1、毕业设计（论文）1目 录0 绪论 .11 概述 .22 已知资料 .32.1 流域概况 .32.2 水文气象资料 .32.3 工程地质资料 .32.4 工程规划 .32.5 工程材料设计指标 .42.6 施工、天然建材、交通情况 .43 枢纽布置 .53.1 坝型的选择 .53.1.1 土石坝.53.1.2 支墩坝.53.1.3 重力坝和拱坝.53.2 枢纽布置方案的选择 .63.2.1 坝轴线的选择.63.2.2 引水隧洞的布置.73.2.3 东、西干渠渠首布置.73.2.4 泄洪方案的选择.73.2.4.1 坝顶泄流.83.2.4.2 坝面泄流.83.2.4.3 滑雪道式泄流道.83.2.
2、4.4 坝身开孔泄洪.84 拱坝设计.104.1 拱坝体型设计 .104.1.1 基本原则.104.1.2 拱坝基本尺寸的拟定.104.1.2.1 拱坝分层.104.1.2.2 坝顶厚度 cT.104.1.2.3 坝底厚度 B.114.1.3 拱冠梁剖面设计.124.1.3.1 基本原则.124.2 拱坝的平面布置 .134.2.1 基本原则及假定.134.2.1.1 基本原则.134.2.2 拱圈中心角的确定.13毕业设计（论文）24.2.3 拱圈的平面布置.145 拱坝应力计算和内力计算 .165.1 荷载和荷载组合 .165.1.1 荷载.165.1.2 荷载的组合.165.1.2.1
3、基本组合.165.1.2.2 特殊组合.165.2 应力计算方法（拱冠梁法） .165.2.1 拱冠梁法的基本原理.165.2.2 拱冠梁法的主要步骤.175.3 应力和内力计算过程 .175.3.1 计算拱冠梁在垂直力等作用下产生的径向变位wi.175.3.2 计算拱冠梁单位三角形径向作用下径向变位系数 ija.275.3.3 拱冠梁径向变位 i、 iC的求解 .345.3.4 拱梁分荷值的求解.355.3.5 拱冠梁应力计算.365.3.6 拱圈应力计算.385.4 其他方案的计算 .385.5 方案计算结果和分析 .386 坝肩稳定计算 .406.1 稳定分析 .406.2 稳定计算 .
4、416.2.1 当不考虑凝聚力 c 时.426.2.2 考虑凝聚力 c 时.436.3 计算成果和分析 .447 坝身孔口的设计 .467.1 中孔的设计 .467.2 底孔的设计 .467.2.1 孔口的形状和尺寸（体形设计）.467.2.1.1 进口控制段.467.2.1.2 洞身段.477.2.1.3 出口控制段.477.2.2 底孔的应力计算.477.2.2.l 作用于孔口的荷载.477.2.1.2 应力计算.477.2.3 底孔的配筋计算.498 拱坝的构造及结构 .51毕业设计（论文）38.1 坝顶 .518.2 廊道与坝体排水 .518.3 坝体临时收缩缝 .518.4 坝体内廊
5、道及交通 .529 拱坝的地基处理 .539.1 坝基开挖 .539.2 拱端开挖 .539.3 固结灌浆和接触灌浆 .539.4 防渗帷幕 .539.5 坝基排水 .5410 结论 .55附录及参考文献 .56谢 辞 .57毕业设计（论文）10 绪论本次设计为毕业设计，是对大学五年来所学知识的一次综合性的总结概括；是考察学生理论知识与实践能力的一次演练；是为学生走向工作岗位打下一定基础的关键一步；是学生走向社会工作的第一步；是了解自我，自我定位的好机会。本次设计的主要目的是让学生们体会在工作实践中所必须具备的精神，了解工程设计的过程程序，锻炼学生们的实践能力，为走向工作岗位打下一定基础。本设
6、计主要是混凝土拱坝设计方面的问题，要求设计成果合理，各项指标达到国家规范要求。拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，因在平面上呈凸向上游的拱形而得名，其拱冠剖面呈竖直的或向上游凸出的曲线形。据现有资料，最早的圆筒面圬工拱坝可追溯到罗马帝国时代。到 20 世纪，美国开始修建较高的拱坝。并于 1936 年建成了高 221 米的胡佛重力拱坝。1939 年意大利建成了高 75 米，设有垫座及周边缝的奥西列塔薄拱坝，对双曲拱坝建设起到了很大的推动作用。目前世界上最高的是格鲁及亚的英古里拱坝，最大坝高 272 米，T/H=0.19 。中华人民共和国成立后，水利事业突飞猛进地发展，取得了举世瞩目的成就。继葛洲坝水
7、利枢纽建成后，三峡水利枢纽的开工、南水北调工程的规划设计等壮举进一步展示出人民水利蓬勃发展的强劲势头。目前，我国在水利工程规模、水利人才素质以及水利科技水平等方面已达到世界前列。中国的拱坝历史：我国在拱坝建设取得了很大的进展。截止到 1988 年底的不完全统计，已建成 15 米坝高以上的各类拱坝已达 800 座，约占全世界已建拱坝总数 1/4 强。中国之最：最高的拱坝台湾省德基双曲拱坝，高 181 米， T/H=0.112 ；最高的砌石拱坝河南省群英重力拱坝，高 100.5米；最薄的砌石拱坝浙江省方坑双曲拱坝，高 76 米，T/H 0.147 。本设计主要是让同学们了解工程设计的过程程序，知道
8、工程实践中所牵涉的工作环节，应注意的关键问题，为以后走向工作岗位打下良好的基础；同时锻炼同学们的实践动手能力和操作能力，改变思维方法，提高工作效率。毕业设计（论文）21 概述褒河水库位于陕西省汉中平原褒河下游。褒河规划作五级开发，其中枢纽在最下游。汉中地区气候温和、湿润，土地开阔肥沃，是著名的粮仓，现有汉惠渠、褒惠渠等渠道，均系无坝引水，故灌溉保证率低；本地区又属三线，近年来大量工矿企业纷纷建立，电力负荷急剧增长，故在本地区修建褒河等一批水利枢纽，开发水力资源，对于促进工农业发展都有着重要意义。根据规模、效益，参照相关规范将褒河水库定为三级，建筑物级别：主要建筑物为三等，次要建筑物为四等，临时
9、建筑物为五等。褒河水利枢纽主要任务为灌溉、发电，其次为防洪。为此，枢纽定为：渠首电站、拦河坝（拱坝） 、中孔泄洪、底孔、电站引水渠道等。褒河水利枢纽对于汉中地区的工农业生产的发展起着相当重要的作用。毕业设计（论文）32 已知资料2.1 流域概况褒河属于山溪性河流，发源于秦岭南麓玉皇山及太白山，汇入汉江，整个流域面积上宽下窄呈漏斗状。流域内植被尚好，水土流失不严重。褒河水利枢纽控制流域面积 3 861 平方公里，拟装机 4.12 万千瓦，年发电量 1.42亿度，可将原灌区 19.5 万亩农田灌溉保证率由 50%提高到 73.8%，并扩浇 32 万亩耕地。褒河库区坝址为“U”形河谷，水面宽 40
10、，水深 27 ，河床砂砾石 28 ，mm坝址两岸山坡陡峭，590 高程以上强风化岩石厚度为 5 ，以下为 35 ，河床m24 。迴水 17 ，面积 3.2 ，坝址附近平均水面宽度 300 。mk2k2.2 水文气象资料褒河水库坝址下游三公里河东店站水文有 19351970 共 36 年资料。 该地区多年平均降雨量为 905.6 ，其中 69 月雨量约占全年 75%。多年平m均径流量 138 亿立米，多年平均流量 43.6 。s/3 多年平均输沙率为 4.7 ，多年平均输沙量为 148 万吨。skg/ 多年平均气温 14.4，绝对最高气温 44，绝对最低气温 13.4；绝对最高水温 33.3，绝
11、对最低水温 0。2.3 工程地质资料褒河库区在褒河峡谷出口段，大地构造上位于南秦岭褶皱带中断南缘，库区出露地层为石炭系，三迭系前海相沉积物经区域变质作用而成的变质岩，三迭系岩层为片岩、片麻岩，并夹有大理岩、白云岩，分布于将军铺至青桥铺一带，石炭系岩层为片岩及大理岩分布于坝区附近。第四纪松散堆积物为砂质粘土冲击砾石，区内无大断裂。经科学院西北地质大队判定该地区地震烈度为 7 度。库区内虽有大理岩等露头，但两岸山势雄厚，水平方向溶洞发育不深，坝址处基岩透水性弱，单位吸水量小于 0.01 升/秒，故不存在渗漏问题。库区内岸坡地段基岩裸露，不会产生塌岸。2.4 工程规划根据梯级水库运用规划，褒河正常高
12、水位定为 618 米，相应库容 1.05 亿立米。死水位 595 。死库容 0.443 亿立米。m毕业设计（论文）4该水库设计洪水 =4290 ，校核洪水位 =5590 。可能最大洪水流量设Qsm/3校Qsm/310000 。sm/3河床最低高程 535 ，基岩高程 532 。三十年淤积高程 565 。下游水位：设计洪水位：548.75 ，校核洪水位：550.05电站进口高程 567 ，最大引水流量 68.1 。sm/3东干渠进口高程 588.5 ，引用流量 30 ，灌溉 27 万亩农田。西干渠进口高m程 592 ，引用流量 6 ，灌溉 5 万亩农田。ms/3淤沙浮容重 7.5 ，水下摩擦角
13、10。kN2.5 工程材料设计指标坝址区岩石容重模量 26.5 ，弹性模量 16 ，泊桑比 0.2，摩擦系数3/mkGPa0.6。混凝土容重 24 ，弹模 16 ，线膨胀系数 0.00001，泊松比 0.2。3/kNPa2.6 施工、天然建材、交通情况 施工、交通情况。峡口地势开阔，有公路可通宝成铁路线上略阳。坝址下游 20公里联接宝成和襄与铁道德阳（平关）安（康）铁路即将建成通车。承担褒河水利枢纽工程的水电三局拥有较强的技术力量和机械设备。 天然建筑材料。坝址下游 3.58.0 的中滩、红庙等储有砂砾石 116 万 。kM3m砾石成分主要为花岗岩、石英岩，砂子以石英、长石为主，质地较好，交通
14、运输便利。土料很少，运距约 4 。kM毕业设计（论文）53 枢纽布置3.1 坝型的选择经过各方面的分析比较，拟订修建拱坝，下面从几方面说明修建拱坝的优越性。由地质条件及地形资料可知能在这个坝址修建土石坝，重力坝，拱坝，支墩坝。现分别比较如下：3.1.1 土石坝 土石坝仅靠坝身自重与地基接触而产生的抗滑力维持稳定，因存在滑坡的问题，土石坝在各种坝型中体积最大，底宽最长，工程量也较大。坝身不能泄流，须另外设置溢洪道，泄洪安全性不可靠，施工导流也不方便。计算方法多采用材力法，手算占相当大的比例，为防止渗透变形须设置防渗心强，防渗材料的填筑受气候条件的影响较大。另外，最主要原因为该地区的土料较少，没有
15、足够的筑坝材料。因此该坝址不选择修建土石坝。3.1.2 支墩坝支墩坝与重力坝相比，混凝土用量小，能充分利用材料的强度，但侧向稳定性差，对地基的要求比重力坝更加严格，钢筋用量较多，施工散热条件好，温控措施简易，但模板复杂，用量大，混凝土标号要求高，每方混凝土的代价也高。且单宽流量较大，但容易引起坝体振动，如果要在这里修建大坝，选择重力坝而不选择支墩坝，故也不修建支墩坝。现在在下面的小节重点比较重力坝和拱坝的选择。3.1.3 重力坝和拱坝 两种坝型均可满足枢纽布置的总体要求，也都适合坝址的地质及地形条件。但是从地形图上可知道，该河谷为上宽下窄的喇叭形河口谷，修建拱坝更有优势，同时拱坝方量比重力坝的
16、少，可节省 1/31/2 的方量。 拱坝的工期比重力坝约可节约 1/4。 对大坝工程的总投资，拱坝可节约 15%左右。 重力坝重要依靠自重产生的抗滑力维持稳定，无疑坝体的工程量大，坝体内钢筋用量较多，未能很好的利用混凝土的抗压强度。 重力坝的底宽较大，扬压力大，对坝身稳定不利，坝体过大，施工期温度应力、收缩应力较大。毕业设计（论文）6123拱坝除了有上述优点外，还有自身的结构优点： 具有双向传力的性能，由拱梁共同承担受力。 拱是推力结构，主要产生轴向压力，有利于充分发挥材料的抗压性能。 拱坝具有较高的超载能力和抗震能力，可达到设计荷载的 511 倍。 不设永久性伸缩逢，整体性能好。当外荷载增大
17、或坝体的某一部位发生局部开裂时，坝体的梁和拱将自行调节，抗渗性能好，弹性韧性好，抗震性能高。 计算方法多采用材力法和有限元法，计算繁琐，但计算机和计算程序的普及与推广已大大的解决这一难题。 可坝身泄水。虽然拱坝的结构复杂，但综合比较后，选择拱坝为设计坝型。由于该地的岩石均为一些片岩等整体性能不太好的岩石，又该处砌石料难找，而在该处交通发达，坝址下游 3.58.0 公里处有足够的沙砾石，能充分提供筑混凝土坝的骨料，故在该处修建混凝土拱坝。3.2 枢纽布置方案的选择3.2.1 坝轴线的选择从地形图可确定三种修建拱坝的坝址。现分析比较选择中间合理的方案。由于在两岸处都有一个凸出的山包， 而总体河流弯
18、道为顺时（ ） 。图 3-1 中 2 处处于山包中间位置，该处不仅施工面狭窄开挖量大，最主要的原因不利于坝端的抗滑稳定。 图 3-1 中 3 处的位置离两山包较远，未能充分利用山包的抗滑能力。 该处轴线较长，工程量大，造成浪费。 对于梯级开发电站，造成了库容 图 3-1 坝址选择地形图的浪费。 在整体布置中，不利于隧洞的洞线布置，增加了洞线的长度，从而增加了工程量，增加了工期，造成浪费。 图 3-1 中 1 的位置 充分利用了抗滑作用，且坝轴线不长。 轴线与地形线垂直，能充分起抗滑作用。毕业设计（论文）7 有利于整体枢纽的布置。 综合以上几点，故选择在 1 处修建拱坝。3.2.2 引水隧洞的布
19、置由于修建的是拱坝，而拱坝有一个突出的特点是不能分期修建，只能采用全断面截流后修筑。故必须在两岸山体中开挖隧洞作为施工导流和引水之用。隧洞可布置在两岸山体中。由于该河道为顺时针弯曲的弯道河流，左岸为凹岸，如果在左岸开凿隧洞，其洞线很长，不经济。且绕了几个大弯，不满足快速泄流和引水的条件。而右岸为凸岸，引水隧洞短而直，泄水迅速，经济合理，故拟在右岸修建隧洞。引水隧洞为前期施工导流隧洞，为了充分利用该导流隧洞，把该隧洞做成电站的引水隧洞。为便于电站进水口与下游电站厂房的布置和水流条件，隧洞的进出口不能太过靠近大坝，进口距大坝 200 左右，出口距大坝 300 左右，在距大坝 50 左右mmm的地方
20、修建电站引水口，利用弯道和导流隧洞连接。水库开始蓄水前，电站进水口与隧洞连接的前部用混凝土塞子封堵。由于时间关系，引水隧洞不进行具体设计，采用原设计的数据，进口高程为 544.0 ，电站引水口的进口高程为 567.0 。隧洞直径采用经验值，取为 7 。在隧洞的出口电站前面修建一个直径为 10 的压力前池。3.2.3 东、西干渠渠首布置东干渠引水口高程 588.5 ，引用流量为 30 ，河流为东南走向，布置在河流msm/3的左岸每一位置。根据坝轴线和地形地质条件，拟利用引水渠引水到坝端，再以引水道引水到下游东干渠渠首。西干渠引水口高程 592.0 ，引用流量为 6 ，根据地形地质条件及、引水隧s
21、/3洞及厂房的位置，西干渠渠首布置在坝端右岸下游 100 处，引水隧洞右侧，为了不影响电站进水口的布置，故把西干渠的引水道进口修建在坝体上面。因此渠道的引水洞和引水隧洞在空间上交叉，引水隧洞在渠道引水道的上面。为满足水流运行条件以及引水方便，渠首引水道在坝身处直线引水到坝后利用弯道至西干渠渠首。在本次设计中，隧洞、电站厂房、引水道都未进行具体设计，在设计图纸上为一个大体形象，多数引用了原设计。3.2.4 泄洪方案的选择褒河水利枢纽的主要的任务是灌溉，其次是发电、防洪。而泄洪建筑物的布置是拱坝设计的关键，拱坝泄洪分坝外泄洪与坝体泄洪两种。但拱坝多修建在峡谷河段上，一般无合适的垭口可供利用，因此多数情况下采用坝体泄洪。而坝体泄洪有坝顶泄流、坝面泄流、滑雪道式和坝身泄水孔等几种，现对他们进行分析比较。
