水工建築物課程設計
——老君山水利樞紐
2023年1月
前言21 基本資料及資料設計4
2 樞紐布置6
3 土壩設計8
4 參考文獻15
前言水工建築物課程設計是一門基礎課程，水工建築物設計對於乙個水利水電專業的學生來說，有特別重要的作用，水工設計是學生在跨出校門，走上工作崗位之前，學校安排的一次重要的設計課程。設計對於鍛鍊乙個學生的動手能力起到相當重要的作用。
本次設計目的在於培養學生的動手能力以及具體問題具體分析的能力，做設計的同學都知道，理論與實際並不完全一樣。設計過程中會遇到課本上沒有包括的情況，這就要求學生們能夠聯合所學知識跟實際遇到的工程概況，來對這其中的水工建築物做適合的設計調整，以適合實際工況。
此次設計開始於2023年1月4日，結束於2023年1月16日。設計期間在楊洪宣老師的精心指導下，在同學們的不懈努力下。設計得以很好的完成。
設計中，由於學生水平有限以及所藉資料比較陳舊。所以，設計中有很多不足之處，甚至還存在錯誤之處。這些，望老師給予指正。
我們一定虛心學習，努力學習。在今後的工作生涯中，一定可以不斷地完善自己，充實自己。
1 基本資料及資料設計
1.1基本資料
1.1.1工程概況
老君山水庫位於雲南省××縣西北部，彌沙河上游白石江上段老君山河上，其位於橫斷山脈的中段，金沙江於瀾滄江的分水嶺地帶。流域最高點4247m，壩址最低點2660m。老君山河發源於老君山路路角，自北向南流經竹坪、鋸木廠，鋸木廠以下轉向西南流經清坪後於龍塘於美水河匯合後為白石江。
全流域面積80.6km2，主河長18.70km，主河道平均坡降0.
0522。
水庫區地勢北部、東部及南部高，西部低，為高山深切割陡坡地形，侵蝕堆積地貌，庫區為峽谷地形，兩岸坡高而陡，庫形條件差。主要出露三疊系上統古村組（t3w）及印支一燕山期火成岩地層。庫區水文地質條件簡單，厚層至塊狀花岩斑巖、石英玢巖賦存裂隙水，屬裂隙透水含水巖組，透水性強，主要為中等透水。
庫區兩岸地下水位出露較高，屬地下水補給水庫。庫區內植被較好，庫岸無大的坍塌、滑坡、泥石流等不良物理地質現象。但兩岸山坡陡斜，衝箐溝發育，岩石風化較強，小型坍塌現象較多。
1.1.2樞紐任務
老君山水庫總庫容1200萬m3，總供水量1253.4萬m3，農業供水870.8萬m3，灌溉面積3.7640萬畝，工業及鄉鎮供水382.6萬m3。
1.1.3地形地質資料
地形如《壩址區地形圖》，
1.2 設計資料
1.2.1 設計參數列
1.2.2 築壩材料
1.2.2.1 防滲料場
防滲料場位於壩址上游左岸箐口坡腳一帶，地形坡度10～20，相對平緩，老君山公路從其附近通過，距壩址約2km，開採及運輸條件便利，該區主要出露地層為三疊系中統上蘭組下段淺黃、淺灰白色全～強風化泥質粉砂岩夾粉、細砂岩夾泥質粉砂岩，防滲土料為第四系全新統殘坡積(el+dlq)褐紅、褐黃色含砂礫石粘土，主要為中、高液限粘土，厚度一般約3～6m，有用層儲量為120萬m3，無用剝離量為12萬m3，經取樣試驗，主要物理指標：比重為2.76，粘粒含量為17～49.
97%，多數在40%以下，有效粒徑<0.001mm，含有少量礫石，大於5mm粒徑含量≤24.46%，大於2mm粒徑含量≤38.
93%，不均勻係數平均》137.5，土料顆分包絡曲線見下圖1，土料塑性指數ip為10.1～21.
8，大部分在20以內，自由膨率≤16.88%，最優含水量平均為24.83%，天然含水量平均為23.
3%，二者較為接近，最大幹容重平均為1.58g/cm3，滲透係數k為2.17×10-7～6.
33×10-4cm/s，能滿足防滲要求；主要力學指標為：土料的壓縮係數a1-2=0.247mpa-1，屬中壓縮性土，內摩擦角小值均值為20.
26，粘聚力小值均值為22.82kpa。
1.2.2.2 堆石料場
堆石料位於ⅱ壩址上游右岸，堆石料主要為印支～燕山期(rπ5)暗紫色弱～微風化細粒花崗斑巖、三疊系上統歪古村組(t3wb)灰白色弱～微風化石英閃長玢巖，堅硬、塊度好，力學強度高，有用層厚度約110m，有用層儲量865.7萬m3，無用剝離量44.2萬m3，料場坡腳河道左岸為老君山公路，交通較為便利，距ⅱ壩址1.
2km，距ⅰ壩址3.7km。經取4組大樣試驗，主要物理力學指標為：
天然密度2.03 g/cm3，比重2.66，含泥量≤3%，控制幹密度2.
01g/cm3，孔隙率24.4%，滲透係數k平均為5.06×10-2cm/s，壓縮係數a0.
1～0.2≤0.011mpa-1，ф=40，c=0。
顆分級配包絡曲線如圖2。
圖1 粘土料顆分級配包絡曲線圖
圖2 堆石料顆分級配包絡曲線圖
1.2.2.3 反濾過渡料場
工程區及附近缺天然反濾過渡料，反濾過渡料場位於白石江支流馬登河下游河段流經馬登鎮處，在劍蘭公路以西，距ⅰ壩址19km，距ⅱ壩址21.5km，交通方便，反濾過渡料為河道衝洪積砂卵礫砂石層，其母岩岩性主要為紫紅色、灰白色石英砂巖，粉、細砂岩及少量深灰色砂質板岩及灰岩，無針、片狀顆粒及軟弱成分，含泥量較低，為2.2%，級配良好，經取2組樣試驗，各項指標均能滿足要求，儲量豐富，總儲量約90萬m3。
該料場質量較好，儲量豐富，開採運輸條件好，交通方便，只是運距較遠，單價偏高，但反濾過渡料通過對採用壩址區附近青灰色灰岩機制與採用馬登河天然砂礫料進行單價比較，採用馬登河天然砂礫料較為經濟，因此，選擇馬登河天然砂礫料場為反濾料料場，按工程要求篩分選用。
2 樞紐布置
2.1 工程等別及建築物級別
2.1.1水利樞紐建築物組成
根據水庫樞紐任務，該樞紐組成建築物包括：攔河大壩、溢洪道、輸水隧洞、施工導流等臨時性建築物。
2.1.2 工程規模
依據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（sl252-2000），工程為中型水庫，工程等級為ⅲ等，主要水工建築物：大壩、溢洪道、輸水道、輸水隧洞級別為3級，施工導流等臨時性建築物級別為4級。
2.2 各組成建築物的選擇
2.2.1 擋水建築物
土石壩對地形地質條件要求低，幾乎在所有的條件下都可以修建，且施工技術簡單，可實行機械化施工，也能充分利用當地建築材料，覆蓋層也不必挖去，因此造價相對較低，所以採用土石壩攔河。
2.2.2 洩水建築物
土石壩最適合採用岸邊溢洪道進行洩洪，河流下游向右轉，在壩軸線下游下游500m處山谷，有階狀台地，然而上游左岸200m處也有較寬埡口，岸邊山坡也較緩，採用正槽溢洪道，溢流堰可沿岸邊等高線布置，溢流前沿長而洩槽較窄，開挖放量小，下游能使洩洪水很快回歸河槽。引水渠末端設定圓形漸變段，洩槽不設收縮、彎曲段和擴散段，尾水渠設護袒。成直線布置在右岸的天然埡口。
2.2.2.1 堰面形式
採用wes型堰面形狀，孔口寬度為10m, 中閘墩（取2.0m），邊墩（取3.0m）, 進水渠與控制堰之間為漸變段，採用弧線連線。
2.2.2.2引水渠
引水渠的作用是將水流平順的引至溢流堰前。為提高洩洪能力，渠內流速v<4.0m/s。
渠底寬度大於堰寬，渠底末端高程與控制堰頂高程相同，擬定引水渠底寬b=40m，引水渠與控制堰之間設漸變段，採用圓弧連線，圓弧半徑r=10m，圓弧的圓心角為90°；引水渠前段採用梯形斷面，邊坡採用1：1.5；底坡均為1：
10的逆坡。最後引水渠總長l=65m。
進水渠與控制堰之間20m為漸變段，採用弧線連線。
2.2.2.3控制段
為了控制瀉流能力，設定平面鋼閘門，b×h=10m×6m。與洩槽底版相連採用反弧曲面。
2.2.2.4洩槽
洩槽布置在基岩上，斷面為挖方，為適應地形，瀉槽分為收縮段、瀉槽一段、瀉槽二段，根據已建的工程擬定收縮段收縮角為12度。首端與控制堰同寬b=30m。末端採用矩形。
2.2.2.5出口消能
溢洪道出口段為沖溝，岩石質地較好，離大壩較遠，採用挑流消能。水流沖刷不會危及大壩安全。
2.2.3 輸水隧洞
為了配合溢洪道宣洩洪水，設定輸水隧洞，進口處設在壩軸線上遊側330m出右岸坡緩處，出口為下游400m處山谷。總長800m左右，圍岩穩定，洞線長直，為有壓隧洞。水流流速較大，採用厚50cm的混凝土襯砌，襯砌縱向接縫採用平接縫，沿水流向橫縫採用搭接型式。
縱橫向分縫距離分別取為10m、20m，縫下設縱橫向排水溝，並設有銅片止水裝置，在排水溝頂面鋪瀝青麻片，以防止施工時水泥漿或運用時泥沙堵塞排水溝，各橫向排水溝的水流應通過洩槽兩側的縱向排水溝排往下游，縱向排水管設定兩排，以保證排水通暢。
3 土壩設計
3.1 壩型選擇
樞紐大壩採用當地材料築壩，根據初步勘查，防滲料場位於壩址上游左岸箐口坡腳一帶，老君山公路從其附近通過，開採及運輸條件便利。反濾過渡料場位於白石江支流馬登河下游河段流經馬登鎮處，在劍蘭公路以西，料場質量較好，儲量豐富，開採運輸條件好，交通方便。心牆壩心牆位於壩體中間而不依靠在透水壩殼上，其自重通過本身傳到基礎，不受壩殼沉降影響，依靠心牆填土自重，使得沿心牆與地基接觸面產生較大的接觸應力，有利於心牆與地基結合，提高接觸面的滲透穩定性；使其因壩主體的變形而產生裂縫可能性小，粘土用量少，受氣候影響相對較小，粘土心牆冬季施工時暖棚跨度比斜牆小，移動和公升高較便利。
故採用心牆壩。
3.2 大壩輪廓尺寸擬定
3.2.1確定防滲料及壩殼堆石料的填築標準
根據防滲料廠及堆石料廠的資料，防滲粘土料按壓實度98%控制，堆石料按孔隙率20%～28%控制。
3.2.2 壩頂寬度
本壩頂無交通要求，全風化層下限高程2660,壩高約為2750-2660=90m，壩頂寬宜為8—10m，取壩頂寬度b=9m。
3.2.3 壩坡
因最大壩高約為90m，故採用四級變坡。由防滲粘土料和堆石料性質取上游壩坡1:2.
6；下游壩坡從壩頂到壩踵依次為1:2.5,1:
2.6,1：2.
7,1：2.75；第一級馬道高程為2660+30=2690m，第二級馬道高程為2690+20=2710m，第**馬道高程為2710+20=2730m。
馬道寬度2.0m。
3.2.4 壩頂高程
壩頂高程等於水庫靜水位與壩頂超高之和，應分別按以下運用情況計算，取其最大值：
a、正常蓄水位+正常運用條件的壩頂超高
b、設計洪水位+正常運用條件的壩頂超高
c、校核洪水位+非常運用條件的壩頂超高
d、正常蓄水位+非常運用條件的壩頂超高+**安全超高
壩頂安全超高d的計算公式為：
風浪引起的壩前水位壅高：
上游坡率m=3，波浪在壩坡上的爬高：
式中： -最大波浪在壩坡上的爬高，m
-最大風浪引起的壩前水位壅高，m
-安全加高，m
-綜合摩阻係數(取)
-設計風速，19
-庫水平均水深，初略估計為80
-風向與壩軸線法線方向的夾角（取）。
h、l-分別為設計波高和波長
-壩坡糙率滲透係數,壩坡砌石護坡，取0.8
-經驗係數，,取1。
帶入資料有壩頂高程計算表：
3.3 滲流分析計算
土石壩畢業設計說明及計算
某水庫土石壩畢 業設計畢業設計目錄 工程地處我國華東錢塘江的支流上，為一發電為主兼顧灌溉，防洪的水利樞紐工程。在壩型比較階段，比較了砼重力壩和粘土心牆砂殼壩兩個方案。後者的樞紐布置如圖1 1所示，壩高81m，壩頂長度370m，設計正常高水位為100m，校核洪水位為102m，大壩典型斷面見圖ii ii...
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目錄第一章總說明書 3 1.1設計題目 3 1.2 設計目的和任務 3 1.3 路線起訖點 3 1.4 技術標準 3 1.5 設計要點 5 1.6 道路選線的一般原則 5 1.7 選線定線依據 6 第二章平面線形設計 6 2.1 說明 7 2.2 路線平面要素設計 7 第三章縱斷面設計 10 3.1...