这是一个拱坝的毕业设计,我个人认为做基坑,边坡的设计,都可参照着个模版.
毕业设计指导书
(王湾拱坝初步设计)
目录
第一章 概述
第二章 水文分析
第三章 水利及水能分析计算
第四章 拱坝设计
第五章 隧洞设计
第六章 施工导流设计
第七章 工程概算
第一章 概 述
1～1 自然地理
景宁畲族自治县位于浙江省南端，全县总面积1950km2 。境内谷深坡陡，河流湍急，水位落差大，水力资源极其丰富。县政府为加快开发水电资源，以满足日益增长的工农业生产的需要，制定了一系列优惠政策，全县人民兴建小水电的积极性蓬勃高涨。
王湾水电站位于景宁县大顺乡境内，属瓯江水系小溪中游支流大顺溪上的一座水电站。王湾水电站在大顺乡王湾村以上2.6km的峡谷中建坝，形成一旬调节的水库，水库总库容量 万m3 ，坝址以上集雨面积104.4km2 ，多年平均流量 m3 /s，多年平均年径流总量 万m3 ，在大坝右岸设发电引水隧洞。电站位于高岩下村，装机3000 kw，多年平均年电能1241万kw.h，多年平均利用小时2211h。
本电站是华侨投资建设的小型水电工程，根据业主的意向，以简易、实用和节资的原则进行设计，装机容量适当加大。
1～2 水文气象
王湾水电站位于瓯江支流小溪的二级支流大顺溪中游的大顺乡，大顺溪流域位于景宁县的东北部，大顺溪发源于丽水县境内。流域平均高程730m，流域内林木茂密，覆盖良好，流域属中亚热带季风气候，多年平均年降水量为 mm，多年平均径流深 mm，年径流系数0.614。
坝址处集水面积为104.4km2 ，多年平均流量 m3 /s，年径流总量 亿立米。
设计流域内没有水文站，仅有一夏庄雨量站，设计以夏庄年降雨系列统计。
１～３ 工程地质
１～３～１ 勘测工作概况
由于经费限制，仅在坝址布置了二个钻孔，在厂址布置了一个钻孔和两条探槽，完成的主要工程量有钻孔总进尺79.95m，压水试验10段次，探槽2条，总长度50m，土石方量约150m3 ，工程地质1:500地质平面测绘0.04km2 。
１～３～２ 区域地质
本区域系构造剥蚀中低山区，地层较为简单，由第四系松散覆盖层和侏罗系上统g段、x段地层组成，岩性以熔结凝灰岩(J3 g(λclt) )
为主，局部夹流纹质熔结凝灰岩、凝灰岩等。区内地质构造较复杂，区域断裂构造和节理裂隙较为发育，位于坝址东侧发育两条北东向断裂、延伸10余km；坝址西面约0.5km处，发育两条北西向断裂，往南延伸时被北东向的断裂切割，本区域地震烈度为Ⅵ度。
１～３～３ 库区工程地质
库区四周群山环抱，山体宽厚，不会产生永久渗漏，库岸山坡稳定，不存在大的岸坡稳定问题。
１～３～４ 坝址及枢纽主要建筑物工程地质
１、坝址 坝址河床底高程219.5m，河谷宽10～15m，两岸不完全对称，呈V字形。河谷以下蚀作用为主，堆积作用微弱，松散层厚度约2m，中下部基岩裸露，右岸上部覆盖层较左岸厚。右岸260m高程为一平台，松散层厚度为4～5m，左岸松散层厚2～3m，主要由黄色砂质粘土夹风化碎块石组成。坝址区有F2 、F3两条断层出现，对坝轴线的位置有直接的影响，两岸均存在局部的不稳定岩体。地下水赋存的主要形式为裂隙水，基岩上部由于风化较为强烈，透水性大。
２、发电引水隧洞
沿线岩性为侏罗系上统g段，局部x段。有两条北东向的断裂穿过，可能形成较宽的破碎带。进口段由于受F2 断层影响，形成高30余m的直立边坡，且存在有不稳定岩体，故需清除不稳定岩体，将洞脸边坡削至1:0.2。出口段条件良好。衬砌段长度约占全洞长的四分之一。
３、厂区
压力管道沿线及厂房基岩地层均为侏罗系上统g段，岩性单一、未发现断裂构造。地表以弱风化为主，覆盖层厚0.5～3m。管线山坡稳定。
１～３～５ 天然建筑材料
坝区石料丰富，平均运距500m，但如开采条石，成材率较低。砂砾料需从大顺乡附近的小溪河段中挖取，储量满足工程所需，平均运距15km。
１～４ 电站建设的必要性
地处浙南山区的景宁畲族自治县水利资源丰富，目前已开发的水电资源仅占可开发资源的5.3％，县境内电网覆盖面积已达90％以上，为振兴景宁经济，加速开发山区水力资源既属必要，也已具备了良好的基础条件。王湾电站所在地大顺乡，是景宁县的贫困老区，电站的建设也将对大顺乡的脱贫致富起到积极的作用。
１～５ 水库淹没及环境影响
水库库区无拆迁，仅淹没少量山林和梯田，由业主和大顺乡协商处理。
水库建成后，可提高径流调蓄能力，对削减洪峰有一定的作用。因本工程无灌溉任务，不存在低温水对农作物的影响。施工时的弃渣可利用部分作为砼骨料，多余部分可弃于附近山岙，施工时对环境的影响是局部的，暂时的，且可以采取措施尽量减小，故该工程在环境保护角度上是可行的。
第二章 水文分析
§2～1 基本资料
1、夏庄雨量站1962－1993年逐年雨量观测资料；
2、秋芦站1962－1993年逐年流量观测资料；
3、5000分之一库区地形图。
§2～2 设计年径流分析计算
1、设计流域雨量频率计算(二种标准)；
2、将丰、平、枯设计年降雨转化为设计年径流深；
3、将丰、平、枯设计年径流量分配。
§2～3 设计洪水分析计算
1、确定设计标准；
2、设计暴雨推求；
3、用综合单位线求设计洪水过程线。
§2～4 施工期设计洪水分析计算
1、划定分期(汛期和非汛期)；
2、推求分期设计暴雨；
3、推求分期设计洪水。
§1～5 水库调洪演算
根据上面求得的设计洪水，假定若干溢流堰方案，若干起调水位，利用水库水量平衡原理，进行调洪演算，求出相应最高洪水位及其相应库容、最大下泄流量。
§1～6 固体径流分析计算
确定水库死水位及水库使用年限，进行建库后库区泥沙淤积量计算，提供建库后库区悬移质、推移质泥沙的多年平均淤积量，求出泥沙淤积高程。
第三章 水利及水能分析计算
§3～1 基本资料
(同上)
§3～2 设计年径流及其年内分配分析计算
(同上)
§3～3 水库死水位的确定
根据动能最大原则，考虑水库淤积高程进水口高程的要求分析确定。
§3～4 电站装机容量的确定
根据电力电量平衡，确定装机容量。
第四章 拱坝设计
§4～1基本资料
一、地形资料
1、流域1：10000地形图；
2、坝址1：500地形图；
二、地质资料
王湾电站工程地质报告；
§4～2 拱坝布置
拱坝布置的基本思路：先结合坝址的地形、地质、水文和施工条件选择坝型，初拟拱冠梁断面并进行拱坝平面布置，以确定各层拱圈的基本参数，对拱坝的应力及拱坝坝肩稳定进行分析计算；然后根据拱坝的应力及拱坝坝肩稳定的分析成果对拱冠梁断面和各层拱圈的基本参数进行反复修改，最后求得安全可靠，经济合理的设计方案。
一、拱坝布置原则
拱坝布置时，主要从以下几个方面考虑：
1、地形条件
2、地质条件
3、水流条件
4、施工条件
5、其他条件
二、拱冠梁断面尺寸拟定
1、拱圈形式选择
中小拱坝多采用园弧拱圈。
形式选择时应注意拱圈中心角对坝体应力、坝肩稳定、坝体工程量的关系。通常情况，顶拱中心角为80～110o，底拱中心角为40～80o，具体数据应根据实际的地形、地质等条件确定。
2、拱冠梁断面尺寸拟定
拱冠梁断面尺寸拟定的内容包括坝顶厚度、坝底厚度、拱冠梁上、下游面曲线；同时还应考虑坝体的材料。
(1) 坝顶厚度
坝顶厚度应根据交通、溢流及温度变化等因素确定。一般可以用任德林统计公式或采用美国垦务局经验公式估算；一般不宜小于3米。
(2) 坝顶厚度
坝顶厚度取决于坝高、坝型、河谷地形、地质条件及坝体材料等因素，可用纯拱法估算；也可使用任德林统计公式进行估算。
(3) 拱冠梁上、下游面曲线
对于双曲拱坝的拱冠梁断面比较复杂，为减小拱冠梁梁底拉应力，拱坝竖向剖面就会产生倒悬，为满足施工期的应力，倒悬度必须满足规范规定的要求。(《浆砌石坝设计规范》(SL25－91)、《混凝土拱坝设计规范》(SD145－85))
拱冠梁上、下游面曲线的拟定方法可参见教科书、《水工建筑物设计丛书……拱坝分册》、《水工设计手册……第五分册》，拱冠梁断面如右图所示。
三、拱坝平面布置
拱坝布置没有固定的步骤，与设计人员的经验有关。以下步骤可供同学们毕业设计时参考：
1、绘出可利用基岩等高线，对地形的缺陷进行必要的加工，(同时草拟地基处理方案)以满足拱坝布置的要求。
2、初拟拱冠梁断面尺寸。
3、初拟顶拱拱轴线位置、方向及中心角，使之满足要求。
4、以拱冠梁断面为控制断面，从坝顶往下布置各拱圈，布置时注意各层拱圈的中心角、拱端与等高线的交角、局部倒悬度、整体倒悬度及左、右岸的对称程度；除此之外，各层拱圈的圆心联线应联成光滑曲线。
5、切取若干竖向断面，检查其轮廓线是否光滑连续，有无扭曲现象。
6、进行坝体应力分析计算，验算其应力是否超标，如不符合要求，回复到第二步，重新修改坝体尺寸和布置。
7、进行坝肩稳定验算，如不符合要求，回复到第二步，重新修改坝体尺寸和布置。
8、沿坝轴线展开，画出坝的下游展视图。
9、在剖面图上画出开挖线。
10、计算出坝体工程量、开挖工程量。
§4～3 拱坝应力分析
一、荷载及其组合
荷载及其组合应采用多种荷载组合，具体组合应满足《浆砌石坝设计规范》(SL25－91)、《混凝土拱坝设计规范》(SD145－85)的规定。另外对于自重是否参加变位调整，应视坝体砌筑的方法而定。
二、计算方法
一般中小型拱坝，若河谷对称或基本对称，均可采用拱冠梁法进行应力分析计算，应力分析应借助电子计算机进行分析计算，电子计算机的程序可采用编者所提供的程序，具体使用方法如下：
方法(一)
改进拱冠梁法分析拱坝应力程序(J－3)
(一)、数据填写：
b,a,n,Ec,C，FL，dh,rb
R(i),T(i),FA(i),ER(i),X(i),P(i) (i=1,7 共7行)
end
(二)、符号含义：
b：基础当量矩形长度(米)
a：基础当量矩形宽度(米)
n：坝体材料泊桑比(0.2或0.167)
Ec:坝体弹性模量(吨/平方米)
C: 坝体线膨胀系数
FL:岸边与铅垂线夹角(度)
dh:坝体等分段每段高度(米)
rb:坝体材料容重(吨/平方米)
R(i):第i层拱圈中半径(米)
T(i);第i层拱圈厚度(米)
FA(i):第i层拱圈半中心角(度)
ER(i):第i层拱圈基础弹性模量(吨/平方米)
X(i):第i层拱圈中心距下游参考Y轴的水平距离(米)
P(i):第i层拱圈承受的水平荷载(吨/平方米)
(三). 例题
240,16,.2,1400000,0.00001,10,19.2,2.4
55.2,6.4,55,700000,17.6,7
51.9,10.3,54,700000,17.2,26
48.7,14.2,53,700000,16.9,45
45.8,18.1,50,700000,16.4,64
44.5,20.4,46,350000,15.3,95
44,21.3,40,350000,13,126
43.7,22.1,38,350000,11.05,158
end
(方法二(j-2) )(考虑扭转作用的拱冠梁法)
坝基的影响采用延长坝高法进行计算。
例题数据输入:
.00001 坝体材料热膨胀系数
1000000材料弹性模量 (吨/平方米)
1000000坝基材料弹性模量 (吨/平方米)
1.2 淤砂浮容重(吨/立方米)
20 淤砂内摩擦角(度)
441 正常高水位(米)
447 坝顶高程(米)
405 坝基面高程(米)
417 淤砂高程(米)
.5 基础变形计算中延长坝高法的延长系数(0.5或1.0)
0.0 所要计算的梁与拱冠梁的夹角
1 1为不考虑剪切变形; 2为考虑剪切变形适用于厚拱坝
6,6,6,6,6,6,6,4自上而下个坝块的高度(米)
3,66.9,61,0 T(M) , R(M), FA(度) , LL(米)
3.6,62.8,61,1.5 坝 拱 半 上游
4.2,58.1,55,2.7 厚 中 中 面与
4.8,50.8,50,4 心 心 坝轴
6.0,43.6,50,4.8 半 角 线之
6.8,36.2,49,5.5 径 间的
7.2,28.8,48,5.6 距离
8,19,48,5.1
8,19,48,4.3
4.08 第1层拱圈水砂总荷载(吨/平方米)
10.28 第2层拱圈水砂总荷载(吨/平方米)
16.57 第3层拱圈水砂总荷载(吨/平方米)
23.03 第4层拱圈水砂总荷载(吨/平方米)
29.92 第5层拱圈水砂总荷载(吨/平方米)
37.19 第6层拱圈水砂总荷载(吨/平方米)
48.97 第7层拱圈水砂总荷载(吨/平方米)
64.23 第8层拱圈水砂总荷载(吨/平方米)
数据文件编写完成并赋予文件名后就可运行编者提供的程序。
(直接运行J－2 或J－3 再根据提示输入相关的内容即可打印出你所需要的计算成果。)
三、应力指标
应力指标目前还无统一的标准，一方面同学们可参照《浆砌石坝设计规范》(SL25－91)、《混凝土拱坝设计规范》(SD145－85)的有关规定；另一方面同学们可参照下列表格：(单位：Kg/Cm2)
筑坝材料 拱抗压强度 拱抗拉强度 梁抗压强度 梁抗拉强度
100#水泥砂浆800#块石 20～25 5 20 7
100#细骨料混凝土800#块石 30～40 5～7 30 7～10
如果应力指标不满足要求，则需要修改拱冠梁断面尺寸和拱坝的平面布置，并重新进行分析计算，直到应力满足要求为止，但应注意，坝体应力不应过小，否则造成不必要的浪费，你的设计成果就不经济了。
§4～4坝肩稳定分析
坝肩稳定分析方法采用刚体极限平衡法进行分析。
一、荷载组合
荷载组合应按最不利原则进行组合，具体方法参照《浆砌石坝设计规范》(SL25－91)、《混凝土拱坝设计规范》(SD145－85)的有关规定。
二、计算方法
计算方法可参照教科书也可参照《浆砌石坝设计规范》(SL25－91)、《混凝土拱坝设计规范》(SD145－85)的有关规定。
在稳定分析时应注意基岩各指标的选取以及坝基杨压力的计算方法，尤其是扬压力的计算必须引起高度的重视，拱坝的失事很可能是对扬压力的估计不足，同学们不能再范这个错误了。
§4～5 溢流设计
中、小型拱坝多采用坝顶溢流，挑流消能。
一、溢流面曲线的设计
溢流面曲线可参照《水力学》、《水工建筑物》等教科书所提及的方法进行。在此不再叙述。
二、消能设计
拱坝一般都采用挑流消能。
消能设计主要包括挑流鼻坎的设计、下游冲刷坑的深度计算、挑矩计算等内容；以判别下游冲刷坑是否会危及坝体的安全。
§4～6 细部构造
细部构造主要包括坝顶构造、坝体防渗、溢流面、导墙、坝后桥、水库放空设施、施工分缝及拱坝封拱灌浆等。
§4～7 地基处理
地基处理主要包括坝基开挖的深度、尺寸及形式；坝体与基岩的结合形式；拱端的开挖形式、尺寸；降低坝肩扬压力的措施(如帷幕灌浆、排水等)；断层的处理方式等。
§4～8 工程量估算
工程量估算包括坝体的工程量、开挖工程量及其他工程量。具体工程量的分类方式应符合《水利水电工程初步设计概算编制办法》或《浙江省水利水电基本建设工程设计概(预)算编制细则》(试行)(浙江省水利厅 1992)的有关规定。
【参考文献】
1、《浆砌石坝设计规范》(SL25－91)
2、《混凝土拱坝设计规范》(SD145－85)
3、《水利水电工程初步设计概算编制办法》
4、《水工建筑物》教材
5、《水工钢筋混凝土结构》教材
6、《水工建筑物设计丛书……拱坝分册》
7、《水力学》教材
8、《水工设计手册》(5)
9、《结构力学》教材
10、《水工钢筋混凝土结构设计规范》(SDJ20－78)
11、《混凝土结构设计规范》(GBJ10－89)
12、《砌体结构设计规范》(GBJ3－88)
13、《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》(山区、丘陵区部分)(试行)(SDJ12－78)
14、《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》(山区、丘陵区部分)(试行)(SDJ12－78)补充规定
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第五章 隧洞设计
§５～１ 基本资料
基本资料应根据前面的分析计算结果以及在前面已经提供的各种资料分析应用。
§５～2 隧洞线路选择及进、出口位置的选定
隧洞的线路影响因素很多，并互相牵连，各个工程应根据具体情况，重点考虑某些主要问题，布置的一般原则如下：
1、线路尽量避开不利的岩层及地下水丰富的地段；
2、洞线与岩层层面的交角应尽可能的大；
3、洞线力求短而直，如需设弯道，转弯半径必须满足设计要求；
4、洞线应有足够的上覆层厚度。
§５～3 隧洞进口设计
隧洞的进口设计主要包括洞径、进口建筑物形式、进口各部分尺寸、进口细部结构设计及闸门与启闭机。
一、洞径尺寸
隧洞的洞径与经过的流量、隧洞纵坡、隧洞施工要求等因素有关，隧洞的洞径一般不应小于2.0米。
二、进口建筑物形式及其布置
进口建筑物的形式选择时应考虑隧洞的功能，如果隧洞作为泄洪洞使用，隧洞一般时无压的，而且隧洞本身可能是有施工导流洞改建而成，如果这样的话，隧洞进口就会有个“龙抬头”，“龙抬头”段应该是无压的。
进口建筑物主要形式与布置时可以从以下几个方面进行考虑：
1、进口的水流条件；
2、建筑物的温度及抗震性能；
3、施工条件；
4、运行要求；
5、工程造价。
三、进口各部分尺寸的拟定
1、进口喇叭口外形及尺寸主要有允许流速控制；
2、进口的淹没深度；
3、闸门段的长度、竖井壁以及其上的启闭机、框架等；
4、渐变段的断面尺寸；
5、通气孔的断面尺寸。
四、进口建筑物的结构设计
1、设计条件的选取；
2、渐变段衬砌的结构计算；
3、渐变段衬砌的配筋计算；
4、渐变段钢筋图、材料用量；
五、闸门尺寸拟定、启闭机选型
1、选定闸门型式、尺寸；
2、对闸门进行启闭力及持住力进行计算；
3、选定启闭机型式和型号。
【参考文献】
1、水工隧洞设计规范
2、水利水电工程钢闸门设计规范(SL74－95)
3、水工钢闸门(安徽省水利水电设计院)
4、水工建筑物教材
5、水电站教材
6、水工钢结构教材
7、水力学教材
8、水工设计手册(6)
9、结构力学教材
10、水工钢筋混凝土结构设计规范(SDJ20－78)
11、混凝土结构设计规范(GBJ10－89)
12、钢结构设计规范(GBJ17－88)
第六章 施工导流设计
§6～１基本资料
一、地形资料
二、地质资料
三、水文气象资料
文气象资料可参见第一章和第二章的分析计算结果。
四、设计标准
施工导流设计标准应满足《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》(山区、丘陵区部分)(试行)(SDJ12－78)、《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》(山区、丘陵区部分)(试行)(SDJ12－78)补充规定和《水利水电工程施工组织设计规范》(试行)(SDJ338－89)的有关规定。
施工期的洪水标准一般应划分成三个时期即枯水期、梅雨期和台风期。
§6～2 导流方案的选择和布置
施工导流是事关施工成败的首要问题。施工导流方案主要取决于坝址、坝型和水库枢纽的布置；一般的导流应经过多个方案的比较，权衡各个方案的优劣，最终选择经济上合理、技术上可靠的导流方案。
一、导流标准的选择
导流标准应满足前节的规定。
二、导流方案的比较
施工导流方案一般至少选择二种，最后比较确定。
影响施工导流方案的因素很多，以下几个方面可供同学们参考：
1、水文因素
如河流有明显的洪枯，且枯水期较长，则可采用低围堰；在枯水期抢出水面，拦洪渡汛；如果工程量较大，宜采用分期围堰或旁侧泄水道的方式。
2、地质、地形因素
岸坡陡峻宜采用隧洞导流，岸坡平缓或有滩地则宜采用明渠导流。
3、坝型因素
砌石坝、混凝土坝可采用坝体留缺口渡汛，而土石坝、堆石坝在施工期坝体是不允许过水的。
三、导流方案的选择
导流方案可以考虑如下二个方案：
方案一：
利用隧洞导流，允许基坑过水的全断面围堰法。这一方案要求在一个枯水期内完成基坑开挖并将坝体抢出水面，坝体留缺口渡汛。
方案二：
分期围堰，坝体底孔导流的方法。这一方案要求施工场地较为开阔，否则施工场地狭小，影响施工进度。
§6～3 导流建筑物的设计
导流建筑物的设计主要包括围堰、隧洞或底孔的设计。
一、围堰设计
围堰是一种临时建筑物，为主体建筑物的施工服务，施工完成后就失去存在的意义。因此，围堰要因势利导，因陋就简，就地取材，方便施工，造价低廉。
1、堰顶高程的确定
2、堰型选择
3、围堰整体稳定设计
4、围堰结构设计
二、隧洞设计
1、隧洞洞径的确定
2、隧洞断面型式的选择
3、隧洞的进、出口高程的确定
4、隧洞的封堵方案
四、底孔的设计
1、底孔型式的选择
2、底孔断面尺寸的确定
3、底孔进、出口高程的确定
4、底孔的封堵方案
§6～4 导流方案的比较
一、技术比较
技术比较主要从如下几个方面进行比较：
1、导流方案对主体建筑物施工的影响，对施工干扰少的方案较优；
2、导流建筑物对主体建筑物的安全影响小的方案较优；
3、导流建筑物本身施工方便且施工进度快的方案较优；
4、导流建筑物用处多的方案较优。
二、经济比较
造价低廉的方案较优。但必须进行投资估算；投资估算的方法可参照后面所提及的投资概算的方法进行。
【参考文献】
1、《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》(山区、丘陵区部分)(试行)(SDJ12－78)
2、《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》(山区、丘陵区部分)(试行)(SDJ12－78)补充规定
3、《水利水电工程施工组织设计规范》(试行)(SDJ338－89)
4、《水利工程施工》教材
5、《水工建筑物》教材
6、《水力学》教材
