水利水电工程专业毕业设计

黔西南民族职业技术学院水利电力工程系毕业设计说明及计算书

题目：都匀市明英水电站枢纽布置设计

专业：水利水电建筑工程

班级：09水建（1）班

姓名：

学号：

指导教师：李康宁、黄启敏、罗礼红

2011年月日

前言 (3)

工程特性表 (6)

第一章综合说明 (7)

1.1 流域概况 (7)

1.2 水文气象 (7)

1.2.1水文及气象 (7)

1.2.2水文气象及径流条件 (8)

第二章工程地质 (9)

2.1 地形地质 (9)

2.1.1 测区地质 (9)

2.1.2 工程区地质 (10)

2.2 区域及水库地质 (10)

2.2.1 地形地貌 (10)

2.2.2地层 (11)

2.2.3地质构造 (11)

2.2.4水文地质 (11)

2.2.5库区工程地质评价 (11)

2.3库区工程地质 (11)

2.3.1 地形地貌 (11)

2.3.2地层 (12)

2.3.3地质构造 (12)

2.3.4水文地质 (12)

2.3.5库区工程地质评价 (13)

2.4坝区工程地质 (13)

2.5枢纽区工程地质 (14)

2.6 岩体力学参数 (14)

2.7 天然建筑材料 (15)

2.8 工程地质评价 (16)

第三章工程任务及规模 (17)

第四章工程布臵及建筑物 (18)

4.1坝轴线、坝型的确定 (18)

4.1.1坝轴线的确定 (18)

4.1.2 坝型选择 (20)

4.2非溢流重力坝的设计 (20)

4.2.1 剖面设计 (20)

实用剖面的确定 (21)

4.2.2坝体强度和稳定承载能力极限状态验算 (23)

4.3溢流重力坝的设计 (37)

4.4进水口段的确定 (46)

4.6.2主厂房的平面设计 (49)

4.6.3副厂房的平面设计 (55)

第五章施工组织设计 (56)

第六章结束语 (56)

前言

设计题目：水利水电工程枢纽毕业设计

一、项目名称：都匀市明英水电站枢纽

二、工程地点及建筑规模：

都匀市明英水电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段。明英水电站工程等别为Ⅳ等，挡水坝为4级建筑物，次要建筑物为5级。

三、设计要求

1、设计者必须发挥独立思考能力，创造性的完成设计任务，在设计中应遵循技术规范，尽量采用国内外的先进技术与经验；

2、设计者对待设计计算、绘图等工作，应具有严肃认真一丝不苟的工作作风，以使设计成果达到较高水平；

3、设计计算要求方法先进、依据可靠、数据正确、结果可信；

4、设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定的时间内圆满完成要求的设计内容，设计结果要有独特见解，有创新、有应用价值；

5、设计成果包括：设计说明书和计算书一份、设计图纸7张1#—2#图。设计说明书和计算书要求格式规范、字迹工整、条理清楚、文字通顺、整齐美观，总字数至少在6000字以上，并有必要的图表。设计绘图，要求结构合理、工艺性好、表达完整清晰，

要符合GB规定。

四、设计内容

1、本次毕业设计的重点为枢纽总体布臵，大坝设计，水电站厂房布臵设计；

2、坝轴线、坝型选择和枢纽布臵方案比较与选择；

3、大坝设计，包括非溢流坝和溢流坝设计；

4、水电站厂房布臵设计，包括发电进水口、压力管道、主厂房、副厂房、变压器场、开关站的布臵设计；

5、坝体细部构造设计与地基处理方案的初步拟定；

6、施工组织设计；

7、设计绘图，要求结构合理、工艺性好、表达完整清晰，符合GB规定。

五、毕业设计的目的

毕业设计是完成培养高级技术人才基本训练的最后一个重要环节,也是专业学习中非常重要的校内实践性教学环节。通过毕业设计,使学生所学的专业知识得到系统的梳理和巩固,并受到综合训练，培养并提高学生运用所学专业知识解决实际问题的能力。在毕业设计中,学生应该做到以下要求:

1、对所学专业的知识进行全面、系统的复习和巩固；

2、提高运用所学专业知识解决实际问题的能力；

3、了解水利水电工程项目建设的全过程，熟悉各设计阶段的任务和内容；

4、提高对设计资料分析的能力及使用各种规范的能力；

5、学会通过图纸和设计说明书正确表达设计意图；

6、提高利用计算机分析计算的能力及利用计算机制图的能力

工程特性表

第一章综合说明

1.1 流域概况

都匀市明英水电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段，为马尾河流域下游小水电梯级开发的五个电站之一，马尾河是长江流域沅江水系主干流清水江的上游河段。电站交通方便，有简易公路到达坝固镇，并经大坝通往右岸下游的甲丹等村寨。

1.2 水文气象

1.2.1水文及气象

都匀市位于贵州省南部，苗岭南坡，东经107o47′，北纬25o51′～26o26′。东邻丹寨县、三都水族自治县，南抵独山县、平塘县，西接贵定县，北靠麻江县。马尾河是长江流域沅江水系主干流清水江的上游河段。马尾河的主流谷江河发源于苗岭中段最高峰斗蓬山（海拔1961m）南麓，自贵定县摆洗村向东流约1km进入都匀市境内弯河寨，经谷江后称谷江河，流至陆家寨与杨柳街河及摆楠河汇合后，由北向南贯穿都匀市区。市区河段又称剑江河，市区南端马尾以下称马尾河。该河段落差较大，宜建小型水电站，充分利用水资源，发展低能耗电力。

都匀地区气候属中亚热带湿润气候，温和湿润，雨量充沛。明英电站坝址以上流域内有都匀气象台，属国家基本站点，具有1958年～2001年共41年资料，资料项目齐全，代表性好。根据都匀气象台资料，都匀地区多年平均气温15.9℃，极端最高、最

低气温为36.3℃（1966年8月17日）与-6.9℃(1977年1月30日)，月平均最高、最低气温为24.3℃(7月份)和5.6℃(1月份),无霜期237～328d，平均289d。多年平均相对湿度79%，平均水面蒸发量800mm（E601蒸发器），陆面蒸发量650mm，洪水期多年平均最大风速13.3m/s，洪水期50年重现期的最大风速19.5 m/s，风区长度1.5km。

流域内有文峰塔水文站，杨柳街、谷江、朗里、王司雨量站。朗里雨量站有1965～2000年共36年降水资料，多年平均降水量为1428.6mm，都匀市区上游4个雨量站（含朗里雨量站）多年平均降雨量为1422.7mm。在水资源调查评价中，将多年平均值乘以0.8的修正系数，以与周围各站协调。

明英电站坝址下游下司水文站，控制流域面积2159km2，为桃花坝址以上流域面积的2.24倍。下司站有1959～1998年共39年（缺1970年）实测水文资料，资料整编质量及代表性较好，可用于水文水利计算。

P=2%、1%、0.5%的洪峰流量为3030、3572、4114 m3/s ，枯季五年一遇施工洪水流量为194.5 m3/s，年输沙量为2631 m3,，泥沙浮容重6.5 kN/m3，泥沙内摩擦角30o。

1.2.2水文气象及径流条件

都匀地区气候属中亚热带湿润气候，温和湿润，雨量充沛。根据都匀市气象站1958年至2001年实测统计，多年平均气温15℃，极端最高气温36℃，极端最低气温-6.9℃。多年平均降雨

量14210.6mm，年最大降雨量1840mm，年最小降雨量960mm，日最大降雨量100mm。多年平均水温12℃，极端最高水温24℃，极端最低水温3℃。洪水期多年平均最大风速13.3m/s。

水库控制流域面积983km2，多年平均径流量 13.4 m3/s，4月～10月为汛期，11月～ 3 月为枯水期。明英水电站工程水工建筑物主要在枯水季节施工。

明英电站坝址以上4.5km在建的桃花电站，集雨面积964km2，装机容量3×3000kW，调节库容为1792万m3。而明英电站集雨面积983km2，与桃花电站相差19km2，不到2%，区间没有大的支流及引水工程，故明英电站的水能计算，应以桃花电站调节后的径流量为基础推求水能参数。而桃花电站对明英电站的洪水没有影响。枯水期最大洪峰流量有桃花电站的控制，所以其枯水期最大洪峰流量为桃花电站发电机组尾水流量与明英电站到桃花电站区间径流量之叠加，对本工程的施工导流有所影响。

第二章工程地质

2.1 地形地质

2.1.1 测区地质

测区位于贵州南部，是贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，主要山峰河谷的走向与背向斜轴向一致，背斜宽坦形成山岭，向斜狭窄形成河谷，为典型的隔槽式褶皱山区。

本区发育的断层主要有①蔓洞逆断层：位于测区东北蔓洞至兴仁一带，走向北东，区内长约32km，产状129°∠60°，断距

700～1000m；②造纸山断层：位于王司背斜南端，北起新场，南止于潘洞附近，长仅9.5km，产状97°∠60°,断层北端具有强烈的重晶室化、白云石化及微弱的硅化，两盘志留系页岩的拖曳小褶曲发育。这两个断层距离水库区均较远，对大坝的稳定及水库的渗漏基本无影响，此两断层在挽近无活动迹象，属稳定型地质构造。

2.1.2 工程区地质

工程区地处贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，左岸地形较为平坦，右岸多为陡岩，以中低山地貌为主，地面一般海拔800～1100m，相对高差100～300m。库区地貌以溶蚀类地貌为主，主要表现为丘峰浅洼地貌，河谷多为宽浅的“U”型横向谷，河流坡降4.2‰。岩层总体倾向右岸偏上游，致使左岸以顺向边坡为主，右岸以反向边坡为主；库区两岸坡度多在10°～20°之间，植被较发育。库区河流两岸有两级阶地分布，一级阶地高出水面1～4m，二级阶地5～7m。水库不存在可渗漏邻谷，库区内地下水向河流补给，有较好的水文地质条件，库区内库岸相对稳定，无大型固体径流源，不存在水库诱发地震的条件，工程地质条件较好。

2.2 区域及水库地质

2.2.1 地形地貌

库区地貌以溶蚀类地貌为主，主要表现为丘峰浅洼地貌，河谷多为宽浅的“U”型横向谷，河流坡降4.2‰。岩层总体倾向右岸偏上游，致使左岸以顺向边坡为主，右岸以反向边坡为主；库区两岸坡度多在10°～20°之间，植被较发育。库区河流两岸有两级阶地分布，一级阶地高出水面1～4m，二级阶地5～7m。

2.2.2地层

库区出露地层为寒武系上统炉山组地层，可分为上下两段。

2.2.3地质构造

库区范围无区域性地质构造通过，局部发育有次一级断裂，对水库稳定及库区蓄水无影响。

2.2.4水文地质

库区河流流向近北东30°，地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主，岩性主要为厚层块状白云岩，地下水埋藏较浅，泉点出露高程均高于河流，两岸山体地下水向河流补给。

水库周边无低矮邻谷，两岸山体宽厚，不存在邻谷和库区渗漏问题。

2.2.5库区工程地质评价

库区两岸坡度多在10°～20°之间，植被较发育，库岸相对稳定。由于库区为宽谷型河谷，故不存在水库浸没问题。

工程区地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主，地下水埋藏较浅，地下水位较高，两岸山体均有地下水出露，且均多高于河水水位，水库两岸山体雄厚，库区内又无大的垂直河床方向的构造发育，库区成库条件良好，无绕渗及邻谷渗漏之忧。

总之，水库不存在可渗漏邻谷，库区内地下水向河流补给，有较好的水文地质条件，库区内库岸相对稳定，无大型固体径流源，不存在水库诱发地震的条件，工程地质条件较好。

2.3库区工程地质

2.3.1 地形地貌

库区地貌以溶蚀类地貌为主，主要表现为丘峰浅洼地貌，河

谷多为宽浅的“U”型横向谷，河流坡降4.2‰。岩层总体倾向右岸偏上游，致使左岸以顺向边坡为主，右岸以反向边坡为主；库区两岸坡度多在10°～20°之间，植被较发育。库区河流两岸有两级阶地分布，一级阶地高出水面1～4m，二级阶地5～7m。

2.3.2地层

库区出露地层为寒武系上统炉山组地层，可分为上下两段。现由新到老分述如下：

第四系（Q）：以坡积、冲积、崩积、残积层为主，成份为砂、粘土、砂卵石、碎石及块石等松散堆积物。厚0～10m。

炉山组上段（?3l2）：为浅灰、浅灰微带红色厚层粗晶白云岩，夹暗色白云岩，下部20～100m为含砾鲕状白云岩夹浅灰色白云岩，底部还有一层黄绿色粘土质砂砾岩。厚62～694m。

炉山组下段（?3l1）：为浅灰、灰白带肉红色厚层中晶白云岩，夹深灰色白云岩，底部常有含砾鲕状白云岩一层（与中统分界的标志）或多孔白云岩夹少量白云岩，白云岩中含被重结晶破坏过的白云岩砾石，向上每隔50～100m夹有含砾鲕状白云岩一层。厚421～826m。

2.3.3地质构造

库区范围无区域性地质构造通过，局部发育有次一级断裂，对水库稳定及库区蓄水无影响。

2.3.4水文地质

库区河流流向近北东30°，地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主，岩性主要为厚层块状白云岩，地下水埋藏较浅，泉点出露高程均高于河流，两岸山体地下水向河流补给。地下水一般流

量10～90 l/s，地下水径流模数3.01～6.43 l/ s﹒m2。

2.3.5库区工程地质评价

库区范围无区域性地质构造通过，局部发育有次一级断裂，对水库稳定及库区蓄水无影响。库区两岸坡度多在10°～20°之间，植被较发育，库岸相对稳定。由于库区为宽谷型河谷，故水库浸没问题不严重。

库区河流流向近北东30°，岩层走向主要为北东0°～10°，与河流流向大体一致。工程区地下水类型以纯炭酸岩溶洞裂隙水为主，地下水埋藏较浅，地下水位较高，两岸山体均有地下水出露，且均多高于河水水位，水库两岸山体雄厚，库区内又无大的垂直河床方向的构造发育，库区成库条件良好，无绕渗及邻谷渗漏之忧。

总之，水库不存在可渗漏邻谷，库区内地下水向河流补给，有较好的水文地质条件，库区内库岸相对稳定，无大型固体径流源，不存在水库诱发地震的条件，工程地质条件较好。

2.4坝区工程地质

坝址区地形为近横向宽浅的不对称“U”型谷，右岸多为陡岩,左岸地形较为平坦，地形坡度约15°～25°，河流坡降4.2‰。

坝区出露地层为第四系（Q）、寒武系上统炉山组上段（?3l2），现由新到老分述如下：

第四系（Q）：为砂土、亚粘土、粘土夹碎石、卵砾石等。厚度0～5.0m。

寒武系上统炉山组上段第四层（?3l2-4）：出露岩石为浅灰带肉红色厚层到块状细—中晶白云岩,细小晶洞较发育,局部有硅

化现象。厚度>100.0m。

寒武系上统炉山组上段第三层（?3l2-3）：出露岩石为深灰色中厚层至厚层粗晶白云岩，岩体节理裂隙较发育。厚75.0m。

寒武系上统炉山组上段第二层（?3l2-2）：出露岩石为浅灰色中厚层白云岩夹薄层灰质白云岩。厚34.0m。

寒武系上统炉山组上段第一层（?3l2-1）：出露岩石为灰白带肉红色中厚层至厚层微—细晶白云岩。厚度>100.0m。

岩层总体倾向NE，倾向上游偏右岸，倾角24～31°。

坝区构造较简单，无区域性断裂及褶皱发育，仅在大坝下游发育有两条规模较小的断层。

2.5枢纽区工程地质

坝区构造较简单，无区域性断裂及褶皱发育，仅在大坝下游发育有两条规模较小的断层，距离大坝较远，对水库蓄水及稳定均无影响。

近坝区两岸山体雄厚，无低矮邻谷存在，坝区岩性以白云岩为主，岩体节理裂隙发育，岩溶弱发育，无深部基础渗漏之忧，局部沿裂隙或开挖破碎带渗漏，经基础固结及帷幕灌浆后，能达到稳定及防渗要求。

坝后河床基岩裸露，岩体中至弱风化，未见断裂构造发育。岩体垂直弱风化深 3～5m ，节理裂隙发育，岩体完整性一般，岩体抗冲刷力一般。推荐值如下：

白云岩：（强风化）a=1.6～1.9 抗冲流速2m/s

（弱风化）a=1.4～1.5 抗冲流速3m/s 2.6 岩体力学参数

坝区地层为寒武系上统岩炉山组上段地层，出露岩石为白云岩及灰质白云岩，岩体节理裂隙发育，且局部有细小晶洞发育，根据《水利水电工程地质手册》及《岩石力学参数手册》建议微—弱风化岩体物理力学参数如表3-3：

表2-1 岩石物理力学指标推荐值

2.7 天然建筑材料

大坝枢纽及厂房扩建工程共需砂石料约2.5万m3，为方便施工，减小投资，特选定以下两个料场：

1、Ⅰ料场（主料场）：该料场位于大坝下游左岸，距大坝320m，需新建公路200m，；出露岩石为?3l1地层灰白带肉红色厚层至块状细—中晶白云岩，局部有细小晶洞发育，岩体节理裂隙发育。物理力学性质参考值：密度(2.77g/cm3)、饱和抗压强度(50MPa)，其物理力学性质较好，储量相对较少，且距离大坝相对较远，可作为备用砂石料场。有用层储量约15.6万m3。

2、Ⅱ料场（备用料场）：该料场位于大坝上游右岸，距约大坝310m，有简易公路通往；出露岩石为?3l2地层浅灰带肉红色中厚层至厚层中—粗晶白云岩，岩体节理裂隙发育，局部为铁质

浸染。物理力学性质参考值：密度(2.75g/cm3)、饱和抗压强度(45MPa)，其物理力学性质较好，交通方便，储量丰富且较易开采，是理想的砂石料场。有用层储量约179.6万m3。

两个料场砂石料总有用层储量约195.2万m3，为大坝枢纽工程工程所需砂石料的10倍以上，储量丰富，完全能够满足工程所需。各料场的砂石储量如表2-2：

表2-2 砂石料储量表

2.8 工程地质评价

坝址区地形为近横向宽浅的不对称“U”型谷，右岸多为陡岩,左岸地形较为平坦，地形坡度约15°～25°，两岸多为岩质边坡，边坡较稳定，河床段覆盖层厚约0～3m，主要为亚砂土夹岩屑、碎石、块石，砂卵砾石层等冲积、洪积、残坡积物。

坝址两岸岩层产状91°～102°∠24°～31°，岩层倾上游偏右岸。坝区构造较简单，无区域性断裂及褶皱发育，仅在大坝下

游发育有两条规模较小的断层，距离大坝较远，对水库蓄水及稳定均无影响。

近坝区两岸山体雄厚，无低矮邻谷存在，坝区岩性以白云岩为主，坝肩、坝基岩体为?3l2-4及?3l2-3浅灰带肉红色厚层到块状细—中晶白云岩，及深灰色中厚层至厚层粗晶白云岩，岩体节理裂隙发育，岩溶弱发育，无深部基础渗漏之忧，局部沿裂隙或开挖破碎带渗漏，经基础固结及帷幕灌浆后，能达到稳定及防渗要求。

坝后河床基岩裸露，出露地层为?3l2-3地层，出露岩石为深灰色中厚层至厚层粗晶白云岩，岩层倾上游偏右岸，岩体节理裂隙发育，裂面均为砂泥质冲填，岩体中至弱风化，未见断裂构造发育。岩体垂直弱风化深 3～5m ，节理裂隙发育，岩体完整性一般，岩体抗冲刷力一般。推荐值如下：

白云岩：（强风化）a=1.6～1.9 抗冲流速2m/s

（弱风化）a=1.4～1.5 抗冲流速3m/s

第三章工程任务及规模

明英电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段，距离明英2.5km、坝固镇5km。为满足泄洪的要求，大坝按4级建筑物设计，设计洪水

标准为30年一遇设计，非常校核洪水标准为200年一遇洪水标准校核，相应下泄流量分别为2231m3/s 1和3654 m3/s 。

第四章工程布臵及建筑物

4.1坝轴线、坝型的确定

4.1.1坝轴线的确定

方案一：坝轴线取在上游

如图所示：上游坝轴线所处的河谷断面呈对称的“U”型河谷，地质属稳定型地质构造岩层总体倾向上游，致使左岸以顺向边坡为主，库区两岸坡度为10°—20°之间。植被较为发育，库区河流两岸有两级阶级分布。坝轴线较长，库容小，比较开阔，开挖量大，工程成本高，宜修重力坝，且筑坝的材料需求大。

方案二：坝轴线取在中游

如图所示：上游坝轴线所处的河谷断面左右岸呈对称的“U”型河谷，岩层总体倾向上游，致使左岸以顺向边坡为主，库区两岸坡度为10°—20°之间。植被较为发育，库区河流两岸有两级阶级分布。库容相对较大，淹没耕地面积较小，右岸有悬崖部分层理破坏大，破碎带多，坝轴线适中，投资减少，工期缩短宜修重力坝。

方案三：坝轴线取在下游

如图所示：上游坝轴线所处的河谷断面左右岸呈对称的“U”型河谷，岩层总体倾向上游，致使左岸以顺向边坡为主，库区两岸坡度为10°—20°之间。植被较为发育，库区河流两岸有两级阶级分布。下坝线左坝坝岸较长，工程量较大，左坝岸占有耕地，工程成本高。

综上所述：根据各坝线的位臵进行综合性比较，最终确定中坝线为坝轴线。

4.1.2 坝型选择

1、土石坝

修筑土石坝，坝身不能溢流，必须修建溢洪道，导致建筑物分散，不利于管理。施工导流条件差，围堰时要修筑导水隧洞或明渠导流，工程成本高。土料运输受气候的影响大，土石坝的填筑材料为散粒体结构，抗剪强度低，防渗处理工作大，颗粒间粘结力小，土石坝的抗冲能力低，颗粒间存在较大的孔隙，导致产生沉降。

2、拱坝

拱坝对地形的要求，需要坝址上游宽阔，左右岸对称，岸坡平顺无突变，该处是宽浅的不对称“U”型谷，不能修筑拱坝。

3、重力坝

重力坝对地形、地质条件适应性好，任何形状的河谷都可以修建重力坝，枢纽泄洪及导流问题容易解决，结构简单，体积大，有利于机械化施工，传力系统明确，便于分析与设计，运行期间的维护及检修工作量较少，建筑物布臵集中便于管理。

综上所述:根据重力坝，土石坝和拱坝的特点，进行综合性比较，最终选择混凝土重力坝。

4.2非溢流重力坝的设计

4.2.1 剖面设计

（一）基本剖面的设计

根据重力坝的荷载特点与工作特点，基本剖面为三角形，如图2-1所示。