粘土心墙坝工程学院毕业设计说明书.doc

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1、长春工程学院毕业设计前 言毕业设计是大学本科教育的最后一个教学环节，也是最重要的教学环节之一。既是所学理论知识巩固深化过程，也是理论与实践相结合的过程。毕业设计是培养学生综合运用所学基本理论知识和基本技能，去解决实际问题和进一步提高运算、制图以及使用技术资料的技巧、完成工程技术和科学技术基本训练的重要环节。使学生从中受到工程师所必需的综合训练，并相应地提高各种能力，如调查研究、理论分析、设计计算、绘图、试验研究、技术经济分析、组织、撰写论文和说明书等等，培养实事求是、谦虚谨慎、刻苦钻研、勇于创新的科研态度和科学精神。经过严格的毕业设计训练，使我们进入工作岗位后，可以较快地适应工作。本次设计的任

2、务是亭子口水利枢纽工程，此工程是以发电为主，兼顾灌溉的综合利用的水利枢纽。本枢纽处于大陆腹地，气候干燥，坝区流道顺直，两岸为不对称河谷，岸坡陡峭。因此在组织设计过程中应充分考虑工程地质条件及处理措施，根据当地的条件选择最优的方案，使之既经济又安全。本工程承担发电、泄水、防洪任务，因此对水工建筑物的稳定、承压、防渗、抗冲等方面都有特殊要求，如要采取专门的地基处理措施和应力条件分析，以确保工程质量，优质完成设计任务。全文包括设计挡水建筑物即挡水坝的，泄水建筑物即溢流坝的设计以及土坝细部构造与坝基处理等部分，详细的介绍了亭子口水利枢纽工程设计的内容。 作者：白昱2012年6月 1长春工程学院毕业设计

3、第一部分 设计说明书1 基本资料1.1 坝址区自然条件简况设计资料坝址位于峡谷河段地址概况设计资料1.2.1 库区工程地质水库区位于溇水上游河段的深山峡谷中，河段多为U型和V型峡谷，岸坡陡峻，人烟稀少，水库两岸大部分植被发育良好；水库区很少发育漏斗形的地形，除在坡脚因崩塌易形成常见的含碎、块石堆积体外，一般基岩（灰岩）直接裸露，较难具备形成泥石流的地质环境条件，调查中水库区未见泥石流的迹象，亦没有发生过大的泥石流，除因暴雨形成的山洪冲刷浅表层的覆盖层以外，无大的固体迳流来源。库区基岩裸露，地形险峻，但植被尚较好，固体径流来源少。峡谷深切，人烟稀少，除鹤峰县城外，仅在江坪河、白日垭、五码头、让口

4、、风竹园、南渡江、沈家河、和坪、茶园湾等少数宽谷阶地或碎屑岩缓坡上有少量农户居住，淹没损失小。库区以岩溶峡谷为主，地下水排泄条件较好，耕地极少，主要岩溶洼地（槽谷）有：关庄坪杨柳垭鹤峰岩溶洼地（槽谷），高程为580m1000m；石龙洞凉水井岩溶洼地（槽谷），高程为700m1000m；杨柳坪岩溶洼地（槽谷），高程为700m900m；九洞坪七男坪岩溶洼地（槽谷），高程为760m800m；梅坪岩溶洼地（槽谷），高程为725m750m；红鱼坪岩溶洼地（槽谷），高程为640m720m；曲溪岩溶洼地（槽谷），高程为600m650m；柘坪岩溶洼地（槽谷），高程为550m。其地面高程均在高程550m以上，不存

5、在岩溶洼地等的浸没问题。 2长春工程学院毕业设计1.2.2 坝址区工程地质坝址区为岩溶峡谷，两岸山体雄厚，地貌形态以溶蚀峰丛洼地为主，次为剥蚀垄丘坡地，层状地貌较明显。左右岸均有不对称冲沟发育，在坝址1.5km范围坝基岩石及砂砾石的物理学性质资料1.3.1 建造材料及水源资料坝址附近缺少大规模土料料场，但坝址区块石料储量丰富，质量较好，蓄量丰富，粗骨料可满足要求。1.3.2 粘土的物理力学指标在天然状态下：粘粒含量30%40%；天然含水量23%24%；塑性指数1517；不均匀系数50；有机质含量0.4%；水溶盐含量2%；塑限17%19%；比重2.72.72。扰动后的主要物理力学指标为干容重16

6、.50kN/m3;饱和容重20.60kN/m3；浮容重0.60kN/m3；渗透系数210-6cm/s。1.3.3 筑坝材料物理力学参数筑坝材料物理力学参数见表（1-1）。表1-1 筑坝材料物理力学参数表3长春工程学院毕业设计1.4 水库特征表特征水位与流量见表（1-2）。表1-2 特 征 水 位、流 量 表2 设计任务2.1 依据资料进行坝型选择和设计根据给定的地形、地址、水文及施工运行方面的资料对选定的坝轴线，坝型进行论证。确定枢纽主要建筑物的组成，根据建筑物及其要求确定主要建筑物在枢纽布置中的现对位置。4长春工程学院毕业设计2.2 主要建筑物设计2.2.1 挡水坝坝段的设计确定挡水坝的使用

7、部面及轮廓尺寸，并进行渗流分析、坝体稳定。绘出最大处挡水坝横剖面图。2.2.2 溢洪道的设计确定泄洪道的基本部面及轮廓尺寸，进行水利计算及稳定。3 枢纽建筑物及其布置3.1 工程标准水库总库容为13.66亿m3，电站总装机容量为450MW。按照DL5180-2003水电枢纽工程等级划分及设计安全标准规定，本工程属一等大(1)型工程。3.2 水工建筑物级别挡水建筑物、泄洪建筑物等主要永久建筑物为1级建筑物，输水发电系统中发电进水口、主厂房、副厂房、开关站出线场等主要永久建筑物，按电站装机容量相当于二等大(2)型工程，按2级建筑物设计，其余次要建筑物为3级建筑物。3.3 坝型选择坝型选择要根据地形

8、条件、地质条件、筑坝材料、施工条件、气候条件及坝基处理等各种因素，要求宣泄洪水情况，地震情况及枢纽任务，初步拟定几种坝型进行定性比较，选定技术上可靠、经济上合理的坝型。本设计限于资料只作定性的分析来确定土石坝坝型的选择。3.3.1 均质坝均质坝坝体材料单一，施工方便，当坝址附近有数量足够的适宜土料时可以选用，这种坝所用的土料的渗透系数较小，施工期坝体内会产生空隙水压力，影响土料的抗剪度，所以坝坡较缓，工程量大；此外铺土厚度薄、填筑速度慢、施工容易受降雨和冰冻影响，不利于加快进度、缩短 5长春工程学院毕业设计工期。一般适用于中、低坝。工程量太大，故不采用此方案。3.3.2 斜墙坝雨季和寒冷季节可

9、先上透水料争取工期；坝基处理可与斜墙及坝壳填筑同时进行，不影响坝体施工；斜墙位于透水坝壳之上，如坝壳沉陷较多，将影响斜墙开裂；库水位降落时斜墙孔隙水来不及排出时，影响上游坡稳定；与岸坡及混凝土建筑物连接不如心墙坝；斜墙与地基接触应力比心墙小，与基础结合不如心墙坝，故不采用此方案。3.3.3 面板堆石坝工程量较小，施工方便。在具有大型振动碾等条件下，有很强的竞争力坝型。堆石坝施工干扰相对较小。但是由于河床地质条件较差，河床覆盖层一般为30米40米，最大深度达70余米，作为堆石坝可能导致大量的开挖，此方案不予考虑。3.3.4 心墙坝适应变形能力强，抗震性能较好，两岸的连接较为方便，坝址附近料场满足

10、供应要求，故优先考虑此坝型，且根据地形条件、地质条件、筑坝材料、施工条件、气候条件等，最终决定采用心墙坝方案。因此最终选用心墙坝方案。3.4 枢纽建筑物及其布置3.41 枢纽组成建筑物（1）挡水建筑物：土石坝。（2）泄水建筑物：溢洪道。3.4.2 枢纽总体布置（1）挡水建筑物土坝挡水建筑物按直线布置，坝布置在河弯地段上。（2）泄水建筑物溢洪道泄水建筑物采用溢洪道，溢洪道布置在坝体的左侧。6长春工程学院毕业设计4 挡水坝段设计大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程，坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体等排水设备。4.1 坝顶高程坝顶高程分别按正常情况、非常情况下的两种方案来计算大坝的高程，最后计算出数据取最大值，

11、同时并保留一定的沉降值.坝顶高程在水库正常运用和非常运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高Dh按下式计算：Dh=R+e+A (4-1) 式中：R波浪在坝坡上的爬高，m；e风浪引起的坝前水位壅高，m；A安全加高，m。根据坝的级别和运行情况按下表4-1选用。表4-1 土坝坝顶的安全超高 单位：m 查碾压式土石坝设计规范波浪的爬高R可按用蒲田实验站公式计算：= KKvK+m2vgDgv2（4-2） =0018045（4-3）2Li=252hi （4-4） 式中：h平均波高，m；v多年平均风速，m/s，正常情况下(1.52.0)V，非常情况下V；7长春工程学院毕业设计D水库吹程

12、，本设计取D=900m；Kw经验系数，根据计算无维量查碾压式土石坝设计规取1.0；KD斜坡糙率及渗透性系数，KD=0.750.80，取KD=0.80； Kb折减系数，风向与坝轴垂线的夹角为0，查得折减系数Kb=1.0； Ll平均波长，m。风壅水面高e按下式计算：e=Kv式中： 2DgHcosb （4-5）K综合摩阻系数，取3.610； -6v多年平均风速，m/s，正常情况下(1.52.0)V，非常情况下V；D水库吹程，本设计取D=900m ；风向与坝轴线方向所成的夹角，=0；H水库的平均水深，m。结果取正常、非常情况两者之大者，并预留一定的沉降值.结果见下表（4-2）。表4-2 坝顶高程计算成

13、果表8长春工程学院毕业设计设计情况取坝顶高程为476.42m，坝高184.36m，4.2 坝顶宽度坝顶宽度取决于施工、交通、构造、运行、抗震与防风等要求。如坝顶设置公路或铁路时，应按交通要求确定。SL274-2001碾压式土石坝设计规范规定：高坝顶宽可选为1015m，中、低坝顶宽选为510m。对心墙或斜墙坝还需要满足其墙顶和两侧反滤层的布置要求。在寒冷地区，还应使心墙或斜墙至坝面的最小距离大于当地冻土层厚度，以免防渗体冻融破坏。查水工设计手册可知，当坝高大于100m时，应按B=H确定坝顶宽度，即B=H=.04=13.46m。确定坝顶宽为B=13m。4.3 坝坡的确定土石坝边坡的大小取决于坝型、

14、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的大小，边坡选择一般从以下几方面选择：（1）由于土石料在饱和状态下抗剪强度降低，且库水位下降时，渗流力指向上游，对上游坝坡稳定不利。所以土料相同时，上游坡应比下游坡缓；（2）从坝型上看，心墙坝其下游坡稳定受心墙土料特性影响较大，故下游坡一般较斜墙坝缓；9长春工程学院毕业设计（3）从受载情况看，为适应越向底部荷载逐渐增加的特征，坝坡应上陡下缓，且土石坝上下游一般做成变坡的，自上而下逐渐变缓，相邻坡率差为0.250.5。综上，参考已建工程，拟定该土石坝坡分别为：上游：1：2.5 1：2.75 1：3.00下游：1：2.25 1：2

15、.5 1：2.754.4 坝体排水设备坝体排水主要是控制和引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定性，防止渗透变形，并保护下游坝坡免遭冻胀破坏。坝体排水有一下几种形式：（1）棱体排水，又称为滤水坝趾。是在下游坝脚处用块石堆成的棱体。棱体与坝体以及 土质之间均应设置反滤层。在棱体上游坡脚出应该尽量避免出现锐角。棱体排水可以降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护尾水范围大坝防渗体所谓防渗体，就是该部分土体比坝壳其他部位更不透水，它的作用是控制坝体内浸润线的位 10长春工程学院毕业设计置，并保持渗流稳定。均质坝的整个坝体都是防渗体。分区坝防渗体的主要形式为心墙和斜墙。SL274-2001碾式

16、土石坝设计规范规定：心墙的Ja不宜大于4，斜墙的Ja不宜大于5。国内外土石坝的建设实践中，后心墙的的底部常取为水头的30%50%，薄心墙的底部厚度常取为水头的15%20%。 大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两个方面。（1）坝体的防渗坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、降低浸润线控制渗透坡降的要求，同时还要满足构造、施工、防裂、稳定等方面的要求.该坝体采用粘土心墙，其底部最小厚度由粘土的允许坡降而顶，根据经验本设计允许渗透坡降取J=4，参考以往工程的经验，心墙的顶部宽度取为3，粘土心墙坝坡的坡度为1:0.2，粘土心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高0.6m）并高于校核洪水位

17、为原则，最终取其心墙顶高程为473.72，墙顶的上部预留有1.5m的保护层，心墙两侧设0.6m厚的粗砂层。（2）.坝基防渗体这个大坝坝基不设坝基防渗体。材料给出坝址区露岩层主要为黑云角闪石英片岩，该岩石致密坚实，不透水，乃风化性强。由材料可以知道，坝基岩体非常好，不透水，所以不用做坝基防渗体。见大坝剖面简图(4-1)。 图4-1 大坝剖面图11长春工程学院毕业设计5 土料设计筑坝材料的设计与土坝的结构设计、施工方法及工程造价有关，一般力求坝体粘性土料的设计计算公式：设计初步阶段，缺乏实验资料时，干容重按下式计算gd=hgwG （5-1） 1+wG（5-2）w=wp+BLp式中：3gd 设计干容

18、重，g/cm（）；gw 水容重，取9.81N/m3G 土粒比重，取2.72；h 经验系数，取0.95；wp 土的塑限，取18%；B稠度系数，取0.1；Lp 塑性指数，取16% 。5.2 非粘性土料设计对于砂砾料，由于含有砾石，如果用一般砂土的干容重控制砂砾料施工，会使坝壳紧密度降低。可根据不同粗砾的含量，选择设计干容重。参照下表（5-1），根据经验选择gd=20kN/m。312长春工程学院毕业设计表5-1 不同砾石含量设计干容重参考表6 渗流计算土石坝的渗流计算主要确定坝体的浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据；同时确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水库的渗漏损失，而且还要确定坝

19、体和坝基渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便取适合的控制措施。6.1 计算方法选择水力学解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近视解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等。 计算简图如下（6-1）： 图6-1 大坝渗流计算简图查水力计算手册第二版，进行渗流计算。通过防渗体的渗流量：13长春工程学院毕业设计q=k2(H+T)2-(h+T)2 （6-1） 2d通过下游坝壳和坝基的渗流量：h2hq=k1+k3 （6-2） 2ss+0.44T浸润线方程：h2y=x（6-3） s 2式中：H上游水深，m；k1坝壳的渗透系数，取510-

20、6m/s；k2心墙的渗透系数，取210-6m/s；k3坝基的渗透系数，取310-6m/s；d心墙的平均厚度，d=(d1+d2)/2，d1、d2为心墙在水库水位高程上和在地基上的厚度，m；T透水地基深度，m；h心墙浸润线的溢出高度，m；S浸润线的水平投影长度，S=d+e，其中e=0.05h，m。6.2 假设条件1） .不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；2） 设心墙的上、下游水位分别等于坝的上、下游水位；3） 按下游无水设计；4） 总渗流量可按河床中间断面渗流量的平均进行计算。6.3 计算断面及计算情况的选择计算断面取河床中间断面II进行渗流计算，计算主要针对正常蓄水、校核洪水及设计洪水 14

21、长春工程学院毕业设计时进行。6.4 计算结果渗流计算结果汇于下表（6-1）：表6-1 渗流计算结果表6.5 渗透稳定演算心墙之后的坝壳，由于水头大部分在防渗体损耗了坝壳渗透坡降及渗透速度甚小，发生渗透破坏的可能性不大，而在防渗墙与粘土心墙的接触面按允许坡降设计估计问题也不大。在心墙逸 出点渗透坡降较大，予以验算。渗透坡降的计算公式：J=式中： DH （6-4）DLDH减逸出水深减下游水深，m；DL 渗流区长度，m。对于非粘性土，渗透破坏形式的判别根据指导书可参考下式：<10 为流土>20 为管涌15长春工程学院毕业设计10<<20 时不定允许坡降可参考：10<&l

22、t;20，J允许=0.2；>20，J允许=0.1。经演算校核情况下渗透逸出点的实际渗透坡降为5.96410小于其允许坡降J允许=0.2，故而认为渗透坡降满足要求。其计算详见毕业设计计算书。6.6 成果分析与结论以心墙、混凝土防渗墙作为防渗措施。总渗流在正常蓄水时为18246.72m3/年，设计洪水时为17671.84m3/年，与其总库容相比显然是很小的。因此该断面满足设计要求。 -37 稳定分析计算7.1 基本原理工程上采用的土坡稳定分析方法，主要是建立在极限平衡理论基础之上的。假设达到极限平衡状态时，土体将沿某一滑裂面产生剪切破坏而失稳。滑裂面上的各点，土体均处于极限平衡状态，满足摩尔

23、库伦强度条件。本次设计采用瑞典圆弧法。假设坝坡或坝坡连同部分坝基土体沿某一圆柱面滑动。圆柱面在坝体横剖面图上为宜圆弧。通常取单位坝长按平面问题计算。假设不同的圆心和半径画出一系列圆弧，对每一圆弧上的土体进行力的分析，分别求出各力对圆心的力矩。设Mr为圆弧面上抗滑力产生的抗滑力矩总和，Mg为滑裂土体上的荷载对圆心的力矩代数和。每一个假设圆弧面的抗滑安全系数均可由下式计算：Kc=SMr （7-1） SMs比较一系列滑动圆弧的Kc，最小的安全系数Kcmin即为该计算情况的安全系数，其值不得小于下表（7-1）所列数值。 16长春工程学院毕业设计表7-1 坝坡抗滑稳定的安全系数7.2 计算方法 图7-1

24、 计算简图 图7-2 土条单元图7-1所示为用任意半径R和圆心O所画的圆弧。为了便于计算滑动土体上各力对圆心O的力矩，采用“条分法”。将滑动圆弧以上的土体分成若干竖向土体，分别计算各土条上力的作用效果，然后求其总和代入公式计算稳定安全系数。 不计条块间作用力的圆弧法 （1）将土体分条编号土体宽度常取半径R的1/10，即b=0.1R。各块土条编号的顺序为：零号土条位于圆心之下，向上游（对下游坝坡而言）个土条的顺序为1、2、3、n，往下游的顺序为-1、-2-m，如图7-1所示。（2）分别计算哥土条上的作用力（不包括底面反力）对圆心的力距Ms 以土条i为例说明计算方法如下：1）土条自重Gi对圆心的力

25、矩Ms：由图7-2可求得Gi为，17长春工程学院毕业设计Gi=wib （7-2）wi=g1h1+g3(h2+h3)+g4h4 （7-3）式中：h1h4土条个分段的中线高度，m； g1 坝体土的湿容重，kN/m； g3 坝体土的浮容重，kN/m； g4 坝基土的浮容重，kN/m； wi 土条单宽重量，kN/m。将土条自重在土条底面中点处分解为两个分力：切线方向分力 Ti=wibsinai法线方向分力 Ni=wibcosai其中3333ai如图7-1所示。注意：ai在图示垂线左边为正，右边为负。Ni通过圆心，对圆心不产生力矩，故该土条自重对圆心的力矩： MS=RTI=RBwisinai2）渗流动水

26、压力wji对圆心的力矩MS： MS=gbh2Rsinai 如不考虑地震惯性力，则该土条上荷载对圆心的力矩代数和为： Ms=Ms +Ms=Rbwisinai （7-4）wi=g1h1+g2h2+g3h3+g4h4 （7-5） 式中：g2 坝体土料的饱和容重，kN/m。（3）土条底部抗滑力产生的抗滑力矩Mr根据库伦定律可求得土条底面的抗剪力Si=cili+Nitanji。 3 18长春工程学院毕业设计其对圆心的抗滑力矩为：Mr=RSi=R(cili+Nitanji)=R(cili+bwicosaitanji) （7-6） 式中：l为每段弧长，m ；c粘聚力，kpa ；。 j Kc=wicosait

27、anji+wsinaii1cili （7-7）当沿滑裂面上的c、j为常量时，可将c及tanj提到符号的前面。7.3 计算结果（1）校核水位下计算简图如下（7-3）： 图7-3 校核水位计算图19长春工程学院毕业设计Kc=wicosaitanji+wsinaii1cili=1.711.20 ，满足要求。（2）设计水位下 计算简图如下（7-4）：图7-4 设计水位计算图Kc=wicosaitanji+wsinaii1cili=1.71.30，满足要求。（3）正常水位下 计算简图如下（7-5）： 图7-5 正常水位设计图20长春工程学院毕业设计Kc=满足要求。 wicosaitanji+wsinai

28、i1cili=1.841.207.4 成果分析及结论由上述计算成果知：该坝在校核水位下的最小稳定安全系数为1.567，在设计水位下的最小稳定安全系数为1.597，该坝在正常水位下的最小稳定安全系数为1.541，都大于规范规定的数值。因此，所拟定的土坝断面尺寸是合理的。8 基础处理8.1 渗流控制方案条件允许时优先考虑垂直防渗方案。在透水层较浅（1015m以下）时，可采用回填粘土截水槽方案，由于坝址处河床冲积层覆盖层深度最大达74m，施工比较困难而不予采用。混凝土防渗墙方案，施工快、材料省、防渗效果好，对于这种深度透水层是比较合适的，决定采用这种方案。按混凝土的允许坡降及水头定出厚度为0.7m。

29、防渗墙深入河床覆盖层，底部嵌入基岩，上部则与心墙连接。由于防渗墙两侧冲积层易沉陷，引起防渗墙顶部粘土心墙与两侧粘土心墙的不均匀沉陷而导致裂缝。为此防渗墙顶部作成光滑的楔形，两侧以高塑性粘土填筑，伸入心墙的深厚度已经确定为15m，底部深入基岩1.00m，详见构造设计。8.2 防渗墙的型式防渗墙的型式、材料及布置.根据以往经验，采用槽板式混凝土防渗墙比较合适，设计中采用这种型式。混凝土防渗墙要求材料有足够的抗渗能力及耐久性，能防止环境水的侵蚀和溶蚀；有一定的强度，满足压应力、拉应力、剪应力等各项强度要求有良好的流动性、和易性以便在运输中不发生离析现象.而且能在水下施工。21长春工程学院毕业设计防渗

30、墙布置于心墙之下，从防渗角度来看偏上游为好，但从防裂角度看偏下游一侧好，综合考虑布置于心墙底面中心，见坝体纵剖面图。9 细部构造9.1 坝的防渗体、排水设备坝体防渗体护坡马道踏步9.2 反滤层参考水工建筑物教材P271，对于粘土心墙与下游砂砾石之间的反滤层，设60厘米厚的粗砂层，心墙的上游面反滤层与下游面相同。反滤层一般也布置于土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间及渗流进入排水设备处。在棱体排水和下游坝壳接触面也设置反滤层，设计两层分别厚60厘米粗砂层和40厘米的砾石如图（9-2）所示。22长春工程学院毕业设计 图9-2 棱体反滤层图9.3 坝顶坝顶上面铺设30cm厚的100 混凝土路面，下有30

31、cm砂石垫层。坝顶向下游倾斜2%的坡度，上游侧设1.2m高的防渗墙如图（9-3）所示。# 图9-3 坝顶布置图 23长春工程学院毕业设计9.4 护坡 图9-4 护坡细部图9.5 马道下游均设置马道，马道宽2m，下游马道上设置排水沟，如图（9-5）所示。 图9-5 马道结构图24长春工程学院毕业设计图9-6 排水沟平面图10 溢洪道在水利枢纽中，溢洪道是必须设置的泄水建筑物。溢洪道是一种最常见的泄水建筑物，用于宣泄规划水库所不能容纳的洪水，防止洪水漫溢坝顶，保证大坝安全。溢洪道除了具备足够的泄流能力外，还要保证其在工作期间的自身安全和下泄水流与原河道水流获得妥善的衔接。 10.1 溢洪道布置10

32、.1.1 型式选择因为开敞式溢洪道泄洪能力大，工作可靠，结构简单，施工、管理和维修方便，水流条件较好，可省去闸门和启闭设备，所以选用开敞式溢洪道。10.1.2 位置选择本设计溢洪道位置的选择可参考已建工程，布置在坝址的右岸，其具体布置可参见枢纽总体布置图。 25长春工程学院毕业设计10.1.3 结构型式（1）进口段由于溢洪道进口紧靠水库，水流条件较好，不需引水渠，仅做喇叭口式进水段。取10m。（2）控制段控制段的设计参考实际工程，采用宽顶堰，堰顶高程为470.0m，堰宽343m。（3）泄槽段等坡陡槽段由渐变段和陡坡段组成。溢洪道陡槽坡度由缓变陡，参考实际工程，渐变段收缩角为25，底坡为0.05

33、。陡坡段宽度为30.5m，底坡为0.5，等宽。（4）出口消能段采用挑流消能，参考实际工程和水工建筑物教材，挑射角为25，反弧半径为120m，挑流鼻坎高程应高于下游最高水位12m，取1m，则挑流鼻坎高程为342.26m。 10.2 水力计算10.2.1 溢流堰溢流堰泄流能力应满足水库在校核洪水位是的最大下泄流量8850m3/s，参考水力学教材顺水流方向长度按水力学要求，2.5H<<10H，H为溢流水深。10.2.2 渐变段（1）渐变段临界坡度计算公式如下：ik=gckaCk2Bk （10-1）hk= （10-2）A=(b+mh)h （10-3）c=b+2 （10-4）B=b+2mh

34、（10-5）26长春工程学院毕业设计AR=c （10-6） 11C=R6 （10-7） n（2） 渐变段出口深度采用能量守恒公式进行计算：av2h12g+iL=hav21+2+2g+hfhv2Lf=c2R式中：hf 水头损失；v 断面流速，m/s；L 渐变段长度，m；h1进口水深，m；h2出口水深，m；i渐变段底坡坡度。采用试算法，得渐变段出口深度h2=4.21m。 陡坡段（1）底坡类型经过水力计算得h0=2.284m，hc=7.422m 临界底坡 i78510-3c=2.i=0.25故属于陡坡，水流为急流，又h0hc，所以水面曲线为S2型降水曲线。 ( 2 ) 水面曲线27 10-8） （1

35、0.2.3长春工程学院毕业设计以渐变段末端为起始位置，水面曲线按分段求合法进行计算，其计算公式如下：2av2av12h2+-h1+2g2gDl=（10-9）i-Jav2其中： Es=h+ （10-10）2gJ=v2CR2（10-11）1v=(v1+v2) （10-12）21C=(C1+C2) （10-13）21R=(R1+R2) （10-14）2式中： h2下游断面水深（m）；v2下游断面流速（m/s）； h1上游断面水深（m）； v1上游断面流速（m/s）；i 纵坡；J平均水力坡度；R水力半径，m；C谢才系数，m/s。依次向下游计算得平洞段水面曲线，见下表（10-1）：表10-1 水面曲线计

36、算成果表（掺气前）1228长春工程学院毕业设计10.2.4 掺气水深已知个断面水深H后，便可算出各断面的过水断面面积A及流速V，用公式计算掺气高度，水深加掺气高度等于掺气水深，考虑掺气水深，按下式计算：zvhb=1+h （10-15）100其中：v=Q（10-16）AA=bh （10-17）式中：Q 溢洪道下泄流量，m3/s；hb泄槽计算断面的的水深及掺气后的水深，m；v不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s；z修正系数，可取1.01.4，流速大者取大值；A泄槽过水断面面积，m2； b泄槽宽度，m。依次向下游计算得掺气水深，见下表（10-2)：表10-2 断面流速及掺气水深10.2.5 消能段

37、（1）消能型式29长春工程学院毕业设计溢洪道的消能防冲设施的型式应根据地形、地质条件、泄流条件、运行方式、下游水深及河床抗冲刷能力，消能防冲要求、下游水流衔接及对其它建筑物影响等因素，通过技术经济比较选定。因为溢洪道下游为岩基，附近没有其他的建筑物，故选用挑流消能。（2）挑流鼻坎设计按水工建筑物挑流消能部分规定，鼻坎坎顶高程应高于下游水位一般12m为宜，故取1.0m。确定挑流鼻坎高程为310.4m。（3）消能计算 挑距公式为：L= 式中： 12v1sinqcosq+v1cos （10-18） gL自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舍外缘挑距，m； 挑流水舌水面射出角，近似可取用鼻坎挑角，

38、（）；h1挑流鼻坎末端法向水深，m；h2鼻坎坎顶至下游河床高程差，m；v1鼻坎坎顶水面流速，m/s，可按鼻坎处平均流速v的1.1倍计。 鼻坎的平均流速：v=j2gZ0 （10-19） 式中：Z0鼻坎末端断面水面以上的水头，m；j流速系数，参见水力学教材 表8-5 折线堰取0.800.90。 坎顶水面流速：v1=1.1v （10-20） 冲刷坑深冲刷坑最大水垫深度按下式计算：T=kqZ1214 （10-21）30长春工程学院毕业设计式中：m）； q鼻坎末端断面单宽流量m3/（sZ上下游水位差，m；（SL2532000）表A.4.2。 k综合冲刷系数，见溢洪道设计规范消能演算计算成果表见下：表10

39、-3 消能段计算成果表 10.3 结构设计10.3.1 底板厚度由于影响底板稳定最主要的是浮托力和地下水渗透压力，受很多因数影响，数值相差很大。因此，在任意假定计算意义不大。参照已建工程，溢流堰取0.7m混凝土，泄槽和进水口采用厚0.5m混凝土。10.3.2 底板构造分缝采用错缝布置，横缝间距为10m，做成撘接缝。缝宽3cm，缝内设止水，止水采用铜片止水，止水的施工质量需严格保证。止水铜片示意图见下（10-7）。31底板下不做垫层，横、纵向排水均在岩面上开挖沟槽，沟槽边墙边墙高度为掺气后水深与边墙超高之和，根据溢洪道设计规范边墙超高一般取0.51.5m，本设计取1.0m，则边墙高度见下表（10-4）。表10-4 边墙高度成果表10.3.5 挑坎结构挑坎采用衬砌式。结构见图（10