水工建筑物实训报告

'水工建筑物实训报告专业：水利水电工程与管理班级:2011秋学号：1144001455194姓名： 庆安水库位于睢宁县城北15km,废黄河南堤下，库区东、南、西三而筑坝，北而紧靠废黄河南堤，是一座中型平原水库，地处8°地震烈度区，设计最高调蓄洪水位29.6m，汛限水位27.5m,兴利水位28.5m。总库容6030万m3,其中调洪库容2190万m3,兴利库容4770万m3,死库容30万m3。该库于1958年3月兴建，1959年建成。设计灌溉面积10000公顷，实际灌溉而积7467公顷。水源为废黄河滩而降雨径流和古邳抽水站抽引民便河之水，水库建成以来，改善了唯宁县庆安、姚集、梁集、魏集、唯城、古邳等镇的水利条件，实现灌溉水源的年调节，缓解了睢宁县用水矛盾，且能在大旱之年为全县大部提供抗旱水源，结合水产养殖等综合利用方面，都发挥了很大作用。(一)地质条件根据1997年7月徐州市水利建筑设计研究院提供的《庆安水库工程地质勘察报告》。勘探深度內各土层自上而下大致可分为4层，各土层分述如下：(1)、粉砂：黄色粉砂、粉土，砂壤土，层底高程18.2〜18.3m,中间夹2〜3层黄褐色薄层粘土，上部松散，巾下部稍密〜中密，厚13.0m,水闸基底25.7m，该层为持力层，建议承载力标准值lOOkPa，但该层防渗抗冲能力较差。(2)、粉砂：灰色粉砂，稍密〜屮密，厚2.5m，层底高程15.6〜15.7m,建议承载力标准值130kPa。(3)、重壤土：黄色、褐黄色重壤土、粘土，可塑，厚2.3m，层底高程13.3m，建议承载力标准180kPa。(4)、粉质粘土：黄色、褐黄色粉质粘土，重壤土，可塑〜硬塑，含砂磘，揭露厚度2.7m,建议承载力标准值310kPa。回填土资料：丫自然=19.5kN/m3，Ym=20kN/nr3，C=0kPa，0=26°。(二)水文气象睢宁县地处北温带，属暖温带半湿润季风气候区，气候温和，光照充足，春夏秋冬四季分明，降水量较为充沛。春季：3至5月，气温回升快，以冷干风为主，蒸发强，常出现旱情；夏季：6至8月，天气炎热，降雨芄屮，多暴雨，易形成洪涝；秋季：9至11月，晴朗少雨，光照少，气候宜人；冬季：12至2月，寒冷少雨。日照：近40年，全境年均日照2366小吋，为可照吋数的54%。气温：多年平均气温14.3qC，其巾丨月份平均气温-0.5()C，7月份平均气温27.1qC，极端最高气温40.1°C,发生在1955年6月190,极端最低气温-23.3()C,发生在1969年2月6日。霜期：多年平均无霜期206天，最多无霜期246天，发生在1977年，最少无霜期180天，发生在1962年。初霜期一般在10月30日左右出现，最早出现的初霜期是1962年10月15口。终霜期一般发生在4月6日前后，最早终霜期发生在1967年3月10日，最迟终縮期为5月4曰。风：夏季多东南风，春秋冬三季多东北风。多年平均风速2.4米/秒左右。5月中旬至6月上旬常发生干热风，每年平均2.6次，4.1天，对小麦后期正常灌浆影响较大。降水：根据睢宁县气象站1951年至1990年降水资料统计，40年年平均降水量852.6毫米(多年平均869毫米)，最大降水年份发生在1963年，降水量为1360毫米，最少降水年份发生在1988年，降水量为568.4毫米。40年中年降水量超过1000毫米的年份有8年，占20%，平均5年一遇；低于600毫米的有2年，占5%,平均20年一遇；低于700毫米的有11年，占27.5%,平均4年一遇。40年屮降水量最多的月份为7月，平均月降水量209.8毫米，占40年年平均降水量的24.6%，其中月降水量最多的为1982年的7月，月降水呈522毫米，占全年降水量1048.7毫米的49.8%。蒸发量：根据睢宁县14年E601型水面蒸发资料，多年平均水面蒸发量为1043.3毫米,年蒸发量最大值为1371.6毫米，出现在1976年，年蒸发量最小值为898.1毫米，出现在1991年。 水文地质：庆安水库所在区域内地下水共有5个含水层，地下水埋深-•般在3.5米左右，地下水位平均高程27.4米。2.2.2水位资料根裾《防洪标准》(GB-50201-94),《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的规定，水库工程等别为III级。相应建筑物按III建筑物考虑。工况闸上水位(废黄河)闸下水位(水库侧)备注孔径设计设计(50年一遇)30.2829.31Q=160m3/s校核(300年一遇)32.2129.81Q=160m3/s消能设计设计130.2827.50-29.310〜160m3/s设计228.523.00-28.5水库清淤校核132.2127.50〜29.810〜160m3/s稳定验算设计30.2829.31校核132.2129.81引水校核228.523地震期30.2829.31地震烈度8度，动峰加速度0.2g(一)闸底地下轮廓线的布置1、防渗设计的0的防止闸基渗透变形；减小闸基渗透压力；减少水量损失；合理选用地K轮廓尺寸。2、布置原则防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽快排出，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。3、地下轮廓线布罝(1)闸基防渗长度的确定。根据公式L&CH式中：L--水闸的防渗长度，H--上、下游水位差，C--允许渗径系数值，依地基的性质而定，因为地基土质为粉砂，查表取9,计算闸基理论防渗长度为8.73m。。L=9X(30.28-29.31)=8.73m(2)防渗设备由于闸基土质以粉砂为主，防渗设备采用混凝土铺盖，闸底板上、下游侧设置齿墙，并且设置板桩。 闸底地下轮廓线的布置(一)排水设备的细部构造1、排水设备的作用采用排水设备，可降低渗透水压力，排除渗水，避免渗透变形，增加下游的稳定性。排水的位置直接影响滲透压力的大小和分布，应根据闸基土质情况和水闸的工作条件，做到即减少渗压又避免渗透变形。2、排水设备的设计(1)水平排水水平排水为加厚反滤层中的大颗粒层，形成平铺式。反滤层一般是由2〜3层不同粒径的砂和砂砾石组成的。层次排列应尽量与渗流的方向垂直，各层次的粒径则按渗流方向逐层增大。反滤层的材料应该是能抗风化的砂石料，并满足：被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层;各层的颗粒不得发生移动：相邻两层间，较小一层的颗粒不得穿过较粗一层的空隙；反滤层不能被阻塞，应具有足够的透水性，以保证排水通畅；同时还应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而变差。本次设H•中的反滤层由碎石，中砂和细砂组成，其中上部为20un厚的碎石，中间为10cm厚的屮砂，下部为10cm厚的细砂。O•.中•砂••••♦■鲁•••••.•/•.细砂反滤层构造图(单位：cm)(2)铅直排水设计本工程在护坦的中后部设排水孔，孔距为2m,孔径为10cm,呈梅花形布置，孔下设反滤层。(3)侧向排水设计侧向防渗排水布置(包拈刺墙、板桩、排水井等)应根据上、下游水位，墙体材料和墙后土质以及地下水位变化等情况综合考虑，并应与闸基的防渗排水布置相适应，在空间上形成防渗整体。在消力池两岸翼墙设2〜3层排水孔，呈梅花形布置，孔后设反滤层，排出墙后的侧向绕 渗水流。3、止水设计凡具有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直和水平止水两种。前者设在闸墩中间，边墩与翼墙间以及上游翼墙铅直缝屮；后者设在粘土铺盖保护层上的温度沉陷缝、消力池与底板温度沉陷缝、翼墙、消力池本身的温度沉降缝内。在粘土铺盖与闸底板沉陷缝中设置沥青麻袋止水。 图3止水详图（单位：cm）（三）防渗计算1、渗流计算的目的：计算闸底板各点渗透压力；验算地基土在初步拟定的地下轮廓线下的渗透稳定性。2、计算方法有直线比例法、流网法和改进阻力系数法，由于改进阻力系数法计算结果精确，采用此种方法进行渗流计算。3、计算渗透压力（I）地基有效深度的汁算。^=23.2＞5根据公式G）判断，地基有效深度Te^jre=O.5x/o=0.5x58=29大于实际的地基透水层深度8m，所以取小值（2）分段阻力系数的计算。通过地下轮廓的各角点和尖端将渗流区域分成，个典型段，如图4所示。其屮L，段为进出口段，用式＜4＞计算阻力系数；L«、C段为内部垂直段，用式•算相应的阻力系数；2、4、fc、*段为水平段，用式（1计算相应的阻力系数。各典型段的水头损失用式计算。结果列入（表I）中。对于进出U段的阻力系数修正，按公式计算，结果如表2所示。不透水层表1各段渗透压力水头损失分段编号分段名称S5,52TLhi①进口0.6——8.0—0.470.4080.245 ②水平—01.97.440.05.254.5534.716 ③垂直1.9——7.4—0.260.2260.226④水平—005.51.00.180.1560.156⑤垂直1.0——6.5—0.160.1390.136⑥水平1.01.06.518.02.552.2112.211⑦垂直1.0——6.5—0.160.1390.139⑧水平—005.51.00.180.1560.182⑨出口1.5——7.0—0.590.5120.486合计9.8H=8.5H=8.5表2进出口段的阻力系数修正表段别S"V△hh:进口段0.67.40.600.2450.1634.716出口段2.55.50.950.4860.0260.182O）计算各角点的渗透压力值。用表1计算的各段的水头损失进行il•算，总的水头差为正常挡水期的上、下游水头差8.5m。各段后角点渗压水头=该段前角点渗压水头一此段的水头损失值，结果列入表3。表3闸基各角点渗透压力值々/卢7勿艚8.508.263.543.313.163.020.810.670.490（4）验算渗流逸出坡降。j=__==o324出口段的逸出坡降为：Y15*,小于壤土岀口段允许渗流坡降值[/]=0.50-0.60（查表得），满足要求，不会发生渗透变形。绘制闸底板的渗透压力分布图5。3.54图》闸底板下渗透压力分布图（单位：m）（四）消能防冲设计的控制情况由于本闸位于平原地E,河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流式消能。设计水位或校核水位时闸门全开渲泄洪水，为淹没出流无需消能。闸前力正常高水位30.28m,部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下流水位不高，闸下射流速度较大，才会出现严重的冲刷河床现象，需设置相应的消能设施。为了保证无论何种开启商度的情况下均能发生淹没式水跃消能，所以采用闸前水深H=8.5m，闸门局部开启情况，作为消能防冲设计的控制情况。为了降低工程造价，确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设计按1、3、 5、7孔对称方式开启，分别对不同开启孔数和开启度进行组合计算，找山消力池池深和池长的控制条件。按公式计算结果列入表1。表1消力池池深池长估算表开启孔数M开启高度收缩系数£f泄流量Q单宽流量收缩水深跃后水深下游水深流态判別消力池尺寸备注池深J池长Ls水跃长Lsj10.80.554445.440.493.272.40自由出流1.0321.519.21.00.616607.550.624.032.651.624.523.51.20.617739.080.744.412.951.725.725.31.50.6199111.40.934.903.251.927.227.4池深控制2.00.62112215.31.245.533.622.231.729.6限开3().80.5541315.440.443.273.75淹没岀流1.00.6161817.550.624.034.251.20.6172179.080.744.414.581.50.61927311.40.934.902.00.62136615.31.245.53通过计算，为了节省工程造价，防止消力池过深，对幵启1孔开启高度为2.0米限幵,得出开启1孔开启高度为2米为消力池的池深控制条件。（五）消力池尺寸及构造1、肖^7^也$采•^十2+3.25+0.011.05根据所选择的控制条件，估算池深为2m,用公式计算挖池后的收缩水深L和相应的出池落差，及跃后水深夂〃，验算水跃淹没系数符合在1.05〜1.10之间的要求。5.002、消力池池长根据池深为2m,用公式计算出相应的消力池长度为32m。3、消力池的构造采用挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板做成等厚，为了降低底板下部的滲透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为10cm,间距为2m,呈梅花形布置。根据抗冲要求，按式16计算消力池底板厚度。其中、为消力池底板计算系数，取0.18;为确定池深时的过闸单宽流量；为相应于单宽流量的上、下游水位差。z=0.18Vll.4V8.5-3.25=0.9m,取消力池底板的厚度f=1.0m。 （六）海漫设计1、海漫长度计算用公式（18）计算海漫长度结果列入表2。其中<为海漫长度计算系数，根据闸基土质为中粉质壤土则选12。取计算表中的大值，确定海漫长度为40m。表2海漫长度计算表流量（2上游水深H下游水深