包头市石拐区五当召水库设计概述,本文是水库研究生毕业论文范文与五当召和石拐区和水库相关专升本毕业论文范文.
水库论文参考文献：
摘 要：从五当召沟的现状出发,分析了地区发展对水利工程建设的需要以及五当召水库建设的必要性,提出了主要建设工程任务,详细阐述了坝体断面设计、溢流坝段堰面曲线确定、泄洪冲沙洞设计、坝体细部构造设计、坝基处理、大坝安全监测等建筑物设计,指出五当召水库建设工程为石拐区的发展奠定了基础.
关键词：堆石混凝土重力坝；坝址；五当召水库；包头
中图分类号：TV642.3文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.07.055
1五当召水库的地理与工程概况
石拐区是内蒙古自治区包头市的一个市辖区,位于市区东部、大青山南麓、土默川西部,西南与包头市九原区毗连,南与包头市东河区相邻,东与包头市青山区接壤,总面积为761km2.五当召是全国重点文物保护单位、国家AAA旅游景区,与西藏的布达拉宫、青海的塔尔寺和甘肃的拉卜楞寺齐名.
此次拟建的五当召水库位于包头市石拐区的五当召沟内,五当召沟是五当沟的一级支流,五当沟是黄河一级支流,发源于包头市固阳县下湿壕镇头道井山顶,向西北倾斜.五当召水库工程所在地位于110°30′E,40°52′N,位于包头市石拐区东北约70km.
2五当召水库工程建设的必要性
首先,随着国民经济的发展,乡镇规模不断扩大,乡镇企业持续发展,特别是区内旅游业发展潜力巨大,而该工程区距五当召景区仅2.5km,与之配套的地方特色农业亟须发展,因此迫切需要修建水利工程以增加景区的美誉度；其次,随着乡村经济的发展壮大,乡镇和村庄以及河流两岸的农田基地亟须提高防洪能力；最后,五当沟是黄河一级支流,修建五当召水库每年可为黄河减少泥沙汇入2.27万m3,50年可减少113.6万m3泥沙汇入黄河.通过水库的建设,不仅可以促进当地经济的可持续发展,而且将带来巨大的生态效益和社会效益,因此工程的建设是十分必要的.
3五当召水库的建筑物设计
3.1坝体断面设计
五当召水库枢纽大坝坝体由左岸挡水坝段、溢流坝段、右岸挡水坝段组成,坝顶无闸门控制溢流、坝后挑流消能、坝身底孔泄洪冲沙,大坝主体筑坝材料为堆石混凝土.
挡水坝段坝顶高程1432.4m,坝顶宽度8m,横断面以两个背靠背的直角三角形为基本断面,上游三角形顶高程1412m,此高程以上为铅直面,以下坡度为1∶0.1；下游三角形顶高程1421.68m,此高程以上为铅直面,以下坡度为1∶0.8.
溢流坝段为开敞式溢流堰,堰顶高程1427m,堰型为WES型实用堰,溢流面由堰顶曲线段、斜坡直线段及衔接反弧段组成.堰顶上游堰头采用三圆弧曲线,后接坡度为1∶0.8的斜坡直线段,斜坡直线段后接衔接反弧段,反弧半径为10m,圆心角为81°,消能方式为挑流消能,挑角为30°,挑流鼻坎顶高程为1415m.在坝顶高程处设置交通桥,宽度为8m,交通桥上游侧与下游侧设高度为1.2m的栏杆.
泄洪冲沙洞位于左岸挡水坝段,进口底高程为1416m,坡度为10%,全长为24.7m,孔身为矩形,尺寸为2.5m×2m（宽×高）,进口设平板检修钢闸门,出口设弧形工作钢闸门,消能方式为挑流消能.
3.2溢流坝段堰面曲线确定
溢流坝为三圆弧WES型实用堰,定型水头Hd等于3.485m,上游面为直立面,下游面坡度为
1∶0.8,坝顶原点处高程为1427m.
堰顶曲线的上游,依据SL319—2005混凝土重力坝设计规范[1]的规定,采用三圆弧曲线,堰面曲线对应的圆心角分别为θ1等于20°,θ2等于38°,θ3等于31°,半径分别为R1等于1740mm,R2等于700mm,R3等于140mm.
3.3泄洪冲沙洞设计
泄洪冲沙洞布置于大坝左岸第3号坝段,钢筋混凝土结构,由进口段、洞身段、出口段组成.进口底高程为1416m,坡度为10%,全长为24.7m,孔身为矩形,尺寸为2.5m×2m（宽×高）,进口设平板检修钢闸门,出口设弧形工作钢闸门,消能方式为挑流消能.
3.4坝体细部构造设计
3.4.1坝体混凝土分区
大坝最终选定坝型为堆石混凝土重力坝,根据当地气候条件、大坝工作条件及上下游水位等具体情况,按照满足混凝土强度、抗渗、抗冻、抗冲耐磨等耐久性及低热性要求,对坝体不同部位进行分区设计.
坝体混凝分5个区.非溢流坝段下游面高程为1414.5m（下游最高水位）以上分区为Ⅰ区,混凝土标号为C25W4F200；非溢流坝段下游面高程1414.5m以下分区为Ⅱ区,厚度为2m,混凝土标号为C25W6F200；非溢流坝段上游迎水面混凝土也分区为Ⅱ区,厚度为2.5m,混凝土标号为C25W6F200.
溢流坝段上游迎水面混凝土也分区为Ⅱ区,厚度为2.5m,混凝土标号为C25W6F200；溢流面分区为Ⅴ区,混凝土标号为0W6F200.
坝体垫层混凝土分区为Ⅲ区,厚度为3m,混凝土标号为C20W6F150；坝体内部混凝土分区为Ⅳ区,采用堆石混凝土,混凝土标号为C25W2F150.
3.4.2坝体分缝及止水
施工期间为便于混凝土散热和降低收缩应力,防止混凝土产生裂缝,依据SL678—2014胶结颗粒材料坝设计导则[2]以及地形条件,对坝体设置横缝.大坝坝顶长度为125m,共设6条横缝,在纵向上将坝体分为7段,间距为17m.
岸坡上游止水由坝底至坝顶通长设置,下游止水在坝底下游最高水位范围内设置.坝体横缝上游侧设置2道止水,其中一道为铜片止水,另一道为橡胶止水；下游侧高程1415m以下设置一道橡胶止水,缝宽度为20mm,缝内填充聚乙烯闭孔泡沫板,基础止水与横缝止水片相交处必须连接成密封系统.
坝体混凝土与基岩须紧密结合,在坝体与坝基之间设置止水.坝体上游基础设置2道止水,其中一道为铜片止水,另一道为橡胶止水,连接方式为在基岩中挖槽,槽深度为0.5m,底宽度为0.9m,将止水片一头嵌入槽内浇筑的混凝土中,一头嵌入坝体,止水槽混凝土与基岩间采用d20mm锚筋连接,单根长度为1m.坝体下游基础设置一道橡胶止水,槽深度为0.5m,底宽度为0.5m,止水槽混凝土与基岩间同样采用d20mm锚筋连接,单根长度为1m.
3.4.3坝体廊道及排水设计
灌浆（兼排水）廊道在距离上游迎水面4m处设置,由左岸第2号坝段起,一直贯通至第6号
坝段.廊道起始桩位于0km+25m处,底高程为
1415.7m,沿坡度为1∶1.19的纵坡向右延伸至位于0km+45.5m处的桩,再以1%的纵坡坡度向右侧布置,至位于0km+86.7m处的桩,然后以1∶1的
坡度向上延伸至0km+102.88m处的桩,高程为
1415.7m,即廊道末端.
此外本工程在0km+27.5m处和0km+102.88m处分别设置通向下游出口的1号横向廊道、3号横向廊道；在0km+82.5m处设置2号横向廊道,此廊道没有出口,末端设置集水井.
3.5坝基处理
根据地质勘察,库区不存在永久性渗漏问题,库岸稳定性较好.坝基开挖时,应尽可能使建基面呈略微向上游倾斜状,并且必须将坝端岸坡衔接处开挖成台阶状.
坝基面开挖成型后,应尽量缩短与下一工序的工期,否则需喷射C15素混凝土保护开挖后裸露的新鲜岩基面,坝基面上拟覆盖厚度为1m的C20垫层混凝土.
坝基垫层混凝土浇筑后,对坝基进行固结灌浆,固结灌浆的孔距、排距确定为3m,灌浆深度为建基面以下6m,共设置灌浆孔290个,孔径为40mm,固结灌浆孔串浆时,可采用互串孔并联灌注,但灌浆孔不宜多于3个,并应注意灌浆压力,防止上部混凝土或岩体抬动.
为了减少坝基渗漏量,对坝基进行帷幕灌浆,帷幕灌浆的作业通过设置在坝体内的灌浆及排水廊道进行,灌浆孔为单排设置,孔距为2m,孔径为50mm,灌浆深度为建基面以下20m,灌浆压力通过试验确定.
为了防止产生绕坝渗漏,坝肩同样进行帷幕灌浆.左右坝肩各深入山体25m,帷幕灌浆孔间距为2m,单排设置,灌浆深度为建基面以下20m,与坝体主帷幕相接.帷幕灌浆应使坝基透水率控制在5L/（min·MPa·m）以内.
坝基排水孔布置在帷幕灌浆孔下游,深入基岩10m,孔径为150mm,间距为2m,单排设置,渗水经廊道中的排水沟汇入集水井内,再通过水泵抽水将汇水排至下游侧.
3.6大坝安全监测
五当召水库大坝坝型为堆石混凝土重力坝,根据规范并结合工程特点,除了加强巡视检查外,仪器监测项目主要包括坝体变形监测、渗流监测、水位监测等.
3.6.1变形监测
1）坝体的水平位移采用激光准直观测.大坝全长125m,在坝左右两岸的稳固基岩上各设置1个工作基点和1个校核基点,观测墩布设在坝顶上,共设置7个测点,其中,每个坝段各设置1个测点.
2）坝体的垂直位移采用精密水准法观测.基点可与水平位移的工作基点共用,每个坝段坝顶各设置1个测点,基点与测点均采用双金属标,包含强制对中底盘和铜质标点.
3.6.2渗流监测
1）坝基面扬压力采用渗压计观测.本工程共设置12个渗压计,其中7个设置于坝基排水廊道排水幕线上,5个设置于坝下游侧.渗压计电缆在坝内应加钢套管埋设,电缆最后应集中引至坝顶电缆沟.
2）绕坝渗流采用测压管观测.本工程共设置12个测压管,两岸各设置6个,其中4个测压管设置于防渗帷幕前,8个测压管设置于防渗帷幕后,在测点位置钻孔埋设测压管,进行绕坝渗流监测.
3）渗流量观测.在排水廊道的排水沟内共设置2个量水堰,以监测坝基不同位置的渗漏量.
3.6.3环境量监测
环境量监测主要包括大坝上下游水位、降雨量和气温等.计划在坝前静水区域设置1个水尺,进行水库大坝上下游水位观测；降雨量监测采用虹吸式雨量计,气温监测采用直读式气温计和最高温度计、最低温度计,均布置在大坝管理站院内的百叶箱内.
4结束语
本次水库最终拟定的坝址位于五当召下游
2.5km处,项目的建设为今后石拐区大力发展旅游业奠定了基础.
参考文献：
[1].混凝土重力坝设计规范:SL319—2005[S].北京:中国水利水电出版社,2005.
[2].胶结颗粒材料坝设计导则:SL678—2014[S].北京:中国水利水电出版社,2014.
（责任编辑邸开宇）
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