毕业论文伦潭水利枢纽工程土石坝设计说明书

1、南 昌 大学（11 水工毕业设计）说明书周小日2015 年 1 月 日目录第一章 工程概况1第二章 设计的基本资料及水库工程特性1第一节 设计的基本资料1第二节 水库工程特性4第三章 工程等别及枢纽布置5第一节 工程等别及建筑物的级别5第二节 枢纽布置6第四章 坝工设计7第一节 坝型的选择7第二节 坝的断面设计81. 坝顶高程82、坝顶宽度103、坝坡104、防渗体设计115 、排水设备11第三节 土石坝的渗流计算12第四节 土石坝坝坡稳定分析及计算184.1 设计说明184.2 .稳定计算19第五节 土石坝细部构造设计4351 坝顶435.2 护坡435.3 排水体455.4 坝体与坝基防渗

2、设计465.5 土石坝土料的选择46第六节 地基处及裂缝处理48参考文献50心得51南昌工程学院毕业设计陶小伟第一章 工程概况伦潭水利枢纽工程位于铅山县天柱山乡境内，距县城约 50km，坝址地处铅山河支流 杨村水中游，是铅山河流域内具有防洪、灌溉、发电、供水及水产养殖等综合效益的控 制性工程。铅山河是信江中上游南岸的一条主要支流，发源于闽赣边境的武夷山脉。流域东邻 石溪水，西毗陈坊河，南靠武夷山，北抵信江，集雨面积 1255km2。流域内山高林密 ， 植被良好，气候温和，矿产资源丰富，尤以铜矿著称。铅山河流域理论电力蕴藏量约14108kWh，初步查明的可开发水电装机有 18.46104kW，可

3、开发电量 6.7108kWh，其水力资源之丰富为信江之冠。 铅山河流域是我省暴雨中心之一，也是我省小流域治理规划的重点流域。伦潭水利枢纽工程项目在 2002 年 7 月已经国务院批准立项。第二章 设计的基本资料及水库工程特性第一节 设计的基本资料一、水文气象伦潭水利枢纽坝址处于铅山河支流杨村水中游。杨村水为信江二级支流，发源于武 夷山脉读书尖。河流自南向北流经篁碧、港口、天柱山、港东、杨村、五都等地，在下 坂与石塘水相汇后称铅山河。杨村水主河长 70km，流域面积 465km2，河道平均坡降 6.6。伦潭水库坝址以上集雨面积 242km2、主河长 41.9km，流域平均宽度 5.77km， 主

4、河道平均比降 11.62。坝址附近无水文测站，选择铅山河流域内铁路坪水文站作为 参证站，由 1959 年至 2000 年共 42 年径流资料，推求坝址多年平均流量为 11.0m3/s， Cv=0.31,Cs=2.5Cv，多年平均径流深 1438.8mm，多年平均径流量 3.48?08m3。铅山河 为雨洪式河流，洪水与暴雨相应，多发生在 49 月份，洪水主要由锋面雨形成，台风雨 也能形成较大洪水。经分析计算，坝址设计洪水成果：校核洪水标准（P=0.1%)，相应 洪峰流量为 2640m3/s，洪量 W1=87.73?06m3、W3=154.17?06m3；设计洪水标准 （P=1%）、相应洪峰流量为

5、 1500m3/s，洪量 W1=52.06?06m3、W3=92.08?06m3。铅 山河属少泥沙河流，坝址多年平均悬移质输沙量 4.55?04t、推移质输沙量 1.82?04t。铅山河流域属亚热带季风气候区，流域内各地多年平均气温 18.1，极端最高气温 40.1，极端最低气温-10.6，多年平均相对湿度 79%。多年平均降水量 1908.9mm， 最大年降水量 2856.7mm（1998 年），最小年降水量 1177.1mm（1971 年），多年平均蒸 发量 1550.4mm，多年平均风速 1.9m/s，实测最大风速 20.3m/s。二、工程地质1南昌工程学院毕业设计陶小伟本区处华南褶皱系

6、、赣中南褶隆、饶南拗陷区。区内地势东南高、西北低，下游为 低山丘陵区，中上游属中低山中高山构造剥蚀地貌，不良物理地质现象不甚发育。 区内出露地层主要为燕山早期花岗岩。枢纽及库区处于次一级的陈坊永平八都区域隆 起构造带，未发现孕震断裂分布，不存在产生水库诱发地震的可能性，根据 GB18306-2001中国地震动参数区划图，本区地震动峰值加速度小于 0.05g，地震动反 应谱周期小于 0.35s，区域构造稳定性较好。水库区地层岩性单一，组成库盆、库岸的花岗岩体岩性坚硬，透水性弱，库周分水 岭雄厚，库区产生永久性渗漏的可能性小，库岸稳定性较好。未来库区淤积问题不大。 库区内未发现有工业开采价值的矿产

7、资源及古文化遗址分布，淹没影响较小。不存在浸 没问题。坝区含上、下两个坝址，均属构造剥蚀中低山地貌，位于燕山早期侵入的伦潭岩体 上岩性，为细粒花岗岩，岩性单一，一般弱风化微新岩体为中等较好质量岩体。地质 构造较简单，未发现较大的断裂构造及顺河断层。构造节理主要为北东向和北西向两组， 卸荷裂隙发育不明显。坝区的地下水主要为基岩裂隙潜水。地下水埋深多受大气降水和地形条件及季节变 化等因素所控制。岩体透水性则受地形条件、节理裂隙的密度与贯通，节理裂隙充填状 况及岩体风化程度等多种因素影响，一般遵循自上而下，由大到小的规律。据水质分析 结果，坝区河水和地下水对混凝土具中等溶出型侵蚀性。上、下坝址存在的

8、工程地质问题，主要为渗漏及坝肩稳定问题。由于岩体风化及节 理裂隙的影响，坝址基础开挖以后，建基面以下一般为弱中等透水岩体，需作防渗处 理。上坝址可利用基岩埋深较大，建基面以下透水岩体厚度也较大。下坝址拱坝方案右 坝肩，由于局部分布有缓倾角节理裂隙，其与坝区较发育的北西或北东向两组陡倾角结 构组合，存在与拱肩推力方向夹角很小的不利组合面，有沿该组面产生滑动的可能，对 拱肩稳定不利。就工程地质条件而言，上、下坝址均具备修建 90m 左右大坝的条件。而下坝址的工 程地质条件优于上坝址。据本阶段对三条引水隧洞、一条导流隧洞、一个溢洪道及三个发电厂房和下坝址上、 下游围堰作的地质勘探工作，这些建筑物均处

9、于中低山地貌，围岩为细粒花岗岩，洞室 大部分置于弱风化微新岩体，地下水量不丰，地质构造较简单，洞线进出口及厂房区 未见较大的滑坡、崩塌等不良物理地质现象。各引水隧洞线及厂房均未发现大的工程地质问题。上、下游围堰不存在大的工程地质问题。三、筑坝材料及其物理力学性质（一）水库枢纽工程所需天然建材，石料可就地取材，储量及质量均可满足要求。 砂砾料在坝址区缺乏，需在坝区下游较远处采运，其中砂料质量可满足规范要求，但粗2南昌工程学院毕业设计陶小伟骨料级配较差，粗细骨料储量均可满足需求。 （二）重要物理力学设计指标 （1）坝址处地基物理力学设计指标坝址处具有砂质亚粘土覆盖层，河床处覆盖深度约为 5 米，两

10、岸垂直坡面覆盖左岸 3 米，右岸 12 米。砂质亚粘土覆盖层物理力学指标如下：干容重=1.59/3 饱和容重誗=2.00/3浮容重=0.98/3 渗透系数 K=4.510-6/凝聚力=0.38/2 内摩擦角?20.570（2）筑坝材料 1.砂壤土干容重=1.70/3 饱和容重誗=2.10/3浮容重=1.00/3 渗透系数 K=2.510-5/凝聚力=0.29/2 内摩擦角?300湿容重=1.90/32、粘土防渗体干容重=1.65/3 饱和容重誗=2.07/3 浮容重=1.05/3 渗透系数 K=310-6/凝聚力=0.35/2 内摩擦角?240湿容重=1.85/3 3、砂砾料干容重=1.67/

11、3 饱和容重誗=2.04/3 浮容重=0.99/3 渗透系数 K=210-2/凝聚力=0 内摩擦角?330湿容重=1.81/3 4、块石干容重=1.79/3 饱和容重誗=2.14/3 浮容重=1.19/3 内摩擦角?380 湿容重=1.85/3 5、址区洪水期多年平均最大风速 16/，吹程为 2.5 公里。 （三）砼与基岩抗剪指标及基础承载力 纯摩时 =0.6 =0 剪摩时 =0.9 =2.8/2基础承载力 骫=30/2砼容重=2.4/33南昌工程学院毕业设计陶小伟工作桥及启闭机作用于一个墩上荷载 45 吨，弧形门重 20 吨四、水库的运用要求伦潭水利枢纽工程位于铅山河流域杨村水中游，是以防洪

12、、灌溉为主，兼顾发电、 供水和水产养殖的综合利用工程。经综合分析论证，伦潭工程规模基本选定为：水库正 常蓄水位 252.0m，死水位为 230.0m，防洪限制水位 250.0m，防洪高水位为 254.70m， 相应防洪库容为 0.261?08m3，调节库容 0.938?08m3，水库总库容 1.798?08m3；灌 溉农田面 10.62 万亩；电站装机容量 20.0MW ；枯水季节能为下游工矿企业补充1500104m3 生产生活用水。伦潭水利 枢纽工程综合利用效益显著。在防洪方面：经水库调蓄可使下游沿河两岸 和港东、杨林、五铜、永平、鹅湖、福惠等 7 个乡（镇）的村镇和农田、永平铜矿的供 水设

13、施和尾矿污水排放设施、横 南铁路线和上饶联络段铁路线以及铅山县河口镇的防 洪标准由 5 年一遇提高到 20 年一遇；在灌溉方面：从水库坝下取水可灌溉下游铅山西 部灌区的杨林、五铜、福惠、虹桥、汪二、河口茶场、新安埠、汪二垦殖场等九个乡（镇、 场）的 10.62 万亩，农田灌溉保证率达 90%；在发电方面：电站装机 2?0.0MW，年发 电量 6074?04kW.h，保证出力 4520kW，年利用小时 3037h；在供水方面：枯水季节能 补充下游工矿企业生活生产用水 1500?04m3。第二节 水库工程特性正常蓄水位 252.00 防洪高水位 254.70 设计洪水位（P=1） 254.75 相

14、应下泻流量 9753/ 相应下游水位 176.43 校核洪水位 256.45 相应下泻流量 13103/ 相应下游水位 177.51死水位230.00水电站装机容量210MW总库容1.798 亿3河床地面高程170m4南昌工程学院毕业设计陶小伟第三章 工程等别及枢纽布置第一节 工程等别及建筑物的级别该水库总库容为 1.798108m，电站装机容量为 2104kw。按照水利水电枢纽工 程等级划分及设计标准，综合考虑水库总库容,防洪效益,灌溉面积,电站装机容量,工程 规模, 查教材水工建筑物表 1-1分等指标工程工程水库库容防洪灌溉面积电站装机等别规模容量保护城市保护农田（亿 m3 ）（万亩）及工

15、矿区（万亩）（万 kw）特别重要一大（1）型10的城市、工50015075矿区二大（2）型101重要城市、500100150507525工矿区三中型10.1中等城市、10030505252.5工矿区四小（1）型0.10.01一般城市、3050.52.50.05工矿区五小（2）型0.010.5257.6干砌石护坡厚30碎石垫层厚20图 6-1 坝顶细部构造5.2 护坡土石坝的上游面要承受波浪淘刷，冰层和漂浮物的撞击，顺坡水流的冲 刷等破坏作用。下游坝面受雨水，大风，冻胀干裂，尾水部位的风浪，冰层， 动植物等的破坏作用。因此上下游坝面都应设置护坡。护坡范围：上游坝面 护至坝底，下游坝面需全部护砌，

16、由坝顶护至排水体顶部。（1） 上游护坡：上游采用浇混凝土防冲板护坡。 迎水面护坡混凝土板厚 0.3m。护坡下设垫层分别为 0.3m 厚的碎石和 0.3m 厚 的砂砾石。护坡在底部和马道处应适当加厚 ，并嵌入坝体或坝基。见图 6-2.- 43 -南昌工程学院毕业设计.0 1：3 100混凝土20碎石30砂砾石300.1：3200.5 1：2图 6-2 上游混凝土护坡（单位 CM）（2）下游护坡下游护坡采用干砌石，厚度为 0.4m,下面设厚度为 0.3m 的碎石垫层，护坡 范围至排水体顶。见图 6-3。砌 石 护 坡 厚 40 1： 2.5 石 垫 层 厚 30 排 水 沟1： 3.2000砂 砾

17、 石 坝 壳图 6-3 下游干砌石护坡（3）坝面排水 为防止雨水冲刷，下游坝面应设置纵横连接的排水沟，沿坝体与岸坡结合处， 也设置排水沟以拦截山坡上雨水，纵向排水沟沿马道内侧布置，用浆砌石做 成梯形。横向排水沟每隔 100 米设一条。见图 6-4。- 44 -南昌工程学院毕业设计 马道图 6-4 坝排水体平面图5.3 排水体排水体设置土石坝防渗后仍有一定量的渗水,故在坝体下游部分还必须设 置排水设备,其作用是控制和引导渗流安全地排水出坝外,降低坝体浸润线及孔 隙水压力,增强坝 坡稳定,保护下游坝坡免受冻胀破坏.排水体由块石及其反 滤层组成,要求其具有充分的排水能力,不堵塞,以保证在任何情况下都

18、能自由 地向下游排出全部渗水，块石与坝体,坝基结合处的反滤层应安全可靠,以保证 坝体和坝基不发生渗透破坏,并应便于观测和坡度修.其常见坝体排水型式有: 贴坡排水,棱体排水,褥垫排水,管网式排水及综合排水.综合考虑本设计采用棱 体排水.棱体排水可降低坝体浸润线防止坝坡冻胀,保护坝脚免受尾水淘刷.且对坝 坡有支撑作用,增强坝坡稳定性,是一种可靠有效应用广泛的排水型式.而且其石 料用量大,本地区石料丰富,恰好适用,节约造价.本设计下游坡脚用块石堆成棱体，棱体顶应高出下游水位超出高度应波浪 爬高，且对于级坝应不小于 1.0m 并应保证坝体浸润线位于下游坝面冻层以 下。本设计取 178.51m。棱体内坡

19、由于施工条件确定坡度为 1：1.5。外坡为 1： 2.0.具体见图 6-5- 45 -南昌工程学院毕业设计5 . 1:11:2堆石体图6-55.4 坝体与坝基防渗设计本设计采用沥青混凝土斜墙,将其布置于剖面偏上游处.沥青混凝土材料渗透 系数小,容易满足防渗要求,但其抗剪强度低,施工受气候影响大,采用薄心墙式. 墙顶高程为181,考虑机械施工要求,墙顶厚度为1m.顶部保护层厚度为1.5,大于 当地多年平均最大冰冻厚度1m.两侧边坡取1:2.5，1：2.0。坝基设混凝土防渗墙，厚度1m.5.5土石坝土料的选择土石坝是就地取材的建筑物。筑坝地点大都贮藏着几种土料，因此选择一种 或几种土料作为筑坝材料

20、，是设计土坝的一个重要组成部分。根据坝体各部位 不同的工作条件，合理选择性能相近的土石料及布置组成，不同的部位对土石 料的选择及布置有不同要求。坝壳对土石料要求 填筑坝壳的土石料，应具有较好的透水性，以减少坝体内孔隙压力和渗 透力 具有较高的抗剪强度，以减少坝体工程量。 具有一定的抗渗稳定性，不易发生管涌，土石料级配要求好，不均匀系 数宜大些。 应具有较好的抗震稳定性，不易遇震发生液化。 基于上述要求，坝壳材料采用石渣料。防渗体对土石料的要求 应具有一定的不透水性，要求渗透系数 K1 105 cm/s。 应具有一定的可塑性，以适应坝身和坝基的变形而不致产生裂缝。 46 - 南昌工程学院毕业设计

21、 有机质含量2（按重量计）；水溶盐含量 3 基于以上要求，本设计防渗体采用沥青混凝土，混凝土标号为S125.5.3 排水设施和护坡的结构布置用于排水设施和护坡的石料，应具有较高的抗压强度、良好的抗水性、不 易溶蚀，并具有抗冻融性和抗风化性。饱和抗压强度应不小于 40MPa 或 50MPa ，软化系数（饱和抗压强度与干抗压强度之比）不小于 0.75 或 0.85，岩石孔隙 率不大于 3，吸水率（按孔隙体积比计算）不大于 0.8，容重应大于 22KN / m3 ， 可采用块石、碎石和砾石。基于上述要求，排水设施采用棱体排水，护坡采用干砌石。5.5.4 反滤层的结构布置反滤层应具备以下要求： 未经风

22、化与溶蚀，而且坚硬，密实，耐风化以及不易被水溶解； 透水性很大，要求其渗透系数至少大于被保护渗透系数的 80-100 倍； 具有一定的抗剪强度； 没有塑性； 具有高度的抗水性和抗冻性，粗粒间应有较好的透水性，粒径 d0.1mm 的 颗粒含量应小于 5%。基于以上要求，反滤料采用砂砾料。- 47 -南昌工程学院毕业设计第六节 地基处及裂缝处理土石坝地基处理应力求做到技术上可靠，经济上合理。筑坝前要完全清除表层的腐殖土，以及可能发生集中渗流和滑动的表层土。6.1 坝基清理大坝基础至坝脚线外 10 米范围内的树林，树根，耕枯土，垃圾，工厂废 料，地表孤石，梯田硬石及田边块石，河床底的淤泥，沙壤土等应

23、清理，地 质勘探的钻孔，试坑，平洞井。泵等均应回填。坝基清理后，应平整密实， 无明显陡坎和台阶，坡度一般不陡于 1:1.5，为避免土坝与岸坡的接触面产生 裂缝现象，坝体岸坡应削成斜面或接触面，不应成台阶状，反坡或突然变坡。应对坝基进行平整，振动碾压或夯板夯实。6.2 土石坝的防渗处理学习过的坝基防渗措施有截水槽，板铺盖，混凝土防渗墙，帷幕灌浆，化 学材料灌浆等。渗流控制的原则是“上游堵，下游排”。由于本坝址基岩为闪云斜长花冈岩，属怪硬岩石类。故本设计采用截水槽与帷幕灌浆相结合。6.3 土石坝与坝基的连接由于坝体是建基岩上的所以本坝在坝底做混凝土齿墙与坝基连接。6.4 土石坝与岸坡的连接土石坝的

24、岸坡应清理成缓慢的坡度，不应为阶梯状或反坡。对不宜消除的反 坡用贴补混凝土修整，填补凹坑，当岸坡上缓下陡时，凹出部位的变坡角应小 于20 。开挖坡度不宜太陡，岩石岸坡不陡于 1：0.5 或 1：0.75;土岸坡不陡于 1： 1.5；砂砾坝壳部位的岸坡以维持岸坡自身稳定为原则。为延长渗径，黏土心墙在岸坡结合处应适当加宽，心墙一般加宽 1/41/3。6.5 裂缝处理土石坝裂缝按其产生的原因分为干缩和冻融裂缝、变形裂缝、滑动裂缝和水力剪裂缝。 1.干缩和冻融裂缝干缩裂缝是由于土体表面失水发生收缩，而土体内部不收缩或收缩很小使 表层土受到约束，产生拉应力而形成裂缝。冻融裂缝是由于土体冻结后气温骤 降，

25、表层冻土收缩时受到内部未降温土的约束，因而发生在表层。此裂缝深度不大，但要注意不让雨水进入其中，以免发生冲蚀使裂缝扩展， 在寒冷地区，土石坝表层有足够厚度的非粘性土保护层，可防止冻裂。2.变形裂缝 由于坝体不均匀沉降引起的，这种裂缝一般规模较大，深入坝体内部，是- 48 -南昌工程学院毕业设计破坏坝体完整性的主要裂缝。而引起坝体不均匀沉降的因素很多，有坝址、地 形、筑坝材料等的性质。坝基均匀变形，坝体内部有无建筑物和施工质量等对 这种变形应对其坝址做一定处理，对填筑材料的含水量应控制在塑性附近，故 这时土料压塑性小，抗拉强度大，在施工过程中停歇时，应在坝体表面、无粘 性土或松土保护，防止发生干

26、缩和冻融裂缝，这种裂缝如果不处理虽是表面的， 但竣工后会 2 加速变形，有可能发生裂缝部位加原反滤层或外加反滤层防止漏 水。3.滑坡裂缝 由于滑移土体发生位移而出现的裂缝。此裂缝与发生在滑坡顶部。此裂缝是滑坡的前兆，一旦发生将迅速延伸扩展，应密切注意和及时处理。 4.水力劈裂缝由于水压力引起的水平或垂直裂缝。裂缝处理： （1）当裂缝位于内部或延伸至深处时，可采取灌浆处理 （2）对于深度小于 5m 的裂缝，一般可采用人力挖除回填，深度大于 5m的裂缝可用简单机械开挖回填。- 49 -南昌工程学院毕业设计参考文献水电部五局、东北院土石坝设计（上、下册）.水利电力出版社. 马文英、刘建中、李显军编著.水工建筑物（上、下册）.黄河水利出版社. 高速水力学国家重点实验室（四川大学）编、吴持恭主编.水力学（上、下 册）.高等教育出版社. 卢廷浩主编.土力学.河海大学出版社. 水工计算手册（第三、四卷）.水利电力出版社 河海大学、大连理工大学、西安理工大学、清华大学合编.水工钢筋混凝土 结构学（第三版）. 陕西省水