本科生课程设计任务书2013—2014学年夏季学期水利与土木工程学院农业水利工程专业课程设计名称：水工建筑物课程设计设计题目：温泉水库枢纽——挡水坝初步设计（2-6）完成期限：自2014 年7 月15 日至2014 年7 月26 日，共 2 周1．枢纽概况本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成60000~70000m2面积的水域，蓄水30万m3，可以在一定程度上减少流域内的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边植物生长条件。
同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。
水库枢纽主要建筑物有挡水坝、溢洪道、引水管等。
2. 设计要求根据所给资料进行枢纽工程设计，要进行设计构思、方案论证、计算分析、编制工程图、编制毕业设计说明书等。
各阶段要求详见课程设计指导书。
3. 设计内容（1）枢纽布置，包括枢纽方案选择，大坝的平面布置。
（2）挡水坝的剖面和构造设计（3）挡水坝的渗流设计（4）挡水坝的稳定设计4. 设计成果及要求（1）计算说明书一份，字数不应少于1万字。
（2）CAD绘制A2号图纸一张：在地形图上绘制枢纽平面布置图，在地质剖面图上绘制下游立视图，交电子版图纸。
手绘1号图纸一张：大坝典型剖面图，细部结构图2~3个（项目自定），比例尺自定。
5．主要参考文献（1）碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）.北京：中国水利水电出版社，2002（2）林继镛主编. 水工建筑物（第四版）. 北京：中国水利水电出版社，2006指导教师（签字）：系主任（签字）：批准日期：2014年6月25日目录1．设计基本资料 (3)1．1 枢纽概况 (3)1．2 流域概况 (3)1．3 枢纽任务和规划数据 (3)1．3．1 特征水位 (3)1．3．2 防洪标准与安全泄量 (3)1．4 自然条件 (4)1．4．1 地形 (4)1．4．2 地质 (4)1．4．3 水文气象 (5)1．5 建筑材料 (6)1．6 其它资料 (7)1．6．1 外来材料 (7)1．6．2 交通 (7)1．6．3 施工动力、劳动力情况 (7)2．枢纽布置 (7)2．1 工程等别及建筑物级别 (7)2．1．1 水库枢纽建筑物组成 (8)2．1．2 工程规模 (8)2．2 坝址及坝型的选择 (9)2．2．1 坝址的选择 (9)2．2．2 坝型选择 (9)2．2．3 泄水建筑物型式的选择 (9)2．3 枢纽建筑物的平面布置 (10)3．坝工设计 (10)3．1 坝型选择 (10)3．2 坝体断面设计 (11)3．2．1 坝顶宽度 (11)3．2．2 坝底高程 (11)3．2．3 坝坡与马道 (11)3．2．4 坝顶高程 (12)3．2．5 防渗设施 (16)3．2．6 排水设施 (17)4．挡水坝渗流计算 (18)4．1 单宽渗流量计算 (18)4．2 总渗流量计算 (26)5．稳定计算 (25)5．1 基本原理与计算方法 (25)5．2 安全系数试算 (26)1．设计基本资料1．1 枢纽概况本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成60000~70000m2面积的水域，蓄水30万m3，可以在一定程度上减少流域内的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边植物生长条件。
同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。
水库枢纽主要建筑物有挡水坝、溢洪道、引水管等。
1．2 流域概况白家疃沟发源于京郊香山北麓，自南而北流经海淀区温泉镇，为温榆河水系之南沙河的支流，流域面积4.2km。
拟建的温泉水库坝址位于温泉镇白家疃村南、白家疃沟出山口的河道狭窄处。
距温（泉）颐（和园）公路约1.5km，有简易公路相通。
工程区距中关村科技开发区约15km，距上地科技园区约10km，距颐和园亦仅13km，水库上游及下游均有密集的住宅区。
坝址以上主沟长 2.95km，流域面积 2.90km2，沟底平均坡降11.3%。
1．3 枢纽任务和规划数据本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成60000~70000m2面积的水域，蓄水30万m3，可以在一定程度上减少流域内的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边植物生长条件。
同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。
水利枢纽经过可行性研究，提出如下参数作为建筑物设计依据。
1．3．1 特征水位注：下游无水1．3．2 防洪标准与安全泄量考虑到工程特点及工程区下游现状和未来的发展，设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为200年一遇。
1．4 自然条件1．4．1 地形工程区位于九龙山——碧云寺向斜东北翼。
在微地貌上处于山前过渡区，相对高度20~100m。
库区左岸为冲积——洪积堆积阶地，阶面由北向南逐渐抬升，高程自左坝头至库尾由100m递升至120m，平均坡比0.056。
库盘区为河漫滩。
坝址位于沟口河道狭窄处，沟底河道宽约35m，高程84.50m。
1．4．2 地质（1）水库区工程地质条件水库区为一由西北方向（坝前）向东南方向渐扩的扇形谷地，北、东、南三面环山，相对高差20~80m，西面为山前堆积阶地，相对高差10~15m。
库区内第四纪冲积——洪积层广为分布，厚度在15m以上，水库的北、东、南三面及库盆下，基岩均为石炭——二叠系或二叠系地层，透水性弱。
西面广泛分布的洪积碎石（含粉质土）层，以及坝下沉积的粉质粘土、漂石夹粉质粘土层，是未来渗漏的主要设防地段，也是影响大坝安全的主要因素。
淹没损失小，无浸没及大的库岸稳定和淤积问题。
在地质构造上，处于九龙山——碧云寺向斜东北翼端部的转折端。
基岩内节理、裂隙发育，但未发现较大规模断裂构造，区域稳定性好。
基岩中分布有裂隙潜水。
第四系松散层中有孔隙潜水，水面埋深13.40~15.5m，其补给来源为大气降水及山区基岩裂隙水，其排泄流向基本上与河道流向一致。
（2）坝址工程地质条件坝址区呈“U”形河谷，谷底宽约35m，高程84.50m。
上部（高程100m处）宽约120m，主河道由南向北流经库区后，改向为由南东向北西方向穿过坝址。
谷底沉积有深达19.60m的第四系沉积层。
左坝头亦为山前冲积——洪积阶地沉积物。
右坝头为古生代二叠纪板岩，其产状为倾向南，倾角50 。
未发现较大规模断裂构造。
板岩为黄绿色，主要成分为粘土矿物，含白云母、绢云母和绿泥石等变质矿物，节理、板理发育，裂隙面上有氧化铁薄膜，裂隙中有红色粘土充填。
露头岩石呈强风化。
经分析和钻探资料证实，坝基覆盖层下基岩亦为板岩。
坝基覆盖层表层为卵砾石，向下依次为碎石、漂石、粉土层等，其中的孔隙潜水水面埋深13.5m。
岩性在水平方向和垂直方向均存在明显的交替、穿插，透水性变化较大。
对分布于坝基和左坝头的覆盖层，需采取可靠有效的防渗措施，方能确保大坝安全和水库的正常运转。
1．4．3 水文气象流域内无水文测站和气象站。
可参照借鉴的颐和东闸站和昌平站，至水库的直线距离分别为12km和20km。
（1）河流水文特性：白家疃沟为间歇性河流，除遇较大降雨时沟中有径流外，一般均为干沟。
根据北京市山区水文资料，流域多年平均降水量640mm，多年平均径流深为240mm （相应多年平均年径流量为69.6⨯104m3）。
代表性水文年的年径流量如表1-3所列。
（2）洪水：历史资料说明，洪水多发生在7~8月，洪水过程多为单峰型，一次洪水历时不超过15h。
设计洪水过程线见表1-4。
（3）库水位与面积、库容关系见表1-5。
（4）气候条件据现有资料，工程区属于温带大陆季风气候，多年平均气温11.7︒C。
多年平均陆面蒸发量450mm。
（5）泥沙坝址以上流域面积内，林木茂密，植被良好，水土流失较轻。
（6）蒸发流域内多年平均陆面蒸发量为450mm。
根据北京市水文手册资料，按20cm 口径蒸发器测量库区内多年平均水面蒸发量为1950mm。
（7）其它洪水期多年平均离地面10m高的最大风速v=20m/s，吹程D=400m，风向垂直上游坝面。
冻土深1.0m。
坝顶交通要求通行单行道（7m）。
坝、库区基本地震烈度为6︒。
1．5 建筑材料坝基覆盖层表层为卵砾石，向下依次为碎石、漂石、粉土层等。
土坝心墙或斜墙所需粘土料，可满足要求。
水库西面广泛分布着洪积碎石（含粉质土）层，料场位于上游左岸1km，交通方便，可利用的碎石储量可达120万 m3左右。
粘土料颗粒组成见表1-6：各种材料的物理力学性质见表7。
表1-7 各种材料物理力学性质1．6 其它资料1．6．1 外来材料工程使用的主材——水泥、钢材等，均可市购。
其他生活、生产资料，均可由当地采购。
1．6．2 交通工程场区位于白家疃村南1.0km，距温（泉）颐（和园）干线公路1.5km，且有简易公路通过坝址和库区（其中有0.5km公路需在工程建设前改线建设）。
1．6．3 施工动力、劳动力情况施工用水（仅限于搅制混凝土和生活用水）由当地供水管网供给。
施工用电直接接入当地电网，只增加一台变压器与相应数量的控制开关即可。
当地有很多闲散劳动力。
2．枢纽布置2．1 工程等别及建筑物级别2．1．1 水库枢纽建筑物组成根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物包括：挡水坝、溢洪道、引水管等。
2．1．2 工程规模枢纽布置应做到安全可靠，经济合理，施工互不干扰，管理运用方便。
根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》以及该工程的一些指标确定工程规模如下：表2-1 水利水电工程分等指标注：1、水库总库容指水库最高水位以下的静库容；2、治涝面积和灌溉面积均指设计面积。
表2-2 永久性水工建筑物级别根据拟设计枢纽的工程规模以及在国民经济有关部门的重要性进行分等分级。
枢纽等别根据《碾压式土石坝设计规范》（DL/T 5395—2007，后简称《规范》）中五项指标中最大的一项确定，建筑物的级别根据《规范》相应确定。
本工程以形成环境景观水库为主，工程建成后，可以形成60000~70000m2面积的水域，蓄水30万m3，可以在一定程度上减少流域内的水土流失，减轻山洪对下游村镇、交通线路的危害，进一步改善和美化环境，调节小气候，改善周边植物生长条件。
同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。
由于蓄水面积在0.001~0.01 ×108m3范围内，但以景观为主，兼有补充水源的作用，故工程规模属小(1)型，工程等别为Ⅴ等，本枢纽中的主要建筑物，除挡水建筑物为4级水工建筑物，溢洪道、灌溉渠道、水库放空隧洞为5级水工建筑物，次要建筑物筏道为5级水工建筑物。
2．2 坝址及坝型的选择2．2．1 坝址的选择《规范》要求坝轴线应根据坝址区的地形地质条件、坝型、坝基处理方式、枢纽中各建筑物(特别是泄洪建筑物)的布置和施工条件等，经多方案的综合技术经济比较确定。