土坝枢纽课程设计指导书(整理).doc

《水工建筑物》课程设计
任务书与指导书
（农业水利工程专业）

内蒙古农业大学
水利与土木建筑工程学院
2011年2月

目录

土坝设计任务书 2
1 地形、地质资料 2
2 水文、水利计算资料 2
3 气象资料 3
4 建筑材料 3
5 其他资料 4
土坝枢纽课程设计指导书 5
1 设计的目的 5
2 设计步骤 5
3 设计图纸、设计说明书和设计计算书的主要内容 6
土坝设计任务书
1 地形、地质资料
1.1 地形资料
地形资料见坝址地形图
1.2 地质资料
1.2.1 基岩状态
新鲜基岩，角闪斜长片麻岩
1.2.2 基岩参数
容重：γ=2.7ｔ／ｍ3 单位吸水率：ω=0.03～0.05 l/min/m·m
抗压强度：σｃ=1000kg/cm2 以上 牢固系数：ｆK=8 摩擦系数：ｆ=0.65 弹性抗压系数：Ｋ0=600kg/cm2/cm 弹性模量：M=3.4×105kg/cm2
1.2.3 基岩风化带厚度
两岸0.5～2.5m，河底1～1.5m。
1.2.4 基岩结构
片理产状：NE 50°～60° 倾向 NW∠40°～60°
断层：F1 NE 75° NW ∠45° 断裂破碎带 10～40cm
F2 NE 70° NW ∠42° 断裂破碎带 20～50cm
以上二条断层均夹有二至五厘米厚断层泥，呈扁豆体。但不连续，节理裂隙较发育，多呈闭合状态。一般无充填物。密度约50～100cm一条，主要两种节理产状：
NE 50°～60° NW 40°～50°NW 310°～330° SW 60°～70°
2 水文、水利计算资料
2.1特征水位
设计洪水位（P=2%） 258.50 m
校核洪水位 (P=0.5%) 259.05 m
死水位 244.00 m
兴利水位 255.50 m
下游设计洪水位 (Q=129.0 m3/s) 233.80 m
下游最低水位 (Q=0 m3/s) 233.25m
防洪限制水位（设计、校核情况） 253.50 m
2.2枢纽下泄洪峰流量
设计洪峰流量 129 m3/s
汛期施工洪峰流量 60 m3/s
校核洪峰流量 166 m3/s
非汛期施工最大流量 1.5 m3/s
6、枢纽灌溉流量 4.0 m3/s
7、沿主要风向的最大吹程 1.5Km
最大风速（８级） 20.7m /s
8、
9、建筑材料
10、其他数据 ：灌溉渠道首部渠底高程 240ｍ

3 气象资料
多年平均最大风速20.7m/s，吹程1.5km。
多年平均最大冻土深度0.93m。
地震烈度7度；
雨季较长。
4 建筑材料
4.1 土石料分布、储藏状况
坝体沙砾料分布在坝址河床内，壤土主要分布在坝址上游高程240～260ｍ处
4.2 筑坝材料物理力学指标

坝体砂砾
坝基砂砾
壤土
排水堆石
坡 积 物
比重 Δ
2.60
2.60
2.71
2.65
2.58
孔隙度n
0.25
0.29
0.37
0.30
0.46
干容重γ (t/m )
1.95
1.85
1.70
1.86
1.40
饱和容重γ (t/m )
2.20
2.14
2.07
2.16
1.86
内摩擦角Φ (°)
33/水下30
33/水下30
20
35
24
渗透系数Κ (cm/s)
6×10-3
7.5×10-1
1.1×10-6

粘着力Ｃ (（kg/cm)

0.2

自然含水量ω(%)
5

12～19

备 注
颗粒组成见筛分曲线
坝址附近可开采8万立方米

5 其他资料
灌溉面积4.5万亩，灌区在右岸；
施工单位经验丰富，设备先进；
灌溉渠道首部渠底高程 240ｍ；
涵管设计流量Q设=4m3/s；加大流量Q加大=4.8m3/s。

土坝枢纽课程设计指导书
1 设计的目的
通过本课程设计培养学生综合利用所学知识解决工程实际问题的能力。对土坝的设计内容，设计步骤和方法有所了解，并在计算、绘画和编写说明书等方面都得到一定训练。
2 设计步骤
2.1 明确设计任务，熟习原始资料和规划成果。
认真仔细的阅读设计任务书、指导书和坝址地形图、坝轴线地质剖面图。明确设计任务、内容和要求。然后对所提供的原始资料按以下要求进行分析。
2.1.1地形条件
（1）根据河流流向，两岸地形，枢纽组成，考虑选择合适的坝轴线。
（2）在选择坝轴线同时，要特别注意根据地形特点，研究泄水，输水建筑物和水电站的有利位置。
2.1.2 地质条件
（1）研究坝址附近地质条件及其与建筑物的关系。
（2）综合考虑枢纽布置和坝型，研究地基的物理力学性质。
2.1.3 气象、水文条件
（1）结合施工速度的可能性、滩地情况，研究枢纽的施工分期和施工导流方案。
（2）研究下游水位——流量关系曲线。
2.1.4 建筑材料
（1）研究当地土料的颗粒组成、性质、储量及料场位置，初步考虑可能选用的坝型。
（2）研究各主要土料的物理力学性质，以便确定坝体构造。
2.2 枢纽布置
在研究了上述原始资料以后，设计者可以进行以下工作。
1、初步拟定坝顶高程及坝顶沿轴线的长度。
2、初步选定各主要建筑物的可能类型及主要尺寸。
3、根据地形、地质、气象、水文、建筑材料及枢纽任务要求，提出几种建筑物整体布置方案。
4、在满足枢纽任务、设计要求和安全可靠的前提下，通过全面的技术经济比较，考虑充分利用地形、地质条件，减少工程投资，使施工运用方便，选定合理的枢纽布置方案。
2.3 土坝设计
1、考虑地形、地质、气象、材料及施工等条件，选择合理的坝型。
2、拟定大坝构造尺寸。确定坝顶高程，对已选的坝型根据水头、建筑材料、基地特性、施工方法和交通要求等确定坝顶宽度、戗占（马道）高程及宽度、上、下游坝坡坡度、防渗和排水设施的构造的尺寸。
3、渗透计算
分析计算情况，选择计算断面。
计算坝身浸润线位置。
计算通过坝身及坝基的总渗透量。
4、稳定计算
分析稳定情况，选择计算断面。
通过分析，选择可能的滑动面进行上下游边坡稳定性校核。
5、拟定坝体细部构造
内容包括：坝顶构造、上下护坡、戗台、坝体及坝基排水设施、防渗体与地基的连接及反滤层设计等。
2.4 溢洪道设计
1、在地形图上定溢洪道轴线，绘制溢洪道纵断地形剖面图，确定溢洪道组成并进行布置（重点是拟定溢流堰位置、溢流堰坎顶高程、泄槽纵坡、消能型式及位置）。
2、选定堰型、计算溢流前缘长度、确定闸孔数及闸孔尺寸。
3、拟定泄槽平面尺寸和横剖面尺寸、推求泄槽水面曲线（分设计洪水和校核洪水两种情况）。
4、确定边墙高、选定泄槽底板、边墙衬砌型式、拟定衬砌尺寸。
5、确定出口消能型式并进行消能计算。若采取挑流消能，确定挑坎高程、挑射角、计算挑射距离和冲坑深度（分设计洪水和校核洪水两种情况）。
3 设计图纸、设计说明书和设计计算书的主要内容
设计成果是通过图纸、说明书和计算书来体现的，以此确定课程设计成绩。
3.1 图纸
图纸是设计成果的主要部分。图面布置要求做到匀称、饱满、绘图要求比例适当、线条正确、尺寸齐全、符号美观、注字工整。
1、枢纽布置图一张，包括枢纽平面布置图和坝轴线纵剖面图以及必要的说明，在所给坝址地形图及坝轴线地质剖面上绘制。
2、大坝的典型横断面图（包括最大坝高横断面及另一个有代表性的横断面）
3、大坝的细部构造图（坝顶、上下游护坡、马道、排水及反滤等）。
4、溢洪道纵剖面图及挑流坎细部图。
3.2 设计说明书
设计说明书是设计成果的重要组成部分。要求做到内容全面，叙述简洁，文词通顺，字迹端正。篇幅控制在10~20页左右。
说明书在相应部分附必要的图表，如结构图、计算简图。要注意图文内容必须一致。
说明书可参考下列章节顺序编写：
1 综合说明
介绍枢纽的整体布置及主要建筑物的构造
2 水文地质
2.12地形、地质条件
2.23气象、水文资料
2.3建筑材料
2.4枢纽规划成果（水利计算、调洪演算成果）
3 枢纽布置
3.1工程等别和洪水标准
3.1.1工程等别确定
包括枢纽级别和水工建筑物级别
3.1.2 水工建筑物洪水标准
3.1.3 地震设防烈度确定
3.2工程选址
3.2枢纽布置（包括枢纽组成及主要建筑物型式）
4 土坝设计
4.1坝型选择
4.2土料设计
4.3剖面拟定
坝顶宽度、坝顶高程、坝坡及马道
4.4细部构造
坝顶、坝体防渗、坝基防渗、坝体排水设备、护坡及坝坡排水、反滤层、初拟坝体剖面图
4.5渗透计算
4.6稳定计算
5 溢洪道设计
5.1溢洪道型式及组成
5.2各组成部分的主要尺寸
5.3水力计算（包括溢流堰孔口尺寸、泄槽水面曲线、挑流消能等）
5.4细部构造（溢流堰、挑坎）
3.3 设计计算书
设计算书是设计的归档材料。现作为课程设计成果之一。只包括有计算的内容。包括计算资料、计算公式（出处、符号意义），计算情况、计算过程和计算结果。篇幅按实际计算结果汇集，约15～20页。
计算书在相应部分应附有必要的图表。
计算书内容按计算顺序排列。
1 土坝坝顶高程计算
2 土坝渗透计算
3 土坝坝坡稳定计算
4 土坝反滤层计算
5 溢洪道溢流堰孔口尺寸计算
6溢洪道溢流堰剖面计算
7溢洪道溢槽临界坡度
8溢洪道溢流消能计算（挑距、冲刷深度）