【正文】 某水利樞紐工程設計摘要：重力壩設計是電站工程設計的主要組成部分，其方案合理與否，將對工程安全及投資產生極大的影響。本文主要根據所提供的地質、地形等基礎資料，對樞紐建筑物進行壩軸線、壩型的選擇，通過分析、比較，選擇合理的樞紐布置方案，最后選定設計方案為混凝土實體重力壩，并分多種荷載組合情況進行穩(wěn)定驗算和應力分析，從而得到既安全又經濟的最優(yōu)剖面。方案中重力壩設計共分兩部分，即非溢流壩段和溢流壩段。此外，為避免水流對壩體的沖刷作用，本方案還考慮設置溢流壩兩側導流墻，通過計算確定其高度及厚度等參數。Abstract: The design of Dam is the main ponent in the design of power station engineering, which will have a tremendous impact on the security and investment of projects,wheather its programme reasonable or not. According to the giving geological,terrain and other basic informations,this paper choose axis and style of hub buildings and through the analysis,parison to choose the concrete gravity dam as a reasonable hub layout meanwhile it makes checking stability and stress analysis in a variety of situations,so that it gets a safety and economic design of dam is divided into two parts in the programmes, that is nonoverflow dam section and overflowing dam section. In addition, in order to avoid the dam is erosioned by the impact of water, the programme also consider installing spillway diversion on both sides of the wall and through calculating to determined its height ,thickness and other parameters。關鍵字：混凝土重力壩 樞紐布置 壩型選擇 大壩設計 穩(wěn)定及應力計算Key words: concrete gravity dam layout of project selection of dam type dam design stability and stress calculation前言青河發(fā)源于元縣，流域內雨量充沛，由于河流坡度流急，每遇暴雨泛濫成災，故擬修一工程。本樞紐為一綜合利用工程，以防洪發(fā)電為主，并結合考慮灌溉任務，工程建成后可以解決該流域洪水泛濫問題，為本地區(qū)廠礦、農業(yè)、居民提供電力，灌溉青河雷口下游的農田以及解決修壩后貨物過壩問題。本書為青河雷口水利樞紐的設計說明書和計算書，內容共分十章，系統(tǒng)的介紹了青河雷口水利樞紐的設計和計算方法。第一章主要介紹了青河雷口水利樞紐的基本資料；第二章結合工程實際條件介紹了壩型選擇和樞紐布置的初步方案；第三章調洪演算及方案選擇為下兩章樞紐布置方案選擇及大壩設計提供了設計依據；第六、七、八章詳細地闡述了大壩的綜合設計，包括非溢流壩段、表孔壩段、深孔壩段；第九章細部構造設計了大壩的建造以及運用方面的細節(jié)；最后一章為地基處理的設計。同時還附有三張圖紙為大壩非溢流壩段，溢流壩段，深孔壩段的三視圖，細部構造圖以及大壩樞紐布置平面圖及立面圖。本書在闡述過程中，盡可能的配置了許多的插圖、附表和附錄，以供參閱。青河雷口水利樞紐設計是在老師的悉心指導和同學的熱心幫助下完成的。限于本人的水平和時間的倉促，以及以前從未進行過工程實踐，特別是對本設計的工程所在地也未進行過實地考察，因此，設計成果與實際難免會產生一些偏差，書中如有不當和錯誤之處，懇望各位老師和領導不吝賜教及時給予斧正。1水利樞紐設計資料 青河發(fā)源于元縣，流徑三叉口，張谷，米城，康鎮(zhèn)等地至合縣西南注入黑河。全長230公里，流域面積5000平方公里。青河屬山區(qū)河道，流域內多高山峻嶺，平原范疇甚小。只在北支上游元縣附近及下游康鎮(zhèn)附近有小平原。三叉口以上河床坡度平均均為1/600，下游平均坡度約1/1000。流域內雨量充沛，合縣多年平均雨量為1000毫米，因之青河水量較豐富，年平均流量接近100立米/秒。但河流破陡流急。暴雨集流時間很短，每遇暴雨，山洪暴發(fā)，水勢兇猛，泛濫成災。區(qū)域內人口分布在河谷兩岸，計410000人，其中農業(yè)人口占97%，雷口以上耕地面積約100萬畝，%。其余均為地勢較高之旱地。但在雷口以下黑河右岸有大片平原耕地，缺水灌溉。根據試驗資料，在有水灌溉之后，這些耕地可有大幅度增產。青河上游山區(qū)已發(fā)現銅，銀，鋅，鎂，鋁等礦蘊藏豐富。因該地區(qū)無動力來源，各礦都用土法開采。本流域交通不便。除合縣至元縣有公路外，其余只有人行大道，陸路僅靠人力蓄力。水路在張谷以下可通20噸小船。上游缺乏森林資源，無筏運要求，青河左岸交通較方便，右岸僅有山區(qū)小道。 樞紐任務雷口水利樞紐位于合縣青河上游4公里處。根據國民經濟情況及流域規(guī)劃的要求。本樞紐為一綜合利用工程，以防洪發(fā)電為主，并結合考慮灌溉任務。（1）防洪：免除洪水威脅為本樞紐的主要任務之一。根據下游黑河的泄流要求，在正常洪水的情況下安全泄量為5800米3/秒，非常洪水安全泄量為7300米3/秒。根據上游城鎮(zhèn)礦山的位置及減少農業(yè)淹沒損失。（2）發(fā)電：利用廉價電力開發(fā)青河流域礦藏，為國民經濟計劃的近期主要任務之一，電廠建成后并可供應合縣地區(qū)廠礦農村居民的用電問題。電廠裝機容量24kw，三臺機組，每臺最大引用流量33米3/秒。按初步估算：廠房尺寸4813米2。，,引水管管徑3米。（3）灌溉:灌區(qū)位于青河雷口以下黑河右岸地區(qū),本區(qū)灌溉作物以小麥,棉花,玉米,水稻為主，灌溉田地共約750000畝。除一部分灌區(qū)位置較低可利用發(fā)電尾水灌溉而外，右岸尚有一些位置較高的灌區(qū)不能利用發(fā)電尾水，這些位置較高的灌區(qū)所需灌溉流量如下表，根據灌區(qū)設計要求。表1－1灌溉時間4月中旬4月下旬5月中旬5月下旬6月中旬6月下旬7月中旬灌溉流量（立米/秒）151916（4）航運：為便利貨物過壩，須設置駁道，駁道寬度5米。根據各水利事業(yè)部門的要求，。青河屬雨源河流，由于雨量較充沛，河流水量較豐富，每年7—10月為洪水期，因坡陡水急，洪峰漲落時間很短，一般僅2—3天，現將壩址處月平均流量，最大洪峰流量，實測的洪峰過程，列表于后：表1－2 1950—1975年月平均流量月456789101112123流量（立米/秒）6080911831401701353522151432表1－3 各種頻率的最大洪峰流量（立米/秒）頻率（%）12510夏秋季1158098009050850074506450冬春季　　　　340300表1－4 1954年實測洪峰過程時間（小時）04812162024流量（立米/秒）5945112052400540065005700時間（小時）28323640444852流量（立米/秒）4850415034502760220817301295時間（小時）5660646872　　流量（立米/秒）98069943523479　　壩址水位流量關系，見附圖。另外，枯水期最大流量為1100米3/秒。本流域內，氣候溫和，年平均溫度均為17176。C，176。C,極少冰凍現象，最高月平均溫度不超過30176。C，故夏季亦不太熱。表1－5月份123456月平均溫度612255最高溫度最低溫度9月份789101112月平均溫度8最高溫度40最低溫度36備注單位176。C 本流域內最多年雨量發(fā)生在1954年，計1357毫米，最少年雨量發(fā)生在1934年，計372毫米，日最大暴雨達196毫米，雨量大多集中在7，8兩月，除12月和1月外，各月降雨日數甚多。表1－6 平均降雨量，降雨日數如下表：月份123456全年平均雨量（毫米）平均雨量976（毫米）降雨日數108（天）降雨日數（天）5月份789101112平均雨量（毫米）降雨日數（天）泥沙大部分為頁巖風化產物，顆粒很細，推移質也很豐富。多年平均輸沙量為335萬公噸/年（即215104米年），由于該流域內水土保持的開展，泥沙將逐漸減少，水土保持生效年限可初步確定為35年。本區(qū)最大風力為8級，風速14米/秒（吹程可由附圖中量得）。（1）地形：本工程壩段經研究比較，選擇在雷口峽谷處，壩軸線235米高程處兩岸相距約540公米，左岸山坡平均坡度為2：1，：。壩址左岸有馬鞍形地形，水庫處在四面群山環(huán)抱中，腹大口小，甚為理想。表1－7 水庫高程與容積，面積關系如下表：高程（米）190195200205210215面積（106平方米）容積（108立方米）高程（米）220225230235240　面積（106平方米）37414344　容積（108立方米）?。?）地質壩址地質屬震旦紀巖層，因系老巖層，經過多次地殼變動，使其組織趨于細致，因為受力之次數甚多，節(jié)理甚發(fā)達，又有石英脈侵入，致影響其強度，巖層走向大致與河流平行，壩址附近沒有發(fā)現斷層。壩址基礎巖石情況： (a)絹綠石英片巖——在壩址左岸及河床處，地質極堅，抗壓強度為9001000公斤/（厘米）2。(b)云母石英砂質片巖——云母石英砂質片巖，分布在壩址右岸，表層有些風化，強度仍佳，抗壓強度為600800公斤/（厘米）2。(c)片狀石英巖——風化很輕，分布在河床底部，與絹綠石英片巖相間存在，層厚約3050米?？箟簭姸葹?001000公斤/（厘米）2。(d)片巖——主要分布在左岸馬鞍形地區(qū)下部，強度較高，但節(jié)理甚發(fā)達，并有些風化。(e)砂質粘土及卵石——在河床底部，有第4紀砂卵石覆蓋層，厚度為2米，右岸為砂質粘土覆蓋層，厚度為610米。 據中國科學院的統(tǒng)計資料，該地區(qū)地震強度約為5度。當地材料：（1）石料——在壩址上游及下游，沿青河右岸之云母石英片巖為良好之建筑材料，因巖石露頭具有層理與節(jié)理，便于開采，石場距壩址1公里。（2）砂料——在壩址下游左岸13公里處，有河沙可供取用，粒徑稍小，約有30萬立米。（3）壩址下游12公里處有卵石，約50萬方。（4）粘土——在壩址上游右岸4公里處有高程為230米的粘土區(qū)，約150萬立米。表1－8 取土場擾動后土的物理技術特性：土體干容重（噸/米3）孔隙度（%）自然含水量時飽和含水量時粘著力（公斤/厘米2）滲透系數（厘米/秒）天然含水量（%）最優(yōu)含水量（%）相對密度蘊藏量（萬方）運程（公里）砂04 1038123013粘土24 1067201504外來材料：水泥及鋼材——須至賦中運來，賦中距合縣約160公里，沿黑河可通行600噸輪船，賦中為我國某省重要城市。交通情況：賦中至合縣可通600噸輪船，合縣至張谷可通20噸木船，合縣至元縣有公路，公路線距壩址左岸約3公里。附近無施工動力，施工機械可由賦中供給，普通工人可由當地供給三萬人，技術工人在合縣有數百人，不足之數可自賦中調用。2樞紐布置和設計 工程等別和主要建筑物級別的擬定本工程為綜合利用水利水電工程，根據《水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準》（山區(qū)、丘陵部分）SDJ1278及其《補充規(guī)定》的規(guī)定，，屬一等；,屬四等。保障了合縣的重要工廠及居民生命安全,屬二等；灌溉田地共約75萬畝,屬二等。根據規(guī)范規(guī)定,對具有綜合利用效益的水電工程,各效益指標分屬不同等別時,整個工程的等別應按其最高的等別確定,故本樞紐工程為二等工程。由于設計地區(qū)為山區(qū),丘陵地區(qū)故采用百年一遇設計(P=1%),千年一遇校核(P=%)根據水工建筑物級別的劃分標準，二等工程的主要建筑物為2級水工建筑物，次要建筑物為3級水工建筑物。 壩軸線合理性論證壩型的選擇與樞紐布置密切相關，不同的壩軸線適于不同的壩型和樞紐布置。同一壩址也可以有不同的樞紐布置可供選擇。在壩址確定的情況下通常是選擇不同的壩軸線作出不同壩型的各種樞紐布置方案并通過技術經濟比較優(yōu)先選出壩軸線位置及相應的合理壩