水利水电建筑工程重力坝设计书

- 1 - 水利水电建筑工程重力坝设计书 供应条件 1）主要建筑材料供应 本电站施工对外交通运输以公路运输为主。工程区附近天然建材储量丰富，质量也满足本工程需要。 主要建筑材料钢材从成都采购，综合运距为 356材、油料、炸药由松潘县供应，综合运距为 109泥由拉法基水泥厂供应，综合运距为 270 2）施工机械修配 工程施工机械设备与汽车修理可依托松潘县地方机械修理厂承担，工地只设机修站和汽车保养站。 3）施工供电和施工供水 - 2 - 本工程施工由当地地方电网供电。 热务沟及工程区内水质良好，施 工生产、生活用水可抽取热务沟水或就近截取支沟水。 4）施工队伍及施工设备和物质采购 工程建设期间所需的临时工，生产物资等可在松潘县招募和采购。 省内水电专业施工队伍众多，可实行招投标选择施工队伍。 取水建筑物重力坝位于岷江一级支流小姓沟与其一级支流泗拉柯沟交汇处下游约 90m 左右处的小姓沟上。小姓沟由 经坝区，谷底宽为 110 150m。右岸为 10 20的缓坡，左岸为 3045的斜坡和峻坡。 燕云电站取水口地形图 - 3 - 河床右岸为 10 20的缓坡，根据坝轴线坝 部为 右的崩坡积层（ 粘土夹块碎石；下部为中生界三迭系西康群中统杂谷脑下段（ 层：灰色钙质石英细砂岩（或绿灰色凝灰质砂岩）与少量深灰色粉砂质板岩及灰黑色透镜状薄层状结晶灰岩的不等厚间互层。先将上部的崩坡积层（ 粘土夹块碎石和局部不稳定坡体彻底清除 ， 再将坝坝基础置于中生界三迭系西康群中统杂谷脑下段（ 层上，其承载能力满足坝坝对地基的要求。建议将坝肩崁入基岩 3 5m，坝肩强卸荷岩体呈强透水状态，应加强防渗处理措施 ，防止沿坝肩接头渗漏，并对边坡和坝肩作好抗冲刷处理措施和护岸工程处理措施。 河床左岸为 30 45的斜坡和峻坡，根据坝轴线坝 部为 粘土夹块碎石；下部为中生界三迭系西康群中统杂谷脑下段（ 层：灰色钙质石英细砂岩（或绿灰色凝灰质砂岩）与少量深灰色粉 - 4 - 砂质板岩及灰黑色透镜状薄层状结晶灰岩的不等厚间互层。先将上部的崩坡积（ 粘土夹块碎石和局部不稳定坡体彻底清除 ，再将坝坝基础置于中生界三迭系西康群中统杂谷 脑下段（ 层上，其承载能力满足坝坝对地基的要求。建议将坝肩崁入基岩 3 5m，坝肩强卸荷岩体呈强透水状态，应加强防渗处理措施，防止沿坝肩接头渗漏，并对边坡和坝肩作好抗冲刷处理措施和护岸工程处理措施。 谷底堆积物根据坝轴线 床上部根据地层主要为河流冲积层（ 卵砾石夹砂，卵砾石成份主要为细粒钙质石英砂岩、凝灰质砂岩、粉砂质板岩、结晶灰岩、石英脉等。卵砾石磨园度较好，为园状和次园状，少数为次棱状或片状，粒径一般为 大可达 选性较差。砂为中粗粒，主要成份为长石、石英、云母及岩屑等，颜色为灰、灰黑等杂色，覆盖层厚度 构为稍密和中密，透水性强。下部为中生界三迭系西康群中统杂谷脑下段（ 层：灰色钙质石英细砂岩（或绿灰色凝灰质砂岩）与少量深灰色粉砂质板岩及灰黑色透镜状薄层状结晶灰岩的不等厚间互层。先将上部的河流冲积层（ 砾石夹砂彻底清除 ， 再将坝坝基础置于中生界三迭系西康群上统侏倭组 层上，承载能力较高，能满足坝坝对地基的要求。建议将坝基置于基岩上，并采用固结灌 浆和帷幕灌浆等工程措施，防止沿坝基接头渗漏。 根据地层结构及其工程地质性质，建议主要工程地质参数如下： 漂卵砾石夹砂：天然容重 =21 22KN/许承载力 - 5 - R=形模量 E。 =30 35 松比 =许水力坡降 J=剪指标 f=C=0；渗透系数 K=3050m/d；建议开挖坡比：水上 1:1，水下 1: 亚粘土夹块碎石： =18 19； R=E。 =20 22； =议开挖坡比： 1:1 1: 风化卸荷基岩： =25； R=E。 =2000 3000； = f=C=K=5 10；建议开挖坡比： 1:1: 工程建设区属强震波及区，经查国家地震部门的潜在地震危害性分析成果，根据中国地震动参数区划图（ 2001）、建筑抗震设计规范局部修订（ 2008）及建筑工程抗震设防分类标准（ 2008）查证，松潘县燕云水电站勘察区抗震设防烈度为8 度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度值为 燕云电站坝轴线工程地质横剖面图 燕云电站坝轴线工程地质纵剖面图 - 6 - 象 设计流域在气候分区上属于川西高原气候 。流域西北部寒冷而干燥，东南部则较湿润温和。根据流域内主要气象站已有的观测资料分析，具有以下特点：气温随海拔升高而降低；在地域上，气温由西北向东南递增，年均气温变幅为 2；降雨由西北向东南减少，平均降雨量变幅为 200日由北向南减少，水面蒸发由北向南至茂县增加，相对湿度由北向南增加，日照由北向南减少等变化规律。 小姓沟流域内仅有马拉墩和树珠坝 雨量站，缺乏气象观测资料。树珠坝雨量站资料较短，马拉墩站有 1959雨量资料，根据该站资料统计多年平均降雨量为 大一日降雨量为 1988 年 6月 15 日）。工程河段距松潘气象站直线距离仅 15潘气象站为地区基本站，测验项目齐全，资料统一完整，本次设计所需气象特征值以松潘气象站为代表站。据据松潘气象站已有的观测资料统计，松潘县多年平均气温 极端最高气温 极端最低气温 多年平均降雨量为 年平均蒸发量 年平均无霜期 220d，多年平 - 7 - 均相对湿度 64%，多年平均风速 s，最大风速 s，多为，雷暴日数为 50d。 燕云电站取水口以上集雨面积为 小姓沟下游控制站树珠坝水文站集雨面积 1575差 58%，按规范要求应进行修正计算，修正计算主要按面积、雨量进行。合马拉墩雨量站及四川省水文手册（燕云电站坝址以上流域多年平均降雨量介于 740760域所跨降雨等值线区域较为狭窄，取均值 750经计算得雨量修正系数为 合修正系数为 此修正系数，按公式 雨量面积树珠坝燕云 对树珠坝水文站径流计算成果进行修正计算得燕云电站取水口设计径流成果。 燕云电站取水口径流成果表 表 断面 时段 均值 s/计流量 10% 50% 90% 燕云 电5 月至次年 4月 1 8 - 站 9 9 6 6 6 12 依据树珠坝水文站（集雨面积 1575计洪水洪峰流量成果，根据水文比拟法，按面积比的 2/3次方推算至燕云电站的坝址、厂址断面，由此计算出燕云电站坝址设计洪水成果。 燕云电站设计洪水计算成果 表 面 位置 集雨 面积 均值 （ m3/s） s/计年最大洪峰流量（ m3/s） 1% 2% 5% 坝址 00 188 163 147 135 125 根据小姓沟流域的暴雨洪水特性，洪水具有明显的季节性变化规律，从树珠坝水文站实测资料可知，年最大流量最早出现在 6 月中旬，最晚出现在 9 月下旬，跨度较短，故将年内洪水分为四期： 4 5 月为汛前过渡期， 6 9 月为主汛期， 10月为汛后过渡期， 11次年 3月为枯水期。 燕云电站分期设计洪水计算成果表 - 9 - 表 面位置 分期 坝址： 1月至次年 3月 0月 址： 1月至次年 3月 0月 燕云电站坝址、厂址河段无实测水位流量关系资料，根据现场情况，断面测流较为困难，因此本阶段采用水力学公式推算水位流量关系。 坝底高程 常蓄水位 - 10 - 50年一遇风速 年平均最大风速 程 水利水电工程等级划分及洪水标准（ 5180 2003）； 防洪标准 水闸设计规范 混凝土重力坝设计规范 水闸布置 水闸泄流方案，底板高程 孔尺寸为 2m*3m。 二、调洪演算 闸孔出流。 底板高程 m*3m。 溢流坝高程 寸为 2m*10m。 其中 ：闸孔流量系数 b : 闸门单宽 m e: 闸门开度 m 闸前总水头 m - 11 - 得： 设计水深 核水深 常水深 坝在不同情况下的水位高程 m 安全加高 表 计洪水位 校核洪水位 吹程 D （ m） 速 0v （ m/s） 全加高 m） 前平均水深 m） 22 22 坝顶高于水库静水位的高度 h h 坝顶高于水库静水位的高度； h%1 累计频率为 1%时的波浪高度； 波浪中心线至静水面的高度； 安全超高。 对 h%1 在内陆地区，当吹程 D20速 V20m/ 12 - 式： 波高： 312121。D 当 2502020 ，为累积频率 5%的波高 当 10 0025 020 ，为累积频率 10%的波高 规定采用累计频率为 1%的波高。对于 5%的波高应乘以 于 10%的波高应乘以 故累计频率按 5%计算： 1%=% h 波浪高度， m； 计算风速， m/s,设计情况取 50 年一遇风速，校核情况取多年平均最大风速； D 吹程， m； 计算 壅高： D mm 2%1 坝前水库水深， m； 2 反双曲函数， 0,1。 安全超高 - 13 - 表 运用情况 大坝级别 、 基本情况 殊情况 ： 坝顶高程： 、重力坝剖面设计 重力坝坝顶高程 底高程 高 H=据工程经验，大坝下游坝坡坡率 5.0m ，坝顶宽度一般取坝高的 %10%8 ，坝 底宽约为坝高的 。m= - 14 - 图 非溢流坝段正常蓄水情况荷载计算表 表 载计算 荷载 垂直力（ 水平力（ 力臂（ m） 力矩（ 方向 - + + - 自重 9 - 15 - 6336 1 6336 0 0 0 水压力 8 22886 扬压力 0 0 1 9 压力 20 4474 浪压力 泥沙压力 16 重 Q 计 溢流坝段校核洪水情况荷载计算表 表 载计算 荷载 垂直力（ 水平力（ 力臂（ m） 力矩（ 方向 - + + - 自重 9 6336 1 6336 - 16 - 0 0 0 水压力 2 扬压力 0 0 1 9 压力 20 4474 浪压力 泥沙压力 16 重 Q 计 流坝段正常蓄水情况荷载计算表 表 载计算 荷载 垂直力（ 水平力（ 力臂（ m） 力矩（ 方向 - + + - 自重 9 6336 1 6336 - 17 - 0 0 0 水压力 8 22886 扬压力 0 0 1 9 压力 20 4474 浪压力 泥沙压力 16 重 Q 计 流坝段校核洪水情况荷载计算表 表 载计算 荷载 垂直力（ 水平力（ 力臂（ m） 力矩（ 方向 - + + - 自重 9 6336 1 6336 - 18 - 0 0 0 水压力 2 扬压力 0 0 1 9 压力 20 4474 浪压力 泥沙压力 16 重 Q 计 载组合： 上游静水压力 设计洪水位扬压力 设计洪水位泥沙压力 （ 2）特殊荷载组合： 坝体自重 校核洪水位上下游静水压力 校核洪水位扬压力 校核洪水位泥沙压力 - 19 - 滑稳定验算 P 计算截面上的所有切向力 W 作用于计算截面上的所有法向力 K 抗剪断计算的抗滑稳定安全系数 f 滑动面上的抗剪断摩擦系数 表 全系数 荷载组合 坝的级别 1 2 3 4 K 基本组合 殊组合 滑稳定验算表 表 滑稳定验算 项目 W f P K 结论 正常水位 足要求 校核水位 足要求 20 - 力分析 根据砌石坝设计规范 体重力坝应力计算以材料力学为基本分析方法，计算各种荷载组合下坝体垂直正应力和坝体主应力。荷载组合分基本组合与特殊组合二种。 （ 1）基本组合（正常水位）边缘应力计算 坝基面 y 下 计算 W 6 M 6 y 下 = - = - = 22 222 （ 2）特殊组合（校核洪水位）应力计算 坝基面 y 下 计算 W 6 M 6 y 下 = - = - = 22 222 第 1 页 四、细部构造与地基处理 4. 重力坝坝顶迎水侧设钢筋砼防浪墙，背水侧及溢流坝坝顶交通桥上下游均设置安全栏杆，高度 大坝上游侧设置 防渗面板，厚度 部与坝基砼齿墙连成一体。面板设温度钢筋与固定钢筋。 砼防渗面板后设置一排竖向排水管，间距 径 中设置一道横向排水管，内径 缝 与止水 永久性横缝将坝体沿坝轴线分成若干坝段，其橫缝常为平面，各坝段独立工作间距一般为 20m。 缝 为了适应混凝土的浇筑能力和减少施工的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝分块降温，再接缝灌浆。常用的纵缝型式有竖直纵缝、斜缝、错缝。纵缝间距一般为 20m。 平工作缝 水平工作缝是分层施工的新老混凝土之间的接缝，是临时性的。新混凝土浇筑前必须清楚缝面的浮渣、灰尘、水泥乳膜，清洗干净再均匀铺一层 2水泥砂浆，然后浇筑。 道系统 基 处理 第 2 页 为了保证大坝的稳定、强度以及防渗性，对地基的各种地质构造要进行处理。 重力坝的失事有 40是因为地基问题造成的。实际上，完整无缺的地基也是很难找到的。基岩中存在着节理、裂隙、断层、夹层等软弱结构面，它们都会不同程度地破坏或降低了岩体的稳定性、强度及抗渗能力 。所以在具有缺陷的岩基上修建重力坝应对地基进行处理。它包括两方面的工作：一是防渗；二是提高基岩强度 (承载力 ) 基的开挖与清理 将复盖层和风化破碎的岩石挖掉，包括清除松动石块，打掉突出的尖角。 (当复盖层很深时，全部清除工作量十分 巨大，可考虑其他坝型 ) 基的固结灌浆 目的： 提高基岩的整体性和弹性模量； 减少基岩受力后的变形； 提高基岩的抗压抗剪强度； 降低坝体的渗透性减少渗流量； 范围： (1)应力较大的上下游部位 (2)局部节理裂隙发育和破碎带及其附近的范围 (3)灌浆孔的深度 5 8 m (4)灌浆孔的间距 3 4m (5) 排列型式 : 梅花形或井字形 目的：降低坝基渗透压力，减少渗流量。 深度：相 对隔水层浅时，打至隔水层内 3 5m； 相对隔水层深时，打至 (坝高； 厚度：由承受的水力坡降而定。 位置：基础灌浆廊道上游沿坝轴线形成阻水幕。 第 3 页 方向：钻孔方向一般垂直向下，必要时有一定斜度(10以内 )与节理方向正交。 基排水设施 因帷幕不能完全截断渗流，为进一步降低坝底的渗 透压力，需设置坝基排水 (打排水孔和设置基础排水廊道 )。 基软弱破碎带处理 断层破碎带由于强度低，弹性模量小，可能引起坝基产生不均匀沉陷和坝体开裂。破碎带如连通水库将使坝基渗透压力加大，在高压水作用下破碎带内的物质可能产生机械和化学管涌淘刷坝基，危及大坝安全。 施工导流 导流标准 根据水利水电施工组织设计规范（ 2004）规定，施工导流标准中，确定导流建筑物级别为 5 级，洪水重现期为 5。 流方式 根据水利水电施工组织设计规范（ 2004）规定，确定工程导流方式为分期围堰导流方式。 采用二段二期导流法，一期施工为水闸及一个表孔泄洪段，二期导流采用已经修好成型的底孔及表孔导流。 堰 根据水利水电施工组织设计规范（ 2004）规定，纵、横向围堰选择土石围堰。河道宽 32m。 第 4 页 （ 1）围堰型式选择应遵守下列原则： 1、安全可靠，能满足稳定、抗渗、抗冲要求； 2、结构简单，施工方便，易于拆除并能利用当地材料及开挖渣料； 3、堰基易于处理，堰体便于与岸坡或已有建筑物连接； 4、在预定施工期内修筑到需要的断面及高程，能满足施工进度要求； 5、具有良好的技术经济指标。 （ 2）土石围堰填筑材料应满足下列要求： 1、防渗体土料渗透系数不宜大于 10 cm/s；若当地富有风化料或砾质土料、并经过试验验证能满足防渗要求时，可选用； 2、心墙或斜墙土石围堰堰壳填筑料应为无凝聚性材料，渗透系数大于 10 cm/s，宜采用天然 砂卵石或石渣； 围堰堆石体水下部分不宜采用软化系数大于 石料。 故：围堰选择梯形形式，以土料填筑，上下游边坡系数同为 宽 4m，顶宽 2m，高 3m。 五施工组织安排 一期围堰迎水面布置 30m，顺水面布置 61m（坝体宽 21m） ,则：总长 121m。所需土料为 1089m。根据水利建筑工程概算定额确定使用“拖拉机压实”施工方法。施工需初级工 4 人，拖拉机（ 74台，推土机（ 744 台，蛙式打夯机（ 4 台。则：运输所 第 5 页 需天数为 3 天，填筑压实所需天数为 8 天，故一期围堰施工期为 11天。 二期围堰在一期工程进行完之后开始，则二期围堰长度应满足水位要求。故：二期围堰迎水面布置 60m，顺水面布置 61m，则：总长181m。所需土料为 1629m利建筑工程概算定额确定使用“拖拉机压实”施工方法。施工需初级工 4 人，拖拉机（ 744 台，推土机（ 744 台，蛙式打夯机（ 4台。则：运输所需天数为 2 天，填筑压实所需天数为 8 天，故二期围堰施工期为 10天。 体工程施工工程量及时间计算 根据水利水电施工组织设计规范 2004组织施工。 方明挖 采取自上而下的施工顺序，开挖土方石方每边留 工 作业面，挖土方边坡放坡系数为 石方边坡放坡系数为 一期土方开挖施工内容为：左岸非溢流坝段及溢流坝段，共计177m。 一期土方开挖 3800m。根据水利建筑工程概算定额确定使用“ 2m挖掘机挖土机械汽车运输”施工方法。施工需要：初级工 2人， 8t 自卸汽车 4台， 2m挖掘机 2 台。则：运输所需天数为 7 天，挖土方所需天数为 7 天。故一期土方开挖所需时间 14 天。 二期土方开挖施工内容为：右岸非溢流坝段，共计 172m。 第 6 页 二期土方开挖 3700m。根据水利建筑工程概算定额确定使用“ 2m挖掘机挖土机 械汽车运输”施工方法。施工需要：初级工 2人， 8t 自卸汽车 4台， 2m挖掘机 4 台。则：运输所需天数为 7 天，挖土方所需天数为 4。故一期土方开挖所需时间 11天。 方明挖 一期石方开挖施工内容为：左岸非溢流坝段及溢流坝段，共计177m。 一期石方开挖 7500m。根据水利建筑工程概算定额确定使用“ 2m挖掘机装石渣汽车运输”施工方法。施工需要：初级工 3人，8 台， 2m挖掘机 4 台。则：运输所需天数为 15 天，挖石方所需天数为 5。故一期土方开挖所需时间 20 天。 二期石方开挖施工内容为：右 岸非溢流坝段，共计 172m。 二期石方开挖 7300m。根据水利建筑工程概算定额确定使用“ 2m挖掘机装石渣汽车运输”施工方法。施工需要：初级工 3人，8 台， 2m挖掘机 4 台。则：运输所需天数为 15 天，挖石方所需天数为 5。故二期土方开挖所需时间 20 天。 基处理 基础灌浆宜按照先固结、后帷幕的顺序进行。帷幕灌浆宜按分序逐渐加密的方式施工。在坝体做廊道进行帷幕灌浆。廊道高 城门洞型。 凝土施工 采用预埋水管，加冰拌合，及喷水的方式给坝体散热。 第 7 页 大坝 混凝土浇筑施工分两期：一期为左岸非溢流坝段和溢流坝段浇筑施工，二期为非溢流坝段浇筑施工。 一期工程共浇筑 42570m混凝土。根据水利建筑工程概算定额，采用“坝”为施工参考定额。内容为：重力坝机械化（机器平仓振捣）浇筑一般厚层常态混凝土。施工使用： 动器， 40仓振捣器，初级工、中级工、高级工、工长。施工分为 80 组（每组 4 名工人、 1 台振动器、 1台平仓振捣机）。浇筑天数 90天。 二期工程共浇筑 56287m混凝土。根据水利建筑工程概算定额，采用“坝”为施工参考定额。内容为：重力坝机械化（ 机器平仓振捣）浇筑一般厚层常态混凝土。施工使用： 动器， 40仓振捣器，初级工、中级工、高级工、工长。施工分为 80 组（每组 4 名工人、 1 台振动器、 1台平仓振捣机）。浇筑天数 100 天。 填 共回填方量 2475m，一期回填 826m，二期回填 1651m。根据水利建筑工程概算定额，均使用“拖拉机压实”。压实施工需要：初级工 4人，拖拉机 4 台，蛙式打夯机 4 台。回填天数 7 天。 于原河床上方修建施工用桥，其余公路可在原公路的基础上进行整修保证使用。之后再根据需要修建 。左为一期公路，右为二期公路。公路沿地势平缓岸折回，坡度大的一岸下坡运输。公路布置及汽车运输的原则为：重车下坡，空车上坡。 第 8 页 施工工厂设施应确保制备施工所需的建筑材料，供应水、电和压缩空气，建立工地内外通 讯联系，维修和保养施工设备。加工制作少量的非标准件和金属结构。 程布置分区 遵循因地制宜、利于生产、便于管理、经济合理的原则，采用集中与分散相结合的布置方式。 施工区划分表 表 工区名称 控制范围 一期 工程 大坝溢流坝段及左岸非溢流坝段 二期工程 大坝右岸非溢流坝段 各工区内分別布置有砼拌和站、施工机械修理及保养场、材料堆放场、施工供电供水系统、场内交通等。生活住宿区布置在离施工区较近的场地。 具体布置详见“燕云水电站施工总布置图”。 临时工程量 本工程施工临时工程量汇总表见表 施工临时工程量汇总表 表 第 9 页 序号 项 目 单位 数量 备注 1 交通工程 新建施工道路（临时） 条 2 泥结石路面 2 桥梁（临时） 座 1 3 导流工程 土料填筑 m 2718 4 围堰拆除 1268 51 临时房屋 仓库 300 30030000 租用 63 生活福利设施 800 租用 74 合 计 1000 主要机械设备汇总表 主要施工机械设备见表 主要施工机械设备表 表 第 10 页 序 号 设备名称 规格型号 单位 数量 备注 一 土石方开挖机械 1 2m挖掘机 2.0 m 台 12 二 运输机械 1 自卸汽车 8t 辆 15 三 填筑碾压机械 1 拖拉机 74台 8 2 推土机 74 四 砼机械 1 砼搅拌机 0.6 m 台 8 2 台 80 3 4040台 80 4 蛙式打夯机 台 4 第 11 页 要施工工程量 主要施工工程量见表 主要施工工程量 表 号 项 目 单 位 工 程 量 备 注 1 主要工 程量 土方开挖 m 8500 2 土方回填 m 2476 3 围堰碾压填筑 m 2719 4 石方开挖 m 14800 5 混凝土浇筑 m 98858 6 施工工期 总工期 月 21 7 施