该断裂总长300公里以上，西段走向近东西较平直，天山庙以东走向北西西，再往东转北东东，形成往南突出的弧形，断裂北倾，倾角7076。（2）南山口西断裂走向333，地表出露长度10公里，为具右旋特征的剪切断裂，此组方向的断层开成时间晚，截割了其他方向的断裂，是第四纪以来的活断层。（3）东沟断裂东沟断裂是库坝区附近的一条断裂，是在花岗岩体中发育的一条北东东走向
31、的断裂，断裂的东段沿群安河谷分布，成东西向延伸，东段在河谷南侧不远的基岩中通过，总长度约25公里，断裂倾角较陡，在75左右，且多朝南倾，为一条右旋走滑断层，它对库区地形及地质构造起到一定的影响。2 活动断裂与地震（1）达板果勒断裂达板果勒裂东端在未来100年内发生67级左右地震的可能性最大，但其最近的可能震源距库区在20公里以上，按地震影响场的衰减系数，对库区的影响裂度也在7或7以下。（2）东沟断裂该断裂长约25公里，历史上很少有地震活动，活动量也不大，本区尚未发现北东东向断裂发生过Ms5级地震的先例，因而估计未来百年内发生Ms6级地震的可能性很小，按照某省地区断层长度与发生最大地震的经验关系
32、式，该断裂可能发生的最大震级Ms=6.2，即使发生6.2级地震，其烈度也只有7。3. 区域稳定评价坝库区位于天山东段构造块体内，尽管附近有东沟断裂存在，经自治区地震局论证鉴定，活动量不大，它不是本区地震活动的控制性断裂，因此，区域构造环境较好，库坝区处于较稳定的块体内。据自治区地震局论证鉴定，区外达板果勒断裂东端发生67级左右地震的可能性最大，但对库区的最高影响烈度为7。1.2.2 水库区工程地质条件1. 库区地质概况群安水库在大地构造单元上属北天山地向斜褶皱带,哈尔里克复背斜,出露的地层有泥盆系中统大南湖级第三亚组和不同成因类型的第四系地层。现将库区出露地层由老到新分述如下：（1）泥盆系中统
33、大南湖组第三亚组大理岩：出露于库区西北部，为库区最老地层，分布面积0.08平方公里，岩石呈白色、灰白色，花岗变晶结构，产状9646。粉砂质凝灰岩：出露于坝址区河流西侧，分布面积0.4平方公里，岩石呈灰色、灰绿色，风化面为灰黑色，层状构造，由正常碎屑和胶结物组成，岩层产状倾向东，倾角7080。凝灰质粉砂岩：出露于坝址以东，面积1.8平方公里，由于断层与小褶曲的影响，产状变化较大。岩石呈灰色，风化面黑色，板状层状构造，由正常碎屑和火山碎屑组成。（2）第四系地层冲积层：由河流冲积作用形成的松散堆积物，分布在河床和河流形成的阶地上，沿河带状分布，厚度变化于213.2m，在坝址附近厚约25m。岩性为砂、
34、卵石。坡积碎石土层：主要分布在坝址两岸阶地上，厚度013m，其成分为碎石和粉土，碎石含量60%左右，粉土含量40%左右。2. 构造库区的内共有大小断层20条，最长达5.5公里，最短的仅几十米，以走向6070的最发育，主要断层有F1、F17、F18。F1断层：纵贯整个库区，属逆断层，长5.5公里，断层东段走向43，中段72，西段60，倾向南东，倾角6288，中段倾角陡，破碎带宽610米，破碎带由内向外依次有断层泥、糜棱岩、角砾石和压碎岩，断层破碎带连续，从坝址左坝肩穿过。F17断层：位于坝址右岸，为一正断层，长1公里，断层面倾向南西，走向62，倾角80，破碎带宽0.51米，可见断层角砾岩。F18
35、断层：位于坝址上游0.7公里处，接近南北走向。坝址区主要裂隙有7条，以北东向为主，南北向次之，最长达300m，小的只有几十米，裂隙倾角7080，裂隙张开宽度15cm，最大不超过10cm，裂隙面粗糙，有碎石、粘土物充填。3. 库岸稳定水库基底岩石为凝灰岩，河谷及两侧岸坡为厚度不大的松散堆积物覆盖，进入坝址附近因岸坡变陡，大部分范围基岩裸露，基岩完整。未发现滑坡体，位于坝址南侧的F1断层，向南倾斜，在坝址附近倾角82，出露在库区回水标高范围以上，水库建成蓄水后不存在滑动、坍塌问题。4. 库区渗漏库区处于高山峡谷区，两岸山势陡峻，山体雄厚，河谷深切，10公里范围内为最低侵蚀基准面，库区岩性由花岗岩和
36、凝灰岩组成，除发育有近东西，近南北向两级小规模断裂外，无规模较大的区域性断裂通过，故水库不会产生邻谷渗漏。5. 水库淹没及浸没库区内无工矿企业、居民点，仅有5亩耕地，1.3万余株野生乔灌木及268亩天然草场，故无大的淹没损失，岩质库岸也不存在浸没问题。1.2.3 坝址区工程地质条件1. 地质概况坝址区位于群安河谷近出山口地段，属低中山地貌，海拔14801883m，比高400m。坝区河流呈近东西走向，河流以下切为主，河谷呈“V”字形，现代河床宽2750m，河流弯急，流速大。坝址区上下游两岸冲沟发育，呈梳状展布，以近南北向者居多，冲沟具有延伸长、两岸陡立、切深大等特点，给选择坝线带来一定困难。坝址
37、区出露岩层主要有粉砂质凝灰岩、凝灰质粉砂岩、大理岩、第四系冲积物及坡积物，冲积物厚度25m，坡积物厚度014m。坝址区河谷两岸不对称，阶地亦不对称，河谷右岸较发育，阶地可见、级，级阶地不发育，级阶地在右岸呈带状分布，高出河水位30m左右，级阶地高出河水位4050m。坝址区内无大的断裂构造发育，只发育有几条规模较小的断层和两级裂隙，现简述如下：F1断层：位于左岸，走向43，倾向南东，倾角82，总长5.5公里，破碎带宽度610m，在左坝肩高出回水线以上300m出露，距左坝肩水平距离300m，对建坝影响不大。F17断层：位于右岸，走向62，倾向南西，倾角80，总长1公里，破碎带宽度0.5m，在右坝肩
38、高出回水线以上100m出露，距右坝肩水平距离200m，对建坝影响不大。F19断层：位于左坝肩，总长50m，走向6265，倾角直立。在左坝肩高出回水线以上100m出露，距左坝肩水平距离120m，对建坝影响不大。第一组裂隙：倾向258305，倾角6075。第二级裂隙：倾向3207，倾角5889。两组节理相交呈“X”型，其中第一组裂隙位于右岸坝脚附近，长20m，张开宽度约10cm，因规模较小，易于处理。1.2.4 坝址工程地质条件评价坝址区两岸山体雄厚，基岩裸露，主要为粉砂质凝灰岩和凝灰质粉砂岩，岩石坚硬较完整，岩层产状35010，NE或SE6580，倾向上游对建坝有利。两岸及坝基工程地质条件分述如
39、下：（1）左坝肩现代河床陡崖高13m，陡崖之上为级阶地，级阶地之上为坡积碎石覆盖，南北向分布宽度70m，坡度2530，厚013m，结构疏松，透水性强，需全部清除，在此之上岸坡变陡，为6575，未发现有大的不稳定体和缓倾角滑移面，出露岩石较完整，坚硬，强风化层厚度13m，弱风化层厚度510m，工程地质条件较好。（2）右坝肩右岸岸边有2040m高的陡坡，在1985m高程以上地形坡度50左右，右坝肩未发现有大的不稳定岩体和缓倾角滑移面，但在19802055m高程范围有一段地层较破碎，产状紊乱，风化深度20m左右，该段上部岩石破碎是由于表部风化裂隙发育，较软弱，风化强烈现象造成。右岸坝轴线上游，无第四
40、系坡积物覆盖，坝轴线下游阶地之上为第四系坡积物覆盖，分布范围南北向宽100m，东西向长160m，最大厚度7m。若在右岸布置溢洪道，应考虑清除破碎岩石及坡积物。（3）坝基工程地质条件坝基位于现代河槽，宽度27m左右，根据钻孔及探坑揭露，坝轴线附近覆盖层厚2m，之下基岩完整、坚硬，河流基本下切至新鲜岩面，基础处理较易。根据洞探揭露，两岸坝肩由河床岸边深入岩体内部10m以后，大部分岩石坚硬完整，节理裂隙不发育，岩层走向与河流走向呈大交角，围岩稳定性较好，均可布置导流洞和放水洞。1.3 建筑材料1.3.1 天然建筑材料群安水库天然建筑材料位于坝址下游7公里范围内，主要岩性为第四系崩坡积物和冲洪积物。为
41、满足设计要求，共选择了7个料场，各料场情况如下：（1）C6料场水库大坝坝体填筑料场，位于群安沟口右岸级阶地和该级阶地质沿相连接的山前堆积层，料场距大坝5公里，该处沉积层巨厚，贮量丰富，测算料场储量在100万立方米。颗料级配较好，颗粒磨园度由棱角状、次棱角状，直至滚圆状都有。从分布情况看，阶地前沿多为冲、洪积堆积物，卵、砾石磨圆度好呈滚圆，夹有大量漂石，多数砾石直径500mm，个别有超过此粒径的向阶地后沿发展,主要是山前洪积堆积层，分选及磨圆度都较差，颗粒以棱角状和次棱角状为主，最大颗料直径250至350mm，山前个别漂砾大于800mm。堆积物母岩成分以花岗岩、灰岩为主，颗料间充填物由砂、砾和土组成，山前堆积物中土含量较大，而阶地前沿冲，洪积堆积冲填而以砂、砾为主。该料场物理力学指标见表1-8、表1-9。（2）C1砂石料场C1砂石料场位于群
