土石壩課程設計最終稿_圖文

1、 畢業(yè)設計說明及計算書設計 題目 E 江水利樞紐工程設計 專業(yè)年級 水利水電工程 2011級 學 號姓 名 張 昆指導老師 沈 長 松評閱老師繼續(xù)教育學院2013年 4月目 錄設計說明書3.3、樞紐組成建筑物 . . 154、筑壩材料 . . 165、樞紐布置 . . 17 5.1、工程等別及建筑物級別 . . 178 其它建筑型式的選擇 . . 20 8.1、灌溉引水建筑物 . . 208.3過壩建筑物 . . 21 8.4施工導流洞及水庫放空洞 . . 218.5、 樞紐總體布置方案的確定 . . 21設計計算書18.3、控制段 . . 48 18.4、泄 槽 . . 48 18.5、出口

2、消能 . . 49 19、水力計算 . . 49 19.1、基本計算 . . 49 19.2、基本計算公式 . . 49 19.3、鼻坎型式 . . 49 19.4、水舌挑射距離計算 . . 50 20、襯砌及細部構(gòu)造設計 . . 51 20.1、壩的防滲體,排水設備 . . 51 20.2、反濾層設計 . . 52 20.3、護坡設計 . . 52 20.4、壩頂布置 . . 53 21、地基處理及防滲 . . 53 21.1、滲流控制方案 . . 54 20.2、防滲墻的型式、材料及布置。 . . 54 20.3、壩肩處理 . . 55 總結(jié) . 55 致謝 . 55 參考文獻 . 56設

3、計說明書一 基本資料及數(shù)據(jù)設計第一部分 綜合說明1、設計資料1.1、工程樞紐概況E 江位于我國西南地區(qū),流向自東南向西北,全長約 122km ,流 域面積 2558km ²在壩址以上流域面積為 780km 。本流域大部分為山嶺地帶, 山脈和盆地交錯期間, 地形變化劇烈, 流域內(nèi)支流很多, 但多為小的山區(qū)流河流, 地表大部分為松軟的沙巖、 頁巖、玄武巖及石灰?guī)r的風化層,汛期河流的含沙量較大,沖擊層較 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、衫等。 其余為荒山及草皮覆蓋。 因此, 有關部門對本

4、地區(qū)作了多次勘測規(guī)劃 以開發(fā)這里的水資源。1.2、樞紐任務樞紐主要任務是以灌溉發(fā)電為主, 并結(jié)合防洪, 養(yǎng)魚及供水等任務 進行開發(fā)。初步規(guī)劃,灌溉方面:本工程灌溉面積為 10萬畝(高程在 102m 以上, 發(fā)電方面 :3臺機組總裝機容量 24KW ,發(fā)電量為 1.05億度。 防洪方面 :可減輕洪水對下游城鎮(zhèn)、廠礦和農(nóng)村的威脅。 根據(jù)防洪要求, 設計洪水時控制最大泄流流量不超過 900m3/s。 漁業(yè) 方面:正常蓄水位時,水庫面積為 15.16km ²,為發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)創(chuàng)造了 有力的條件。 其它方面:引水隧道進水口底高程為 2789.00m ,出口 底高程為 2752.30m ,引水隧洞直

5、徑為 4m ,壓力鋼管直徑為 2.3m , 調(diào)壓井直徑為 12.0m ;防空洞直徑為 2.5m ?？煞揽账卉扑?2770.00m 該壩設有泄洪洞、 放空洞連同引水發(fā)電隧洞布置于右岸凸出的山 梁里面,詳見樞紐平面布置圖。該樞紐平面布置圖如下圖所示:67 1.3、 工程地質(zhì)概況壩址區(qū)地層以玄武巖為主,兼有少量火山角礫石和凝巖灰穿過, 由于玄武巖成分不一致分化程度不同, 力學性質(zhì)也不同, 可分為堅硬 玄武巖、多氣孔玄武巖、破碎玄武巖、軟弱玄武巖、半風化玄武巖和 全分化玄武巖等,其物理性質(zhì)見下表表 6 壩基巖石物理力學性質(zhì)試驗表 8 全風化玄武巖物理力學性質(zhì)實驗表 2、氣象特性2.1、氣溫:年平均

6、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)生在一月份,各月平均氣溫見表 1,平均 溫度的天數(shù)見表 2表 2平均溫度日數(shù) 9E 江 水 利 土 石 壩 樞 紐 工 程 設 計 - 10 102.2、濕度:本地區(qū)氣候特征是冬干夏濕,每年十一月至次年和四月 特別干燥,其相對濕度為 51-73%之間,夏雨因降雨日數(shù)較多,相對 濕度隨之增大,一般變化范圍為 67-86%,4/18/2012。2.3、降雨量:最大年降水量可達 1213mm ,最小為 617mm ,多年平 均降雨量為 905mm ,各月降雨數(shù)見表 3表3各月降雨日數(shù)統(tǒng)計表 2.4、 風力及風向:一般 1

7、-4月風量較大, 實測最大風速為 19.1m 每秒 相當于 8級風力,風向為西北偏西,水庫吹成為 15km 。2.5、 水文特性:E 江徑流的主要來源為降水, 在此山區(qū)流域內(nèi)無湖泊 調(diào)節(jié)江流。 根據(jù)實測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。E 江洪水形狀陡漲猛落,峰高而瘦具有山區(qū)河流的特性,實測最 大流量為 700立方米每秒,年日常徑流 :壩址附近水文站有實測資料 8年,參考臨近站水文記 錄延長后有 22年水文系列,多年年平均流量為 17立方米每秒。 洪峰流量 :經(jīng)頻率分析, 求的不同平率的洪峰流量如表 4, 各

8、月不同 平率的洪峰流量見表 5表 4不同平率的洪峰流量 表 5不同平率的洪峰流量見固體徑流:E 江為山區(qū)性河流,含沙大小均歲降水強度量的大小而 變化,平均年含沙量為 0.5kg 每立方,枯水極少,河水清澈見底,初 不估算 30年后壩前淤積高程為 2765m 。 2.6、建筑材料2.7、經(jīng)濟資料流域都為農(nóng)業(yè)人口,多種植稻米、玉米等。庫區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有 價值可采的礦石,表 13 各高程淹沒情況 壩址下游 120km 處有鐵路干線通過,已建成公路離壩址僅 20km 。 因此交通尚稱方便。第二部分:主要建筑物3 設計數(shù)3.1、工程等級 :工程的灌溉面積為 10萬畝 , 裝機容量 24MW , 多年平均發(fā)

9、電量 1,05億度。根據(jù) SDJ12-78水利水電工程樞紐等級劃分及設計標準綜合 考慮水庫總庫容防洪效益、灌溉面積、電站裝機容量,工程規(guī)模由庫 容(正常蓄水位時 3.54億 m ³,永久性水工建筑物的洪水標準:永久 性擋水建筑和泄水建筑物正常洪水(設計時的重現(xiàn)期為 100年, 非常運用洪水(校核時的重現(xiàn)期為 200年;水電站廠房正常與非 正常運用洪水標準分別為 50年和 500年;臨時性水工建筑物采用洪 水標準為 20-30年。本河流屬典型山區(qū)河流,洪水暴漲暴落,設計 洪峰流量取 100年一遇,即 Q 設=1680m3/S, (p =1%,校核洪 峰流量取 2000年一遇,即 Q 校

10、=2320m3/s,(p =0.05%。采用 以洪峰控制的同倍比放大法對典型洪水進行放大, 得設計洪水與校核 洪水過程線。3.2、其他建筑主要建筑物:擋水壩,溢洪道,電站廠房。次要建筑物:筏道,導流洞(后改為瀉洪洞。該水庫正常蓄水位為 2821.40m ,汛前限制水位取與正常蓄水位相 等,死水位為 2796.0m ,設計洪水位為 2821.72m ,校洪水位為 2823.08m 。死庫容為 1億 m3,興利庫容為 2.88億 m3,調(diào)洪庫容 為 0.38億 m3。3.3 樞紐組成建筑物4、 筑壩材料:樞紐大壩采用當?shù)夭牧现?根據(jù)初步勘察,土 料可才用壩軸線下游 1.53.5公里的丘陵區(qū)與平原

11、地帶的土料, 且儲 量很多,一般土質(zhì)尚佳,可做筑壩之用。砂料可在壩軸線下游 13公里河灘范圍內(nèi)及平山河出口出兩岸河灘開采。 石料可利用采石場開 采,采石場可利用壩 22下游左岸山溝較合適,其石質(zhì)為石灰?guī)r、砂 巖,質(zhì)量較好,質(zhì)地堅硬,巖石出露,覆蓋淺,易開采。4.1 土料:主要有粘土和壤土,可采用壩下游 1.53.0公里丘陵區(qū) 與平原地帶的土料,且儲量很多,一般土質(zhì)尚佳,可做筑壩之用。起 性能見附表 1;4.2 砂土:從壩下游 0.53.5公里河灘上開采,儲量多,可供筑壩 使用,其性能見附表 2;4.3 石料:可在壩址下游附近開采, 石質(zhì)為石灰?guī)r及砂巖, 質(zhì)地堅硬, 儲量豐富,便于開采,其性能見

12、附表 3。附表 1 土料特性表 附表 2 砂土特性表 附表 3 石料特性表5 樞紐布置5.1 工程等別及建筑物級別根據(jù)水庫樞紐的任務,該樞紐組成建筑物包括:攔河大壩、溢洪 道、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫放空隧洞(擬利用導流洞作放空洞 、筏道。6 工程規(guī)模根據(jù) 水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準 以及該工程的一 些指標確定工程規(guī)模如下:6.1、各效益指標等別:根據(jù)樞紐灌溉面積為 20萬畝,屬等工程; 根據(jù)電站裝機容量 9000千瓦即 9MW ,小于 10MW ,屬等工程; 根據(jù)總庫容為 2.00億 m3,在 101.0億 m3,屬等工程。6.2、水庫樞紐等別:根據(jù)規(guī)范規(guī)定,對具有綜合利用效益的

13、水電工 程, 各效益指標分屬不同等別時, 整個工程的等別應按其最高的等別 確定,故本水庫樞紐為等工程。6.3水工建筑物的級別:根據(jù)水工建筑物級別的劃分標準,等工程 的主要建筑物為 2級水工建筑物, 所以本樞紐中的攔河大壩、 溢洪道、 水電站建筑物、灌溉渠道, 水庫放空隧洞為 2級水工建筑物;次要建 筑物筏道為 3級水工建筑物第三部分:壩型比選。7 各組成建筑物的選擇7.1. 擋水建筑物型式的選擇在巖基上有三種類型:重力壩、拱壩、土石壩。從樞紐布置處地形地質(zhì)平面圖及 1#壩軸線地質(zhì)剖面圖上可以看 出,壩址基巖為上部為五通砂巖,下面為石英砂巖和砂質(zhì)頁巖,覆蓋 層沿壩軸線厚 1.55.0m ,五通砂

14、巖厚達 3080m ,若建重力壩清基 開挖量大,目前 C 城至壩址尚無鐵路、公路通行,修建重力壩所需水 泥、鋼筋等材料運輸不方便,且不能利用當?shù)刂尾牧?故修建重力 壩不經(jīng)濟。修建拱壩理想的地形條件是左右岸地形對稱,岸坡平順無突變, 在平面上向下游收縮的河谷段;而且壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支 撐,以保證壩體的穩(wěn)定。該河道彎曲相當厲害,尤其樞紐布置處更為 顯著形成 S 形, 1#壩址處沒有雄厚的山脊作為壩肩,左岸陡峭,右岸 相對平緩,峽谷不對稱,成不對稱的“ U ”型,下游河床開闊,無建 拱壩的可能。土石壩最適合采用岸邊溢洪道進行泄洪,在壩軸線下游 300m 處 的兩岸河谷呈馬鞍形,右岸有馬鞍形

15、埡口,采用正槽式溢洪道泄洪, 泄水槽與堰上水流方向一致,水流平順,泄洪能力大,結(jié)構(gòu)簡單,運 行安全可靠,適用于各種水頭和流量。8 其它建筑型式的選擇8.1、灌溉引水建筑物采用有壓式引水隧洞與灌溉渠首連接。進口設有攔污柵、進水喇 叭口、閘門室及漸變段;洞身采用鋼筋混凝土襯砌;出口段設有一彎 曲段連接渠首, 并采用設置擴散段的底流消能方式。 主要灌區(qū)位于河 流右岸,渠首底高程 102m ,灌溉最大引用流量 8.15m 3/s,相應渠道 最大水深 1.75m ,渠底寬 3.5m ,渠道邊坡 1 1。8.2、水電站建筑物因為土石壩不宜采用壩式水電站, 而宜采用引水式發(fā)電 , 所以這里用單元供水式引水發(fā)

16、電。8.3過壩建筑物主要是筏道,采用干筏道。起運平臺高程 115.00m 平臺尺寸為 30×20m 2,上游坡不陡于 1 4,下游坡不陡于 1 3。8.4施工導流洞及水庫放空洞施工導流洞及水庫放空洞, 均采用有壓式。 為便于檢修大壩和其 它建筑物,擬利用導流隧洞作放空洞,洞底高程為 70.00m ,洞直徑 為 3.50m 。8.5、 樞紐總體布置方案的確定擋水建筑物土石壩 (包括副壩在內(nèi) 按直線布置在河彎地段 的 1#壩址線上,泄水建筑物溢洪道布置在大壩右岸的天然埡口 處; 灌溉引水建筑物引水隧洞緊靠在溢洪道的右側(cè)布置; 水電站 建筑物引水隧洞、電站廠房、開關站等布置在右岸(凸岸 ,

17、在 副壩和主壩之間, 廠房布置在開挖的基巖上, 開關站布置在廠房旁邊; 施工導流洞及水庫放空洞布置在左岸的山體內(nèi)。綜合考慮各方面因 素,最后確定樞紐布置直接繪制在圖紙上。壩址選擇經(jīng)過比較先擇地形圖所示河灣地段作為壩址, 并選擇-、 -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:-剖面,河床覆蓋層厚平均 20m ,河床中部最大達 32m ,壩 肩除 10m 左右范圍的風化巖外, 還有數(shù)十要的破碎帶, 其余為堅硬的 玄武巖,地質(zhì)構(gòu)造總體良好(對土石壩而言 ,-剖面降與-剖面具有大致相同厚度的覆蓋層及風化巖外, 底部玄武巖破碎帶縱 橫交錯,若將壩建于此

18、,則繞壩滲流可能較大,進行地基處理則工程 量太大,綜合考慮以上因素,壩軸線選擇-處。 9 土壩設計9.1 壩型選擇影響土石壩壩型的因素有:壩高、建筑材料、壩址區(qū)的地形地質(zhì) 條件; 施工導流、 施工進度與分期、 填筑強度、 氣象條件、 施工場地、 運輸條件、初期度汛等施工條件;樞紐布置、壩基處理型式、壩體與泄水引水建筑物等的連接; 樞紐開發(fā)目標和運行條件; 土石壩以及樞 紐的總工程量、總工期和總造價樞紐大壩采用當?shù)夭牧现? 據(jù)初步勘察, 土料可以采用壩軸線 下游 1.53.5公里的丘陵與平原地區(qū)的土料,且儲量特別多,一般質(zhì) 量尚佳, 可作筑壩之用。 砂料可在壩軸線下游 13公里河灘范圍內(nèi)及 平

19、山河出口處兩岸河灘開采。 石料利用采石場開采, 采石場可用壩軸 線下游左岸山溝較合適,其石質(zhì)為石灰?guī)r、砂巖、質(zhì)量良好,質(zhì)地堅 硬、巖石出露、覆蓋淺,易開采。從建筑材料上說,均質(zhì)壩、多種土質(zhì)分區(qū)壩、心墻壩、斜墻壩均 可。綜合以上分析,最終選擇心墻壩。10、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、上下游壩坡、防滲 體等排水設備。10. 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, 同時還要 考慮防汛搶險、防空、防震等特殊需要。根據(jù)以往工程經(jīng)驗的統(tǒng)計資 料,壩高 H 在 30-100m 的范圍內(nèi)時,壩頂?shù)膶挾茸钚∪?H/10,并 水小于 5m 。最終本設計的壩頂寬

20、度取為 10m 。10.2、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)、運用情況、地基 條件、 施工方法及壩型等因供素。 一般是參考以建成類似工程的經(jīng)驗 擬定壩坡,再通過計算分析,逐步修改確定。在滿足穩(wěn)定要求的前提 下,應盡可能使壩坡陡些,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, 2.5,下游每 25m 變坡一次。在壩坡改變處, 尤其在下游坡,通常設置 1.5-2m 寬的馬道(戧 道以使匯集壩面的雨水,防止沖刷壩坡,并同時兼作交通、觀測、 檢修之用,考慮這些因素其寬度取為 2.0m 。10.3、坡頂高程壩頂高程分別

21、按設計工況、 校核工況及正常加震情況下的三種方 案來計算大壩的高程, 最后計算出數(shù)據(jù)取量大值, 同時并保留一定的 沉降值。 壩頂高程在水庫正常運用和非常運用期間的靜水位以上應該有足夠的超高,以保證水庫不漫頂,其超高值 d 按下式而定: d=hB+e+a式中 hB 波浪沿著壩坡的爬高(m ;e 壩前庫水因風浪引起的壅高;a 安全加高(m ,根據(jù)壩的等級及運用情況按下表選用 土壩壩頂?shù)陌踩鸶咧?e=0.036×(Vf 2×D ×cos /H(cm 式中 Vf 為風速(m/sD 為庫面吹程(km , D =12km ;風向與壩軸線方向所成的夾角, =25°H

22、 為壩前的水深(m ;波浪的爬高可按下述公式計算:hB =3.2K ×(2h1×tan 式中:h1為波高;K 為壩坡的粗糙系數(shù),塊石取 K =0.75-0.8,混凝土板取 K =0.9-1.0;為上游的壩面坡角, =arctan (1/2.5=21.8°, 2h1=0.0166Vf(5/4×D (1/3Vf 當計算為設計工況時, 風速取多年平均最大風速的 1.5倍; 當計算為校核工況時,風速取多年平均最大風速。結(jié)果取兩者之大者,并預留一定的沉降值。結(jié)果見下表,設計竣 工時壩頂高程為 2825m 。坡頂高程計算成果表 Y R e A =+,20cos 2m

23、KV D e bgH =式中:R 波浪在壩坡上的最大爬高, m ;e 最大風壅水面高度,即風壅水面超出原庫水位高度的最大值, m ; 221.010101029.850e -=0.01m;A 安全加高,m , 根據(jù)壩的等級和運用情況, 按表 1-1確定。 m H 壩前水域平均水深,粗略估計為 50m ;K 綜合摩阻系數(shù),其值變化在(612 310-之間,計算時一般取21.010K -=;b 風向與水域中線的夾角, (00 ; 0V D 、 計算風速和水庫吹程3m /m s K 、 ;表 1-1 安全加高 A (單位:m 10.4、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, 它可以

24、降低壩 體浸潤線,防止壩坡凍漲和滲透變形,保護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。10.5、大壩防滲體大壩防滲體的設計主要包括壩體防滲和壩基防滲兩個方面。(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、 降低浸潤線控制滲 透坡降的要求,同時還要滿足構(gòu)造、施工、防裂、穩(wěn)定等方面要求。 該壩體采用粘土斜心墻, 其底部最小

25、厚度由粘土的允許坡降而頂, 本 設計允許滲透坡降 J=5,上游校核洪水時承受的最大水頭為 73.08m ,墻的厚度 B>73.08/5=14.616m 。參考以往工程的經(jīng)驗,斜 心墻的頂部寬度取為 5m (滿足大于 3m 機械化施工要求 ,粘土斜心 墻的上游壩坡的坡度為 1:0.4-1:1.0之間,根據(jù)第十一屆國際大 壩會議上瑞典和南斯拉夫等論文介紹,斜心墻的上游坡度為 1:0.4 -1:0.6之間較好, 最后本設計取為 1:0.6,下游坡度取為 1:0.2, 底寬取 34.93m , 大于 14.616m 。 粘土斜心墻的頂部高程以設計水位加 一定的超高(超高 0.6m 并高于校核洪水

26、位為原則,最終取其墻頂 高程為 2823.1m ,墻頂?shù)纳喜款A留有 1.9m 的保護層,并將粘土斜心 墻稍斜向上游。10.6、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 0.8m (由強度和防滲條件定 ,防滲墻伸入心墻的長度由接觸面 允許滲透坡降而定。上下游最大水頭差為 67.9m (正常水位時 ,取 J=5.0,則 L =67.9/5=13.58m ,設計伸入 7.5m 。這樣接觸面長度為 2×7.5+0.8=15.8m ,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 圖如下圖所示:11、設計洪水與校核洪水

27、本河流屬典型山區(qū)河流, 洪水暴漲暴落, 設計洪峰流量取 100年 一遇,即 Q 設=1680m3/S, (p =1% ,校核洪峰流量取 2000年一遇, 即 Q 校=2320m3/s, (p =0.05% 。 采用以洪峰控制的同倍比放大法對 典型洪水進行放大,得設計洪水與校核洪水過程線。設計計算書第四部分 :調(diào)洪演算12、調(diào)洪演算與方案選擇12.1、泄洪方式及水庫運用方式本樞紐攔河大壩初定為土石壩, 需另設壩外泄水建筑物。 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,因而采用隧洞泄洪,并考慮與施工導流結(jié)合。水庫運用方式:洪水來臨時用閘門控制下泄流量等于來流

28、量, 水 庫保持汛前限制水位不變,當來水流量繼續(xù)加大,則閘門全開,下泄 流量隨水位的升高而加大,流態(tài)為自由泄流。流量隨水位的升高而加大,流態(tài)為自由泄流。 12.2、防洪限制水位的選擇防洪限制水位取與正常水位重合, 這是防洪庫容與興利庫容全不 結(jié)合的情況, 因為山區(qū)河流特點是暴漲暴落, 整個汛期內(nèi)大洪水隨時 都可能出現(xiàn),任何時刻都須留一定的防洪庫容是必要的。12.3、調(diào)洪演算本設計擬訂四組方案進行比較,調(diào)洪演算成果見下表調(diào)洪演算成果表 12.4、方案選擇以上方案均能滿足泄流量 Q<900m3/s, 上游水位最高 Z<3.5m的要求, 從這個角度上看四種方案都是可行的, 因而方案的選擇

29、就應該 通過技術經(jīng)濟比較選定,同時也應結(jié)合導流問題,一般來說, 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備的造價,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 Z =2810m , 溢流孔口凈寬 B =7m , 設計水位 2821.72m , 校核水位 2823.08m , 設計泄洪流量 565m3/s,校核泄洪流量 669m3/s13 滲流計算13

30、.1、 滲流計算的基本假定2. 滲流計算條件:滲流計算時應考慮以下組合情況, 取其最不利情況作為控制條件:1上游正常水位,下游相應的最低水位; 2上游校核洪水位相應的 下游最低水位; 3對上游壩坡最不利的庫水降落后的落差。由于缺乏資料所以擬定如下工況進行計算:設計洪水位(取與正 常蓄水位 113.10m ,相應的下游最低水位為 74.3m ;校核洪水位 113.50m ,相應的下游水深為 75.00m 。13.2、滲流分析的方法采用水利學法進行土壩滲流計算。將壩內(nèi)滲流分為若干等份,應 用維爾金斯公式和水流連續(xù)方程求解滲流流量和浸潤線方程。 13.3、計算斷面及公式本設計僅對河槽截面處進行最大斷

31、面的滲流計算,并假設地基為 不透水。采用的公式:y = 2222e h H q k L -= 13.4、浸潤線方程正常水位x H = 校核水位x H = 15、壩坡穩(wěn)定計算面板壩下游采用的是堆石,所以 C=0,常形成折線狀的滑弧面,形狀 如圖所示: (21ctg v w 2´- -ctg (-1´-(1+21w w tg (3- =0 1´=tg1-(tg 1/Kc 2´= tg 1-(tg 2/ K c 3´= tg 1-(tg3/ Kc 查設計資料沙土的抗剪強度指標, 1=2=3=30º,由于設計原始資料中無相關的數(shù)據(jù),在此也無法

32、提供實驗資料,所以假定 =25 º, =5 º, =10 º,1´=2´= 3´=13 º,帶入上面三個式子中解得 K c =2.5>K min c =1.35。 2級水工建筑物正常運行情況下 21w w =9. 31。因而該假定的 滑動坡面是穩(wěn)定的。 (此處須 了解原因16、材料及構(gòu)造設計16.1、 防滲體設計土質(zhì)防滲體的尺寸應滿足控制防滲比降和滲流量要求 , 還要便于 施工。防滲體頂部考慮機械化施工的要求 , 取 3.5m, 土斜墻上下游坡 度取 1:0.3, 。上下游最大作用水頭差, H=113.50-62.50

33、=51.00(下游無水工況 , 根據(jù)規(guī)定,粘土心墻的容許滲透坡降 J不宜大于 4,這里取 J=4, 故墻厚 T>=H/J=51.00/4=12.75m。心墻底寬為 3.5+(51.00+0.5 0.32=34.4m>12.75m. ,滿足要求。 防滲體頂部在靜水位以上超高,對于正常運用情況心墻為 0.3-0.6m , 取 0.5m ,最后防滲體頂部高程取為 113.10+0.50=113.60m。 (在非常 運用情況下,不應低于該工況下的最高水位心墻頂部以及心墻的上游側(cè)均應設保護層,防止冰凍和干裂。保 護層可采用砂或者碎石, 其厚度不小于該地區(qū)的凍結(jié)或干燥深度, 此 處取 1.0m

34、 ,上部碎石厚 0.50m ,下部礫石石厚 0.50m 。心墻上游保護 層應分層碾壓填筑, 達到和壩體相同的標準。 其外坡坡度應按穩(wěn)定計算確定, 使保護層不至沿斜墻面或連同心墻一起滑動。 具體見壩頂構(gòu) 造。16.3、壩體排水設計常用的壩體排水有以下幾種形式:貼坡排水、棱體排水、壩內(nèi)排水 以及綜合式排水。貼坡排水:不能降低浸潤線,多用于浸潤線較低和下游無水的情況, 故不選用。棱體排水:可降低浸潤線, 防止壩坡凍脹和滲透變形,保護上游壩腳 不受尾水沖刷,且有支撐壩體增加壩體穩(wěn)定的作用,且易于檢修,是 效果較好的一種排水形式壩內(nèi)排水:其中褥墊排水對不均勻沉降的適應性差,易斷裂,且難以 檢修,當下游水

35、位高過排水設施時,降低浸潤線的效果將顯著降低; 網(wǎng)狀排水施工麻煩,而且排水效果較褥墊排水差。綜合以上分析選擇棱體排水方式。2. 堆石棱體排水尺寸頂寬 2.0m ,內(nèi)坡 1:1.5,外坡 1:2.0,頂部最高水位須高出下游最 高水位對 1、 2級壩不小于 1.0m ,通過校核洪水位 113.50m ,假設相 應下游最高洪水位為 75.00m ,超高取 1.5m ,所以頂部高程為 75.00+1.5=76.5m。設計規(guī)范及標準保護無粘性土料(粉砂、砂、砂礫卵礫石、碎石等碾壓式土石壩設計規(guī)范規(guī)定,對于與被保護土相鄰的第一層反濾料, 建議按下述準則選用 54/8515-d D , 15155D >

36、;,同時要求兩者的不均 勻系數(shù) 6010d h =及 6010D 不大于 58,級配曲線形狀最好相似。式中:15D 反濾料的特征粒徑,小于該粒徑的土占總土重的15%;15d 被保護土的控制粒徑和特征粒徑,小于該粒徑的土分別占總重的 15%及 85%。上述兩式同樣適用于選擇第二、三層反濾料 , 當選擇第二層反濾 料時,以第一層反濾料為被保護土,二選擇第三層反濾料時,則以第 二層反濾料為被保護土。按次標準天然砂礫料一般不能滿足要求,須對土料進行篩選。2保護粘性土料粘性土有粘聚力, 抗管涌能力一般比無粘性土強, 通常不用上述 兩式設計反濾層,而用以下方法設計。滿足被保護粘性土的細粒不會流失根據(jù)被保護

37、土的小于 0.075mm 含量的百分數(shù)不同, 而采用不同的 方法。 當被保護土含有大于 5mm 的顆粒時, 則取其小于 5mm 的級配確 定小于 0.075mm 的顆粒含量百分數(shù)及計算粒徑 85d 。如被保護土不含有大于 5mm 的顆粒時,則按全料確定小于 0.0075mm 的顆粒含量百 分數(shù)及 85d 。a. 對于小于 0.075mm 的顆粒含量大于 85%的粘性土, 按式 85159d D . 設計反濾層,當 8590.2d mm <,取 15D 等于 0.2mm 。b. 對于小于 0.075mm 的顆粒含量為 40%85%的粘性土按式 mm D 7. 015. 設計反濾層。c. 對

38、于小于 0.075mm 的顆粒含量為 15%39%的粘性土按式 25/ 7. 04(40(7. 08515-+d A D 設計反濾層。式中, A 為小于 0.075mm 時顆粒含量 1%。若 85407d mm <. ,應取 0.7mm 。滿足排水要求以上三種土還應符合式 15154D d <, 以滿足排水要求。 式中 15d 應為 被保護粘性土全料的 15d ,若 1540.1d mm <時 15D 不小于 0.1mm 。3護坡墊層墊層料的粒徑不能過大,而且含有適量的細料。本壩屬于中壩, 取最大粒徑為 80-100mm, 粒徑小于 5mm 的顆粒含量宜選為 30%-50%,

39、 同樣應滿足土粒不流失及足夠的透水性要求, 但標準可降低些, 建議 按下式的簡便方法選擇粒徑。10( (1515墊層 塊石 d D . , 5 (1515墊層下被保護的土 (墊層 d D . 。 2.設計結(jié)果由于設計原始資料中沒有提供各土、砂、石料的顆粒級配情況,這里 無法用計算方法進行反濾層的設計, 只能參考相關規(guī)范和已建工程進 行 初 步 設 計 。 初 步 擬 結(jié) 果 如 下 : 16.4、護坡設計1. 上游護坡:采用目前最常用的漿砌石護坡。 護坡范圍從壩頂一直到 壩腳, 厚度為 40cm , 下部設厚度均為 30cm 的碎石和粗沙墊層。 見圖: 2. 下游護坡:下游設厚度為 40cm

40、的碎石護坡, 護坡下面設厚度為 40cm 的粗沙墊層。見圖: (5頂部構(gòu)造1. 壩頂寬度對中低壩可取 5-10m ,此處取 B=7.0m2. 防浪墻采用 C15水泥漿砌塊石防浪墻,高為 1.2m ,基本尺寸見圖,墻身每 隔 15m 布置一道設有止水的沉陷縫,墻頂設有高 2.8m 的燈柱。 3. 壩頂蓋面(6馬道和壩頂,壩面排水設計1. 馬道:第一級馬道高層為 82.50m ,第二級馬道高層為 102.50m ,馬 道寬為 2.0m 。2. 壩頂排水:壩頂設有防浪墻,為了便于排水,把頂做成自上游 傾 向下游的坡,坡度為 3%,將壩頂雨水排向下游壩面排水溝。3. 壩面排水(1布置在下游壩坡設縱橫向

41、排水溝?？v向排水溝(與壩軸線平行設在各級 馬道內(nèi)側(cè)。沿壩軸線每隔 200m 設置 1條橫向排水溝(順坡布置,垂 直于壩軸線 ,橫向排水工自壩頂直至棱體排水處的排水溝,再排至 壩址排水溝。 縱橫排水溝互相連通, 橫向排水溝之間的縱向排水溝應 從中間向兩側(cè)傾斜,坡度取 0.2%,以便將雨水排向橫向排水溝。壩 體與岸坡連接處應設計排水溝,以排除岸坡上游下來的雨水。 16.5、排水溝尺寸及材料1尺寸擬定:由于缺乏暴雨資料,所以無法用計算的方法確定斷面 尺寸,根據(jù)以往已建工程的經(jīng)驗,排水溝寬度及深度一般采用 20-40cm ,具體的尺寸見圖。2材料:排水溝通常采用漿砌石或混凝土預制塊。綜合考慮選用漿 砌

42、石塊石。見圖 17、地基處理及壩體與岸坡的連接結(jié)合本壩壩基情況,從壩軸線剖面圖可知,地基處理如下:17.1、地基處理(1 河槽處:水流常年沖刷,基巖裸露,抗風化能力強,且鉆 1處巖芯獲得率都比較高。吸水量也較低,故只需清除覆蓋層即可, 挖至基巖即可。(2 鉆 2及右岸河灘:覆蓋層和坡積物相對較厚,鉆 2處的上 層巖芯獲得率只有 12%,巖層裂隙較為發(fā)育,擬采用局部帷幕灌漿。 (3平山咀大溶洞:經(jīng)勘探后分析對大壩及庫區(qū)均無影響,為安 全起見,可修筑土鋪蓋,用水泥砂漿填縫。鋪蓋同時還應與粘土斜墻 相連,向上庫區(qū)及右岸延伸展布,將巖溶封閉。17.2、壩體與地基的連接(1 河槽部位 (即鉆 1部位 ,

43、巖芯獲得率及吸水量均能達到要 求,采用在斜墻底端局部加厚的方式與地基相連。(2 鉆 2到右岸河灘:上部巖層裂隙較發(fā)育,巖芯獲得率只有 12%。而覆蓋層也較左岸厚,采用截水槽的方式與基巖相連。截水槽 可挖至基巖以下 0.5m 深處,內(nèi)填壤土。截水槽橫斷面擬定:邊坡采 用 1:2.0;底寬,滲徑不小于(1/31/5 H ,其中 H 為最大作用水 頭(下游無水時為 51.00m ,底寬取 1/3.4×51.00=15.0m。17.3、壩體與岸坡的連接土壩與岸坡的接合面是工程中較軟弱的環(huán)節(jié), 應妥加處理, 避免 沿接合面發(fā)生集中滲流,土壩裂縫等現(xiàn)象。左壩肩到左灘地,坡積風 化層 510m ,

44、需徹底清除,左岸坡上修建混凝土齒墻,岸坡較陡, 開挖時基本與基巖大致平行。 右壩肩到右灘地坡積風化層處理與左岸相同,基巖開挖角不宜太大。第五部分:第二主要建筑物設計18、溢洪道設計溢洪道平面布置如圖所示: 18.1、溢洪道路線選擇和平面位置的確定根據(jù)本工程地形地質(zhì)條件,選擇正槽式溢洪道,引水渠末端設置 圓形漸變段,泄槽不設收縮、彎曲段和擴散段,尾水渠設護袒。成直 線布置在右岸的天然埡口。18.2、 堰面形式及孔口尺寸1 采用 WES 型堰面形狀max (75%95%6(0.750.95 4.55.7d H H m m =取 5.0d H m = 10.3d p H > 20.5d p H >取 120p m = 122p m =坡度