開題報告-黑河水利工程土石壩設(shè)計

開題報告開題報告設(shè)計題目：黑河水利工程土石壩設(shè)計學生姓名：學院名稱：專業(yè)名稱：班級名稱：學號：指導教師：教師職稱:學歷：選題的目的及意義選題目的：①掌握土石壩樞紐各建筑物組成、建筑物的工作特點以及在樞紐中的布置；②掌握調(diào)洪演算的方法和水庫各種特征水位的確定；③在對土石壩樞紐中各建筑物的設(shè)計中，了解各建筑物的選型比較方法以及所選定建筑物的設(shè)計難點和重點，并掌握相應(yīng)的設(shè)計方法；④掌握計算機繪圖和程序計算方法，培養(yǎng)設(shè)計報告撰寫能力；⑤通過設(shè)計研究，培養(yǎng)文獻資料查閱、發(fā)現(xiàn)問題、獨立思考問題和解決問題的能力。通過土石壩水利樞紐的設(shè)計研究，掌握一個水利樞紐的設(shè)計步驟程序和方法，學習和發(fā)展土石壩設(shè)計理論，促進土石壩建設(shè)。意義：通過本次畢業(yè)設(shè)計，我們在教師的指導下，獨立完成設(shè)計課題所規(guī)范的全部內(nèi)容；一方面培養(yǎng)了自己綜合運用已學過的理論知識和技能，分析和解決本專業(yè)范圍內(nèi)的實際工程問題的能力，樹立正確的設(shè)計思想，掌握現(xiàn)代設(shè)計方法，培養(yǎng)我們勇于創(chuàng)新和開拓進取的精神；另一方面通過調(diào)查研究，查閱文獻資料，陪養(yǎng)了我們嚴肅認真的科學態(tài)度和嚴謹求實的工作作風，使綜合能力全面升高，為我國以后的水利工程事業(yè)發(fā)揮更大的價值。二、設(shè)計擬解決的工程實際問題1、土石壩就地、就近取材，節(jié)約大量水泥、木材和鋼材，減少工地的外線運輸量。2、適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。

3、高邊坡、地下工程結(jié)構(gòu)、高速水流消能防沖等土石壩工程設(shè)計和施工技術(shù)的綜合發(fā)展，對加速土石壩的建設(shè)和推廣也起到了重要的促進作用。設(shè)計擬應(yīng)用的現(xiàn)場資料綜述1.工程地理位置黑河水電站位于黑龍江省黑河市境內(nèi)的公別拉河中游，距西溝村5公里，廠房位于青春河入口1公里處。壩址位于西溝村上游33公里處，距哈拉臺河入口以上1公里，控制流域面積1668平方公里。2.流域情況公別拉河為黑龍江中游右側(cè)的一條支流，發(fā)源于小興安嶺山脈大黑山峰東麓，由西向東匯入黑龍江。河流全長147公里，流域面積2700平方公里，河道平均坡降3‰，總落差460米。全流域均在黑龍江市內(nèi)。其地理坐標是東經(jīng)126゜30ˊ—127゜30ˊ，北緯49゜40ˊ—50゜10ˊ。源地最高山峰867米，河口僅120米。本流域兩峰支流分布較均勻，多數(shù)短而湍急，水行呈網(wǎng)枝狀。上游森林密布，植被良好，山谷狹窄；義氣罕河口至團山子段，山谷逐漸開闊，河道彎曲，兩峰多濕地，有少量耕地。從團山子河到西溝水文站是本河流的中段，是一個30公里的大甩彎，河谷深切狹窄，河道平均坡降5‰，水流湍急。西溝水文站以下，為本河流的下游，河谷開闊平坦，有大片農(nóng)田。3.黑河地區(qū)經(jīng)濟概況黑河地區(qū)位于黑龍江省北部邊境地區(qū)，全區(qū)轄三市（黑河、北安河、五大連池）四縣（孫吳、遜克、德都和嫩江）總面積68276平方公里，其中林地6210萬畝，耕地1883萬畝，可墾荒地220萬畝。境內(nèi)森林資源豐富，林木蓄積量大；商品糧率高；礦產(chǎn)和水力資源豐富。境內(nèi)有黑龍江和嫩江兩大水系的大小河流612條；已查清：水能資源75萬千瓦，年發(fā)電量可達18億度。境內(nèi)的礦產(chǎn)資源有：金、煤、琿瑙石、石灰石、珍珠巖等20多種。1993年全區(qū)工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值28.2億元中，工業(yè)占31.5%，農(nóng)業(yè)占68.5%；在地方工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值70037萬元中，工業(yè)占37%，農(nóng)業(yè)占63%。規(guī)劃到1995年和2000年全區(qū)國民經(jīng)濟總產(chǎn)值將分別達到32.6和46.8億元。本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢1、土石壩的建設(shè)現(xiàn)狀土石壩是一種運用最廣的壩型，在具有適宜的地形、地質(zhì)和建筑材料的前提下，土石壩極可能是一種結(jié)構(gòu)簡單、較為經(jīng)濟和對地基要求較寬松，施工簡單方便、適應(yīng)性強、抗震性能良好、工作可靠、壽命長、管理簡單的壩型。因此，在水工設(shè)計的壩型比較中，土石壩往往是不可缺少的。同時土石壩也是世界上最古老的壩型之一，有著悠久的建造歷史。據(jù)統(tǒng)計，全世界超過15m的土石壩共有29000余座，僅在中國就有15000余座[1]。土石壩也是當今世界上建造數(shù)量最多（據(jù)1986年統(tǒng)計，壩高超過15m以上的土石壩占總數(shù)的82.7%，壩高超過100m以上的土石壩占沒總數(shù)的46%）、體積最大、高度最高的壩型。20世紀以來，土石壩在發(fā)達國家（如美國，加拿大，前蘇聯(lián)等）和部分發(fā)展中國家得到快速發(fā)展，并出現(xiàn)了300m以上的高土石壩。美國建設(shè)的高土石壩最多，已建和在建的高于150m的土石壩就有12座。[2]我國也建成了大量的土石壩，但絕大多數(shù)為70m以下的中低壩，建成的少數(shù)高壩其最大高度僅在180m以下。截止2000年底，我國共興建各類水庫8.5萬余座，其中土石壩占90%以上。進入21世紀后，隨著我國水利建設(shè)的快速發(fā)展和實施“西電東送”水電工程的要求，眾多高土石壩的建設(shè)被提上議程，特別在深厚覆蓋層河谷、地質(zhì)條件較差、地震烈度較高、壩高較大（尤其在250m以上）的壩址，多數(shù)選擇或擬選土石壩。2.土石壩發(fā)展趨勢(1).壩基覆蓋層的防滲處理有重大突破壩基的防滲處理時土石壩工程設(shè)計的關(guān)鍵問題，它與壩體的設(shè)計、施工、安全可靠性、工期和造價有密切關(guān)系，甚至直接影響到工程方案的選擇。早期在深透水壩基上建土石壩，常在壩基打設(shè)鋼板樁防滲，由于常出現(xiàn)樁尖卷刀、板狀傾斜、槽口撕開等問題，效果不是很理想。1954年法國在壩高128m的謝爾·幫松土石壩對其110m厚砂卵石壩基進行了著名的覆蓋層灌漿試驗，隨后埃及的阿斯旺大壩對深達225m的覆蓋層采用深達174m的帷幕灌漿進行地基防滲處理，使其承受110m的水頭，是世界上最深的基礎(chǔ)防滲工程。建成后的實測資料表明防滲帷幕承擔96%的深透水頭，工程運轉(zhuǎn)良好。實踐證明深帷幕灌漿是處理深覆蓋層防滲問題的一項有效措施，60年代中葉興起的混凝土防滲墻、泥漿固壁、沖擊鉆造孔，防滲效果更加經(jīng)濟可靠，加拿大尼克3號土石壩水頭為105m，防滲墻墻深131m，為最深的防滲墻。從工程建成后實際運行情況看，防滲效果均良好。當覆蓋層深度較小時，還可以采用造價低廉的泥漿截水槽[3]。壩基的各種防滲技術(shù)的發(fā)展和工程經(jīng)驗的積累為在不良的壩址上修建高土石壩開拓了廣闊的前景，許多不宜修建混凝土壩的壩址經(jīng)過適當?shù)牡鼗幚矶寄軌蛐藿ㄍ潦瘔蝃4]。(2).施工導流設(shè)計和施工技術(shù)的改進河流峽谷高土石壩的泄洪方式通常是岸坡溢洪道配合泄洪隧洞。由于土石壩施工導流，尤其是采用大型導流隧洞施工導流，因工期長，造價高，其經(jīng)濟和理性往往被否定[5]。綜合分析國內(nèi)外的高土石壩的工程實踐，結(jié)合先進的科學技術(shù)，在施工導流設(shè)計和技術(shù)上進行如下的改進[6-7]：搶筑較高的施工圍堰作為壩體的組成部分，簡化土石壩的施工導流。按一般水位庫容曲線，隨著施工圍堰高度的增加，防洪庫容迅速增大，從而有效地減小下泄流量，降低對導流隧洞泄洪能力的要求，也就是降低了導流隧洞的施工工程量，最終降低了導流隧洞的工程造價，從而降低整個土石壩樞紐建設(shè)的總工程造價。大型土石壩樞紐的施工導流流量很大，因而導流建筑物工程量比較龐大，減少導流建筑物的工程量和造價將是降低土石壩樞紐總造價的重要一環(huán)，設(shè)計和實施壩體臨時溢洪斷面，讓部分施工期導流洪水從壩體臨時斷面上溢流，從而替代或減小造價昂貴的大型施工導流隧洞。目前最成功和最節(jié)省的臨時溢洪斷面是采用加筋堆石護面，使鋼筋網(wǎng)能夠承擔堆石壓力和水的拖曳力，施工簡單，不干擾正常施工，溢洪后無需進行處理即可繼續(xù)填筑壩體。大斷面、高流速、大泄量的導流隧洞的快速施工為修建土石壩創(chuàng)造了良好條件，近十多年來，由于地下工程設(shè)計和施工技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了“新奧法”快速掘進、噴錨支護等新工藝、新方法，大大加快了隧洞的施工進度，從而加速了土石壩的施工進度，降低了土石壩工程造價，改變了大江大河上建筑高土石壩不安全不經(jīng)濟的傳統(tǒng)觀念。以上所述的土石壩在設(shè)計和施工上的改進，使得土石壩這種壩型在施工導流上的弱點在一定程度上得以克服，使得土石壩更具生命力。(3)高土石壩的計算理論和計算技術(shù)不斷完善20世紀30年代以來，土力學的進展，大型計算機的出現(xiàn)和數(shù)值計算方法的發(fā)展，使土石壩的許多問題能在多種復雜情況下被模擬，諸如壩體的應(yīng)力應(yīng)變分析，邊坡穩(wěn)定、地震荷載作用下的動力分析，非均勻介質(zhì)的壩體壩基滲流計算等課題均被深入研究[8]。同時，計算技術(shù)的發(fā)展加快了設(shè)計進度，提高了設(shè)計質(zhì)量，使土石壩可采用較陡的壩坡，并可在烈度為9度的強震區(qū)建設(shè)。（4）充分利用當?shù)夭牧细咄潦瘔涡枰耐潦帕亢艽?，通常為混凝土壩體的4～6倍左右，故充分利用一切材料筑壩，盡可能利用開挖的土石料上壩，使挖填方平衡，是土石壩設(shè)計能否經(jīng)濟合理的關(guān)鍵。隨著土力學理論和重型振動碾壓機的發(fā)展，對高土石壩的筑壩材料也放寬了要求，只要正確設(shè)計和精心施工，幾乎所有的土石料均可用來筑壩[9]。此外，為使心墻與壩殼材料的彈性模量盡可能協(xié)調(diào)，防止和降低壩殼對心墻的拱效應(yīng)，防止水平裂縫和縱向裂縫，采用粘土和礫石摻合而成的人工混合料作為防滲材料。通過大量研究，劣質(zhì)土料也能用于實際工程。如紅黏土、濕陷性黃土，膨脹土，各種含礫土、黏質(zhì)的礫石土，風化料、殘積冰積，洪積的碎石土等，只要有正確的土料設(shè)計，合適的機械施工設(shè)備，科學的壓實參數(shù)，均可以作為防滲土料。在建的瀑布溝工程（壩高186m）采用冰積洪積成因的碎石土做心墻，小浪底工程（壩高154m）以制備礫石土（礫石土，與黃土人工摻合料）防滲材料[10]。本課題主要研究內(nèi)容1.設(shè)計階段(1)可行性研究階段：論證黑河水利工程樞紐在技術(shù)上的可行性、經(jīng)濟上的合理性以及開發(fā)上的迫切性；(2)初步設(shè)計階段：研究確定該工程的等別和主要建筑物的級別，選定各種特征水位，選定壩址、輸水路線、主要建筑物的形式、輪廓尺寸及樞紐布置以及裝機容量等；(3)施工設(shè)計階段包括建筑物地基的開挖、地基的處理、施工方法及施工2.設(shè)計標準(1)根據(jù)該工程的工程規(guī)模、效益和在國民經(jīng)濟中的重要性，研究確定工程的等別；(2)根據(jù)建筑物所屬工程等別及其在工程中的作用，研究確定主要建筑物的級別；(3)根據(jù)地形、地質(zhì)、水文條件，查閱設(shè)計手冊，研究確定建筑物的設(shè)計、3.設(shè)計內(nèi)容（1）樞紐布置設(shè)計1）首先選定壩址、壩軸線、并對不同的壩型方案進行比較分析和選擇；2)選定壩型方案后，對泄水建筑物孔口布置方案進行擬定，要分析確定各泄水建筑物（溢洪道、泄洪洞等）的布置型式和確定泄水建筑物孔口布置（工程、孔口尺寸）方案；接著擬定樞紐其他建筑物布置型式，包括進水、引水、電站廠房、上壩道路等建筑物的布置型式、位置及輪廓尺寸；3)進行調(diào)洪計算，擇優(yōu)選定泄水建筑物孔口布置方案，針對初擬的各種泄水建筑物孔口布置方案，分別進行設(shè)計洪水和校核洪水工況的調(diào)洪計算；根據(jù)調(diào)洪計算結(jié)果，比較并擇優(yōu)選定泄水建筑物孔口布置方案，由此確定各泄水建筑物的孔口布置（高程、孔口尺寸）、水庫設(shè)計洪水位和校核洪4)對泄水建筑物縱、橫斷面設(shè)計，擬定各種泄水建筑物（溢洪道、泄洪洞等）的流道（包括消能工）縱、橫斷面尺寸；進行各工況的水力計算（包括水面線或壓坡線、建筑物下游消能防沖計算等），根據(jù)計算結(jié)果，校核或調(diào)整后確定各泄水建筑物的縱、橫斷面；5)初步繪制樞紐總平面布置圖，此時水庫樞紐的布置任務(wù)基本完成；6）根據(jù)設(shè)計基本資料及前期設(shè)計的成果，進行各種工況的壩頂超高計算，分析確定壩頂高程；7）壩頂高程確定以后，再對壩體橫斷面進行設(shè)計。擬定壩體最大斷面輪廓尺寸，分析確定壩體斷面材料分區(qū)以及分區(qū)材料的使用，畫出基本輪廓圖；再進行壩基處理（開挖、防滲、加固等）設(shè)計，根據(jù)初擬壩體斷面尺寸，進行各工況的滲流分析和壩坡穩(wěn)定分析，校核初擬壩體斷面尺寸合理性；對初擬壩體斷面尺寸進行必要調(diào)整、重新計算分析后，確定壩體橫斷面。然后根據(jù)確定的壩體最大斷面，結(jié)合兩岸地形地質(zhì)條件，進行壩體縱斷面的壩基處理（開挖、防滲、加固等）等設(shè)計，確定壩體的縱斷面尺寸。最后對壩頂、壩坡及岸坡排水、大壩排水體、上壩道路等構(gòu)造進行設(shè)計。8）根據(jù)以上設(shè)計成果，補充、完善樞紐總平面布置圖。最后繪制大壩設(shè)計圖（包括：大壩橫剖面圖（最大斷面、岸坡斷面），沿壩軸線縱剖面圖，壩體構(gòu)造設(shè)計圖等，并撰寫《畢業(yè)設(shè)計報告》。設(shè)計進度計劃第一階段（1～2周）：參加由學校組織的畢業(yè)設(shè)計動員大會；熟悉工程基本資料，畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容及要求，查閱與設(shè)計內(nèi)容相關(guān)的國內(nèi)外文獻資料、《畢業(yè)設(shè)計手冊》，撰寫并提交《開題報告》和《外文翻譯報告》。第二階段（3～5周）：分析并選擇壩址、壩軸線方案，擬定可用的壩型方案，進行壩型方案的選擇與分析，擬定泄水建筑物孔口布置方案以及樞紐其他建，調(diào)洪演算，壩頂高程的計算，壩寬、壩坡與平臺的確定第三階段（6～8周）：護坡以及壩體排水，壩體排水設(shè)備的選擇，防滲體，壩基處理土壩與壩基、岸坡的連接。第四階段（9～11周）：滲流計算，壩體穩(wěn)定分析，溢洪道的工程布置及結(jié)構(gòu)形式選擇、溢洪道水利計算、溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計。第五階段（12～13周）：繪制大壩設(shè)計圖紙、樞紐布置圖并撰寫《畢業(yè)設(shè)計報告》，整理并提交畢業(yè)設(shè)計初步成果（設(shè)計報告及設(shè)計圖紙）電子版，作進一