【正文】 則： R＝ R? ＝ = e風壅水面超出庫水位的高度 ,m。 D水庫吹程， m；由本設(shè)計資料查得 D=1200m； h 平均坡高， h = 0 . 4 5221 8 9 . 8 1 1 2 0 0 0 . 5 7 1 89 . 8 1 1 8????????? T 波浪平均周期； 4 .0 4 .0 0 .3 0 0 2 .9 1Th? ? ? ? L 平均波長 ,假設(shè) 2 2 21 . 5 6 1 . 5 6 2 . 9 1 7 . 4 82gTL T m?? ? ? ? ?，故為深水波； R 平均爬高 : R =20 . 7 8 1 . 0 2 1 0 . 3 0 0 7 . 4 8 0 . 4 31 2 . 5 m?? ? ? ?? 波浪設(shè)計爬高 R 按建筑物的級別確定 ,對于 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 土石壩取保證率 P=1%的波浪爬高值 1%R ，該 土石壩 等級 屬于 Ⅲ 級 ，故 P=1% 。按蒲田試驗站統(tǒng)計分析公式計算 ,先計算平均爬高 R ，平均爬高按按下式計算： R = LhmKK W21?? （ 33） h = 22 ??????VgDgV （ 34） T= h （ 35） 式中： ?K 與壩坡的糙率和滲透性有關(guān)的系數(shù)，本設(shè)計采用砌石護面，查教材《水工建筑物》表 5— 1 得： ?K =～ ,取 K=。 壩肩岸坡處理：挖黏土截水槽至半風化巖基，基巖與粘土接觸面設(shè)置混凝 齒墻，齒墻與河床部分防滲相連，詳見細部構(gòu)造設(shè)計。由于壩基巖風化，節(jié)理發(fā)育，是防滲的薄弱環(huán)節(jié)。對砂卵石地基的處理，主要是保證地基滲流穩(wěn)定，控制滲流量，處理措施為：在壩體中上游側(cè)設(shè)置垂直或水平防滲如黏土截水槽、混凝土防滲墻、灌漿帷幕或鋪蓋等，下右側(cè)設(shè)排 水減壓措施如排水井、反濾蓋重等。無論哪種地基，筑壩前都需要進行清基，清除可能造成集中滲流和發(fā)生滑動的表層土石?？紤]到充分利用壩址附近各種土石料，以及當?shù)貧夂颉⒐こ淘靸r、工期等各種因素，最終選擇 斜墻壩方案。這種壩是為了克服心墻壩可能產(chǎn)生拱效應(yīng)和斜墻壩對變形敏感等的不足而發(fā)展起來的，很適合高土石壩。正因為防滲體處在上游，故壩殼可單獨領(lǐng)先上升，施工比心墻壩容易，基礎(chǔ)處理干擾較小，雨季施工亦便于安排，攔洪度汛也較容易。 斜墻壩防滲墻設(shè)置在把提上游面或接近上游 面。其特點是：心墻與壩殼比較具有明顯的較高壓縮性，因此沿著心墻邊界接觸面出現(xiàn)的剪應(yīng)力會使心墻有效垂直應(yīng)力大幅度下降，即產(chǎn)生所謂拱效應(yīng)。 心墻壩的防滲體設(shè)置在壩體中央，即壩軸線處。均質(zhì)壩 的缺點是由于邊坡較緩，工程量大，且需要大量的土料，因此往往要占用大量耕地。 （ 2）由于全斷面防滲，所以一些相對弱透水性的材料也可以用來填筑均質(zhì)壩。這種壩由于土料的滲透系數(shù)小，因此施工期壩體內(nèi)要產(chǎn)生孔隙壓力，加上其抗剪強度較小，所以這種壩型大多數(shù)為中低壩。土石壩根據(jù)壩體的防滲材 料及其結(jié)構(gòu)分為均質(zhì)壩、分區(qū)壩、人工防滲材料壩。 第 3 章 土壩設(shè)計 壩型選擇 土石壩是由黏性土、非黏性土、堆石等材料組成。 由于壩址處 右邊 山坡高峻，巖體完整，風化作用較輕， 左 岸山坡相對低矮平緩，巖石風化較河床右邊重，巖石表面由較多的裂縫，情況不如右邊，但仍是良好的地基。 擋水建筑物按直線布置，壩布置在河灣地段上。 2 泄水建筑物的選擇 考慮到郭莊水利樞紐該地區(qū)在豐水年汛期洪峰流量較大，千年一遇洪水為 2710 m3/s，該樞紐擋水建筑物為不過水土石壩，因此，泄水建筑物選擇溢洪道和泄洪隧洞共同擔任泄洪 。 根據(jù)郭莊水庫壩址處資料，該地對外交通不便，也不具有適宜建拱壩的有利地形，河床部分基巖埋深 15~24m，但具有儲量豐富的土石料。 （ 3）施工方法靈活，技術(shù)簡單，且管理方便，利于加高擴建。 3) 對土石壩，具有以下特點 （ 1）土石壩可就地取材，與混凝土壩相比，節(jié)省大量水泥、鋼材和木材，且減少了筑壩材料遠途運輸費用。 （ 4） 拱壩輕韌，富有彈性和整體性好，借助巖基對地震 動能的吸收，具有較強的抗震能力。 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計 8 （ 2） 拱是推力結(jié)構(gòu)，有利于發(fā)揮工材料的抗壓性性能，可使壩體做得較薄，一般可節(jié)省同高重力壩工程量的 1/3～ 2/3，節(jié)省材料，減小造價，增加工程效益。因此，拱壩的選擇要由良好的地形地質(zhì)條件，如 V 形U 形和梯形山谷。 （ 6）因壩體體積較大，施工期混凝土收縮應(yīng)力也較大，為防止發(fā)生溫度裂縫，施工時對混凝土溫度控制的要求較高。材料用量多，壩內(nèi)壓應(yīng)力較低，材料強度不能充分發(fā)揮。由于橫縫將重力壩分成若干壩段，各壩段獨立工作，結(jié)構(gòu)作用明確。 （ 3）由于重力壩可做成溢流的，也可在壩內(nèi)設(shè)置泄水孔，故一般不需要另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。 （ 2）對地質(zhì)、地形條件適應(yīng)性強。 1） 對于重力壩具有以下工作特點 （ 1）重力壩筑壩材料強度高，耐久性好，抵抗洪水漫頂、滲漏、沖刷、地震破壞等的能力強。應(yīng)選擇幾種比較優(yōu)越的壩型，擬定剖面輪廓尺寸，進而比較工程量、工期、造價，最后選定技術(shù)上可靠、經(jīng)濟上合理的壩型。永久性水工建筑物洪水標準，正常運用（設(shè)計）洪水重現(xiàn)期 100~50年；非常運用（校核）洪水重現(xiàn)期1000年。 根據(jù) SDJ12— 78《水利水電工程樞紐等別劃分及設(shè)計標準 (山區(qū)，丘陵部分 )》，綜合考慮水庫總庫容、防洪效益、灌溉面積，電站裝機容量，工程規(guī)模由庫容 5030萬 m3控制，屬中型。 第 2 章 樞紐布置 樞紐組成及建筑物級別 樞紐布置就是研究樞紐中各個水工建筑物的相互位置，是樞紐設(shè)計中一項重要內(nèi)河北工程大學畢業(yè)設(shè)計 7 容，需以設(shè)計、施工、運行管理、 經(jīng)濟等各方面進行全面論證，綜合比較，最后以若干各比較方案中選擇最好的樞紐布置方案。 郭莊水利樞紐組成包括：擋水建筑物、泄水建筑物和發(fā)電站建筑物。主要建筑物為 3級，次要建筑物為 4級，臨時建筑物為 5級。各項施工輔助企業(yè)，倉庫及生活等臨時建設(shè)施布置在壩址下游兩岸。 C KPa 飽和固結(jié)快剪 φ 度 C KPa 比重 干重度 KN/m3 含水量 % 17 濕重度 KN/m3 飽和重度 KN/m3 浮重度 KN/m3 滲透系數(shù) m/s 105 107 108 105 106 對外交通計劃新建從平陽縣經(jīng)郭莊村到達工地的公路，壩頂無交通要求。 40176。 35176。 35176。 根據(jù)現(xiàn)場和室內(nèi)試驗結(jié)果，筑壩土石料可按下表所列數(shù)據(jù)進行設(shè)計計算。自然含水量 9％。儲量 68 萬 m3，其自然休止角 176。壩體 430m高程以上堆石粒徑建議不小于 300mm，小于 300mm 的用于上下游壩坡， 430m 高程以下，孔隙率不得超過 30％。最大 176。東，屬受擠壓產(chǎn)生的，破碎帶寬數(shù)米，裂隙閉合。 (2)壩址處各月平均降雨天數(shù) 表 15 壩址處各月平均降雨天數(shù) 月份 1 2 3 4 5 6 5～ 10mm 10～ 20mm 20～ 30mm / / ＞ 30mm / / 月份 7 8 9 10 11 12 5～ 10mm 10～ 20mm 20～ 30mm / ＞ 30mm / / 壩址以下老河道出口處水位流量關(guān)系曲線見附圖 水庫面積、容積與水位關(guān)系見附圖 地形、地質(zhì) 壩址處河谷較窄，寬約 120m，壩基和兩岸均為安山巖，所屬時代為震旦紀巖層，河北工程大學畢業(yè)設(shè)計 4 風化較重，一般風化深 1～ 3m，兩岸巖石裸露，高出河床 50～ 100m，河床部分基巖埋深一般 5～ 15m，河床質(zhì)為砂卵石，砂卵石粒徑一般為 ～ 10cm，大的可達 30cm，含中粗砂，基巖透水性不大。溫升率 攝氏度 /時。全年無霜期 180 天，結(jié)冰期約 90 天，河道一般十二月封凍，次年三月上旬解凍，冰厚 ~ 米，岸邊可達 1 米。 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計 2 表 11 洪水計算成果表 項目 洪峰流量(秒立米 ) 洪量 (萬立米 ) 24 小時 三天 六天 特征值 均值 900 238 328 380 Cv Cs/Cv 頻率 (%) 2710 586 692 783 2650 563 657 728 2380 512 608 673 1 2080 454 571 625 2 1840 398 520 586 5 1586 342 463 529 10 1290 296 410 490 20 1020 259 365 429 表 12 郭莊水庫壩址以上不同頻率設(shè)計洪水過程線 時間 不同頻率 (%)流量 (秒立米 ) 月 日 時 1 2 5 10 7 28 2 86 59 41 13 11 4 205 115 53 100 82 6 392 197 123 220 184 8 830 346 274 300 249 10 2710 506 369 798 621 12 2068 2080 774 1487 1133 14 1672 1259 1840 621 565 16 1026 861 342 290 306 18 794 573 457 221 208 20 568 430 309 189 157 22 431 329 285 134 112 24 266 173 167 68 67 7 29 2 125 78 85 30 25 4 86 50 38 9 8 6 63 32 16 8 6 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計 3 表 13 相應(yīng)于各時期的流量特征值 月份 頻率 洪水期 中水期 枯水期 5% 700 36 2% 1106 72 表 14 全年各月流量平均值：（ P＝ 10%） 月份 1 2 3 4 5 6 7 Q(m3/s) 月份 8 9 10 11 12 Q(m3/s) 氣象： 全流域?qū)儆诩撅L大陸性氣候，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，年平均降水量約 950毫 米，且多集中在夏季的七、八月。 洪水：王家河洪水由暴雨形成，本地區(qū)暴雨歷史短，強度大，地面坡度陡，洪峰陡漲陡落，一次洪水一般歷時 1~2 天。且豐枯水年連續(xù)發(fā)生。 基本資料 水文資料 年徑流：王家河流域水量豐沛，年徑流由年降雨產(chǎn)生，年徑流在地區(qū)與時間上的分布與年降水基本一致。水庫總庫容 5030 萬 m3，多年調(diào)節(jié)水庫，在保證率 75%的情況下，可灌溉王家河下游南岸農(nóng)田 11 萬畝，灌溉最大引水量10m3/s，由于來水較大，除利用灌溉用水發(fā)電外，還可利用豐水年的棄水發(fā)電，電站裝機兩臺，總裝機容量 2020 千瓦，全年可發(fā)電 300 萬度，郭莊水庫的修建可使五十年一遇的洪水洪峰流量由 1840m3/s 削減到 1320m3/s，千年一遇洪水洪峰流量由 2710m3/s 削到 1980m3/s，減輕下游洪水災(zāi)害。 本地區(qū)多年平均降雨量為 950mm，但年內(nèi)及年際的分配極為不均，多集中在雨季， 8 月份降雨量占全年降雨量的 68%，多年平均徑流深 336mm，多年平均徑流量 5920萬 m3，根據(jù)實測暴雨資料，利用綜合單位線，結(jié)合歷史洪水調(diào)查推算求得壩址百年一遇洪水為 2080m3/s，千年一遇洪水為 2710m3/s，洪水特點是峰高而歷時短，持續(xù)時間不到一天，主要集中在汛期發(fā)生。 溢洪道設(shè)計包括：引水渠，泄水槽，控制段及出口效能段的結(jié)構(gòu)布置，水力計算（包括泄水過程、水面線及消能計算） ，細部構(gòu)造等。 根據(jù)實際與現(xiàn)有條件，本設(shè)計主要針對其中的主壩和溢洪道進行詳盡的設(shè)計。河北工程大學畢業(yè)設(shè)計 I 郭莊水利樞紐工程土石壩畢業(yè)設(shè)計 摘要 郭莊水利樞紐工程建筑物包括：主壩、溢洪道、導(dǎo)流建筑物、灌溉發(fā)電隧洞。按SDJ12— 78 規(guī)范中設(shè)計標準，工程等級為 3 等，水利樞紐為中型，主要建筑物按三級設(shè)計，次要建筑物按四級設(shè)計，臨時建筑我按五級設(shè)計。 主壩設(shè)計包括：壩工設(shè)計，滲透分析與計算，壩坡穩(wěn)定與計算，地基處理，細部構(gòu)造，兩岸連接建筑物等。 關(guān)鍵字：水利樞紐工程，擋水建筑物，溢洪道 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計 II Abstract Water conservancy vital point engineeri