毕业设计——开题报告

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1、龙滩电站施工组织设计不过水围堰（P=5% ）方案学生： *指导老师 ：*三峡大学水利与环境学院1课题来源1.1 概述本课题来源于工程实践，以红水河上的龙滩电站工程为背景，选取实际工程中的一 部分一一不过水围堰（P=5%）方案一一进行施工组织设计。通过本次设计，希望能够加 深对大学期间所学专业知识的掌握和体会，使自己的专业素养有所提升。1.2 工程概况龙滩工程坝址位于红水河上游，广西天蛾县境内。主坝为碾压混凝土坝，一级建筑 物，厂房为地下式厂房。工程按正常蓄水位 400m 设计，近期按正常高水位 375m 建设， 远景正常蓄水位抬高至400m，相应水库库容分别为162.1亿立方米和272.7亿立

2、方米， 相应有效库容分别为111.5亿立方米和205.3亿立方米；水库近期具有年调节能力，远期 具有多年调节能力；电站的装机容量分别为4200MW和5400MW；年发电量分别为156. 7 亿kwh和187.1亿kwh。其施工导流为过水围堰隧洞导流，导流标准采用 20 年一遇洪水标准。截流选择在 2003年11月，施工技术为国内比较先进的水平，总工期为9年。 2001 年6月前，完成 前期各项准备项目； 2001 年 7 月，开始左右岸导流洞施工、岸坡施工、主体工程开工； 2003年11月，导流洞完成、大江截流； 2007年7月，第1台机组投产发电； 2009年12 月，第一期7台机组发电，第

3、一期工程完工。1.2坝址处主要自然条件水文及气象方面：龙滩水电站控制集水面积占红水河流域面积的 71.2%，流域地处 副热带气候区，气候温和多雨， 410 月份为雨季，流域各地多年平均降水量在 7601860mm 之间，降水量较多且时间上比较集中。但由于坝址处未设水文站和气象站， 龙滩水电站水文及气象资料直接采用天峨站资料（位于下游13km处，相似度较高）。泥沙条件：近期，流域内兴建了一批大中型水电站并已投产发电，对水沙条件产生 一定影响。另外，天峨站自建站以来，河流悬移质含沙量有逐步增加趋势，必须引起高 度重视。龙滩坝址悬移质泥沙计算，采用天峨站19601992年实测泥沙资料。地形地质：坝址

4、河谷为较宽坦的“V”形谷，宽高比3.5左右。河流流向S30 E, 至坝址处转向S80 E。左岸地形整齐，山体宽厚，右岸受冲沟切割，地形完整程度稍逊 左岸。两岸山顶高程600m左右，岸坡坡度3242。坝址底层为三叠系下统罗楼组（出 露于坝址上游地段）和三叠系中统版纳组（出露于坝址及其下游地段），均为轻微变质的 浅海深水粗碎屑岩组。所含岩石均属坚硬或中硬岩石。坝址地层岩性比较稳定，但泥板 岩与粉砂岩常互为递变，岩层厚度亦略有差异，应在工程中予以处理。2 本工程设计的目的和意义2.1 工程设计目的龙滩水电站控制集水面积占红水河流域面积的 71.2%， 410 月份为雨季，降水量约 占全年降水量的 8

5、9%，雨日约占全年的 71%，降水太过集中，因此龙潭工程的设计目的 首先是形成具有年调节与多年调节能力的电站，配合红水河上其他梯级电站更有效地利 用红水河丰富的水能资源。其次，红水河的通航条件有待改善以为当地经济社会建设服 务，龙滩水电站建成以后可以改善航运条件，使洪水河成为沟通黔、桂，粤三省区通江 达海的航道。第三红水河防洪原有状况比较紧张，因此防洪是龙潭工程的更重要的一个 目的。总之，龙滩工程作为红水河上的“龙头”工程，其建设是为了解决防洪、发电、航 运和生态等一系列与国计民生紧紧相关的重要问题，具有重要的意义。2.2 龙滩水电站的效益和作用龙滩工程建成后具有较强的水电市场的竞争力。根据设

6、计部门的测算，龙滩水电站 的上网电价为0.32元/kwh （2008年），广东电网火电厂平均上网电价和全省平均售电 单价，相比具有明显的价格优势，有较强的电力市场的竞争力。龙滩水电站可以优化电力结构。龙滩水电站位于红水河中上游，水力资源占整条红 水河资源的35%40%，是红水河的龙头电站，对下游电站起调节和蓄能的作用。龙 滩水电站建成后可使下游的多个径流式电站得到更充分的调节，枯水期调节量增至天然 情况下最枯量的 4 倍左右，使枯水期发电量占全年电量的比例大为增加。龙滩水电站将 在电网系统中担任调峰、调频的重要任务，可从根本上改善广西电源和电能结构。促成华中华南联网。龙滩水电站是华中与华南电网

7、联结的理想选点，也是可靠 的电源点。由于红水河流域纬度低，雨季来得比较早，龙滩水库又具备多年调节条件， 可以在电量上与三峡、华中电网实现互补。因此，龙滩工程的建成，将有利于推进华中 与华南电网联网，实现更大范围内的资源优化配置，有利于全国电网的安全经济稳定运 行。龙滩工程是节能环保的工程。龙滩水电站的发电效益是十分显著的，按近期和远期 工程装机容量，年发电量分别达到156.7亿kwh和187.1亿kwh，相当于每年替代火电 厂发电用煤680万t和850万t。龙滩水电站的建成，可以大量节省煤炭，实现资源优化 配置，并减少火电厂燃煤造成的大气污染，有利于环境保护。改善防洪和通航。龙滩工程具有巨大的

8、防洪效益，最终设计洪库容为70亿立方米， 龙滩水库担负的洪水防护区包括红水河和西江两岸及珠江三角洲，涉及广西 10 个县市和 广东 17 个县市，这些都是粤桂两省区经济发达地区，工农业总产值约达 3548 亿元。龙 滩预留的防洪库容可使下游 90防护区的防洪标准提高到 50 年一遇。龙滩防洪范围广， 防护对象规模大，防护区在国民经济中地位重要，是西江流域最重要的防洪工程。龙滩 水电站是实现红水河全河通航的关键性工程。龙滩水库将淹没险滩 100 余处，库区干流 近 180km 将形成保证率为 90 的深水航道，使贵州、广西两省（区）的资源通过红水河 运达珠江三角洲和出海。基于以上各方面的效益，龙

9、滩工程理所当然地被列为西部大开发的重点工程。3国内外相关工程设计与研究的现状3.1概述碾压混凝土是用无坍落度的混凝土采用土石方式施工。由于混凝土的运输采用汽车 代替料罐，压实则用滚筒碾取代插入式振捣器，因而比常规混凝土施工速度快得多，且 造价也低得多，一般可达到其一半甚至三分之一。日本于 1980 年建成了世界上第一座碾 压混凝土坝，美国的柳溪坝于1982 年建成，也是采用碾压混凝土的设计，之后碾压混凝 土坝的建设在世界范围内迅速发展起来。与传统坝型相比，碾压混凝土坝在其他方面亦有其优越性，比如，在施工过程中如 遇超标洪水而漫顶时，其损害最小。不过，碾压混凝土一般要求建设在岩基上，且需要 有专

10、门的设施来保证其不透水性并控制扬压力。采用土坝方法浇筑混凝土包括三个工序： 将混凝土从拌合机运到工地；从仓内分层铺料；压实。3.2碾压混凝土坝的发展历程第一个将碾压混凝土用于大坝本身的是石门土坝（高104 米）的围堰（高65 米）心 墙，于19601961 年施工。70 年代初，不少工程师建议用碾压混凝土修建重力坝，70年 代末 80 年代初，好几位工程师或单位进行了实验性的坝块施工。随着水泥土和干贫混凝 土成功地用于公路基础以及水泥土成功地用于坝坡保护，很可能促进了工程师们用碾压 混凝土修建大坝的设想。19741975 年，巴基斯坦塔贝拉坝在其多项下属工程中使用了碾压混凝土。1980 年，

11、日本建设者建成了坝高89米的岛地川（Shimajigawa）坝，这是第一座使用RCD施工的 坝。1987年，日本建设省用相同的设计和施工方法建成了玉川（Tamagawa）坝。1982 年建成的柳溪坝是美国第一座碾压混凝土坝，也是一座完全采用土坝方法施工的碾压混 凝土坝。在岛地川和柳溪坝建成以后，加速了碾压混凝土重力坝的修建。其中有一些坝 的设计和岛地川坝一样，主要根据混凝土工程师的设计原理，但大多数吧则根据土工工 程师的设计原理。我国碾压混凝土筑坝技术虽起步较晚，但发展较快，自 1986 年建成第一座碾压混凝 土坝坑口坝以来，我国碾压混凝土坝在建坝数量和建坝技术方面都有长足发展。据 不完全统计

12、，至2006年末，共建成碾压混凝土坝92座（包括19座拱坝），在建34座（包 括10座拱坝），总计 126座。其中取得了重要的技术成就，如已建的坑口。龙门滩碾压 混凝土坝，在上游面设防渗层，分别采用沥青砂浆与产膨胀剂的常规混凝土作为一种新 型放声结构。坝体碾压混凝土采用低水泥高掺粉煤灰的胶凝材料，总量为140150Kg/m3, 可提高混凝土质量。坝体不射纵缝，采用全断面连续浇筑法，一加快施工速度。这些技 术成就具有自己的特点。3.3碾压混凝土坝的主要施工技术及其发展 在碾压混凝土坝施工方法形成的岁月里，独立地出现了三中不同的有关碾压混凝土 坝的设计和施工的原理。第一种是贫碾压混凝土( Lean

13、 RCC)坝，这种坝所用的混凝土胶凝材料(即硅酸盐 水泥和火山灰)的含量一般低于120Kg/m，火山灰(一般为粉煤灰)用量的百分比为 040%，骨料中有的含有大量的细砂。典型的例子是柳溪坝和格莱恩斯通峡坝(美国)。第二种是碾压混凝土坝RCD (Rolled concrete dam ),这种施工方法是在日本发展起 来的，与世界其他地方所用的相应方法颇不相同。它采取从大坝上游面到下游面切缝的 方法，竣工后的大坝与分块浇注的普通混凝土坝相似。胶凝材料的含量一般为 120130Kg/m3，其中粉煤灰约占30%。典型的例子是岛地川坝和玉川坝(日本)。还有一种是高胶浆含量碾压混凝土坝，研究这种混凝土是为

14、了达到高度的理论上无 空隙的密度，并使其获得良好的现场整体渗透性，各浇注层之间粘合良好。胶凝材料含 量一般超过150 Kg/m3，其中大部分(达75%)是粉煤灰(或其他火山灰)。典型例子是 上静水坝(美国)。3.4我国对碾压混凝土坝的主要发展近二十年的时间里，由于西方发达国家的水电开发事业已接近完成，所以筑坝技术 的发展更多地转移至发展中国家，发展较快的几个国家分别是中国、印度、巴基斯坦、 南非和巴西等。在碾压混凝土坝领域，我国虽然起步较晚，但发展较快，下面主要记述 一下我国在该领域所做的努力和贡献。(1) 坝越筑越高。如江垭重力坝为全碾压式，坝高128m，龙滩一期工程坝高192m， 是目前世

15、界上最高的碾压混凝土重力坝。(2) 碾压混凝土量占坝体比重越来越大。已建成的观音阁重力坝是用碾压混凝土达 124万m?,占总体积的62.19%；江垭重力坝使用75.16万m?,占坝体混凝土 总量的67% ；龙滩则使用339万m?,占总量的63.17。(3) 坝型由重力坝发展到拱坝。贵州高 75m 的普定拱坝采用了倒悬、诱导缝及变 态混凝土等一系列新技术。在福建溪柄溪薄拱坝上初次试用了应力释放的短 缝。这些技术的发展，促进3座超过100m高的沙牌、石门子和蔺河口拱坝的 修建。(4) 高掺粉煤灰，少用混凝土。高掺粉煤灰可减少水化热，缩小温差，放置裂缝。 如石漫滩重力坝水泥用量53Kg/m?，百色坝

16、最低水泥用量仅为50 Kg/m?。根 据多年研究结果，粉煤灰掺量可达 2/3。我国还在碾压混凝土拌和时产用了 17% 的岩粉，取得成功经验。(5) 碾压混凝土配合比建立了数据库。这样就可以在具体工程条件下，预选比较合 适的配合比，大大减少了试验工作量和时间。（6）掺用外加剂。可以提高碾压混凝土的性能和耐久性，尤以复合外加剂最为有效。（7）尽量减少常态混凝土。由于施工工艺不同，施工时常相互干扰，在材料制备、 结构分缝、温控等方面也不同，增加了出现裂缝的可能性。目前在设计中尽量 减少使用常态混凝土，如垫层尽量减薄，并迅速覆盖碾压混凝土。（8）采用变态混凝土。（9）研制适合中国国情的施工设备。（10

17、）进行了大量的分缝研究工作。根据我国各种不同的气候条件，从早期的不分缝 到后期的拱坝分缝，采用的间距和结构有很大改进。从结构看分为3 类：机械 切缝、正常分仓工作缝合诱导缝。（11）层面处理有不少成功措施。在碾压混凝土坝特别是高坝中，层面处理不仅影响 到坝身的整体强度，也影响到防身效果，层面抗剪强度甚至会影响到大坝安全。 在一些工程中采用了不少措施，经钻取的心样证明效果很好。（12）排水孔设计、施工、钻孔取心探索了新途径。（13）采用斜层平摊铺筑法。江垭工程施工初期， 由于仓面过大，拌和楼容量不足， 以致使用一般通仓薄层铺筑法难以保证在下层初凝前完全铺盖上层进行碾压， 因而提出了斜层平摊铺筑法

18、。（14）关于下游面采用阶梯消能的问题。水东坝、百龙滩坝均应用了阶梯消能，随后 大朝山和设计中的百色碾压混凝土重力坝下游面也拟采用阶梯。水工试验证 明，过去担心的阶梯上能否通气防止负压的问题可能解决。4设计的主要内容及成果形式4.1 设计的主要内容（1）、施工导、截流：包括截流计算、基坑排水、下闸蓄水和工程量计算；（2）、施工方法：根据具体的工程量及各部分尺寸来查定额，还要根据以往类似工 程经验来确定施工机械型号、种类和数量；（3）、总布置：施工临时房屋及占地面积、施工道、土石方平衡等；（4）、总进度：确定关键线路（5）、施工企业工厂相关问题4.2 设计成果及要求（1）、开题报告及文献综述：5

19、，000 字左右；（2）、译文：3，000 字左右；（3）、说明书：60，000 字左右；（4）、计算书：一份，要求计算完整清晰简练；（5）、图纸3张，CAD出图，按规范、标准绘制。5 设计的方法及手段5.1 工程方面由于不过水围堰属于工程的一部分，因此，其设计应当考虑到工程整体的结合协调 性和相对独立性，这主要体现在相应设计数据的衔接上。围堰的高程设计要利用水力学中的关流理论进行设计，因为龙潭工程采用的是导流 洞进行导流。在设计中，导流洞方面的相应数据应采用实际数据，结合流域水文信息等 利用水能规划的相关知识综合确定围堰高程。围堰的填筑材料要考虑到防渗、温控等因 素。关于导、截流，则采用水利

20、工程施工中的施工水流控制，结合坝址处的地形地 貌，河道特点等确定采用的导截流方式。5.2毕业设计的方法及手段对于本设计，将在理论设计的基础上尽可能多地加强与工程实际的联系。主要通过 熟悉材料、查阅文献、老师辅导、同学交流等方式进行设计的完善。目前准备参阅的文献如下：1 吴持恭主编.水力学第3 版.北京：高等教育出版社，20032 武汉水利电力大学水力教研室编著.水力计算手册.北京：水利出版社，1980.3 康世荣等.水利水电工程施工组织设计手册（第一五卷）M.中国水利水电出 版社，1996.84 SL3032004. 水利水电工程施工组织设计规范. 中国水利水电出版社，2004.115 中国水

21、力发电工程编审委员会.中国水力发电工程（施工卷） . 1北京：中国 电力出版社，2000.86 成都科技大学编著.施工导流图集 . 高等教育出版社,1981.27 王民寿.水利水电工程施工过程水流控制 .成都：成都科技大学出版社，1983.3.8 周克己.水利水电工程施工组织与管理中国水利水电出版社，1998.9 DL/T 50871999，水电水利工程围堰设计导则 .中国电力出版社，1999.1010 水利水电工程施工技术规范汇编 国防工业出版社，1989.116设计进度与步骤2010 年冬季短学期：熟悉资料，查找与本工程有关的外文杂志，借阅有关书籍，并 完成开题报告、译文等。2011 年春

22、季学期：第一周第十四周，完成设计论文、计算书 各一份以及图纸三张；第十五周毕业设计答辩。具体安排如下：15 周完成施工导、截流：包括截流计算、基坑排水、下闸蓄水和工程量计算；6 周根据具体的工程量及各部分尺寸来查定额，还要根据以往类似工程经验来确定施 工机械型号、种类和数量；78 周完成总布置、总进度及施工企业等问题：施工临时房屋及占地面积、施工道、 土石方平衡；确定关键线路；设计论文、计算书等在以上工作过程中同时进行，9 周之后与绘图同时进行，并在此 过程中对相关成果进行修正。7现有条件及必须采取的措施首先，从入学到现在，我已系统学习了水利水电工程专业的相关知识，对本行业的 内容有了大体轮廓

23、上的掌握；其次，在做毕业设计期间，我将就所遇到的问题或疑惑精 益求精地请教老师，以期使自己更加具备专业素养；最后，我将充分利用好学校图书馆 电子图书馆、网络及自购图书等资源，使自己不但能够很好地完成毕业设计的任务，更 能够拓宽自己的专业视野，养成对待学习的良好态度，使自己的学习具有可持续性。为此必须采取的措施有：制定合理的计划并严格执行，在设计期间对相关的资料做 完整的存档和整理，对于所涉及到的知识注重思考和创造。8 协助单位及要解决的主要内容为完成本设计，需要得到三峡大学水利与环境学院、三峡大学图书馆、导师孙开畅 老师及其他老师的支持与指导，另外需要与课题组其他同学和本专业其他同学进行讨论 共同学习。