江水利樞紐壩工設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書題 目:江水利樞紐壩工設(shè)計(jì)專 業(yè):年 級(jí):學(xué) 生: 學(xué) 號(hào):指導(dǎo)教師: O 江水利樞紐工程設(shè)計(jì) 【摘要】本設(shè)計(jì)以O(shè)江流域的水文、地形、地質(zhì)為基礎(chǔ),通過(guò)調(diào)洪演算確定了壩型及樞紐布置、大壩設(shè)計(jì)、泄水建筑物設(shè)計(jì)和施工組織設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行簡(jiǎn)略的計(jì)算。在設(shè)計(jì)中對(duì)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及安全等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析與比較,擬定相應(yīng)的斜心墻土石壩設(shè)計(jì)方案。 【關(guān)鍵詞】:土石壩設(shè)計(jì),洪水演算,樞紐布置,土料設(shè)計(jì),滲流計(jì)算,穩(wěn)定驗(yàn)算,泄水建筑物,施工組織設(shè)計(jì)?！続BSTRACT】Base on the data of O-river hydraulic project ,I designed the d

2、amtotally,including the layout of engineering,the design of discharge construction by storage routing which fixed on the characteristic stage of the reservoir.The progresss of the construction was planned .the factors of economic ,technology and safety are considered in the design.The optimum plan w

3、as finally selected.【KEY-WORDS】:earth and rock dam, damsite selection ,choice of dam type, soil design, filtration routing,stability analysis,discharge construction,construction planning.本設(shè)計(jì)以O(shè)江流域的水文、地形、地質(zhì)資料為基礎(chǔ),通過(guò)調(diào)洪演算確定了水庫(kù)的特征水位,進(jìn)行了樞紐布置；對(duì)大壩、泄水建筑物進(jìn)行了比較詳細(xì)的設(shè)計(jì)。通過(guò)編制施工組織計(jì)劃,確定了樞紐工程各主體部分的進(jìn)度。設(shè)計(jì)中考慮了經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及安全等方面的

4、因素,并對(duì)各部分可行的方案進(jìn)行了比較,確定了最優(yōu)方案。 目 錄前 言 02第一章 設(shè)計(jì)基本資料 03第二章 工程等級(jí)及建筑級(jí)別 11第三章 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算 12第四章 壩型選擇及樞紐布置 14第五章 大壩設(shè)計(jì) 16第六章 泄洪建筑物設(shè)計(jì) 31第七章 施工組織設(shè)計(jì) 38參考書目43總 結(jié) 44前 言根據(jù)教學(xué)大綱要求,學(xué)生在畢業(yè)前必須完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié),對(duì)培養(yǎng)工程技術(shù)人員獨(dú)立承擔(dān)專業(yè)工程技術(shù)任務(wù)重要。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步培養(yǎng)和訓(xùn)練我們分析和解工程實(shí)際問(wèn)題及科學(xué)研究的能力。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì),我們能夠系統(tǒng)鞏固并綜合運(yùn)用基本理論和專業(yè)知識(shí),熟悉和掌握有關(guān)的資料、規(guī)范、手冊(cè)及圖表,培養(yǎng)

5、我們綜合運(yùn)用上述知識(shí)獨(dú)立分析和解決工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力,培養(yǎng)我們對(duì)土石壩設(shè)計(jì)計(jì)算的基本技能,同時(shí)了解國(guó)內(nèi)外該行業(yè)的發(fā)展水平。這次我的設(shè)計(jì)任務(wù)是O江土石壩,本設(shè)計(jì)采用斜心墻壩。該土石壩斜心墻壩設(shè)計(jì)大致分為:洪水調(diào)節(jié)計(jì)算、壩型選擇與樞紐布置、大壩設(shè)計(jì)、泄水建筑物的選擇與設(shè)計(jì)等部分。在本次設(shè)計(jì)中,涂老師、同學(xué)給了我悉心的指導(dǎo)、熱心的幫助,在此,我真誠(chéng)地感謝你們的幫助與關(guān)懷。第一章 設(shè)計(jì)基本資料 一、樞紐任務(wù)本工程同時(shí)兼有防洪、發(fā)電、灌溉、漁業(yè)等綜合作用。1 發(fā)電本電站裝機(jī)3臺(tái)0.8萬(wàn)千瓦機(jī)組,共裝機(jī)2.4萬(wàn)千瓦。正常蓄水位2818.9米,死水位2796.0米。3臺(tái)機(jī)滿載時(shí)的流量為44.1,尾水位275

6、2.2米。廠房型式為引水式,廠房平面尺寸為3213米,發(fā)電機(jī)層高程2760米,尾水管底高程2748米,廠房頂高程2772米。付廠房平面尺寸為326米。安裝場(chǎng)尺寸為米,開關(guān)站尺寸為3020米。2 灌溉增加保灌面積1.5萬(wàn)畝。3 防洪可減輕洪水對(duì)下游兩岸的威脅,在遇100年一遇洪水時(shí),經(jīng)水庫(kù)調(diào)洪后,洪峰流量由原來(lái)1680消減為548。要求設(shè)計(jì)洪水時(shí)最大下泄流量限制為900。4 漁業(yè)正常蓄水位時(shí),水庫(kù)面積為15.6平方公里,為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造了有利條件。5 過(guò)木要求布置過(guò)木筏道。6其它引水涵洞進(jìn)口高程2789.0m,出口底高程2752.3m,直徑4.0m,壓力鋼管直徑2.3m,調(diào)壓井直徑12.0m,放空

7、洞洞徑2.5m,能放空至水位2770.0m。二、設(shè)計(jì)要求在明確設(shè)計(jì)任務(wù)及對(duì)原始資料進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上,要求:1根據(jù)防洪要求,對(duì)可能的方案進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算,確定壩頂高程及溢洪尺寸。2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。3詳細(xì)做出大壩設(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。4進(jìn)行大壩設(shè)計(jì),選擇建筑物的型式與輪廓尺寸,確定布置方案,擬定細(xì)部構(gòu)造,進(jìn)行水力、靜力計(jì)算。5決定樞紐的施工導(dǎo)流方案,安排施工的控制性進(jìn)度。關(guān)于水利樞紐的布置:進(jìn)行水利樞紐布置設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)應(yīng)至少有 23 個(gè)方案比較,方案中應(yīng)包括

8、施工方案的考慮,并整理成設(shè)計(jì)計(jì)算書和說(shuō)明書,繪制樞紐總體布置圖1:1000。關(guān)于建筑物設(shè)計(jì):建筑物設(shè)計(jì)可選擇水電站建筑物或水工建筑物。水電站建筑物以廠房和引水系統(tǒng)等為主。水工建筑物以擋水建筑物和泄水建筑物為主。對(duì)于水工建筑物設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有:確定建筑物的剖面形狀及尺寸；壩體的應(yīng)力分析或滲流計(jì)算；壩體穩(wěn)定設(shè)計(jì)和地基處理；泄水建筑物的過(guò)水能力分析；泄水建筑物的消能防沖設(shè)計(jì)；建筑物的主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑物的構(gòu)造設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)、計(jì)算時(shí),必須以規(guī)范為依據(jù),所有計(jì)算分析要整理成設(shè)計(jì)計(jì)算書和說(shuō)明書,并繪制結(jié)構(gòu)平面圖、剖面圖、上下游立面圖(1:200)和細(xì)部詳圖(1:50)關(guān)于施工組織設(shè)計(jì):初步擬定施工導(dǎo)流方案

9、、截流渡汛方案、工程分期、主要水工建筑物的施工程序、施工方法和控制性進(jìn)度,并將計(jì)算分析整理成設(shè)計(jì)計(jì)算書和說(shuō)明書及繪制施工總體平面布置圖。三、O江水利樞紐設(shè)計(jì)資料說(shuō)明流域概況O江位于我國(guó)西南地區(qū),流向自東向西北,全長(zhǎng)約122公里,流域面積2558平方公里,在壩址以上流域面積為780平方公里。本流域大部分為山嶺地帶,山脈、盆地相互交錯(cuò)于其間,地形變化劇烈,流域內(nèi)支流很多,但多為小的山區(qū)河流,地表大部分為松軟沙巖、頁(yè)巖、玄武巖及石灰?guī)r的風(fēng)化層,汛期河流含沙量較大,沖積層較厚,兩岸有崩塌現(xiàn)象。本流域內(nèi)因山脈連綿,交通不便,故居民較少,全區(qū)農(nóng)田面積僅占總面積的20%,林木面積約占全區(qū)的30%,其種類有松

10、、杉等。其余為荒山及草皮覆蓋。氣候特性(1)氣溫:年平均氣溫約為12.8,最高氣溫為30.5,發(fā)生在7月份,最低氣溫-5.3,發(fā)生在1月份。月平均氣溫統(tǒng)計(jì)表()表1月份123456789101112平均氣溫4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8 平均溫度日數(shù) 表2月份日數(shù)溫度123456789101112061.20.3000000003.10302526.830.7303130313130313027.930000000000000(2)濕度:本區(qū)域氣候特征是冬干夏濕,每年11月至次年四月特別干燥,其相對(duì)濕度在51%73%之間,夏季因

11、降雨日數(shù)較多,相對(duì)濕度隨之增大,一般變化范圍為67%86%。(3)降水量:最大年降水量可達(dá)1213毫米,最小為617毫米,多年平均降水量為905毫米。月份日數(shù)溫度各月降雨日數(shù)統(tǒng)計(jì)表表31234567891011125mm2.62.24.34.27.08.611.58.59.69.54.84.3510mm0.30.20.21.42.02.42.72.72.62.40.80.11030mm0.10.10.70.52.34.64.93.82.21.30.60.1(4)風(fēng)力及風(fēng)向:一般14月風(fēng)力較大,實(shí)測(cè)最大風(fēng)速為15米/秒,風(fēng)向?yàn)槲鞅逼?水庫(kù)吹程為12公里。(三)水文特性O(shè)江徑流的主要來(lái)源為降水,

12、在此山區(qū)流域內(nèi)無(wú)湖泊調(diào)節(jié)徑流。根據(jù)短期水文氣象資料研究,一般是每年五月底至六月初河水開始上漲,汛期開始,至十月以后洪水下降,則枯水期開始,直至次年五月。O江洪水形狀陡漲猛落,峰高而瘦,具有山區(qū)河流的特性,實(shí)測(cè)最大流量為700秒,而最小流量為0.5。多年平均流量17。經(jīng)頻率分析,求得不同頻率的洪峰流量見下表。頻率0.0512510流量()23201680142011801040各月不同頻率洪峰流量:()表4頻率月份1234567891011121%4619121960012401550121067039028372%3617111553011201360109060031023335%23149

13、114208501100830480250162810%1911793707609807204102101523固體徑流:O江為山區(qū)性河流,含沙量大小均隨降水強(qiáng)度及降水量的大小而變化,平均含沙量達(dá)0.5公斤/立米?？菟跇O小,河水清澈見底,初步估算30年后壩前淤積高程為2765米。(四)工程地質(zhì)(1)水庫(kù)地質(zhì):庫(kù)區(qū)內(nèi)出露的地層有石灰?guī)r、玄武巖、火山角礫巖與凝灰?guī)r等。經(jīng)地質(zhì)勘探認(rèn)為庫(kù)區(qū)滲漏問(wèn)題不大,但水庫(kù)蓄水后,兩岸的坡積與殘積等物質(zhì)的坍岸是不可避免的,經(jīng)過(guò)勘測(cè),估計(jì)可能塌方量約為300萬(wàn)立米,在考慮水庫(kù)淤積問(wèn)題時(shí)可作為參考。(2)壩址地質(zhì):壩址位于O江中游地段的峽谷地帶,河床比較平緩,坡降不太

14、大,兩岸高山聳立,構(gòu)成高山深谷的地貌特征。壩址區(qū)地層以玄武巖為主,間有少量火山角礫巖和凝灰?guī)r穿構(gòu),對(duì)其巖性分述如下:玄武巖:一般為深灰色、灰色、有含泥量氣孔,為綠泥石、石英等充填,成為杏仁狀構(gòu)造,并間或有方解石石脈,石英脈等穿其中,這些小脈都是后來(lái)沿裂隙充填進(jìn)來(lái)的。堅(jiān)硬玄武巖應(yīng)為不透水層,但因節(jié)理裂縫較發(fā)育,透水性也會(huì)隨之增加,其礦物成份為普通輝石、檢長(zhǎng)石、副成分為綠泥石、石英、方解石等。由于玄武巖成分不甚一致,風(fēng)化程度不同,力學(xué)性質(zhì)亦異,可分為堅(jiān)硬玄武巖、多孔玄武巖,破碎玄武巖、軟弱玄武巖、半風(fēng)化玄武巖和全風(fēng)化玄武巖。其物理力學(xué)性質(zhì)見下表。壩基巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)表表5巖石名稱比 重容重(K

15、N/m3)采用抗壓強(qiáng)度(MPa)半風(fēng)化玄武巖3.0129.650破碎玄武巖2.9529.25060火山角礫巖2.9028.735120軟弱玄武巖2.8527.01020堅(jiān)硬玄武巖2.9629.2100160多氣孔玄武巖2.8527.870180全風(fēng)化玄武巖物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)表表6天然含水率W%干容重KN/比重液限WL塑限WF塑性指數(shù)Wn壓縮系數(shù)浸水固結(jié)塊剪力00.5cm3/KN34cm3/KN內(nèi)摩擦角凝聚力KPa2.516.32.9747.332.2616.90.05970.015128.3824.0滲透性:經(jīng)試驗(yàn)得出發(fā)值為4.147.36米/晝夜?；鹕浇堑[巖:角礫為玄武巖,棱角往往不明顯,直徑

16、為215厘米,膠結(jié)物仍為玄武巖質(zhì),膠結(jié)緊密者抗壓強(qiáng)度與堅(jiān)硬玄武巖無(wú)異,其膠結(jié)程度較差者極限抗壓強(qiáng)度低至350kg/cm2。凝灰?guī)r:成土狀或頁(yè)片狀,巖性軟弱,與砂質(zhì)粘土近似,風(fēng)化后成為粘土碎屑的混合物,遇水崩解,透水性很小。河床沖積層:主要為卵礫石類土,砂質(zhì)粘土與砂層均甚少,且多呈透鏡體狀,并有大漂石滲雜其中,卵礫石成分以玄武巖為主,石灰?guī)r和砂巖占極少數(shù),沿河谷內(nèi)分布。壩基部分沖積層厚度最大為32米,一般為20米左右?？堪哆呑钌贋閹酌?。顆粒組成以卵礫石為主,砂粒和細(xì)小顆粒為數(shù)很少。卵石最小直徑一般為10100毫米；礫石直徑一般為210毫米；砂粒直徑0.050.2毫米；細(xì)小顆粒小于0.1毫米。沖積

17、層剪力試驗(yàn)成果表表7土壤名稱項(xiàng)目計(jì)算值容重(控制)KN/m3含水量(控制)三軸剪力(塊剪)應(yīng)變控制浸水固結(jié)快剪內(nèi)摩擦角凝聚力KPa內(nèi)摩擦角凝聚力KPa含中量細(xì)粒的礫石次數(shù)17128822最大值24.38.66471537.0325410.5最小值22.24.27353012.017550平均值23.086.47403418.225255.3小值平 均值37320.148備注三軸剪力土樣控制系篩去大于4顆粒后制備的。試驗(yàn)時(shí)土樣的容重為控制容重。應(yīng)變控制土樣的容重系篩去大于0.1后制備的。以上兩種試驗(yàn)的土樣系擾動(dòng)的。沖積層的滲透性能:經(jīng)抽水試驗(yàn)后得滲透系數(shù)K值為0.03cm/s0.01cm/s。坡

18、積層:在水庫(kù)區(qū)及壩址區(qū)山麓地帶均可見到,為經(jīng)短距離搬運(yùn)沉積后,形成粘土與碎石的混合物質(zhì)。(3)地質(zhì)構(gòu)造壩址附近無(wú)大的斷層,但兩岸露出的巖石、節(jié)理特別發(fā)育,可以分為兩組,一組走向與巖層走向幾乎一致,即北東方向,傾向西北；另一組的走向與巖層傾向大致相同,傾角一般都較大,近于垂直,裂隙清晰,且為鈣質(zhì)泥質(zhì)物所充填,節(jié)理間距密者0.5米即有一條,疏者35米即有一條,所以沿岸常見有巖塊崩落的現(xiàn)象。上述節(jié)理主要在砂巖、泥灰?guī)r與玄武巖之類的巖石內(nèi)產(chǎn)生。(4)水文地質(zhì)條件本區(qū)地形高差大,表流占去大半,缺乏強(qiáng)烈透水層,故地下水不甚豐富,對(duì)工程比較有利。根據(jù)壓水試驗(yàn)資料,玄武巖中透水性不同,裂隙少且堅(jiān)硬完整的玄武巖

19、為不透水層,其壓水試驗(yàn)的單位吸水量小于0.01kg/min。夾于玄武巖中的凝灰?guī)r,以及裂隙甚少的火山角礫巖都為良好的不透水性巖層,正因?yàn)檫@些隔水的與透水的玄武巖存在逐使玄武巖區(qū)產(chǎn)生許多互不連貫的地下水,一般砂巖也是細(xì)粒至微粒結(jié)構(gòu),除因構(gòu)造節(jié)理裂隙較發(fā)育,上部裂隙水較多外,深處巖層因隔水層的層次多,難于形成泉水,石灰?guī)r地區(qū)外圍巖石多為不透水層,滲透問(wèn)題也不存在。(5)本地區(qū)地震烈度定為7度,基巖與砼之間磨擦系數(shù)取0.65。五、建筑材料（1） 料場(chǎng)的位置和儲(chǔ)量見壩區(qū)地形圖,由于河谷內(nèi)地形平坦,采運(yùn)尚方便。沙礫料料場(chǎng)壩址上下游各有四個(gè),總量達(dá)1850萬(wàn)方。粘性土料上游有三個(gè)料場(chǎng),下游二個(gè)料場(chǎng),總量1

20、90萬(wàn)方。料場(chǎng)距壩址km左右。石料(堅(jiān)硬玄武巖)總儲(chǔ)量450萬(wàn)方。石料距壩址較進(jìn),開采條件較好。（2） 物理力學(xué)性質(zhì) 土料:見下表8。砂礫石:(a)顆粒級(jí)配表830010010060602020_.52.51.21.20.60.60.30.30.150.151上5.218.621.412.318.613.95.44.60.32上4.817.820.314.117.814.84.65.30.53上3.815.418.515.316.420.53.56.20.44上6.018.319.416.415.616.74.82.50.31下4.514.120.123.214.97.28.67.20.22下

21、3.919.222.418.719.18.35.72.80.13下5.023.119.114.218.48.96.34.10.94下4.122.418.714.117.914.44.13.60.7(b)物理性質(zhì)表9名稱1上2上3上4上1下2下3下4下容重1.861.791.911.901.861.851.841.80比重2.752.742.762.752.752.732.732.72孔隙率32.534.731.031.532.532.232.533.8軟弱顆粒2.0%1.5%0.9%1.2%2.5%0.8%1.0%1.2%有機(jī)物含量淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色各砂礫石料場(chǎng)滲透系數(shù)K值為2.

22、0102cm/s。最大孔隙率0.44,最小孔隙率0.27。(c)各料場(chǎng)的天然休止角 表10料場(chǎng)名稱最小值最大值平均值1上3430355035102上3500371036003上3440364035404上3510374036301下3410363035202下3520380036403下3430371035504下360038203710石料:堅(jiān)硬玄武巖可作為堆石壩石料,儲(chǔ)量較豐富,在壩址附近有石料場(chǎng)一處,覆蓋層淺,開采條件較好。六、經(jīng)濟(jì)資料(1)庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì):流域內(nèi)都為農(nóng)業(yè)人口,多種植稻米、苞谷等。庫(kù)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有價(jià)值可開采的礦,淹沒(méi)情況如下表11。表11高程(米)2807281228172822

23、28272832淹沒(méi)人口(人)350036403890406053207140(2)交通運(yùn)輸壩址下游120公里處有鐵路干線通過(guò),已建成公路離壩址僅20公里,因此交通方便。第二章工程等別及建筑物的級(jí)別水利水電工程的等別,在SDJ12-1978水利水電樞紐工程等級(jí)劃分設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(山區(qū),丘陵區(qū)部分)之中作出的規(guī)定,將水利水電樞紐工程根據(jù)其工程規(guī)模效益及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性劃分為五類,綜合考慮水庫(kù)的總庫(kù)容、防洪庫(kù)容、灌溉面積、電站的裝機(jī)容量等,工程規(guī)模有庫(kù)容決定,由于該工程正常蓄水位高程2820.1m,庫(kù)容約為3.86億m3,估計(jì)校核情況下的庫(kù)容不會(huì)超過(guò)億m3,最終由庫(kù)控制,屬于大()型。水利水電樞紐工

24、程分等指標(biāo)工程等別工程規(guī)模分等指標(biāo)水庫(kù)庫(kù)容(億m3 )防洪灌溉面積(萬(wàn)畝)電站裝機(jī)容量 (萬(wàn)kw)保XX市及工礦區(qū)保護(hù)農(nóng)田(萬(wàn)畝)一大(1)型10特別重要XX市、工礦區(qū)50015075二大(2)型101重XX市、工礦區(qū)500100150507525三中型10.1中XX市、工礦區(qū)10030505252.5四小(1)型0.10.01一XX市、工礦區(qū)3050.52.50.05五小(2)型0.010.0010.50.05水工建筑物在SDJ12-1978第五條規(guī)定,該類大()型的主要水工建筑物為級(jí),次要建筑物為級(jí),臨時(shí)建筑物為級(jí)。水工建筑物級(jí)別的劃分 工程等別永久性建筑物的級(jí)別臨時(shí)性建筑物的級(jí)別主要建筑

25、物次要建筑物一123二234三345四455五555永久性水工建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn):永久性擋水建筑物和泄水建筑物正常洪水(設(shè)計(jì)時(shí))的重現(xiàn)期為年,非常運(yùn)用洪水(校核時(shí))的重現(xiàn)期為年；水電站廠房正常與非正常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)分別為年和年；臨時(shí)性水工建筑物采用洪水標(biāo)準(zhǔn)為年。永久性擋水和泄水建筑物正常運(yùn)用洪水期標(biāo)準(zhǔn)建筑物級(jí)別12345洪水重現(xiàn)期(年)500100503020永久性擋水和泄水建筑物正常運(yùn)用洪水期標(biāo)準(zhǔn)不同壩型的樞紐工程建 筑 物 的 級(jí) 別12345土壩、堆石壩、干砌石壩10000或可能最大洪水20001000500200混凝土壩、漿砌石壩50001000500200100第三章 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算一.設(shè)

26、計(jì)洪水與校核洪水本河流屬典型山區(qū)河流,洪水暴漲暴落,設(shè)計(jì)洪峰流量取100年一遇.即=(p=1%),校核洪峰流量取20_年一遇.即=2320m3/s,()。采用以洪峰控制的同倍比放大法對(duì)典型洪水進(jìn)行放大,得設(shè)計(jì)洪水與校核洪水過(guò)程線。如下圖所示二.調(diào)洪演算與方案選擇1.泄洪方式及水庫(kù)運(yùn)用方式本樞紐攔河大壩初定為土石壩,需另設(shè)壩外泄水建筑物。由于壩址兩岸山坡陡峻,如采取開敞溢洪道的方案,可能造成開挖量太大而不經(jīng)濟(jì),因而采用隧洞泄洪,并考慮與施工導(dǎo)流結(jié)合。水庫(kù)運(yùn)用方式:洪水來(lái)臨時(shí)用閘門控制下泄流量等于來(lái)流量,水庫(kù)保持汛前限制水位不變,當(dāng)來(lái)水流量繼續(xù)加大,則閘門全開,下泄流量隨水位的升高而加大,流態(tài)為自

27、由泄流。2.防洪限制水位的選擇防洪限制水位取與正常水位重合,這是防洪庫(kù)容與興利庫(kù)容全不結(jié)合的情況,因?yàn)樯絽^(qū)河流特點(diǎn)是爆漲爆落,整個(gè)汛期內(nèi)大洪水隨時(shí)都可能出現(xiàn),任何時(shí)刻都須留一定的防洪庫(kù)容是必要的。3.調(diào)洪演算本設(shè)計(jì)擬訂四組方案進(jìn)行比較,調(diào)洪演算成果見下表調(diào)洪演算成果表 方案孔口尺寸工況Qm3/sV()上游水位z超高z一z=2810mB=7m設(shè)計(jì)5653982821.721.62校核6694202823.082.98二z=2809mB=7m設(shè)計(jì)6483982821.721.62校核7404182822.912.81三z=2810mB=8m設(shè)計(jì)6533972821.61.5校核7504132822

28、.772.67四z=2811mB=8m設(shè)計(jì)6003992821.871.77校核6984212823.13.004.方案選擇以上方案均能滿足泄流量Q900m3/s,上游水位最高Z3.5m的要求,從這個(gè)角度上看四種方案都是可行的.因而方案的選擇就應(yīng)該通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定.同時(shí)也應(yīng)結(jié)合導(dǎo)流問(wèn)題.一般來(lái)說(shuō),Z大壩增高,從而壩的工程量加大；B大則增加隧洞的開挖及其他工程量,而Q/B越大消能越困難,襯砌要求也高.后兩種方案量Q/B的水頭較小,可降低閘門及其啟閉設(shè)備的造價(jià).但Z,B較大,主體工程量較大故而不予采用.第一方案與其它方案比較雖然超高Z較大,但流量Q較小,水頭H也較小,故采用第一方案.即堰頂高程

29、Z=2810m,溢流孔口凈寬B=7m,設(shè)計(jì)水位2821.72m,校核水位2823.08m,設(shè)計(jì)泄洪流量565m3/s,校核泄洪流量669m3/s.第四章 壩型選擇及樞紐布置一.壩址及壩型選擇1. 壩址選擇經(jīng)過(guò)比較選擇地形圖所示河彎地段作為壩址,并選擇II、IIII兩條較有利的壩軸線,兩軸線河寬基本相近,從而大壩工程量基本相近,從地質(zhì)剖面圖上可以看出:II剖面,河床覆蓋層厚平均20m,河床中部最大達(dá)32m,壩肩除10m左右范圍的風(fēng)化巖外,還有數(shù)十條的破碎帶,其余為堅(jiān)硬的玄武巖,地質(zhì)構(gòu)造總體良好(對(duì)土石壩而言),IIII剖面除與II剖面具有大致相同厚度的覆蓋層及風(fēng)化巖外,底部玄武巖破碎帶縱橫交錯(cuò),

30、若將壩建于此,則繞壩滲流可能較大,進(jìn)行地基處理則工程量太大,綜合考慮以上因素,壩軸線選擇II處。2.壩型選擇所選的壩軸線處河床沖積層較深,兩岸風(fēng)化巖石透水性大,基巖的強(qiáng)度較底,且不完整。從地質(zhì)條件看不宜建拱壩。支墩壩本身的應(yīng)力較高,對(duì)地基的要求也很高,在這種地質(zhì)條件下修建支墩壩也是不可能的。較高的混凝土重力壩也要求修建在巖石基礎(chǔ)上,因此也是不可行的。而土石壩適應(yīng)地基變形能力較強(qiáng),對(duì)地基的要求較低。從當(dāng)?shù)氐牟牧蟻?lái)看材料比較豐富,土石壩又有就地取材特點(diǎn)。通過(guò)各種不同的壩型進(jìn)行定性的分析比較,綜合考慮地形條件、地質(zhì)條件、建筑材料、施工條件、綜合效益等因素,最終選擇土石壩的方案。二樞紐組成建筑物1.擋

31、水建筑物。土石壩。2.泄水建筑物。包括泄洪隧洞和沖沙放空洞,均與導(dǎo)流隧洞結(jié)合。3.水電站建筑物。包括引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、電站廠房、開關(guān)站等。三.樞紐總體布置1.擋水建筑物土壩擋水建筑物按直線布置,壩布置在河彎地段上。2.泄水建筑物泄洪隧洞泄洪采用隧洞方案,為縮短長(zhǎng)度、減小工程量,泄洪隧洞布置在凸岸,這樣對(duì)流態(tài)也較為有利,考慮到引水發(fā)電隧洞也布置在凸岸,泄洪隧洞布置以遠(yuǎn)離壩腳和廠房為宜。為減少泄洪時(shí)影響發(fā)電,進(jìn)出口相距80100m以上。3.水電站建筑物引水隧洞、電站廠房布置于凸岸,在泄洪隧洞與大壩之間,由于風(fēng)化巖層較深,廠房布置在開挖后的堅(jiān)硬玄武巖上,開關(guān)站布置在廠房旁邊。綜合考慮各方面

32、因素,最后決定樞紐布置如上圖所示。第五章 大壩設(shè)計(jì)一.土石壩壩型的選型影響土石壩壩型選擇的因素很多,最主要的是附近的筑壩材料,還有地形地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理、抗震要求等。應(yīng)選擇幾種比較優(yōu)越的壩型,擬訂剖面輪廓尺寸,進(jìn)行比較工程量、工期、造價(jià)、最后選定技術(shù)上可靠,經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。本設(shè)計(jì)限于資料只作定性的分析來(lái)確定土石壩壩型的選擇。均質(zhì)壩材料比較單一,施工簡(jiǎn)單,但壩身粘性較大,冬季施工較為不便,且無(wú)足夠適宜的土料來(lái)作均質(zhì)壩(經(jīng)探明壩址附近可筑壩的土料只有190萬(wàn)m3 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求),因此均質(zhì)壩方案不可行。堆石壩壩坡較陡,工程量減小。堆石壩施工干擾相對(duì)較小。壩址附近有堅(jiān)硬玄武巖

33、巖石料場(chǎng)一處,儲(chǔ)量達(dá)450萬(wàn)m3 ,開采條件較好,可作為堆石壩石料,從材料角度可以考慮堆石壩方案。但是由于河床地質(zhì)條件較差,沖積層最大深達(dá)32m,平均也有20 m,作為堆石壩可能導(dǎo)致大量的開挖,此方案不予考慮。塑性斜墻壩(用沙礫料作為壩殼,以粘土料作防滲體設(shè)在壩體的上游做斜墻)的斜墻與壩殼兩者施工的干擾較小,但對(duì)壩體、壩基的沉降比較敏感,抗震性能較差,易產(chǎn)生裂縫；塑性心墻(以砂礫料作為壩殼,以粘土料作防滲體設(shè)置在壩剖面的中部作心墻)與斜墻壩相比工程量相對(duì)較小,適應(yīng)不均勻變形,抗震性能較好,但要求心墻粘土料與壩殼沙礫料同時(shí)上升,施工干擾大,工期長(zhǎng)。從筑壩材料來(lái)看,由于壩址上下游2km內(nèi)有可供筑壩

34、的土料190 萬(wàn)m3 作為防滲體之用,又有1250萬(wàn)m3 的沙礫料作為壩殼,心墻壩與斜墻壩都是可行的。本地區(qū)為地震區(qū),基本烈度7度,從抗震性能及適應(yīng)不均勻沉降變形來(lái)看宜采用心墻壩；從施工及氣候條件宜采用斜墻壩。由于本地區(qū)的粘性土料自然含水量較高,不宜采用粘性土料,以薄心墻、薄斜墻較為有利,又因?yàn)閴位鶙l件較為復(fù)雜,處理工程量大、工期長(zhǎng),以采用斜墻壩為宜。斜心墻壩綜合了心墻壩與斜墻壩的優(yōu)缺點(diǎn):心墻有足夠的斜度,壩殼對(duì)心墻的拱效應(yīng)作用減弱；斜心墻壩對(duì)下游支承棱體的沉陷不如斜墻那樣敏感,斜心墻壩的應(yīng)力狀態(tài)較好,因而最終采用斜心墻壩的方案。二.大壩輪廓尺寸的擬定 大壩剖面輪廓尺寸包括壩頂高程,壩頂寬度、

35、上下游壩坡、防滲體等排水設(shè)備。1.壩頂寬度壩頂寬度主要取決于交通需要、構(gòu)造要求和施工條件,同時(shí)還要考慮防汛搶險(xiǎn)、防空、防震等特殊需要。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)資料,壩高H在30100m 的范圍內(nèi)時(shí),壩頂?shù)膶挾茸钚∪/10,并不小于5m 。最終本設(shè)計(jì)的壩頂寬度取為10m 。2.壩坡與戧道土石壩的壩面坡度取決于壩高、筑壩材料性質(zhì)、運(yùn)用情況、地基條件、施工方法及壩型等因素。一般是參考以建成類似工程的經(jīng)驗(yàn)擬定壩坡,再通過(guò)計(jì)算分析,逐步修改確定。在滿足穩(wěn)定要求的前提下,應(yīng)盡可能使壩坡陡些,以減小壩體工程量。根據(jù)規(guī)范規(guī)定與實(shí)際結(jié)合,上游上部坡率取2.5,下部取3.0,下游自上而下分別取2,2,2.50.下

36、游每25m變坡一次.在壩坡改變處,尤其在下游坡,通常設(shè)置1.52寬的馬道(戧道)以使匯集壩面的雨水,防止沖刷壩坡,并同時(shí)兼作交通、觀測(cè)、檢修之用,考慮這些因素其寬度取為2.0。3.坡頂高程壩頂高程分別按設(shè)計(jì)工況、校核工況及正常加地震情況下的三種方案來(lái)計(jì)算大壩的高程,最后計(jì)算出數(shù)據(jù)取最大值,同時(shí)并保留一定的沉降值.壩頂高程在水庫(kù)正常運(yùn)用和非常運(yùn)用期間的靜水位以上應(yīng)該有足夠的超高,以保證水庫(kù)不漫頂,其超高值按下式而定:d=hBea式中 hB波浪沿著壩坡的爬高(m)；e壩前庫(kù)水因風(fēng)浪引起的壅高；a安全加高(m),根據(jù)壩的等級(jí)及運(yùn)用情況按下表選用土壩壩頂?shù)陌踩咧颠\(yùn)用情況壩的級(jí)別、正常1.51.00

37、.70.5非常0.70.50.40.3e=0.036(Vf)2Dcos/H ()式中 Vf為風(fēng)速(m/s);D為庫(kù)面吹程(km),D=12km ；風(fēng)向與壩軸線方向所成的夾角,=25；H為壩前的水深(m)。波浪的爬高可按下述公式計(jì)算:hB=3.2K(2hl)tan式中: hl為波高；K為壩坡的粗糙系數(shù),塊石取K=0.750.8,混凝土板取K=0.91.0；為上游的壩面坡角,=arctan(1/2.5)=21.82hl=0.0166Vf(5/4)D(1/3) Vf 當(dāng)計(jì)算為設(shè)計(jì)工況時(shí),風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)速的1.5倍；當(dāng)計(jì)算為校核工況時(shí),風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)速。結(jié)果取兩者之大者,并預(yù)留一定的沉降值

38、.結(jié)果見下表,設(shè)計(jì)竣工時(shí)壩頂高程為2825m.坡頂高程計(jì)算成果表計(jì)算情況計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)情況校核情況上游靜水位(m)2821.722823.08河地變程(m)2750壩前水深H(m)71.7273.08吹程D(km)12風(fēng)向與壩軸線夾角25風(fēng)浪引起壩前 高e(m)0.00630.0062風(fēng)速v(m/s)1515波高2h(m)1.1221.122護(hù)坡粗糙系數(shù)0.78上游壩面坡角21.8波浪沿壩坡爬高(m)1.1201.120安全超高A (m)1.00.5壩頂高程(m)2823.852824.71壩頂高程加0.4%沉陷(m)2824.1528254.壩體排水本地區(qū)石料比較豐富,采用堆石棱體排水比較適宜

39、,它可以降低壩體浸潤(rùn)線,防止壩坡凍漲和滲透變形,保護(hù)下游壩址免受尾水淘刷,并可支撐壩體,增加下游壩坡的穩(wěn)定性。按規(guī)范棱體頂面高程高出下游最高水位1m為原則,下游校核洪水時(shí)下游水位可由壩址流量水位曲線查得為2754.88m最后取2756.0m參考以往工程,堆石棱體內(nèi)坡取1:1.5,外坡取1:2.0,頂寬2.0m,下游水位以上用貼坡排水.5.大壩防滲體大壩防滲體的設(shè)計(jì)主要包括壩體防滲和壩基防滲兩個(gè)方面.(1).壩體的防滲壩體防滲的結(jié)構(gòu)和尺寸必須滿足減小滲透流量、降低浸潤(rùn)線控制滲透坡降的要求,同時(shí)還要滿足構(gòu)造、施工、防裂、穩(wěn)定等方面的要求.該壩體采用粘土斜心墻,其底部最小厚度由粘土的允許坡降而頂,本

40、設(shè)計(jì)允許滲透坡降J=5,上游校核洪水時(shí)承受的最大水頭為73.08,墻的厚度B73.08/5=14.616.參考以往工程的經(jīng)驗(yàn),斜心墻的頂部寬度取為5(滿足大于3機(jī)械化施工要求),粘土斜心墻的上游壩坡的坡度為1:0.41:1.0之間,根據(jù)第十一屆國(guó)際大壩會(huì)議上瑞典和南斯拉夫等論文介紹,斜心墻的上游坡度為1:0.41:0.6之間較好,最后本設(shè)計(jì)取為1:0.6,下游坡度取為1:0.2,底寬取34.94,大于14.616.粘土斜心墻的頂部高程以設(shè)計(jì)水位加一定的超高(超高0.6m)并高于校核洪水位為原則,最終取其墻頂高程為2823.1,墻頂?shù)纳喜款A(yù)留有1.9m的保護(hù)層,并將粘土斜心墻稍斜向上游.(2).

41、壩基防滲體河床中部采用瀝青混凝土防滲墻,兩岸坡同樣用混凝土防滲墻,厚度取0.8(由強(qiáng)度和防滲條件定),防滲墻伸入心墻的長(zhǎng)度由接觸面允許滲透坡降而定.上下游最大水頭差為67.9m (正常水位時(shí)),取 J =5.0,則L=67.9/5=13.58m,設(shè)計(jì)伸入7.5m.這樣接觸面長(zhǎng)度為防滲墻位置在心墻底面中心中部偏上,岸坡混凝土防滲墻底厚沿岸坡,逐漸變化,大壩的剖面圖如下圖所 三土料設(shè)計(jì)筑壩材料的設(shè)計(jì)與土壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方法及工程造價(jià)有關(guān),一般力求壩體內(nèi)的材料分區(qū)簡(jiǎn)單,就地就近取材,因材設(shè)計(jì)。土料設(shè)計(jì)的主要目的是確定粘土的填筑干容重、含水量,礫質(zhì)土的礫石含量、干容重、含水量,砂礫料的相對(duì)密度和干容

42、重等指標(biāo),同時(shí)要使材料具有較高的強(qiáng)度,以減小壩體斷面尺寸,防滲體較小的滲透性,以保證滲透穩(wěn)定。1粘性土料的設(shè)計(jì)(1)計(jì)算公式:粘壤土用南京水利科學(xué)研究所標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀做擊實(shí)試驗(yàn)求最大干容重、最優(yōu)含水量(一般采用25擊,其擊實(shí)功能為86.3tm/m3)。由于最優(yōu)含水量隨壓實(shí)功能的大小而變,故在土料的設(shè)計(jì)中常根據(jù)土料的實(shí)際施工機(jī)具的壓實(shí)功能,選擇相應(yīng)的最優(yōu)含水量作為填筑土料的含水量。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的筑壩經(jīng)驗(yàn),常將粘土的填筑含水量控制在最優(yōu)含水量的附近,其上下偏離最優(yōu)含水量不超過(guò)(A2%3%)。根據(jù)以上的擊實(shí)次數(shù)和擊實(shí)功能,得出的多組平均最大干容重和平均最優(yōu)含水量.設(shè)計(jì)干容重為: 式中 設(shè)計(jì)干容重,(/3)

43、；在相應(yīng)擊實(shí)功能下的平均最大干容重。施工條件系數(shù)(或稱壓實(shí)系數(shù))。對(duì)于一二級(jí)高壩,的值采用0.960.99之間,三四級(jí)壩或低壩可采用0.930.96,本設(shè)計(jì)取=0.96；粘性土的填筑含水量為: =PP 式中 P土的塑限；P土的塑性指數(shù)；稠度系數(shù),對(duì)高壩可取-0.10.1之間,低壩可取0.10.2之間,本設(shè)計(jì)取=-0.7。 設(shè)計(jì)最優(yōu)含水量為 用下述公式計(jì)算最大干容重作為校核參考:=式中 土粒的比重；壓實(shí)土的含氣量,粘土可取0.05,砂質(zhì)粘土取0.04,壤土可取0.03,本設(shè)計(jì)取為0.05。運(yùn)用下式作校核: 1.021.12 式中 土料場(chǎng)的自然干容重；對(duì)一二級(jí)壩,還應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn),以便復(fù)核,

44、并據(jù)以選定施工碾壓參數(shù)。(2).設(shè)計(jì)成果表粘性土料設(shè)計(jì)成果表料 場(chǎng)比重s2.6762.672.652.742.7最優(yōu)含水量22.0721.0722.3023.816.9設(shè)計(jì)干容重1.5361.5841.49761.47841.728塑限含水量wp23.1422.2025.026.320.0填筑含水量w21.7820.6823.2924.6619.02自然含水量%24.824.225.626.315.90塑性指數(shù)19.4621.7024.5723.5014.0孔隙此e0.7420.6860.76950.8530.5625濕密度1.871.9121.8461.8432.00浮密度0.9620.99

45、10.93250.9391.088內(nèi)摩擦角244025302310213028粘聚力0.240.230.250.380.17滲透系數(shù)k()4.3194.81.93.9630(3).土料的選用已經(jīng)探明上下游共有5個(gè)粘土料場(chǎng),總儲(chǔ)量為190萬(wàn)m3,因地理位置不同,各料場(chǎng)的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、和化學(xué)性質(zhì)也存在一定的差異,土料的采用以“近而好”為原則.III#下料場(chǎng)的滲透系數(shù)偏大(/s)不予采用,因?yàn)楦鶕?jù)筑壩材料的填筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,滲透系數(shù)一般對(duì)均質(zhì)壩不大于110-43/s,對(duì)心墻或斜墻不大于110-53/s其余幾個(gè)料場(chǎng)力學(xué)性質(zhì)相差不是太大,基本上能滿足筑壩要求。I#下料場(chǎng)的塑性指數(shù)小于20,從壓的角度宜

46、采用I#下料場(chǎng)的粘土料,所以可將I#下料場(chǎng)作為主料場(chǎng),其余幾個(gè)料場(chǎng)作為輔助料場(chǎng)。3.壩殼砂礫料設(shè)計(jì)(1).計(jì)算公式.壩殼砂礫料設(shè)計(jì)指標(biāo)以相對(duì)密實(shí)度表示如下:,或式中:emax為最大孔隙比,emax=；emin為最小孔隙比,emin=；e為填筑的沙、沙卵石、或地基原狀沙、沙卵石的孔隙比,e=；為沙粒比重；、為最大和最小干容重,由試驗(yàn)求得:為填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的干容重。非粘性土料填筑一般要達(dá)到密實(shí)狀態(tài),對(duì)于砂土要求Dr不小于0.70；對(duì)于砂礫石,則依壩的級(jí)別而定,I、級(jí)壩Dr不小于0.75,、級(jí)壩不小于0.70。在地震區(qū)要求更高。一般沙礫料的干容重KN/m3。(2).設(shè)計(jì)成果砂礫

47、料設(shè)計(jì)成果表料 場(chǎng)不均勻系數(shù)大于5mm礫石含量%比重s設(shè)計(jì)干容重ra設(shè)計(jì)孔隙比e保持含水量%濕容重ru浮容重r內(nèi)摩檫角粘聚力滲透系數(shù)10-2cm/s43450.751.86590.473851.961.19363002.045482.751.86590.473851.961.19351002.045462.751.86590.473851.961.19352002.034422.731.85240.473851.951.174364002.0 (3).砂礫料的選用。除料場(chǎng)的不均勻系數(shù)不滿足要求外,其余幾個(gè)料場(chǎng),滲透系數(shù)、礫石含量、不均勻系數(shù)能滿足要求,故而都可作為筑壩的砂礫料。施工時(shí)可考慮上游

48、料填在壩的上游測(cè),下游砂礫料填在下游測(cè),這樣有利于施工,減小相對(duì)干擾。從顆粒級(jí)配曲線可以看出、料場(chǎng)級(jí)配較好,物理力學(xué)指標(biāo)也較高,應(yīng)優(yōu)先采用。砂礫料場(chǎng)上下游共8處,總量為1850萬(wàn)立方米,大壩工程在400萬(wàn)立方米左右。用兩個(gè)料場(chǎng)可能數(shù)量不足,可以、料場(chǎng)砂礫料作為輔助之用。四滲流計(jì)算土石壩的滲流計(jì)算主要確定壩體的浸潤(rùn)線的位置,為壩體的穩(wěn)定分析和布置觀測(cè)設(shè)備提供依據(jù)；同時(shí)確定壩體與壩基的滲透流量,以估算水庫(kù)的滲漏損失,而且還要確定壩體和壩基滲流區(qū)的滲透坡降,檢查產(chǎn)生滲透變形的可能性,以便取適合的控制措施。1. 計(jì)算方法選擇水力學(xué)解土壩滲流問(wèn)題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點(diǎn),將壩體分為若干段,應(yīng)用達(dá)西定理近視解土壩滲流問(wèn)題,計(jì)算假定任一鉛直過(guò)水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖:通過(guò)防滲體流量: 通過(guò)防滲體后滲流量: 其中 K防滲體滲透系數(shù),H上游水深；H1逸出水深；B防滲體有效厚度；防滲體等效和傾角;K2混凝土防滲墻滲透系數(shù),m/s;T1下游水深,T沖積層厚度,取最大值32m;D防滲墻厚度;K1防滲體后滲透系數(shù)；m/s;KT沖積層滲透系數(shù)；210-4m/s;假設(shè):1).不考慮防滲體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用；2).由于沙礫料滲透系數(shù)較大,防滲體又損耗了