土石坝毕业设计说明书

土石坝毕业设计说明书 第一章设计基本资料本电站装3台8MW机组。正常蓄水位为2821.4m，汛期限制水位可取与正常蓄水位相厂房形式为引水式厂房，厂房平面尺寸为32×13m×m，发电机高程为276可减轻洪水对下游城镇、厂矿和农村的威胁。根据防洪要求，设计洪水时最大下泄流引水隧洞进口底高程为2789.00m，出口底高程为2752.30m；引水隧洞直径为4m，压力钢管直径为2.3m，调压井直径为12.0m；放空洞直径为2.5m。可放空水库至水位但多为小的山区河流，地表大部分为松软的沙岩、页岩、本流域内因山脉连绵，交通不便，帮居民较少，全区农田面积仅占总面积的20%，林表1月平均气温统计表月份123456789年平均平均气4.88.38.65.9为51～73%之间，夏季因降雨日数增多，相对湿度随之增大，一般变化范围为67～86%之E江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。根据实测短期水文气1．年日常径流：坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近测站水文记录延长后有表4不同频率洪峰流量频率0.05%流量（m3/s）2320表5各月不同频率洪峰流量（单位：m3/s）月频率12345678946600670390530600310942085083048025079370760980720410210库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区坝址位于E江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构坝址区地喜忧参半以玄武岩为主，间有少量火山角砾和凝灰岩穿过，对其岩性分述如坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝较发育，通辉石、检长石，副成分为绿泥石、石英、方解石表6坝基岩石物理力学性质试验表表7全风化玄武岩物理力学性质试验表天然含水率ω（%）干容重Δ液限l塑限p塑性指数p压缩系数α浸水固结块剪2/kN3～4（m2/kN凝聚力2.52.9347.332.265.9728.3824.0武岩质，胶结者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至有大漂石掺杂其中。卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩与砂岩坝基部分冲积层厚度最大为32m，一般为20m左右；靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾表8冲积层剪力试验成果表土壤名称代号项目计算值容重（控制）（kN/m3）含水量（控制）三轴剪力（块剪）应变（控制浸水固结快剪）内摩擦角凝聚力内摩擦角凝聚力含中量细粒的砾石次数8822最大值24.38.6637.0最小值22.24.270平均值23.086.475.3小值平均值备注三轴剪力土样系筛去大于4㎜颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。应变控制土样容重系筛去大于0.1㎜颗粒后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石，节理特别发育。要以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙泥质物所充填。节理间距，密者0.5m即有一本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较火山角砾岩都为不透水性良好的岩层。至于节理武岩都是透水性良好的岩层。下因为这些隔水的许多互不连贯的地也水。一般砂岩也是细粒至微裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层数多，难各料场的位置与储量见坝区地形图。由于河表12各料场天然休止角#上#下#上#下#下#下流域内都为农业人口，多种植稻米、玉米等。库区内尚表13各高程淹没情况高程（m）280728122817282228272832350036403890406053207140300032203410360046006100第二章工程等别及建筑物级别效益，灌溉面积，电站装机容量，工程规模由库容（正常蓄水位时为3.9表14水利水电水电枢纽工程分等指标表15永久性水工建筑物级别划分表16临时性水工建筑物级别划分表17山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水期标准[重现期（年）]表18山区、丘陵区水利水电工程消能防冲建筑物洪水期标准[重现期（年）]12345表19临时性水工建筑物洪水期标准第三章洪水调节计算图1设计洪水过程线图2校核洪水过程线本枢纽拦河大坝初定为土石坝，需另设坝外泄水建筑物。由于坝址两岸山坡陡峻，如采取开敞溢洪道的方案，可能造成开挖量太大而不水库运用方式：洪水来临时用闸门控制下泄流量等于来流量，水库保持汛前限制水位防洪限制水位取与正常蓄水位重合，这是防洪库容与兴利库容不结合的情况，因为山表20调洪演算成果表二三四注：发电引水流量Q=44.1m3/s，与总泄流量相比较小，调洪演算时可忽略不计其影响，仅作为安全储备。表中Δl——堰顶高程，B——溢流孔口净宽，ΔZ——正常蓄水位以上超高值。上看四种方案都是可行的。因而方案的选择就应通量加大；B大则增加隧洞的开挖及其他工程量，面Q/B越大则消能越困难，衬砌要求也越程量较大，故不予以采用。第一方案与其它方案相比，虽然ΔZ较大，但Q较小，水头H也小，故而采用第二方案，即堰顶高程Δl=2810m，溢流孔口净B=7m。该方案设计水位第四章坝型选择及枢纽布置轴线，两轴线河宽基本相近，从而大坝工程量基本相近。从带纵横交错，若将坝建于此处，绕坝渗流可能6．运行条件：如对渗漏量要求高低，上、下游所选坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩透水性深，基岩强度低，且不完整。从地质条件看不宜修建拱坝。支墩坝本身应力较高，修建支墩坝也是不可行的。较高的混凝土重力坝泄洪采用隧洞方案，为缩短长度、减小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，这样对流态也较为有利。考虑到引水发电洞也布置在凸岸，泄少泄洪时影响发电，进出口相距80～100m以上。引水隧洞、电站厂房布置于凸岸，在泄洪隧洞与大坝之间，由于风化岩层较深，厂房第五章大坝设计影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等面轮廓尺寸，进而比较工程量、工期、造价，最后均质坝材料单一，施工简单，但坝身粘性较大，冬雨季施工较为不便，且无足够适宜堆石坝坝坡较陡，工程量减小。堆石坝施工干扰相对较小。坝址附近有坚硬玄武岩料场一处，开采条件较好，强作为堆石坝石料，从材料角度床地质条件较差，冲积层最大达32m，平均也有20m，作堆石坝可能导致大量开挖，此方塑性斜墙坝（用砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝体的上游做斜墙）的斜墙与坝壳两者施工干扰相对较小，工期较短，但对坝体差，易产生裂缝；塑性心墙坝（用砂砾料作为坝壳，做心墙）与斜墙坝相比工程量相对较小，适应不均匀内有可供筑坝的土料作为防渗体之用，又有砂砾料作坝壳，心墙坝和斜墙坝都是可行的。从施工及气候条件来看宜采用斜墙坝。由于本地用粘性土料，以薄心墙、薄斜墙较为有利，又因坝基条件复杂、处理工程量大、工期长，斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的优缺点：心墙有足够的斜度，坝壳对心墙的拱效应作用减弱；斜心墙对下游支承棱体的沉陷不如大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度、上下土石坝的坝坡取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等设置马道有利于坝坝稳定，便于观测和检修、设置排水设备，也可作为交通之用，考坝顶高程分别按设计情况和校核情况计算，取两者之大者，并预留一定的沉降值，坝顶高程在水库正常运用和非正常运用期间的静水Δh=R+e+Akw——经验系数表21永久性挡水建筑物安全加高（m）表22坝顶高程计算成果表本地区石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适宜。按规范棱体顶面高程高出下流最满足稳定要求。坝的防渗体为粘土斜心墙，其最小厚参考以往工程斜心墙顶宽取5m（满足大于3m机械化施工要求上游坡率为0.4～1.0，触面允许渗透坡降而定,上下游最大水头差为69.2m（正常水位时）,取[J]=5.0，则在心墙底面中心中部偏上。岸坡截水槽底厚按承受最大水头及粘土允许坡降为[J]=5.0取 大坝剖面图(单位：m)分区简单，就地、就近取材，因材设计。土料设含水量，砾质土的砾石含量、干容重、含水量，砂砾料的相接近其塑限含水量，据此确定击数，得出多组平均最大干容重γmax和平均最 yd=mymaxd——设计干容重，kN/m3；d对于一二级坝，还应该进行现场碾压试验进行复核，表23粘土的物理力学性质理性质、力学性质和化学性质也存在一定的差异，土料的采用以“近而好”为原则。2＃下maxmin——最大、最小干容重，由试验求得；d——填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的干容重。非粘性土料填筑一般要达到密实状态，对于砂土设计相对密实度要求不低于0.70~0.75，地震区为防震动液化，浸润线以下部表24砂砾料设计成果统计表含量（%） 比e含水量Wm）m）φC5022502502450250225025024502余几个料场，渗透系数、砾石含量、不均匀系数均能料。施工时可考虑上游料填在坝的上游侧，下游砂砾小相对干扰。从颗粒级配曲线可以看出4＃上、1＃下料场砂砾料的颗粒级配明显较好，物理土石坝的渗流计算主要确定坝体的浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据；同时确定坝体与坝基的渗透流量，和坝其渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，选择水力学方法解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近似解土坝渗流问题，计算II渗流计算示意图图4渗流计算简图α——防渗体等效倾角：α=arctg=tg-12.5K2——混凝土防渗墙渗透系数，1.5×10上不为平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，表25渗流计算结果统计表计算情况计算项目正常蓄水位设计洪水位上游水深H（m）71.4071.7239.4040.96Ⅲ-Ⅲ41.4032.96L1（m）166.94166.9480.8480.84Ⅲ-Ⅲ151.74151.74L（m）2012018989Ⅲ-Ⅲ下游水深T1（m）2.25.0600Ⅲ-Ⅲ00逸出水深H1（m）2.37676.10050.0560.061Ⅲ-Ⅲ0.03430.03785.99×10-66.0843×10-62.686×10-62.926×10-6Ⅲ-Ⅲ1.944×10-62.14×10-6总渗流量Q（m3/d）99.097104.046发生渗透破坏的可能性不大，而在防渗墙与粘土 B——防渗体的平均厚度表26渗流逸出点坡降表以斜心墙、混凝土防渗墙与两岸肩开挖风化岩填以粘土形成粘土截水墙的垂直防渗带同类工程相比显然是很小的.在计算中并考虑绕坝渗流及基岩透水,防渗墙渗透系数按理心墙坝的上下游坡，斜墙坝的上游保护层和下游坝坡等非粘性土石料坝坡，或较薄的斜墙，常形成折线滑动面，须采用折线法计算。对于部按施工期、稳定渗流期、库水位降落期三个控制时期核算土石坝的稳定。心（斜心）墙坝的上下游坝坡滑动时常形成折线滑动面。部料容重不同，有水时φ、C值也有所降低，12表27各种工况上下游坝坡稳定计算成果表设计水位在1/3坝高处水深H=24m稳定安全系数偏大，就此而言，可考虑加陡坝坡以减小工程时，可采用回填粘土截水槽方案，由于坝址处河床冲积层平均深20m，最大达32m，施工比较困难而不予采用。又由于河床有孤石，采用钢板桩在此地存在可灌性问题。混凝土防渗墙方案，施工快、材料省度透水层是比较合适的，决定采用这种方案。按混凝土的允许坡降及水头定出厚度为防渗墙深入河床冲积层，底部嵌入基岩，上部则与斜心墙连接。由于防渗墙两侧冲积层易沉陷，引起防渗墙顶部粘土心墙与两侧粘土心混凝土防渗墙要求材料有足够的抗渗能力及耐久性，能防止环境水的侵蚀和溶蚀；有一定的强度，满足压应力、拉应力、剪应力等各项强度防渗墙布置于斜心墙之下，从防渗角度来看偏上游为好，但从防裂角度看偏下游一点坝肩两岸为覆盖层及全风化岩石，深为20m，性质较差，为良好的透水料，底部为半风化岩石，性质较好，但由于节理的作用，透水性也较强。粘土截水槽至半风化岩基，基岩与粘土接触面设坝体排水为棱体排水，在排水体与坝体、坝基之间设置在坝坡设置横向排水沟以汇集雨水，岸坡与坝坡交接处也设置排水沟，以汇集岸坡雨水，1．设计标准。对于被保护土的第一层反滤料，考虑安全系数为1.5～2.0，按太沙基准则确定，即85——被保护土粒径，小于该粒径的土占总土重的85%；坡。上游护坡上做至坝顶，下做至死水位以下（加设计浪高为方便起见做至2790.0m图5细部构造详图（单位：㎝）第六章泄水建筑物设计泄水地带河谷较窄、同坡陡峻、山脊高，经过比较枢纽布置于河弯地段。由于两岸山坡陡竣，无天然垭口，如采取明挖溢洪道的泄洪方案，开挖洞泄洪方案。隧洞布置于凸岸（右岸采取“龙抬头”无压泄洪的型式与施工导流洞结枢纽布置于河湾地段，从地形上来看隧洞当应布置于凸岸，这样不仅工程量省，而且的玄武岩，强度较高，岩体中夹杂着几条破碎带。但走向大都与隧洞轴线成较大的角度。b——椭圆短半轴，对于顶析曲线，可用H/3；由规范知a可取隧洞本身段宽度的2～3倍，本工程取16m；b本工程取4m；即本工程22xn=KH-1yK、n——与上游坝面坡度有关的系数和指数，坝面铅直时，K溢流面曲线坐标x、y的原点在堰顶，原点上游段采用椭圆曲线，方程为：故幂曲线为x1.85=2.0×13.280.85y（3）闸门型式及尺寸。工作及检修闸门均采用平板门，设在进口处，闸门宽7m，高调洪演算时已经拟定溢流孔口尺寸为7m×16m（为保证无压泄流，由校核洪水位减堰所拟洞宽不变，而高度则以斜段为1:1坡按cos45°折减，则洞身尺寸为7图6隧洞剖面布置图（单位：㎝）隧洞出口高程定为2750.0m，由于下游出口离电站和大坝较远，较大的冲坑不致影响到大坝及电站的安全，且地质条件容许，因而采用计算得到的临界坡降ik=0.00441，由于泄流时水流流速较大，为不影响隧洞的泄流能由H=hc+表28平洞段水面曲线3表29掺气后水面曲线计算表AP=2h+7R=A/pR1/6C=R1/6/nx=K/K02.83419.8412.671.5661.07882.8951.25142058.10.20433.01.61541.083283.3231.2712223.970.22083.222.41.67161.089483.81.2932427.120.24093.423.81.72461.095184.2381.31322632.7880.26133.826.61.82191.1051585.0121.34983052.2780.30304.229.41.90911.113885.6761.38173480.3330.34554.430.81.94941.117785.9751.39623697.20340.3670x=K/K0F(x)pc2c2cpJ2.8240.20430.20723.00.22080.224612.83583.1096907.110.0994538.1462.42173.20.24090.245883.56156982.520.1005528.982.38043.40.26130.267684.0197059.1920.102519.062.33583.80.30300.312984.6257161.3910.10425504.3232.26954.20.34550.360485.3447283.5980.10625485.5732.18514.40.36700.385285.82557366.0160.1075472.1812.1248为保证洞内为明流，水面线以上应留有一定的净孔，按规范要求高流速泄洪隧洞掺气为减少出口单宽流量，利于消能，隧洞出口设扩散段。因流速较大，为避免水流与边冲坑深度按式tk=αq0.5H0.25-t计算，考虑到隧洞沿程水头损失较大，H以挑出时的水表30冲坑深度及挑距计算结果表αqHtkθL为适应施工能力、防止混凝土干缩和温度应力而产生的裂缝，沿洞轴线方向设置永久隧洞通过断层破碎带部位，衬砌厚度加大一倍；为防止不均匀沉陷而开裂，衬砌突变洞顶部进行回填灌浆，充填围岩与衬砌的空隙，使之结合，共同工作，改善传力从地质剖面上看地下水位较高，为降低外水压力设置径向排水孔，孔径20㎝，孔距在反弧段前沿及其后设置掺气槽，向水流通气，提高低压区的压力，缓冲气泡溃灭时图7隧洞细部构造详图为了达到人防和检修水库的目的，必须在一定的时间内将库水位由正常水位降至死水第七章施工组织设计土坝建于深厚的覆盖层上，不宜修建纵向围堰；且河床宽度不大，若分期修建土坝，容易形成接头薄弱