1、 前 言 轉(zhuǎn)眼間四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，回味四年的大學(xué)生活。在這四年里我們學(xué)習(xí)了 許多關(guān)于水利水電工程相關(guān)的知識(shí)，然而為了進(jìn)一步鞏固四年來所學(xué)的理論知識(shí)，加 深自己對(duì)理論知識(shí)的理解，為我們?cè)谝院蟮墓ぷ魃畹於ɑA(chǔ)，我們按學(xué)校要求開始 做這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。為了做好這份設(shè)計(jì)，就需要我們能全面了解一份設(shè)計(jì)的基本步驟以 及工程的基本建設(shè)程序，這就必然要求我們?nèi)?fù)習(xí)以前學(xué)過的相關(guān)知識(shí)，而且還要學(xué) 習(xí)一些關(guān)于工程中的新的知識(shí)。而且還要結(jié)合畢業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)的自身經(jīng)歷，運(yùn)用所學(xué)知識(shí) 具體分析施工現(xiàn)場(chǎng)可能面臨的問題并給予解決，另外必須對(duì)設(shè)計(jì)基本資料及相關(guān)規(guī)范 進(jìn)行全面的、有重點(diǎn)的了解，才能按時(shí)、保質(zhì)保量地完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)

2、。 本次設(shè)計(jì)包括以下方面內(nèi)容：重力壩壩體型式及穩(wěn)定計(jì)算、溢流壩及消能工優(yōu)化 設(shè)計(jì)、細(xì)部構(gòu)造，繪圖、整理資料、撰寫說明書。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我發(fā)現(xiàn)自己在 之前的學(xué)習(xí)中有很多的不足之處，而這些不足之處在完成設(shè)計(jì)的過程中漸漸暴露出來， 所幸在指導(dǎo)老師的幫助下這些問題得以完善，而且在做設(shè)計(jì)的過程中自己運(yùn)用知識(shí)和 全面考慮問題的能力方面有很大的提高，并且這一次設(shè)計(jì)使我進(jìn)一步鞏固了自己專業(yè) 知識(shí)，使自己的專業(yè)素質(zhì)有了一定程度的提高。 目前重力壩在我國已經(jīng)得到普遍的應(yīng)用。它是在水壓力及其他荷載作用下，主要 依靠自重產(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)定要求；同時(shí)依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來減小庫水 壓力所引起的上游壩面拉應(yīng)力

3、一滿足強(qiáng)度要求。重力壩的基本剖面成三角形，上游面 陡下游面較緩。筑壩材料為混凝土或漿砌石。壩軸線通常呈直線，有時(shí)為適應(yīng)地形地 址條件，或?yàn)闃屑~需要也可布置成折線或拱向上游的拱型，若岸邊巖基較陡，再將橫 縫灌漿連成整體，以防側(cè)向滑動(dòng)破壞。我國大部分的重力壩建在基巖上，可承受較大 的應(yīng)力，還可利用壩體混凝土與巖基之間的凝聚力，提高壩體的抗滑穩(wěn)定安全度。而 在重力壩中，漿砌石重力壩在我國具有悠久的歷史，并且有一套成熟的施工工藝。漿 砌石重力壩有就地取材、節(jié)約鋼材、木材、水泥，水化熱低，溫控措施簡(jiǎn)單，壩頂可 以泄流，施工期允許壩體過水，施工技術(shù)易于掌握，工期安排靈活的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是施 工機(jī)械化較困難，施

4、工速度較慢，使用勞力較多，施工質(zhì)量容易波動(dòng)。近年來隨著新 型筑壩材料及筑壩工藝的發(fā)展，由于漿砌石重力壩在施工質(zhì)量和速度上的不足，在大 型水庫使用甚少，但是在中小工程中仍具有廣泛的應(yīng)用前景。砼砌石重力壩與漿砌石 重力壩的不同之處是把膠結(jié)材料由砂漿改為細(xì)石砼，采用振搗器進(jìn)行振搗，壩體的密 實(shí)度、容重容易控制，從而保證施工質(zhì)量，同時(shí)，由于施工作業(yè)面相對(duì)平整，可適當(dāng) 增加機(jī)械化作業(yè)，提高施工速度。 目 錄 摘 要. I ABSTRACT.II 第 1 章 基本資料.1 1.1 流域概況.1 1.1.1 自然地理概況.1 1.1.2 人類活動(dòng)概況.2 1.2 水文資料.2 1.2.1 測(cè)站情況.2 1.

5、2.2 徑流.2 1.2.3 洪水.3 1.2.4 泥沙.5 1.3 氣象資料.6 1.3.1 降水.6 1.3.2 氣溫.6 1.3.3 相對(duì)濕度.6 1.3.4 風(fēng)向風(fēng)速.6 1.3.5 水面蒸發(fā).6 1.4 工程地質(zhì).7 1.4.1 壩址地質(zhì)條件.7 1.4.2 巖石物理力學(xué)性質(zhì).8 1.4.3 地震.8 1.5 建筑材料.9 1.6 交通條件.9 1.7 工程特性.9 1.8 價(jià)格資料.11 1.9 其它.11 第 2 章 非溢流壩段設(shè)計(jì).12 2.1 壩軸線、壩型確定.12 2.2 確定工程等級(jí).12 2.3 剖面設(shè)計(jì).13 2.3.1 剖面設(shè)計(jì)原則.13 2.3.2 基本剖面.13

6、 2.3.3 實(shí)用剖面.13 2.3.4 壩頂高程的確定.13 2.3.5 建基面高程、開挖深度和壩高的確定.17 2.3.6 壩頂和壩底寬度確定.17 2.3.7 壩基防滲和排水設(shè)施確定.18 2.4 初步擬定非溢流壩段剖面圖.18 第 3 章 非溢流壩段荷載分析.19 3.1 壩體荷載計(jì)算.20 3.1.1 壩體自重 W.20 3.1.2 靜水壓力.20 3.1.3 揚(yáng)壓力.21 3.1.4 淤沙壓力.22 3.1.5 浪壓力.22 3.1.6 其他荷載.23 3.2 抗滑穩(wěn)定分析.23 3.3 應(yīng)力分析.25 第 4 章 溢流壩段設(shè)計(jì).27 4.1 泄水建筑物型式的選擇.27 4.2 溢

7、流壩孔口設(shè)計(jì).27 4.2.1 洪水標(biāo)準(zhǔn)確定.27 4.2.2 設(shè)計(jì)流量確定.27 4.2.3 單寬流量選擇.28 4.2.4 孔口凈寬擬定.28 4.2.5 溢流壩段總長度.28 4.3. WES 實(shí)用堰與挑流消能組合.28 4.3.1 堰頂高程確定.28 4.3.2 閘門高度確定.30 4.3.3 定型設(shè)計(jì)水頭確定.30 4.3.4 泄流能力校核.30 4.3.5WES 堰面曲線設(shè)計(jì).32 4.3.6 反弧段設(shè)計(jì).33 4.3.7 水舌挑距L估算.34 4.3.8 最大沖坑水墊厚度 k t 估算.35 4.3.9 溢流壩段安全驗(yàn)證.35 4.3.10 水面線確定.36 4.3.11 溢流壩

8、段造價(jià)估算.37 4.4 WES 實(shí)用堰與底流消能組合 .38 4.4.1WES 實(shí)用堰設(shè)計(jì).38 4.4.2 消能池深度S確定.38 4.4.3消能池長度 k L確定.41 4.4.4 反弧段半徑R確定.41 4.4.5海漫設(shè)計(jì).41 4.4.6水面線的確定.41 4.4.7溢流壩段造價(jià)估算.43 4.5 寬頂堰與底流消能組合.44 4.5.1 寬頂堰的各參數(shù).44 4.5.2 堰頂高程.45 4.3.2 閘門高度.46 4.5.3 寬頂堰寬度.46 4.5.4 校核.46 4.4.5 消能池深度S確定.46 4.5.6消能池長度 k L確定.48 4.5.7海漫設(shè)計(jì).48 4.5.8水面線

9、的確定.49 4.5.9溢流壩段造價(jià)估算.50 4.6溢流壩比選.51 第5章 細(xì)部設(shè)計(jì).52 5.1 壩體分縫.52 5.2壩體止水.52 5.3 壩體排水.53 5.4 廊道系統(tǒng).53 5.5 壩頂構(gòu)造.53 5.6 大壩混凝土的分區(qū).54 第6章 工程概算.55 6.1 壩體混凝土.55 6.2 土石方開挖.55 6.3 塊石回填.55 6.4 單價(jià)分析.56 6.5 工程造價(jià)計(jì)算成果.60 第7章 結(jié)論與展望.61 致謝.62 參考文獻(xiàn).63 I 摘 要 姚家河水電站為姚家河流域7個(gè)梯級(jí)電站中上游二級(jí)趙家坪電站與三級(jí)巴山電站 之間，初擬壩址位于重慶市城口縣龍?zhí)镟l(xiāng)蹇家灣處，距上游城口縣城

10、約11km。初設(shè)為 壩后式電站，開發(fā)任務(wù)為單一發(fā)電，無防洪、航運(yùn)、供水、灌溉等綜合利用要求。 本設(shè)計(jì)主要任務(wù)：針對(duì)上壩址重力壩的溢流壩及消能方式的優(yōu)化進(jìn)行研究，主要 內(nèi)容包括五個(gè)部分：大壩樞紐平面布置；壩體剖面設(shè)計(jì)；溢流壩的優(yōu)化設(shè)計(jì)；消能工 的優(yōu)化設(shè)計(jì)；壩體細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。其中，對(duì)壩體溢流壩和消能工的形式作了較為詳細(xì) 水利經(jīng)濟(jì)計(jì)算、比較，設(shè)計(jì)出本方案壩軸線長96m，溢流壩段長46m，軸線從左岸至 右岸建筑依次為：非溢流壩、溢流壩、非溢流壩。 關(guān)鍵詞：重力壩，樞紐平面布置，溢流壩優(yōu)化,消能工優(yōu)化, 細(xì)部構(gòu)造 II ABSTRACT Yao River Hydropower Chao Jia Pin

11、g Power Station seven cascade hydropower stations in the Yao River basin upstream two and three Bashan power plant, initially proposed dam site is located in Chongqing City, the mouth County, Long Tin Jian Chichiawan, at about 11km from the upper reaches of the city port county. Early set to the dam

12、 toe power station development tasks into a single power generation, flood control, navigation, water supply, irrigation and other utilization requirements. The main task of the design: the optimization of the gravity dams spillway on the dam site and the energy dissipation mainly includes five part

13、s: the layout of the dam project; the design of the dam section; optimization design of the spillway; consumer Energy optimization of design; dam detailed structural design. Made a more detailed water economic calculations which, in the form of the dam spillway and energy dissipator design the progr

14、am of the dam axis 96m 46m Spillway long axis from the left bank to right bank building in order to: non-spillway, spillway, spillway. Keywords: gravity dam, the hub layout spillway optimization, optimization of energy dissipator detailed structure 2012 屆水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 第第第第 1 章章章章 基本資料基本資料基本資料基本資

15、料 姚家河水電站為姚家河流域7個(gè)梯級(jí)電站中上游二級(jí)趙家坪電站與三級(jí)巴山電站 之間，初擬壩址位于重慶市城口縣龍?zhí)镟l(xiāng)蹇家灣處，距上游城口縣城約11km。初設(shè)為 壩后式電站，開發(fā)任務(wù)為單一發(fā)電，無防洪、航運(yùn)、供水、灌溉等綜合利用要求。 1.1 流域概況 1.1.1 自然地理概況 姚家河流域位于川陜交界地帶的大巴山，是漢江上游最大的一條支流，發(fā)源于重 慶市城口縣大巴山南麓的大燕山一字梁一帶，沿著大巴山南麓，由東偏南流向西偏北， 流經(jīng)城口縣的高望、修齊、城口縣城、冉家壩和萬源市的大竹河鎮(zhèn)，穿過大巴山與米 倉山的過渡帶，進(jìn)入陜西省紫陽縣境內(nèi)，流向由西北轉(zhuǎn)為東北，經(jīng)紫陽縣的高灘、瓦 房店后在紫陽縣城西南注入

16、漢江。整個(gè)流域呈帶狀狹長形，流域形狀系數(shù)0.17。地理 位置界于東經(jīng)1075610917，北緯21423251之間。東面和北面與漢江支流嵐 河、大道河、洞河及汝河等流域接壤；南面是渠江水系州河支流前河和后河流域；西 面與渠江支流通江流域和漢江支流牧馬河水系的涇洋河流域毗鄰。 流域內(nèi)山巒起伏，峰高谷狹，地形復(fù)雜，海拔約在2702520m之間。山脈走向與 河流走向基本一致，流域內(nèi)河溪眾多，水系較為發(fā)育，河網(wǎng)密度大，河長15km以上的 支流有22條。只要支流有畔河、坪壩河、渚河等；其中渚河是姚家河流域最大的支流， 控制集雨面積964km2。 姚家河干流總長212km，河口以上集水面積4893km2；

17、干流河道平均比降7.3， 多年平均流量122m3/s，水力資源理論蘊(yùn)藏量52.6萬KW。姚家河干流現(xiàn)設(shè)有國家水 文基本站點(diǎn)兩個(gè)，即大竹河水文站、瓦房店水文站。擬建的姚家河電站地處重慶市城 口縣境內(nèi)，壩址位于姚家河干流上城口縣龍?zhí)镟l(xiāng)，壩址以上集雨面積為1549km2。 姚家河流域地處秦巴隆起區(qū)，巖層多屬火山巖，巖石出露到處可見；流域內(nèi)土層 一般都比較薄，中上游植被尚可，但由于地勢(shì)陡峭以及近年來人類活動(dòng)加劇，每遇大 暴雨洪水時(shí)，水土流失現(xiàn)象較為嚴(yán)重。 姚家河流域水力資源較豐富，根據(jù)流域自然地理?xiàng)l件和地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)， 以及它又是穿越兩省一市，考慮到資源的合理利用，姚家河干流開發(fā)的任務(wù)，應(yīng)以發(fā)

18、電為主， 兼顧防洪要求。 國家電力公司西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院于1998年6月所編制的“姚 家河干流梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃報(bào)告”，干流分七個(gè)梯級(jí)電站，姚家河水電站位于干流中上游二 敖杰：姚家河水電站溢流壩及消能工優(yōu)化設(shè)計(jì)說明書 2 級(jí)趙家坪電站與三級(jí)巴山電站之間。 1.1.2 人類活動(dòng)概況 姚家河干流中上游除巴山電站外，尚未開發(fā)其他水利工程，在支流上近年來相繼 興建一些引水工程及小型水電站，對(duì)徑流變化影響甚微，但流域內(nèi)人類活動(dòng)頻繁，農(nóng) 墾相對(duì)發(fā)達(dá)，陸續(xù)修建各種等級(jí)的干支公路，在一定程度上加劇了水土流失。 1.2 水文資料 1.2.1 測(cè)站情況 姚家河干流中下流先后設(shè)有七里碥、大竹河、瓦房店、高灘四個(gè)水文店。七

19、里碥 站1958年7月由四川省水文總站設(shè)立，位于大竹鎮(zhèn)上游約3Km處，控制集水面積 2487km2，1958年7月1961年12月實(shí)測(cè)水位、流量，1961年施測(cè)過一年泥沙，1962 年起改為水文站；1967年1月下遷4.5km, 改稱大竹河水文站。 大竹河水文站位于四川 省萬源市大竹鎮(zhèn)七村草壩灘，地理坐標(biāo)：東經(jīng)10818，北緯3212。測(cè)驗(yàn)河段順直長 度約200m，兩岸為巖石，河床為沙卵石組成，斷面形狀“U”字型。基本斷面上游400m 處有一急灘，下游200m處有急灘和彎道。斷面略有沖淤變化，高水測(cè)站控制良好。高 程系統(tǒng)為假定基面， 水準(zhǔn)點(diǎn)固定無變動(dòng)。 大竹河水文站1967年8月開始施測(cè)流量至

20、今， 控制集水面積2651km2。 1.2.2 徑流 姚家河水電站壩處無實(shí)測(cè)徑流資料。本次壩址年月徑流系列主要依據(jù)本流域中下 游大竹河和高灘(瓦房店)站實(shí)測(cè)資料進(jìn)行推算， 本階段對(duì)大竹河站徑流系列進(jìn)行了插補(bǔ) 延長。1959年1月1961年12月由七里碥站實(shí)測(cè)月平均流量經(jīng)面積比移用至大竹河 站，建立大竹河站與瓦房店站同期(19812002年，其中19822002年由高灘站徑流 面積比轉(zhuǎn)化為瓦房站徑流)實(shí)測(cè)月平均流量相關(guān)，相關(guān)點(diǎn)子呈密集帶狀分布，相關(guān)系數(shù) r=0.97，相關(guān)方程Q大=0.639Q瓦+1.66；以此由瓦房站實(shí)測(cè)流量插補(bǔ)出大竹河站1962 年1月1967年7月以及1983年和1988年

21、的年平均流量。經(jīng)以上插補(bǔ)延長后，大竹 河站有1959年2002年共計(jì)44年資料系列。 本流域徑流主要由降水形成，徑流的年際變化、年內(nèi)分配與降水規(guī)律一致。根據(jù) 大竹河站(依據(jù)站)1959年2002年徑流資料分析，多年平均流量67.1m3/s，折合年徑 流量21.2億m3，徑流深798mm，徑流摸數(shù)25.1。最豐年平均流量149m3/s(1983年)， 最枯年平均流量28.4m3/s(1999年)，豐枯比為5.25，與多年平均值之比分別為2.24和 2012 屆水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 0.43。受降水年份分配不均的影響，徑流年內(nèi)分配亦不均勻，主要集中在510月，徑 流量為16.8億m3

22、，占年徑流總量的79.2%，以7月、9月最為集中，占年徑流總量的 33.4%?？輹r(shí)期11月次年4月，徑流量4.4億m3，占年徑流總量的20.8%。 大竹河站19592002年共44年系列中出現(xiàn)了1964年、1974年、1979年、1983 年等豐水年和1959年、1962年、1966年、1988年及1999年等枯水年。由該站年徑流 差積曲線分析，1979年1983年為豐水年組，19841987年為平水震蕩年組，1988 1999年為逐漸下降的枯水年組， 系列中包含了一個(gè)較為完整的豐平枯水周期， 豐、 枯水年份數(shù)基本相當(dāng)，表明流量的年際變化反映該站徑流系列具有一定的代表性。 1.2.3 洪水 1

23、.2.3.1 暴雨洪水特性 姚家河流域洪水主要由暴雨形成，依據(jù)大竹河站多年實(shí)測(cè)洪水資料統(tǒng)計(jì)分析，暴 雨多發(fā)生在69月， 洪水發(fā)生時(shí)間與流域暴雨相應(yīng)， 每年4月進(jìn)入汛期， 其中分夏汛、 秋汛，大暴雨7月份發(fā)生次數(shù)最多，洪水也以7月最為集中，9月次之，8月份又常發(fā) 生伏旱。一般6-7月因太平副熱帶高壓西伸北上速度較快，與西北冷空氣在本流域上 空交緩，造成本流域一次較強(qiáng)的降水過程。加上地形的影響，暴雨的基本特點(diǎn)是多陣 性暴雨，籠罩面積相對(duì)較小，強(qiáng)度較大，一次暴雨持續(xù)時(shí)間較短，造成的洪水峰型比 較尖瘦，陡漲陡落，歷時(shí)較短。8月份因西太平洋副熱帶高壓長期滯留在本流域上空， 長出現(xiàn)伏旱，天氣悶熱少雨，且氣

24、溫高、蒸發(fā)量大。910月隨著西北冷空氣的加強(qiáng)， 副熱帶高壓開始緩慢冬移南退，冷暖空氣再次在本流域上空交緩，常形成綿綿秋雨， 其特點(diǎn)是籠罩面積廣，降雨強(qiáng)度相對(duì)較小，持續(xù)時(shí)間長，造成的洪水峰型較胖，過程 較為平緩，歷時(shí)較長。 1.2.3.2 設(shè)計(jì)洪水 姚家河電站工程壩址、廠址處無實(shí)測(cè)洪水資料，本階段根據(jù)上游已建羊耳壩水庫、 已審定的坪壩電站廟沱壩址設(shè)計(jì)洪水成果和下游大竹河水文站、瓦房店水文站以及南 側(cè)相鄰流域渠江水系前河的土黃水文站頻率分析法成果，進(jìn)行地區(qū)綜合分析，即采用 洪水地區(qū)綜合法推算姚家河水電站壩址各頻率設(shè)計(jì)洪水，成果見表1.1。壩址多年平均 流量41.0m3/s，多年平均徑流量12.93

25、億m3。 表1.1 壩址設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表 頻 率(%) 均值 CV CS/CV 0.2 0.5 1 2 3.33 5 10 20 1560 0.43 3.0 4550 4080 3740 3340 3090 2850 2450 2030 敖杰：姚家河水電站溢流壩及消能工優(yōu)化設(shè)計(jì)說明書 4 1.2.3.3 壩址斷面水位流量關(guān)系曲線 壩址、廠址無實(shí)測(cè)水位流量資料，本階段采用水力學(xué)公式(Q=AR2/3i1/2/n)推算 水位流量關(guān)系曲線。 斷面數(shù)據(jù)采用實(shí)測(cè)1/500地形圖上選取壩址及下游斷面， 量算出 斷面數(shù)據(jù)。結(jié)合上游城口水文站及下游大竹河水文站實(shí)測(cè)資料，根據(jù)各河段的河床組 成、河道控制等情況，

26、河床糙率n選用0.0450.070(主槽與灘地分開選用不同的糙率 進(jìn)行計(jì)算)；比降采用在實(shí)測(cè)1/500壩區(qū)地形圖上反復(fù)量算成果計(jì)算。其中，低水部分 按同時(shí)間上游城口水文站實(shí)測(cè)流量資料推算出壩址控制，高水部分根據(jù)洪水調(diào)查水位 控制。經(jīng)計(jì)算求得壩址、廠址水位流量關(guān)系見表1.2。由于受下游巴山水庫洪水頂托影 響，本水位流量為天然狀況下的情況，未考慮巴山水庫的影響；本工程壩下游及廠房 的設(shè)計(jì)洪水位及校核洪水位的推求系采用巴山水庫回水成果，各頻率洪水成果見表 1.3。 表1.2 壩址、廠房尾水水位流量關(guān)系表(單位m3/s) 壩 址 廠 房 水位 流量 水位 流量 674.5 0.00 672.0 0.0

27、00 675.0 0.256 672.5 0.765 675.5 10.6 673.0 8.75 676.0 33.6 673.5 22.9 676.5 73.3 674.0 36.7 677.0 129 674.5 56.8 678.0 269 675.0 89.2 679.0 442 675.5 131 680.0 645 676.0 184 681.0 866 677.0 314 682.0 1100 678.0 481 683.0 1370 679.0 681 684.0 1670 680.0 912 685.0 1980 682.0 1570 686.0 2330 684.0 241

28、0 687.0 2730 686.0 2810 688.0 3100 688.0 3530 690.0 4310 690.0 4170 692.0 5780 692.0 5010 表1.3 姚家河水電站各方案各頻率水位表(單位m3/s) 上壩方案 下壩方案 項(xiàng)目 頻 率 上壩址下游 上廠房 下壩址下游 下廠房尾水 P=3.33% 689.86 689.19 688.37 687.52 P=2.0% 690.56 689.97 689.16 688.31 P=1.0% 691.31 690.97 690.16 689.31 P=0.5% 691.91 691.65 691.12 690.27 2012 屆水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 特殊水位及流量：姚家河水電站工程上下壩址處特征水位見表1.4、表1.5。 表1.4 特征水位及下泄流量表 項(xiàng) 目 單 位 上壩址 下壩址 說 明 上游校核洪水位(P=0.5%) m 718.00 717.90 上游設(shè)計(jì)洪水位(P=2%) m 716.15 716.11 正常蓄水位 m 716.00 716.00 死水位 m 712.00 712.0