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1、(三)设计步骤1. 分析设计资料仔细阅读和分析“冀河夹峪水利枢纽工程设计基本资料”，了解冀河流域概况，坝址及库区的地形、地质、水文条件以及社会经济状况等，明确所要设计的冀河夹峪水利枢纽工程的任务，正确理解所给的各项设计资料在冀河夹峪水利枢纽工程设计中的作用。仔细阅读和理解“冀河夹峪水利枢纽工程设计任务书”，明确本次毕业设计的任务和要求。仔细阅读、熟悉和理解碾压式土石坝设计规范(SL274-2001)和碾压式土石坝设计规范(DL/T5395-2007)，并以此作为主要设计依据。2. 枢纽布置(1)枢纽组成。根据枢纽任务，确定本枢纽应由哪些主要建筑物组成(挡水建筑物、泄水建筑物、放空建筑物、发电建
2、筑物等)。(2)确定枢纽等别和建筑物级别。根据枢纽任务和所给资料(发电、防洪、库容)，对照规范水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)，确定枢纽等别(先按发电、防洪、库容分别确定分项等级，再按最大者确定枢纽等级)和建筑物级别(分清主要建筑物和次要建筑物)。根据枢纽等别和建筑物级别，对照规范水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)，确定设计洪水标准和校核洪水标准。(3)挡水建筑物坝型选择。对给定的坝轴线进行分析，结合所给的设计资料(地形地质资料、当地材料资料等)，确定挡水建筑物的基本坝型(如混凝土重力坝、混凝土拱坝、土石坝等)，要求进行坝型选择的充分论证。本工程坝址左
3、岸有垭口，可布置溢洪道。坝址附近当地材料(壤土、沙砾料等)丰富，质地良好。因此，建议修建土石坝。在确定选择土石坝后，应根据本工程的特点，结合土石坝各种坝型(如心墙坝、斜墙坝、斜心墙坝、面板堆石坝等)的适用条件和优缺点，对选定何种具体的土石坝坝型作进一步的充分分析比较。本工程原则上可修建心墙坝、斜墙坝或斜心墙坝。本节以选择黏土心墙坝为例介绍设计步骤。(4)其他主要建筑物型式选择。在确定了挡水建筑物为黏土心墙坝的前提下，初步选择泄水建筑物、电站建筑物等的具体型式。(5)调洪演算。明确调洪演算的目的和基本计算方法。编程计算的同学，建议采用试算法；手算的同学，建议采用半图解法。手算的同学，至少必须完成
4、一个有效方案，尽可能完成2个有效方案，并通过比选确定最终的调洪演算成果，包括设计洪水位和校核洪水位及相应的下泄流量。有效方案是指调洪演算成果同时满足“宣泄设计洪水时，库水位不得高于202m高程，允许下泄流量为5800m3/s”和“宣泄校核洪水时，库水位不得高于203m高程，允许下泄流量为90000m3/s”两个控制条件。(6)枢纽布置方案。主要是确定土石坝、溢洪道、电站的具体位置，主要考虑以下因素：溢洪道应布置在垭口处，电站的布置应分析水头损失，还应分析溢洪道与土石坝之间的关系、溢洪道与电站之间的关系及其相互影响等。此外，还应考虑运用、施工等方面的因素。要求布置2个有效方案进行比较分析，通过论
5、证后确定最终的布置方案。应绘出各比较方案的枢纽布置图。(7)施工导游方案。简单介绍本工程的施工导流方案和布置。3. 土石坝设计(1)坝体基本剖面尺寸初拟。根据设计洪水位和校核洪水位，分别计算波浪高度、壅高以及规范规定的安全超高，最终确定坝顶高程。按照坝顶有无交通要求，综合坝顶运用条件，确定坝顶宽度。初拟上、下游坝坡的坡度。上、下游坝坡可根据坝体结构形式和坝体填料性质，参考类似工程的经验，进行初步拟定。上、下游坡度宜采用变坡，并在适当位置设置马道。绘制土石坝初拟剖面图。(2)坝体结构及构造设计。1)防渗体：选择心墙填筑材料，确定心墙的基本尺寸，主要包括心墙上、下游坡度，心墙平均厚度，心墙顶宽度，
6、心墙底宽度以及心墙与坝基连接方式等。2)反滤层：明确反滤层的作用，选择反滤层材料，确定反滤层的构造。3)坝体排水：根据坝体填料性质及下游水位条件，合理选择坝体排水形式(堆石棱体排水、贴坡排水、坝内排水等)，并拟定坝体排水结构的基本尺寸。4)护坡：确定护坡形式。(3)填筑土料设计。1)防渗体材料：确定防渗体材料(黏性土料、砾石土料等)及其填筑标准。2)坝壳料：确定坝壳填料及其填筑标准。3)反滤料、过渡料及排水料：确定反滤层、过渡层及排水体的材料及其填筑标准。(4)坝体渗流计算。按有限深透水地基上的心墙土坝采用水力学方法计算。计算工况：按规范规定，应计算4种工况，即上游正常蓄水位与下游相应的最低水
7、位，上游设计水位与下游相应的水位，上游校核水位与下游相应的水位，库水降落时上游坝坡稳定最不利情况。本次毕业设计，要求同学们对除“库水降落时上游坝坝稳定最不利情况”工况，虽不具体进行计算，但要求掌握其基本计算方法。计算内容：确定坝体内浸润线位置(浸润线方程)，坝体平均渗透坡降，出逸点渗透坡降，坝体渗流量等，分析坝体及出逸点是否可能产生渗透破坏，并为坝坡稳定分析提供依据。(5)坝坡稳定计算(电算)。采用计算机程序进行计算分析。计算方法：采用“瑞典圆弧法”或“简化的毕肖普法”计算。计算工况：按规范规定，应计算4种情况，即施工期(含竣工时)的上、下游坝坡稳定，稳定渗流期的上、下游坝坡稳定，水库水位降落
8、期的上游坝坡稳定，正常运行遭遇地震的上、下游坝坡稳定；每种情况均应计算上游正常蓄水位与下游相应的最低水位，上游设计水位与下游相应的水位，上游校核水位与下游相应的水位，库水降落时上游坝坡稳定最不利情况4种工况。本次毕业设计要求同学们计算上游正常蓄水位与下游相应的最低水位，上游设计水位与下游相应的水位，上游校核水位与下游相应的水位3种工况条件下的稳定渗流期下游坝坡稳定。对其他工况，虽不具体进行计算，但要求掌握其基本计算方法。计算内容：确定上、下游坝坡的最小抗滑稳定系数，判断初拟的剖面是否满足稳定要求。滑弧面的选择：原则上应先寻找最危险滑动面。本次毕业设计指定滑动面为：起点在坝顶，与心墙相交，与坝基
9、相切或附近，端点在坝坡脚附近。荷载计算：要特别注意自重计算时坝体不同部位土体容重的选择。土坝坝体自重分浸润线以上、浸润线以下与下游水面线以上、下游水面线以下3种情况来考虑。在浸润线以上的土体，按湿容重计算；在浸润线以下、下游水面线以上的土体，按饱和容重计算；在下游水面线以下的土体，按浮容重计算。稳定判断：土坝坝坡的抗滑稳定安全系数应不小于规范规定的数值。(6)坝坡稳定计算(手算)。为了掌握土石坝坝坡稳定计算的基本原理和方法，加深对土石坝坝坡稳定的理解，本次毕业设计要求学生完成1种工况条件下下游坝坡的稳定计算(手算)。计算方法：采用“瑞典圆弧法”或“简化的毕肖普法”计算。计算工况：在“上游正常蓄
10、水位与下游相应的最低水位，上游设计水位与下游相应的水位，上游校核水位与下游相应的水位”3种工况中任选1种工况进行计算。计算内容、滑弧面选择、荷载计算以及计算成果分析与电算相同。(7)剖面优化。根据渗流、稳定计算成果，对土坝剖面进行优化，然后确定最终的设计剖面。如计算的坝坡抗滑稳定安全系数太大，则不经济，应优化坝体剖面；如计算的坝坡抗滑稳定安全系数小于规范允许值，则不安全，必须调整并优化坝体剖面。(8)地基处理。根据坝基地质条件和土石坝对地基处理的要求，确定地基处理的内容和处理措施。4. 溢洪道设计(1)溢洪道形式及轴线选择。溢洪道的布置应根据本工程自然条件、工程特点、枢纽布置的要求、施工以及运
11、行条件等，通过技术经济比较后确定。溢洪道的型式：应根据地形条件和运用要求，经过充分分析论证后合理选择(正槽式、侧槽式、竖井式和虹吸式等)。根据本工程实际情况，建议采用开敞式正槽溢洪道。溢洪道的位置：应选择有利的地形，布置在岩边垭口处。溢洪道的进口应位于水流顺畅处，且与土坝有一定的距离，不然就要加设导水墙，或加强邻近坝坡的防护。溢流堰前的进水渠应较短，以减小水头损失，提高泄水能力。溢洪道下游的出口，应与土坝的坝脚及其他建筑物保持一定的距离，否则也要增设防护建筑物。(2)进水渠设计。应根据地形条件，合理选择进水渠形式以及进水池宽度、底坡及边坡坡度。(3)控制段设计。1)堰型选择：合理选择溢流堰形式
12、(宽顶堰、实用堰、驼峰堰等)。建议采用WES型实用堰，也可采用宽顶堰。2)堰顶高程：应根据调洪演算成果及泄洪方案的分析比较来确定。3)溢流前缘宽度L：分别按设计情况和校核情况进行估算，L=Q/q，q为单宽流量，q根据下游河床地质条件确定。4)单孔宽度b的确定：b=L/n，孔数n取为单数，b一般应为整数。5)闸门：平板闸门或弧形闸门。要求根据本工程的特点，结合两类闸门的优缺点和适用条件，通过充分论证进行选择。6)闸墩：取决于溢流堰的分缝(跨中分缝或墩中分缝)。(4)泄槽段设计。1)泄槽的平面布置。泄槽的平面布置必须牢牢皈依泄槽高速水流这一特点，因此，在布置上，要力求沿水流方向呈直线、等宽、对称布
13、置，避免弯道或横断面尺寸的变化。2)泄槽纵断面底坡。泄槽纵断面的布置与地形、地质条件十分密切。底坡尽可能采用单一的坡度，一坡到底，ii坡(急流与缓流的临界坡度)。即保证泄槽中的水流流态为急流。底坡i一定要根据地形情况来确定。在保证结构安全稳定、水流流态良好的前提下，也可以采用变坡，尽量减少开挖量。但坡度变化不宜过多、过大。在坡度变化处，应用半径大于(612)h的反弧进行连接，(h为坡度较陡的一段末端的水深)，从而避免产生负压、空蚀等现象。3)收缩段及扩散段设计。收缩段在平面上应为对称收缩，收缩角不宜过大。扩散段在平面上应为对称扩散，扩散角也不宜过大。扩散角应以急流与边墙不发生分离为原则。4)水
14、力计算及水面线推求。主要目的是验证所设计的底坡是否产生急流，并推求水面线，计算泄槽的长度和边墙高度。5)泄槽的横断面尺寸。断面形状：本工程为岩基，可采用矩形或接近矩形的断面。边墙顶的高程：根据水面的波动情况、掺气水深、安全超高来确定。6)泄槽的衬砌设计。确定泄槽衬砌的形式和方法。7)泄槽的减蚀措施。确定泄槽减蚀措施的形式和方法。(5)消能放冲段及尾水渠设计。消能形式选择：根据本工程的地质及运用等实际条件，确定消能方式，要求进行充分论证。建议采用连续式鼻坎挑流方式消能。消能工设计：确定挑流鼻坎的高程、形状和基本尺寸。冲坑验算：计算挑流射程和冲刷坑深度，确定是否满足规范要求。5. 其他建筑物设计(
15、1)放空隧洞设计。确定放空隧洞路径。合理选择进口建筑物的形式，并对渐变段、通气孔、平压管以及拦污栅等结构进行设计。合理选择洞身的形式：根据放空时间要求，确定放空隧洞尺寸；确定隧洞衬砌方案。合理选择出口建筑物的形式，并对出口建筑物的结构进行设计。放空隧洞应充分利用导流隧洞。(2)电站设计。确定电站电站位置和供水方式，布置发电引水隧洞路径。计算并确定发电引水隧洞的洞径。确定主要高程，如进水口高程、水轮机安装高程、发电机层高程、尾水管出口高程等。(四)提交设计成果1. 设计说明书设计说明书应详细说明设计依据、设计步骤、计算公式或方法、设计成果等，应章节分明、条理清楚、文理通顺、论证充分、方法正确、成
16、果合理。应既有计算数据，又有分析论证，并注意恰当地使用插图与附表。说明书宜尽量采用计算机打印，也可用碳素笔书写。2. 设计计算书设计计算书应包括毕业设计中的主要计算内容。(1)调洪演算的过程和成果。(2)土石坝坝体渗流计算过程和成果(要求附计算简图)。(3)土石坝坝坡稳定等计算内容的计算机程序计算输入数据文件和输出成果文件(要求附计算简图)。(4)土石坝坝坡稳定等计算内容的手算过程和成果(要求附计算简图)。(5)溢洪道相关计算过程和成果。设计计算书不另编章节，其所标章节与设计说明书相对应。3. 设计图纸设计图纸一律采用CAD绘制，图幅规定为A3，设计图纸数量以能够将所设计的内容表达清楚为标准，
17、一般应不少于4张，六要内容如下。(1)枢纽平面布置图及纵剖面图，1张。(2)土石坝设计图，12张，含细部结构设计。(3)溢洪道设计图，12张，含细部结构设计。(4)其他建筑物设计图，12张。设计说明书、设计计算书和设计图纸装订成一本。设计计算书作为附录一，放在设计说明书之后；设计图纸作为附录二，放在设计计算书之后。4. 相关材料提交毕业设计成果时，应同时提交以下材料。(1)毕业设计基本资料。(2)毕业设计任务书(指导教师签字)。(3)开题报告(指导教师签字)。(4)中期检查表(指导教师签字，教研室签字)。(5)毕业设计进度周历表(指导教师签字)。(五)进度安排毕业设计时间建议为13周，进度安排如下。(1)熟悉毕业设计基本资料，0.5周。(2)枢纽布置，3周。(3)土石坝设计，2.5周。(4)溢洪道设计，2周。(5)放空隧洞设计，1周。(6)电站设计，1周。(7)成果整理(含设计说明书编写、计算书编写、设计图绘制等)，3周。在第2周周五前，应提交开题报告；在第7周时，进行中期检查。
