褒河水库单曲拱坝设计毕业设计说明书褒河水库单曲拱坝设计毕业设计说明书 1 目目录录0 0 绪论绪论1 1 1 1 概述概述2 2 2 2 已知资料已知资料3 3 2.1 流域概况3 2.2 水文气象资料3 2.3 工程地质资料3 2.4 工程规划3 2.5 工程材料设计指标4 2.6 施工、天然建材、交通情况 4 3 3 枢纽布置枢纽布置 5 5 3.1 坝型的选择5 3.1.1 土石坝.5 3.1.2 支墩坝5 3.1.3 重力坝和拱坝5 3.2 枢纽布置方案的选择6 3.2.1 坝轴线的选择6 3.2.2 引水隧洞的布置7 3.2.3 东、西干渠渠首布置7 3.2.4 泄洪方案的选择7 3.2.4.1 坝顶泄流8 3.2.4.2 坝面泄流8 3.2.4.3 滑雪道式泄流道8 3.2.4.4 坝身开孔泄洪8 4 4拱坝设计拱坝设计1010 4.1 拱坝体型设计.10 4.1.1 基本原则.10 4.1.2 拱坝基本尺寸的拟定.10 4.1.2.1 拱坝分层.10 4.1.2.2 坝顶厚度 c T 10 4.1.2.3 坝底厚度B T 11 4.1.3 拱冠梁剖面设计.12 4.1.3.1 基本原则.12 4.2 拱坝的平面布置.13 4.2.1 基本原则及假定.13 4.2.1.1 基本原则.13 4.2.2 拱圈中心角的确定.13 2 4.2.3 拱圈的平面布置.14 5 5 拱坝应力计算和内力计算拱坝应力计算和内力计算1616 5.1 荷载和荷载组合.16 5.1.1 荷载.16 5.1.2 荷载的组合.16 5.1.2.1 基本组合.16 5.1.2.2 特殊组合.16 5.2 应力计算方法（拱冠梁法）.16 5.2.1 拱冠梁法的基本原理.16 5.2.2 拱冠梁法的主要步骤.17 5.3 应力和内力计算过程.17 5.3.1 计算拱冠梁在垂直力等作用下产生的径向变位计算拱冠梁单位三角形径向作用下径向变位系数ij a 27 5.3.3 拱冠梁径向变位、i C 的求解34 5.3.4 拱梁分荷值的求解.35 5.3.5 拱冠梁应力计算.36 5.3.6 拱圈应力计算.38 5.4 其他方案的计算38 5.5 方案计算结果和分析38 6 6 坝肩稳定计算坝肩稳定计算4040 6.1 稳定分析.40 6.2 稳定计算.41 6.2.1 当不考虑凝聚力 c 时.42 6.2.2 考虑凝聚力c 时.43 6.3 计算成果和分析.44 7 7 坝身孔口的设计坝身孔口的设计4646 7.1 中孔的设计.46 7.2 底孔的设计.46 7.2.1 孔口的形状和尺寸（体形设计）.46 7.2.1.1 进口控制段.46 7.2.1.2 洞身段.47 7.2.1.3 出口控制段.47 7.2.2 底孔的应力计算.47 7.2.2.l 作用于孔口的荷载47 7.2.1.2 应力计算47 7.2.3 底孔的配筋计算.49 8 8 拱坝的构造及结构拱坝的构造及结构5151 3 8.1 坝顶.51 8.2 廊道与坝体排水.51 8.3 坝体临时收缩缝.51 8.4 坝体内廊道及交通.52 9 9 拱坝的地基处理拱坝的地基处理5353 9.1 坝基开挖.53 9.2 拱端开挖.53 9.3 固结灌浆和接触灌浆.53 9.4 防渗帷幕.53 9.5 坝基排水.54 1010 结论结论5555 附录及参考文献附录及参考文献5656 谢谢辞辞5757 1 0 0 绪论绪论本次设计为毕业设计，是对大学五年来所学知识的一次综合性的总结概括；是考察学生理论知识与实践能力的一次演练；是为学生走向工作岗位打下一定基础的关键一步；是学生走向社会工作的第一步；是了解自我，自我定位的好机会。

本次设计的主要目的是让学生们体会在工作实践中所必须具备的精神，了解工程设计的过程程序，锻炼学生们的实践能力，为走向工作岗位打下一定基础。

本设计主要是混凝土拱坝设计方面的问题，要求设计成果合理，各项指标达到国家规范要求。

拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，因在平面上呈凸向上游的拱形而得名，其拱冠剖面呈竖直的或向上游凸出的曲线形。

据现有资料，最早的圆筒面圬工拱坝可追溯到罗马帝国时代。

到20 世纪，美国开始修建较高的拱坝。

并于1936 年建成了高221 米的胡佛重力拱坝。

1939 年意大利建成了高75 米，设有垫座及周边缝的奥·西列塔薄拱坝，对双曲拱坝建设起到了很大的推动作用。

目前世界上最高的是格鲁及亚的英古里拱坝，最大坝高272 米，T/H=0.19 。

中华人民共和国成立后，水利事业突飞猛进地发展，取得了举世瞩目的成就。

继葛洲坝水利枢纽建成后，三峡水利枢纽的开工、南水北调工程的规划设计等壮举进一步展示出人民水利蓬勃发展的强劲势头。

目前，我国在水利工程规模、水利人才素质以及水利科技水平等方面已达到世界前列。

中国的拱坝历史：我国在拱坝建设取得了很大的进展。

截止到1988 年底的不完全统计，已建成15 米坝高以上的各类拱坝已达800 座，约占全世界已建拱坝总数1/4 强。

中国之最：最高的拱坝——台湾省德基双曲拱坝，高181 米，T/H=0.112 ；最高的砌石拱坝——河南省群英重力拱坝，高100.5 米；最薄的砌石拱坝——浙江省方坑双曲拱坝，高76 米，T/H ＝0.147 。

本设计主要是让同学们了解工程设计的过程程序，知道工程实践中所牵涉的工作环节，应注意的关键问题，为以后走向工作岗位打下良好的基础；同时锻炼同学们的实践动手能力和操作能力，改变思维方法，提高工作效率。

2 1 概述概述褒河水库位于陕西省汉中平原褒河下游。

褒河规划作五级开发，其中枢纽在最下游。

汉中地区气候温和、湿润，土地开阔肥沃，是著名的粮仓，现有汉惠渠、褒惠渠等渠道，均系无坝引水，故灌溉保证率低；本地区又属三线，近年来大量工矿企业纷纷建立，电力负荷急剧增长，故在本地区修建褒河等一批水利枢纽，开发水力资源，对于促进工农业发展都有着重要意义。

根据规模、效益，参照相关规范将褒河水库定为三级，建筑物级别：主要建筑物为三等，次要建筑物为四等，临时建筑物为五等。

褒河水利枢纽主要任务为灌溉、发电，其次为防洪。

为此，枢纽定为：渠首电站、拦河坝（拱坝）、中孔泄洪、底孔、电站引水渠道等。

褒河水利枢纽对于汉中地区的工农业生产的发展起着相当重要的作用。

3 2 2 已知资料已知资料2.1 流域概况流域概况褒河属于山溪性河流，发源于秦岭南麓玉皇山及太白山，汇入汉江，整个流域面积上宽下窄呈漏斗状。

流域内植被尚好，水土流失不严重。

褒河水利枢纽控制流域面积 3 861 平方公里，拟装机4.12 万千瓦，年发电量1.42 亿度，可将原灌区19.5 万亩农田灌溉保证率由50%提高到73.8%，并扩浇32 万亩耕地。

褒河库区坝址为“U”形河谷，水面宽40，水深2～7，河床砂砾石2～8，mmm 坝址两岸山坡陡峭，590高程以上强风化岩石厚度为5，以下为3～5，河床mmm 2～4。

迴水17，面积3.2 ，坝址附近平均水面宽度300。

mkm 2 kmm 2.2 水文气象资料水文气象资料褒河水库坝址下游三公里河东店站水文有1935～1970 共36 年资料。

①该地区多年平均降雨量为905.6，其中6～9 月雨量约占全年75%。

多年平mm 均径流量138 亿立米，多年平均流量43.6。

sm / 3 ②多年平均输沙率为4.7，多年平均输沙量为148 万吨。

skg / ③多年平均气温14.4℃，绝对最高气温44℃，绝对最低气温13.4℃；绝对最高水温33.3℃，绝对最低水温0℃。

2.3 工程地质资料工程地质资料褒河库区在褒河峡谷出口段，大地构造上位于南秦岭褶皱带中断南缘，库区出露地层为石炭系，三迭系前海相沉积物经区域变质作用而成的变质岩，三迭系岩层为片岩、片麻岩，并夹有大理岩、白云岩，分布于将军铺至青桥铺一带，石炭系岩层为片岩及大理岩分布于坝区附近。

第四纪松散堆积物为砂质粘土冲击砾石，区内无大断裂。

经科学院西北地质大队判定该地区地震烈度为7 度。

库区内虽有大理岩等露头，但两岸山势雄厚，水平方向溶洞发育不深，坝址处基岩透水性弱，单位吸水量小于0.01 升/秒，故不存在渗漏问题。

库区内岸坡地段基岩裸露，不会产生塌岸。

2.42.4 工程规划工程规划根据梯级水库运用规划，褒河正常高水位定为618 米，相应库容1.05 亿立米。

死水位595。

死库容0.443 亿立米。

m 4 该水库设计洪水=4290，校核洪水位=5590。

可能最大洪水流量设Qsm / 3 校Qsm / 3 10000 。

sm / 3 河床最低高程535，基岩高程532。

mm 三十年淤积高程565。

m 下游水位：设计洪水位：548.75，校核洪水位：550.05mm 电站进口高程567，最大引水流量68.1。

msm / 3 东干渠进口高程588.5，引用流量30，灌溉27 万亩农田。

西干渠进口高msm / 3 程592，引用流量6，灌溉5 万亩农田。

msm / 3 淤沙浮容重7.5，水下摩擦角10°。

3 /mkN 2.5 工程材料设计指标工程材料设计指标坝址区岩石容重模量26.5，弹性模量16，泊桑比0.2，摩擦系数3 /mkNGPa 0.6。

混凝土容重24，弹模16，线膨胀系数0.00001，泊松比0.2。

3 /mkNGPa 2.6 施工、天然建材、交通情况施工、天然建材、交通情况①施工、交通情况。

峡口地势开阔，有公路可通宝成铁路线上略阳。

坝址下游20 公里联接宝成和襄与铁道德阳（平关）安（康）铁路即将建成通车。

承担褒河水利枢纽工程的水电三局拥有较强的技术力量和机械设备。

②天然建筑材料。

坝址下游3.5～8.0的中滩、红庙等储有砂砾石116 万。

kM 3 m 砾石成分主要为花岗岩、石英岩，砂子以石英、长石为主，质地较好，交通运输便利。

土料很少，运距约4。

kM 5 3 枢纽布置枢纽布置3.13.1 坝型的选择坝型的选择经过各方面的分析比较，拟订修建拱坝，下面从几方面说明修建拱坝的优越性。

由地质条件及地形资料可知能在这个坝址修建土石坝，重力坝，拱坝，支墩坝。

现分别比较如下：3.1.13.1.1 土石坝土石坝土石坝仅靠坝身自重与地基接触而产生的抗滑力维持稳定，因存在滑坡的问题，土石坝在各种坝型中体积最大，底宽最长，工程量也较大。

坝身不能泄流，须另外设置溢洪道，泄洪安全性不可靠，施工导流也不方便。

计算方法多采用材力法，手算占相当大的比例，为防止渗透变形须设置防渗心强，防渗材料的填筑受气候条件的影响较大。

另外，最主要原因为该地区的土料较少，没有足够的筑坝材料。

因此该坝址不选择修建土石坝。

3.1.23.1.2 支墩坝支墩坝支墩坝与重力坝相比，混凝土用量小，能充分利用材料的强度，但侧向稳定性差，对地基的要求比重力坝更加严格，钢筋用量较多，施工散热条件好，温控措施简易，但模板复杂，用量大，混凝土标号要求高，每方混凝土的代价也高。