均質(zhì)土壩樞紐建筑物設(shè)計(jì)

1、均質(zhì)土壩樞紐建筑物設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)論文 題 目均質(zhì)土壩樞紐建筑物設(shè)計(jì) 學(xué) 院 工學(xué)院 專 業(yè) 水利水電工程 畢業(yè)屆別 2008屆 姓 名 123456 指導(dǎo)教師 654321 職 稱 副教授 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處制二?一二年 五 月目 錄 摘要1關(guān)鍵詞1abstract1key words1緒論21基本資料21.1地形地質(zhì)21.1.1 地形21.1.2庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件21.1.3壩址區(qū)工程地質(zhì)條件31.1.4壩址區(qū)其他建筑物31.2水文與水利規(guī)劃31.2.1氣象31.1.2水文分析41.2.3水利計(jì)算51.3建筑材料及筑壩材料技術(shù)指示的選定71.3.1土料71.3.2砂礫料81.3.3石料81.3

2、.4筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定81.4工程效益91.5 施工條件91.5.1施工地區(qū)氣象與水文條件91.5.3當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?土料101.5.4施工地區(qū)對(duì)外條件101.5.5工作日分析102樞紐布置102.1工程等級(jí)確定102.2壩軸線的選擇102.3壩型選擇102.3.1地質(zhì)條件102.3.2水文條件112.3.3筑壩材料112.3.4壩型比較112.4樞紐布置123壩工設(shè)計(jì)133.1壩體剖面設(shè)計(jì)133.1.1壩頂高程的確定133.1.2壩頂高程計(jì)算133.3壩頂寬度確定173.4 壩坡選定173.5馬道183.6壩體排水184滲流分析184.1滲流分析的目的184.2分析內(nèi)容194.3滲流分析方

3、法194.4滲流計(jì)算204.4.1正常蓄水位時(shí)的滲流分析204.4.2設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的滲流分析214.4.3校核洪水位時(shí)的滲流分析214.5滲流分析225穩(wěn)定分析225.1計(jì)算工況與安全系數(shù)225.2 穩(wěn)定分析基本原理及方法235.2.1最危險(xiǎn)滑弧圓心范圍的確定235.3穩(wěn)定分析計(jì)算245.3.1上游為正常蓄水位的下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算245.3.2上游為校核洪水位時(shí)下游壩坡穩(wěn)定分析305.3.3上游為設(shè)計(jì)洪水位時(shí)上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算355.4穩(wěn)定綜合分析396壩體細(xì)部構(gòu)造406.1壩頂406.2護(hù)坡406.3排水結(jié)構(gòu)406.4反濾層416.5壩坡排水437溢洪道設(shè)計(jì)437.1概述437.2溢洪道的線路和

4、選型437.3 溢洪道引水渠447.4 溢流堰控制段447.4.1 溢流堰的形式447.4.2 初步擬定溢流堰孔口凈寬447.5 泄槽設(shè)計(jì)477.5.1 泄槽的平面布置及縱、橫剖面477.5.2 收縮段、擴(kuò)散段和彎曲段設(shè)計(jì)517.5.3 摻氣減蝕517.5.4 邊墻高度確定527.5.5 泄槽的襯砌527.6 溢洪道消能設(shè)計(jì)538壩基處理548.1地基處理的主要要求548.2地基的處理548.3岸坡的處理54參考文獻(xiàn)55致謝56均質(zhì)土石壩樞紐建筑物設(shè)計(jì)123456(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院水利水電工程專業(yè))摘要:適當(dāng)修建大壩可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)流域地區(qū)發(fā)電、防洪、灌溉的綜合效益。通過(guò)對(duì)青龍河地形地質(zhì)、水文資

5、料、氣候特征的分析,結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ牧?設(shè)計(jì)適合的樞紐工程來(lái)幫助流域地區(qū)實(shí)現(xiàn)很好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)防洪要求,對(duì)水庫(kù)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算,確定壩頂高程及泄洪建筑物尺寸;通過(guò)分析,對(duì)可能的方案進(jìn)行比較,確定樞紐組成建筑物的形式、輪廓尺寸及水利樞紐布置方案;詳細(xì)作出大壩設(shè)計(jì),通過(guò)比較,確定壩的基本剖面與輪廓尺寸,擬定地基處理方案與壩身構(gòu)造,進(jìn)行水力、靜力計(jì)算;對(duì)泄水建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì),選擇建筑物的形式、輪廓尺寸,確定布置方案。水庫(kù)配合下游河道整治等措施,可以很大程度的減輕洪水對(duì)下游城鎮(zhèn)、廠礦、農(nóng)村、公路、鐵路以及旅游景點(diǎn)的威脅;可為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。關(guān)鍵詞:壩工設(shè)計(jì);滲流分析;穩(wěn)定分析;溢洪道設(shè)計(jì);基礎(chǔ)處

6、理。homogeneous earth dam pivot building design123456institute of water conservancy and hydropower engineering of gansu agricultural universityabstract: appropriate construction of dam can be achieved in a basin area of power generation, flood control, irrigation benefit. d river is located in our cou

7、ntry southwest, through to its geological, hydrological data, climate analysis, combined with the local building materials, design suitable for the project to help the region to achieve good economic benefit. according to the requirement of flood control, flood regulation computation of reservoir, t

8、o determine the crest elevation and release flood waters building size; through the analysis, on the possible options, determine the hub of the building form, dimensions and water conservancy hub layout plan made in detail; dam design, through the comparison, determining basic profiles and dimension

9、s, make the foundation treatment scheme and the dam body structure, hydraulic, static calculation of outlet structures; design, choice of building form, outline dimensions, to determine the layout scheme, make detail structure, hydraulic, static calculation. reservoir with river regulation measures,

10、 can greatly reduce the flood on the downstream towns, factories and mines, rural, highway, railway and the tourist attractions of the threat; create favorable conditions for development of aquaculturekey words: dam design;seepage analysis; stability analysis; spillway design; foundation treatment緒論

11、 畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是把學(xué)生在專業(yè)主要課程內(nèi)容所獲得的知識(shí)加以系統(tǒng)化、鞏固、擴(kuò)大、深入,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決本專業(yè)技術(shù)問(wèn)題的能力及培養(yǎng)自學(xué)能力,培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)計(jì)算,編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)和繪圖能力?；驹瓌t是:設(shè)計(jì)應(yīng)滿足功能要求,并力求經(jīng)濟(jì)、安全、施工便利和美觀,根據(jù)可能的和合理的方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)選定建筑物的型式、材料、布置。設(shè)計(jì)時(shí)注意的事項(xiàng)是:以嚴(yán)肅的態(tài)度對(duì)待資料,不自行修改或增減,一切必要的補(bǔ)充或修改必須征得指導(dǎo)教師的同意。 本此設(shè)計(jì)包括:樞紐布置,壩體剖面設(shè)計(jì),滲流、穩(wěn)定分析,細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)以及溢洪道設(shè)計(jì),地基處理等章節(jié)。根據(jù)基本資料中的地質(zhì)、水文資料確定壩址、壩型,根據(jù)工程的用途以及地形條件進(jìn)行樞紐總

12、體布置。由水文,氣象資料初步擬定壩體剖面后,經(jīng)過(guò)滲流分析,穩(wěn)定分析后驗(yàn)證壩體的穩(wěn)定性性指標(biāo)。之后對(duì)壩體細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì),滿足大壩的功能要求。土石壩的壩頂是不容許過(guò)水的,因此必須設(shè)置獨(dú)立的泄水,本設(shè)計(jì)采用正槽式溢洪道,布置在河道的左岸。 在完成設(shè)計(jì)過(guò)程中主要參考了水工建筑物,sl 274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范,在張老師的精心指導(dǎo)下完成本次設(shè)計(jì)。 1基本資料 1.1地形地質(zhì)1.1.1 地形地質(zhì) 見(jiàn)1:2000壩址地形圖。1.1.2庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件 水庫(kù)位于高山區(qū),構(gòu)造剝蝕地形。青龍河侵蝕能力較強(qiáng),沿河形成不對(duì)稱河谷,由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,河流不斷下切,形成岸邊階地、陡岸。 流域內(nèi)地形北高南低,平均

13、高程與500m,最高峰海拔1680m。河道蜿蜒曲折,河谷寬度400100m不等,河道比降1/4001/600。 庫(kù)區(qū)兩岸基巖出露高程大部分在200米左右,庫(kù)區(qū)左岸非可溶性巖層分布廣泛,其中主要由絹云母、千枚巖、石英、砂質(zhì)頁(yè)巖組成。透水性較小,也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)溝通庫(kù)內(nèi)外的大斷層。庫(kù)區(qū)可溶性巖層分布于青龍河右岸,從隔水層分布、熔巖發(fā)育情況分析,水庫(kù)蓄水后向鄰近河流滲透的可能性很小。經(jīng)過(guò)對(duì)庫(kù)區(qū)斷層的分析,水庫(kù)向外流域及下游滲漏的可能性很小。庫(kù)區(qū)外巖層抗風(fēng)化作用較強(qiáng),庫(kù)岸基本上是穩(wěn)定的。 青龍河為山區(qū)性河流,兩岸居民及耕地分散,除庫(kù)水位以下有一定淹沒(méi)外,浸沒(méi)問(wèn)題不大,庫(kù)區(qū)亦未發(fā)現(xiàn)重要礦產(chǎn)。1.1.3壩址區(qū)工

14、程地質(zhì)條件 本區(qū)地震基本裂度為六度,建筑物按七度設(shè)防 壩址位于壩區(qū)中部背斜的西北,巖層傾向青龍河上游,兩岸山體較厚。河床寬約300米,河床地面高程85m,河床砂卵石覆蓋層平均厚度5?7米,滲透系數(shù)k110-2厘米/秒。 水庫(kù)壩址選在青龍河下游的山谷河段上,共選出2條壩線,經(jīng)過(guò)比較,確定第一壩線,出露巖性為大紅峪組石英砂巖與板狀粉細(xì)砂巖互層,巖石堅(jiān)硬、構(gòu)造簡(jiǎn)單、滲透性小。壩址區(qū)為剝蝕?中低山地形,河流經(jīng)壩址處急轉(zhuǎn)彎向北流向下游,由于受喬麥嶺背斜控制,巖層傾向上游,呈單斜構(gòu)造狀。 壩線區(qū)河谷較為開(kāi)闊。右岸下游形成半島狀,因河流側(cè)向侵蝕,使右岸形成陡壁,近于直立,已查明的小段層有6-7條,軟弱夾層有

15、13條;左岸山坡平緩,覆蓋著31m厚的山麓堆積物,有斷層一條。河床壩基巖石構(gòu)造較為發(fā)育,開(kāi)挖揭露出斷層40余條,其中相對(duì)較大的有10多條。1.1.4壩址區(qū)其他建筑物溢洪道 上壩線溢洪道位置巖性主要為堅(jiān)硬的細(xì)砂巖,其中軟弱層多為透鏡體,溢洪道各部分的抗滑穩(wěn)定條件是好的,下壩線溢洪道堰頂高程750米,基礎(chǔ)以下10米左右為砂質(zhì)頁(yè)巖及夾泥層,且單薄分水嶺巖層風(fēng)化嚴(yán)重,透水性大,對(duì)建筑物安全不利。1.2水文與水利規(guī)劃1.2.1氣象 根據(jù)資料統(tǒng)計(jì),青龍河流域?qū)偌撅L(fēng)型大陸性氣候,冬季寒冷干燥,夏季炎熱多雨。多年平均氣溫約10,年絕對(duì)最低氣溫為-29.2,最高氣溫為38.7,月平均溫度變化較大,離壩址較遠(yuǎn)的遷

16、安站實(shí)測(cè)最高氣溫39。多年平均降雨量為700mm,且多集中在夏季七、八月份。全年無(wú)霜期約180天,結(jié)冰期約120天,河道一般在12月封凍,次年三月上旬解凍,凍層厚0.4?0.6m,岸邊可達(dá)1.0m。多年平均最大風(fēng)速23.7m/s,水庫(kù)吹程為3km。1.1.2水文分析1.1.2.1洪水 青龍河洪水由暴雨形成,據(jù)統(tǒng)計(jì)七八月發(fā)生最大洪峰流量的機(jī)會(huì)占88%,而且年際變化很大,實(shí)測(cè)最大洪峰流量為2200秒立米1962年,最小洪峰流量184秒立米1965年,相差12倍,流域洪水峰高、歷時(shí)短,陡漲陡落。一次洪水持續(xù)時(shí)間一般3?5天。1.1.2.2年來(lái)水量 青龍河流域年徑流由年降雨產(chǎn)生,年徑流在地區(qū)與時(shí)間上分

17、布與年降雨量基本一致,但年際間變化懸殊,實(shí)測(cè)徑流資料1929?1983年共35年資料中豐水年1961年達(dá)21.34104m3,枯水年1965年僅16.77104m3,相似枯水年連續(xù)發(fā)生,多年平均徑流量9.6108m3。實(shí)測(cè)徑流資料如表1-1所示?？紤]到流域內(nèi)人類活動(dòng)對(duì)產(chǎn)流的影響,分別對(duì)未來(lái)規(guī)劃年2000年和2020年流域內(nèi)耗水量進(jìn)行了預(yù)測(cè),得到個(gè)規(guī)劃年的徑流系列,如表1-1 所示。 根據(jù)徑流年內(nèi)和年際變化特征,分別選擇1986年,2000年和2020年為設(shè)計(jì)水平年。表1-1 實(shí)測(cè)徑流表年份天然1986年2000年2020年年份天然1986年2000年2020年192911.09910.910.

18、49510.24419572.9322.7332.3572.163021.22921.0320.62570.383584.3984.1993.8053.603314.7294.5304.1253.8645919.86019.8519.24018.995326.1815.9825.5935.396604.6644.4654.0663.869337.5727.3737.0156.818613.4253.2262.8212.5833416.77416.57516.1715.9446218.19317.99417.58917.35359.0278.8288.4298.239633.6823.4833.

19、0782.817362.1141.9151.5101.3036413.40613.20712.80212.5663712.98612.78712.38212.121654.3284.1293.7343.5373815.43115.23214.82714.5666610.48010.2819.8769.1653910.89610.69710.29210.071676.1685.9695.5645.346404.2094.0103.6063.253682.6242.4232.0231.826413.3402.1411.7361.5286918.51718.31817.94317.682429.82

20、49.6259.2208.959704.9744.7754.3704.1454312.48712.28811.88211.622713.1082.9092.5192.322444.7254.5261.1213.860723.4283.2292.8242.627457.2227.0236.6186.357739.3159.1168.7118.450468.3728.1737.7687.507749.1058.9068.5018.261478.1868.0247.7597.4877510.0899.7859.0679.278488.2358.0367.6317.3707611.32411.1251

21、0.72010.4594937.02236.80336.39836.1377721.3421.14120.72620.475507.5117.3126.9076.6467813.05712.85812.45312.192515.5655.3864.9614.7387910.1199.9209.5199.251526.3626.1635.7585.559802.2332.0341.6451.4485317.91717.71817.31317.054811.7361.5371.1480.9515414.97614.77714.37214.111821.8911.6921.2981.1185513.

22、69013.49113.08612.825832.0911.8921.5171.320567.9967.7977.3927.131841.1.2.3年輸沙量 青龍河流域植被較好,泥沙來(lái)源在地區(qū)分布和洪水分布上一致。主要是土門(mén)子與某之間,其間來(lái)沙量約占某以上總輸沙量的95%以上,而汛期輸沙量又集中在幾次特大洪水上。年際間泥沙量的變化懸殊。由統(tǒng)計(jì)分析得知,某站多年平均淤沙量為389t,多年平均含沙量為4.0kg/m3,多年平均侵蝕模數(shù)為762.8t/km2。從泥沙的組成情況來(lái)看,泥沙顆粒較粗,中值粒徑為0.075mm,淤沙浮容重0.9t/m3,內(nèi)摩擦角為12度。1.1.2.3水文分析成果表 表1-

23、2 水文分析成果表序號(hào)姓 名單 位數(shù) 量備 注1利用水文系列年限352代表性流量多年平均流量立米/秒30.5調(diào)查歷史最大流量立米/秒3400設(shè)計(jì)洪水洪峰流量p1%立米/秒3600校核洪水洪峰流量p0.1%立米/秒5200保壩洪水洪峰流量p0.01%立米/秒76003洪量設(shè)計(jì)洪水洪量p1%億立米6.5五 天校核洪水洪量p0.1%億立米8.2五 天4多年平均年徑流量?jī)|立米9.65多年平均輸沙量噸4311.2.3水利計(jì)算 水文水利規(guī)劃成果如下: 死水位選擇 為盡可能增加自流灌溉面積,并使電站水頭適當(dāng)加高,力求達(dá)到電源自給以及為今后水庫(kù)淤積留有余地。按二十年淤積高程,選定死水位104m。 調(diào)節(jié)性能的選

24、定 灌溉保證率選取p75%,水庫(kù)上游來(lái)水,首先滿足灌區(qū)工農(nóng)業(yè)用水,電站則利用余水發(fā)電,從年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)兩方案的水電量利用系數(shù)和壩高都相差不大,但是多年調(diào)節(jié)性能的水庫(kù)能提供的電量和裝機(jī)利用小時(shí)都較年調(diào)節(jié)性能水庫(kù)提高20%。故確定該水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)性能水庫(kù)。 興利水位的確定原則和指標(biāo) 根據(jù)青龍河洪水特性,汛期限制水位在七、八月定為140.5米。七、八月以后可重復(fù)利用一部分防洪庫(kù)容蓄水興利以不降工程防洪標(biāo)準(zhǔn),以防洪興利兼顧為原則,確定九、十月限制水位,提高為136.2米汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超超過(guò)百年設(shè)計(jì)洪水位考慮,確定汛末興利水位為141米。防洪運(yùn)用原則及設(shè)計(jì)洪水的確定 某水庫(kù)屬一級(jí)工程。水

25、庫(kù)大壩建筑物按千年一遇洪水設(shè)計(jì),萬(wàn)年一遇洪水校核。由于采用的洪水計(jì)算數(shù)值中未考慮歷史特大洪水的影響,故用萬(wàn)年一遇洪水作非常保壩標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水工建筑物進(jìn)行復(fù)核。 調(diào)洪運(yùn)用原則: 入庫(kù)洪水為百年一遇時(shí),為提高下游河道的電站、橋梁等建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn),水庫(kù)控制下流量為2000秒立米。 當(dāng)入庫(kù)洪水為千年一遇時(shí),溢洪道單寬流量以70每秒立米控制泄流。當(dāng)入庫(kù)洪水為萬(wàn)年一遇時(shí),按上述原則操作,即庫(kù)水位接近校核水位時(shí),水庫(kù)水位仍繼續(xù)上漲,為確保大壩安全,溢洪道敞開(kāi)洪,允許溢洪道局部破壞。水庫(kù)排沙和淤沙計(jì)算 某水庫(kù)回水長(zhǎng)25公里,河道彎曲,河床比降為2.2%,河床寬300米左右,是個(gè)典型的河道型水庫(kù)。 水庫(kù)利用異重流排

26、沙。在蓄水過(guò)程中,只能用灌溉、發(fā)電有盈余水進(jìn)行排沙,經(jīng)計(jì)算,多年平均排沙量只占5.2%,94.8%的泥沙都要淤積在庫(kù)區(qū)內(nèi)侵占興利庫(kù)容。淤沙高程為97.6m,堆沙庫(kù)容為1.66108m3。 水庫(kù)工程特征值 a. 樞紐下泄流量及相應(yīng)下游水位 水庫(kù)上游設(shè)計(jì)洪水位為142.0m,相應(yīng)下游水位為92.0m,庫(kù)容為8.32108m3,溢流壩相應(yīng)的泄量為1024m3/s;上游校核洪水位為143.3m,相應(yīng)下游水位為92.4m,庫(kù)容為8.70108m3,溢流壩相應(yīng)的泄量為1159 m3/s;上游正常蓄水位為141m(與汛限水位同高),相應(yīng)下游水位為86.1m;死水位為90.0m,相應(yīng)的庫(kù)容為0.78108m3

27、;表1-3水庫(kù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表序號(hào)名稱單 位數(shù) 量備 注1水庫(kù)水位校核洪水位p0.01%米考慮淤積20年設(shè)計(jì)洪水位p1%米考慮淤積20年興利水位米考慮淤積20年汛限水位米考慮淤積20年死水位米考慮淤積20年2水庫(kù)容積總庫(kù)容億立米5.05校核洪水位設(shè)計(jì)洪水位庫(kù)容億立米4.63序號(hào)名稱單 位數(shù) 量備 注防洪庫(kù)容億立米14.93興利庫(kù)容億立米其中共用庫(kù)容億立米死庫(kù)容億立米3庫(kù)容系數(shù)%4調(diào)節(jié)特性多年1.3建筑材料及筑壩材料技術(shù)指示的選定 當(dāng)?shù)靥烊唤ㄖ牧戏植荚趬沃返貐^(qū)上、下游河灘及兩岸階地。其中,土料主要分布在莊窩、土谷子等七處,沙礫卵石料主要有南杖子、某等八處,各料廠的材料物理性質(zhì)基本滿足要求,可做大

28、壩混凝土骨料及拱圍堰。1.3.1土料 壩址上、下游均有土料場(chǎng),儲(chǔ)量豐富,平均運(yùn)距小于1.5公里,根據(jù)155組試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì),土料平均粘粒含量為26.4%,粉粒55.9%,砂粉17.6%,其中25%屬粉質(zhì)粘土,60.7%屬重粉質(zhì)壤土,14.3%屬中粉質(zhì)壤土,平均塑性指數(shù)11.1,比重2.75。最大干容重1.67噸/立米,最優(yōu)含水量20.5%,滲透系數(shù)0.4410-6厘米/秒。具有中等壓縮性,強(qiáng)度指標(biāo)見(jiàn)下頁(yè)表。1.3.2砂礫料 主要分布在河灘上,儲(chǔ)量為205萬(wàn)立米,扣除漂石及圍堰淹沒(méi)部分,可利用的約100?151萬(wàn)立米,其顆粒級(jí)配不連續(xù),缺少蹭粒徑,根據(jù)野外29組自然坡度角試驗(yàn),34組室內(nèi)試驗(yàn)分析,

29、統(tǒng)計(jì)成果如下: 自然么重1.87噸/立米,軟弱顆料含量2.64%。 不均勻系數(shù)561顆,顆組成見(jiàn)表1-4:表1-4顆料組成毫米%2008040205210.50.250.583.774.257.746.238.634.632.829.724.74.9 砂的儲(chǔ)量很少,且石英顆料少,細(xì)度模數(shù)很低,不宜作混凝土骨料,砂d2毫米的相對(duì)緊密度為0.895。1.3.3石料 壩址區(qū)石料較多,儲(chǔ)量可滿足需要,溢洪道、導(dǎo)流洞出碴也可利用。沙石料廠設(shè)在水庫(kù)下游13km的鹿尾山,大楊莊、薛莊,總儲(chǔ)量1176萬(wàn)m3.1.3.4筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定 本工程經(jīng)過(guò)試驗(yàn),并參考有關(guān)文獻(xiàn)資料及其他的工程的經(jīng)驗(yàn),最后選定其筑壩

30、材料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1-5。 表1-5 筑壩材料強(qiáng)度指標(biāo)表筑壩材料名稱比重容重kg/cm孔隙率n內(nèi) 摩 擦 角內(nèi)凝力ckg/cm3滲透系數(shù)kcm/s初孔隙壓力系數(shù)b施工期穩(wěn)定滲流期水位降落總應(yīng)力有效應(yīng)力有效應(yīng)力有效應(yīng)力壩體土料2.751.651.982.04102223230.2110-60.3壩體砂礫料1.802.1031110-2壩體堆石2.71.802.050.3340壩基砂礫料1.8031110-2黃土地基1.601.912.0220110-5 筑壩土料統(tǒng)計(jì)國(guó)外9座粘料含量20?30%的高壩21,c0.4公斤/厘米2左右,國(guó)內(nèi)建國(guó)初期建成的壩選用指標(biāo)一般較低,但近期建成的壩一般在25

31、左右初始孔隙水壓力系數(shù)一般在0.3?0.4。我國(guó)岳城水庫(kù)施工期采用0.21。據(jù)此采用的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)下表。 砂礫料的強(qiáng)度指標(biāo),試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際出入較大,統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)12座水庫(kù)資料,平均值在32以上,特別是最近建成的橫山38?39;毛家村37,美國(guó)“土與土石壩”一書(shū)推薦,當(dāng)相對(duì)緊密度d0.7時(shí),34?35,鑒于本地砂礫料級(jí)配不好,故選用310。 堆石指標(biāo)一般值在3945之間,統(tǒng)計(jì)國(guó)外9座砂巖地區(qū)筑壩石料平均值為39.1,我國(guó)獅子灘堆石壩試驗(yàn)為3645,取用3950?,故本工程取用值40。 左巖黃土臺(tái)地q2壓縮系數(shù)ss0.025,起始孔隙比e00.725,平均料徑d500.1mm。如表1-6所示。表1-6

32、壩體土料的壓縮曲線r2.65kg/cm2,平均料徑d500.1mm。pkg/cm2012345678910110.6650.6450.6320.6120.5930.5750.5280.5200.5030.5000.4890.4801.4工程效益 該水庫(kù)建成后能收到灌溉、發(fā)電、防洪、解決工業(yè)用水和人蓄吃水等多方面效益,是一座綜合利用的水庫(kù)。一期建成,可謂秦皇島是提供工農(nóng)業(yè)、城市用水1.82億m3,可使灤河中下游地區(qū)120萬(wàn)畝農(nóng)田灌溉用水得到不同程度的改善和補(bǔ)充。二期建成,可調(diào)節(jié)水量5.67億m3,年均發(fā)電量9330億kwh,可全面解決冀東鋼鐵基地建設(shè)用水。1.5 施工條件1.5.1施工地區(qū)氣象與

33、水文條件 該水庫(kù)沒(méi)有建立水文氣象站,根據(jù)氣象站1958年至1963年、1970年至1972年共9年資料,分析最高氣溫29.16月,最低氣溫-14.31月,多年平均日氣溫4?24,歷年各月氣溫特征值如下表1-7: 表1-7氣溫特征值表項(xiàng)目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月多年平均日氣溫4.51.14.611.318.121.723.621.716.410.318.92.1多年最高日氣溫4.67.217.022.225.029.123.026.530.122.418.938.1多年最低日氣溫14.30.05.81.03.110.518.914.41.91.90.710.01.5

34、.3當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?土料根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ牧险{(diào)查報(bào)告,土料場(chǎng)有五個(gè)。根據(jù)試井及土鉆孔情況,從1:2000地形圖,初步計(jì)算四個(gè)土場(chǎng)的蘊(yùn)藏量2248.6萬(wàn)立米,為設(shè)計(jì)總量的4倍多。1.5.4施工地區(qū)對(duì)外條件水庫(kù)距盧龍縣35km,新建公路至工地,交通方便。施工用電青龍山雙山子變電所架設(shè)110kv輸電線路供電,電力保障可靠。1.5.5工作日分析 根據(jù)沁水縣1958年?1963年和1970年?1972年九年降雨氣溫資料,參考其它土壩水庫(kù)氣溫,降雨停工標(biāo)準(zhǔn),土料、砂礫料、石方、混凝土工程施工工作日確定如表1-8: 表1-8 工程施工工作日表類 別土料砂礫隧洞石方混凝土一般石方工作日天/年253307302250

35、2922樞紐布置2.1工程等級(jí)確定 根據(jù)資料可知,大壩為2級(jí)建筑物,正常應(yīng)用洪水為100年一遇,非常運(yùn)用洪水為1000年一遇。輔助建筑物按級(jí)設(shè)計(jì),臨時(shí)建筑物按級(jí)設(shè)計(jì)。2.2壩軸線的選擇 壩軸線選擇時(shí),根據(jù)地形、地質(zhì)、工程規(guī)模及施工條件、經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)綜合分析比較來(lái)選定。選在河谷的狹窄段,這樣壩軸線短,工程量小,但要綜合考慮對(duì)于兩岸壩段要有足夠?qū)挾群透叨?。壩基和兩岸山體無(wú)大的不利構(gòu)造問(wèn)題,巖石應(yīng)較完整,并應(yīng)將壩基置于透水性小的堅(jiān)實(shí)地層或厚度不大的透水層地基上。壩址附近有足夠數(shù)量符合設(shè)計(jì)要求的土、砂、石料且便于開(kāi)采運(yùn)輸。2.3壩型選擇2.3.1地質(zhì)條件 庫(kù)區(qū)兩岸基巖出露高程大部分在200米左右,庫(kù)

36、區(qū)左岸非可溶性巖層分布廣泛,其中主要由絹云母、千枚巖、石英、砂質(zhì)頁(yè)巖組成。透水性較小,也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)溝通庫(kù)內(nèi)外的大斷層。庫(kù)區(qū)可溶性巖層分布于青龍河右岸,從隔水層分布、熔巖發(fā)育情況分析,水庫(kù)蓄水后向鄰近河流滲透的可能性很小。經(jīng)過(guò)對(duì)庫(kù)區(qū)斷層的分析,水庫(kù)向外流域及下游滲漏的可能性很小。庫(kù)區(qū)外巖層抗風(fēng)化作用較強(qiáng),庫(kù)岸基本上是穩(wěn)定的。 青龍河為山區(qū)性河流,兩岸居民及耕地分散,除庫(kù)水位以下有一定淹沒(méi)外,浸沒(méi)問(wèn)題不大,且?guī)靺^(qū)亦未發(fā)現(xiàn)重要礦產(chǎn)。2.3.2水文條件 根據(jù)資料統(tǒng)計(jì),青龍河流域?qū)偌撅L(fēng)型大陸性氣候,冬季寒冷干燥,夏季炎熱多雨。多年平均氣溫約10,年絕對(duì)最低氣溫為-29.2,最高氣溫為38.7,月平均溫度變

37、化較大,離壩址較遠(yuǎn)的遷安站實(shí)測(cè)最高氣溫39。多年平均降雨量為700mm,且多集中在夏季七、八月份。全年無(wú)霜期約180天,結(jié)冰期約120天,河道一般在12月封凍,次年三月上旬解凍,凍層厚0.4?0.6m,岸邊可達(dá)1.0m。2.3.3筑壩材料2.3.3.1土料 壩址上、下游均有土料場(chǎng),儲(chǔ)量豐富,平均運(yùn)距小于1.5公里,根據(jù)155組試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì),土料平均粘粒含量為26.4%,粉粒55.9%,砂粉17.6%,其中25%屬粉質(zhì)粘土,60.7%屬重粉質(zhì)壤土,14.3%屬中粉質(zhì)壤土,平均塑性指數(shù)11.1,比重2.75。最大干容重1.67噸/立米,最優(yōu)含水量20.5%,滲透系數(shù)0.4410-6厘米/秒。具有中

38、等壓縮性。2.3.3.2砂礫料 主要分布在河灘上,儲(chǔ)量為205萬(wàn)立米,扣除漂石及圍堰淹沒(méi)部分,可利用的約100?151萬(wàn)立米。砂的儲(chǔ)量很少,且石英顆料少,細(xì)度模數(shù)很低,不宜作混凝土骨料,砂d2毫米的相對(duì)緊密度為0.895。2.3.3.3石料 壩址區(qū)石料較多,儲(chǔ)量可滿足需要,溢洪道、導(dǎo)流洞出碴也可利用。沙石料廠設(shè)在水庫(kù)下游13km的鹿尾山,大楊莊、薛莊,總儲(chǔ)量1176萬(wàn)m3.2.3.4壩型比較 重力壩:結(jié)構(gòu)作用明確,設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)便,安全可靠,對(duì)地形、地質(zhì)條件適性強(qiáng),樞紐泄洪問(wèn)題容易解決,便于施工導(dǎo)流,施工方便。但其缺點(diǎn)是:壩體剖面尺寸大,材料用量多,壩體應(yīng)力較低,材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮,壩體與地基接

39、觸面積大,相應(yīng)壩底揚(yáng)壓力大,對(duì)穩(wěn)定不利,壩體體積大,在澆筑混凝土?xí)r,需要有較嚴(yán)格的溫度控制。 拱壩:對(duì)地形的要求是左右兩岸對(duì)稱,岸坡平順無(wú)突變,在平面上向下游收縮的峽谷各段。壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支撐,以保證壩體的穩(wěn)定。該壩段左右兩岸不對(duì)稱分布,不適宜修建拱壩。 土石壩:對(duì)地質(zhì)的要求:河谷兩岸的巖基必須能承受由拱端傳來(lái)的推力,要在任何情況下都能保證穩(wěn)定,不致危害壩體的安全。理想的地質(zhì)條件是:基巖比較均勻、單一,堅(jiān)固整齊,有足夠的強(qiáng)度,透水性小,能抵抗水的侵蝕,耐風(fēng)化,岸坡穩(wěn)定、沒(méi)有大斷裂。 土石壩的優(yōu)點(diǎn)是可以就地取材,就近取材。節(jié)省大量水泥、木材和鋼材。減少工地的外線運(yùn)輸量,能適應(yīng)不同的地形

40、、地質(zhì)和氣候條件。大容量、多功能、高效率施工機(jī)械的發(fā)展,提高了土石壩建設(shè)的發(fā)展。 通過(guò)以上比較,綜合考慮工程施工的經(jīng)濟(jì)、安全、便利等因素,所以此處修建土石壩可行。 影響土石壩壩型選擇的因素很多,最主要的是壩址附近的筑壩材料,還有地形地質(zhì)條件、氣候條件、壩基處理、抗震要求等。本設(shè)計(jì)限于資料制作定性分析確定土石壩壩型選擇。均質(zhì)壩材料單一,施工簡(jiǎn)單,且有足夠適宜的土料來(lái)做均質(zhì)壩。 綜合考慮,選擇修建均質(zhì)土石壩的方案。2.4樞紐布置 樞紐布置做到安全可靠,經(jīng)濟(jì)合理,施工互不干擾,管理運(yùn)用方便。高、中壩和地震區(qū)的壩,不得采用布置在非巖石地基上的壩下埋管型式,低壩采用非巖石地基上的壩下埋管時(shí),必須對(duì)埋管周

41、圍填土的壓實(shí)方法,可能達(dá)到的壓實(shí)密度及其抵抗?jié)B透破壞的能力能否滿足要求進(jìn)行保證。樞紐布置要考慮建筑物開(kāi)挖料的應(yīng)用。土石壩樞紐通常包括攔河壩、溢洪道、泄洪洞輸水或引水洞及水電站等,應(yīng)通過(guò)地形地質(zhì)條件以及經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等方面來(lái)確定。 壩址選在地形地質(zhì)有利的地方,使壩軸線較短,庫(kù)容較大,淹沒(méi)少。附近有豐富的筑壩材料,便于布置泄水建筑物。在高山深谷區(qū)常將壩址選在彎曲河段,把壩布置在彎道上,利用凸岸山脊抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定,并采取排水灌漿等相應(yīng)加固措施,盡量避免將壩址選在工程地質(zhì)條件不良的地段。如活斷層含形成整體滑動(dòng)的軟弱夾層,以及粉細(xì)砂、軟粘土和淤泥等軟弱地基上。 根據(jù)樞紐布置原則:樞紐中的泄水建筑物應(yīng)做到

42、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工互不干擾、管理運(yùn)用方便。 樞紐中的泄水建筑物應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的運(yùn)用條件和要求。選擇泄洪建筑物形式時(shí)要優(yōu)先考慮采用開(kāi)敞式溢洪道為主要泄洪建筑物。泄水引水建筑物進(jìn)口附近的岸坡應(yīng)有可靠的防護(hù)措施。應(yīng)確保泄水建筑物進(jìn)口附近的岸坡的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性。當(dāng)泄水建筑物出口消能后的水流沖刷下游壩坡時(shí),要比較調(diào)整尾水渠和采取工程措施保護(hù)壩坡腳的可靠性和經(jīng)濟(jì)性,可采取其中一種措施,也可同時(shí)采用兩種措施。對(duì)于多泥沙河流,要考慮布置排沙建筑物,并在進(jìn)水口采取放淤措施。 溢洪道選擇在地形開(kāi)闊、岸坡穩(wěn)定、巖土堅(jiān)實(shí)和地下水位較低的地點(diǎn),宜選用地質(zhì)條件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂礫石適于作

43、為水閘地基,盡量避免淤泥質(zhì)土和粉砂、細(xì)砂地基,必要時(shí)應(yīng)采取妥善處理措施。從地質(zhì)地形圖可知壩體左岸地質(zhì)條件好,且有天然的石料廠,上下游均有較緩的灘地,兩岸巖體條件好,施工起來(lái)更快捷更經(jīng)濟(jì)合理。 因此,溢洪道修建于右岸山坡上。由于閘址段地形條件好,所以采用正槽式溢洪道。3壩工設(shè)計(jì)3.1壩體剖面設(shè)計(jì)3.1.1壩頂高程的確定由基本資料可知,該流域多年平均最大風(fēng)速23.7m/s,水庫(kù)吹程為2km。3.1.2壩頂高程計(jì)算 壩頂高程等于水庫(kù)靜水位與壩頂超高之和,按以下四種計(jì)算條件計(jì)算,取其大值:設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超過(guò);正常蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高;校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高;常蓄水

44、位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高,再加地震安全加高。 壩頂超高d按式(3-1)計(jì)算,對(duì)于特殊的重要工程,可取d大于計(jì)算值。 dr+e+a (3-1)式中:r為波浪在壩坡上的設(shè)計(jì)爬高,m;e為風(fēng)浪引起的壩前水位雍高,m;a為安全加高,m,根據(jù)壩的級(jí)別按表3-1選用,其中非常運(yùn)行條件(a)適用于山區(qū)、丘陵區(qū),非常運(yùn)行條件(b)使用于平原區(qū)、濱海區(qū)。 式(3-1)中r和e的計(jì)算公式多很多,重要是經(jīng)驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)性的,適用于一定的條件,可按sl 274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的計(jì)算公式確定。 涉及的壩頂高程是針對(duì)壩沉降以后的情況而言的,因此,竣工時(shí)的壩頂高程應(yīng)預(yù)留足夠的沉降量。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn),土石壩預(yù)

45、留沉降量一般為壩高的1%。表3-1 土石壩安全加高 單位 m壩的級(jí)別1234、5正常運(yùn)用條件1.501.00.70.5非常運(yùn)用條件(a)0.700.50.40.5非常運(yùn)用條件(b)1.000.70.50.5 e (3-2)式中: e -的風(fēng)雍高度 d- 水面吹程 g-重力加速度 h-延水庫(kù)吹程方向平均水域深度 v-計(jì)算風(fēng)速 - 計(jì)算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角(。),取為0度- k-綜合摩阻系數(shù),取3.610 正常情況:e 0.022 m 非正常情況: e e 0.005 m 由官?gòu)d水庫(kù)公式: h.0166vd (3-3) l10.4h(3-4) 初擬m3, 用 (3-5)式中: -平均波浪爬高;

46、m-單坡坡度系數(shù); -斜坡的造率滲透系數(shù),根據(jù)護(hù)坡類型由表3-2查的; -經(jīng)驗(yàn)系數(shù),根據(jù)表3-3查的. 正常運(yùn)用情況下:1.281.01 非正常運(yùn)用情況下: 0.631.0 查表3-2本設(shè)計(jì)采用砌石護(hù)坡,0.80 表3-2 造率及滲透性系數(shù)護(hù)坡類型光滑不透水護(hù)面1.00混凝土或混凝土板0.90草皮0.850.90砌石0.750.80拋填兩層塊石(不透水基礎(chǔ))0.600.65拋填兩層塊石(透水基礎(chǔ))0.500.55 表3-3 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)11.52.02.53.03.54.05.01.001.021.081.161.221.251.281.30平均爬高:(3-6) 正常運(yùn)用情況:1.31 非正常運(yùn)用

47、情況:h0.61平均周期: 4.438 (3-7) 正常運(yùn)用情況:t4.4384.4385.08 非正常運(yùn)用情況:t4.4384.4383.47平均波長(zhǎng): 正常運(yùn)用情況:v47.4m/s d3km 代入式(3-3)、(3-4)得 h2.98m l24.9m 5.560.5為深水波 1.5640.26m 非正常運(yùn)用情況:v23.7m/是 d3km代入式(3-3)、(3-4)得 h1.25m l12.4m 11.560.5為深水波 1.5618.78m計(jì)算波浪爬高 正常運(yùn)用情況:h142.0-8557m 0.023 查表3-4得: 2.23 非正常運(yùn)用情況:143.3-8558.3m 0.010.

48、1 查3-4得: 2.23表3-4 不同累計(jì)頻率下的爬高與平均爬高比值()0.1124510142030500.12.662.232.071.101.841.641.531.391.220.960.10.32.442.081.941.801.751.571.481.361.210.970.32.131.861.761.651.611.481.391.311.190.99 正常運(yùn)用情況:1.31m 4.026 m 1.86 m 非正常運(yùn)用情況:0.61m 18.78m 0.86 m 故正常運(yùn)用情況: r2.231.864.15 m 非正常運(yùn)用情況:r2.230.861.92 m 綜合以上可以得到:r+ e+ a4.15+0.022+1.05.172 m r+ e+ a1.92+0.022+1.02.425 m 壩頂高程計(jì)算計(jì)入表3-5中 表3-5 壩頂高程計(jì)算表波浪爬高r風(fēng)雍高度e安全超高a地震波浪高度水位m壩頂高程m設(shè)計(jì)洪水位4.150.0021.0-142.0147.172正常蓄水位4.150.0021.0-142.0146.172校核洪水位1.920.0050.5-143.3145.725正常蓄水位1.920.0050.50.5141.0143.925 由以上可得壩頂高程為147.172m。由平面布置圖可知壩址處河床高程為84.0m,向