面板堆石壩設(shè)計計算書

面板堆石壩設(shè)計計算書 2 3 4 6 6 46 53 53 56 56 57 58 59 61 62 63 63 64 64 65 68 71源名泗河，為XX上游主流，發(fā)源于陜西省鎮(zhèn)坪縣境內(nèi)；南源官渡河，發(fā)源節(jié)性能。工程開發(fā)任務(wù)主要是發(fā)電，兼有提高下游黃龍灘水電站大壩防洪能洪道、右岸泄洪洞、左岸引水隧洞、壩后地面廠房等組成，其中大壩、溢洪年，非常運用洪水重現(xiàn)期為10000年；電站廠房為1級水工建筑物，設(shè)計洪ddd℃℃℃%是XX汛期。形成XX暴雨的主暴雨中心大多不在本流域，鋒面型暴雨主要集中在流域西南面大巴山迎風(fēng)坡附近，少數(shù)臺風(fēng)暴雨一般發(fā)生在東北面武當(dāng)山72.4%，是XX水電站水文分析計算的依據(jù)站，歷年實測最大流量為9990m3/s(1980年)。該站1964年根據(jù)XX水文站1950年～2003年徑流資料統(tǒng)計，多年平均流量為果直接采用XX水文站成果。Xv年00000W24h(億000000W24h(億W24h(億m3)XX原初步設(shè)計階段曾進(jìn)行過“PMP、PMF”的分析計算，本階段考慮到XX水電站壩型為面板堆石壩，又對XX水電站“PMP、PMF”進(jìn)行了復(fù)核?？赡茏畲蟊┯暧嬎悴捎昧恕?5.7”暴雨移可能最大洪水(PMF)采用了新安江模型和原計算兩種方法推求?？紤]到在濕潤地區(qū)用新安江模獲得滿意的結(jié)果，且比較符合本流域自然地理條件，成用算已知的情況下的水庫蓄泄調(diào)節(jié)計算。水庫調(diào)洪計庫逐時段的蓄水、泄水變化過程，從而獲得調(diào)節(jié)位和最大下泄流量，以供確定溢洪道的尺寸。水(Q-q)Δt=12(Q1+Q2)Δt-12(q1+q2)Δt=V2-V1=ΔV（1-1）），），）；）；V）；Δt可取短些；流量變化平緩的大河，Δt可適當(dāng)取長。該面板堆石洪水過程線查出；當(dāng)管理調(diào)動水庫時，Q1和Q2由預(yù)報或?qū)嶋H入庫洪水過程求段的值，使計算有可能逐時段地連續(xù)進(jìn)行下去。如何求解q2、V2，還需建立水庫通過泄洪建筑物泄洪，該泄量就是水庫的下泄流量，水庫泄洪建筑物的泄流能力，是指某一泄流水頭下的下泄流量。在溢洪道無閘門控制或閘門全開情況下，泄洪道的下泄流量可按堰流公式計算，即式中：q溢——通過溢流孔口的下泄流量m3/sb——溢流孔單孔凈寬mg——重力加速度，9.81m/s2；H0——堰頂水頭，m。泄洪洞的下泄流量可按有壓管流計算，即q洞=M2wH（1-3）式中：q洞——泄洪洞的下泄流量（m3/s）；H0——泄洪洞計算水頭，非淹沒出流時，為庫水位與洞口中心高程之w——泄洪洞洞口的斷面面積（㎡M2——流量系數(shù)。泄洪水頭H與下泄流量q常常采用關(guān)系曲線水庫水位Z與泄量q的關(guān)系q=f(Z)，進(jìn)而，由水庫水位Z，又可借助于水庫容積特性V=f(Z)，求出相應(yīng)的水庫蓄水容積（蓄存水量）V，于是，下泄流量q又可寫成庫容V的函數(shù)式，得出兩者的關(guān)系曲線，此式稱為蓄泄方即q=f(V)（1-4）q=f(V)該方程組概括了水庫防洪調(diào)節(jié)計算的基本原理。進(jìn)行調(diào)洪計算，實質(zhì)上便可求出時段末的q2、V2。事實上，不論水庫是否承擔(dān)下游防洪任務(wù)，也不利用上述方程組進(jìn)行調(diào)洪計算的具體方法有很多種，目前常用的是：列表試算法、半圖解法和簡單三角形法。在本工程中求得水庫的蓄水量和下泄流量。這種通過試算求方程組公共解的方法稱為列（2）根據(jù)水庫容積曲線V=f(Z)和泄洪建筑物的泄洪能力，應(yīng)用式（1-2）或式（1-3）求出下泄流量與庫容的關(guān)系曲線q=f(V)。（5）決定起始計算時刻的q1、V1值，然后列表計算，計算過程中，對每一計算時段的q2、V2值都要進(jìn)行試算。的下泄流量q2，就能根據(jù)式（1-1）求出時段末水庫的蓄水增量ΔV，而V1+ΔV=V2，由V2查q=f(V)曲線得q2。將其與假定的q2相比較，若兩者相等，），值，重復(fù)上述試算過程，直至兩者相等或很接近為止，這樣便完成了一個時進(jìn)行下一時段的試算。如此連續(xù)下去，便可求得整個泄流過程q~t。（6）將入庫洪水Q~t過程和計算所得的泄流q~t過程繪制在同一張圖上，若計算所得的最大泄流量qm正好是兩線的交點，說明計算的qm正確。否則，應(yīng)縮小qm附近的計算時段Δt，重新進(jìn)行試算，直到計算的qm正好是兩線（7）由qm查q=f(V)關(guān)系線，可得最高洪水位時的庫容V總。由V總減去起水庫庫容曲線，就可得到最高洪水位Zm。顯而易見，當(dāng)入庫洪水為相應(yīng)樞紐設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪水，而起調(diào)水位為汛限水位時，求得的Vm和Zm即是設(shè)計調(diào)洪庫容和設(shè)計洪水位。當(dāng)入庫洪水為校核標(biāo)準(zhǔn)的洪水、起調(diào)水位為汛限水位時，求得的Vm和Zm即是校核調(diào)洪庫容和校核洪水位。土面板堆石壩、右岸溢洪道、右岸泄洪洞、左岸引水隧洞、壩后地面廠房等組成，其中大壩、溢洪道、泄洪洞、引水隧洞進(jìn)水口為1級水工建筑物。根模性4象量)Ⅰ型要Ⅱ型500~150~120~ⅢⅣ型0.10~Ⅴ型0.01~12345水(PMF)或月日時160本工程的泄水建筑物包括溢洪道與泄洪洞。擋水建筑物選用混凝土面板堆石壩方案，不宜采用壩頂溢流，而壩址附近無合適的埡口布置溢洪道，因此采用岸邊開敞式溢洪道方案，經(jīng)工程總體布置方案比較，溢洪道布置在右方案Ⅰ：溢洪道孔口尺寸為4-12.0m×181.5.1.1水庫q=f(V)的關(guān)系表1-9水庫q=f(V)關(guān)系計算表時Q流量Q) qΔt化ΔV(萬027416981392924488145776417361264245184499499時間量位Q流量Q) 化ΔV(萬V(萬m3)000270476688818641082107221832491129266447232732294662491545720339807974708380303610291400254461.5.2.1水庫q=f(V)的關(guān)系表1-12水庫q=f(V)關(guān)系計算表間Q流量Q（m3/s)量流量 qΔt化ΔV(萬存水量00284267813627014490377396804706203252892481821169間洪水流量Q 量流量 qΔtV(萬位化ΔV(萬00820745365987157297968481057182669917035691153034599871548628192046399473366039006288555640492綜合最大下泄量、水庫最高水位和最大庫容，因為該工程開發(fā)任務(wù)主要是發(fā)電，兼有提高下游黃龍灘水電站大壩防洪能力和改善庫區(qū)通航條件等效益。在來水量相同的情況下，方案Ⅰ設(shè)計洪水水庫最高水位為355.93m，最大要任務(wù)是發(fā)電，兼有提高下游黃龍灘水電站大壩防洪能力和改善庫區(qū)通航條件等效益，發(fā)電需要更高的水位和更大的庫容，且在實際工程中，溢洪道的溢流孔數(shù)一般為奇數(shù)，所以，相比較而言，方案Ⅱ優(yōu)于方案Ⅰ。選用孔口尺寸面板堆石壩的壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，應(yīng)按以下4種當(dāng)壩頂上游側(cè)設(shè)有防浪墻時，壩頂超高是指水庫靜水位與防浪墻頂之間按式（2—1）計算，對特殊重要的工程，可取d大于此計算值。d=R+e+A（2—1）A為安全加高，m，根據(jù)壩的級別按表2—1選用，其中非常運行條件123式（2—1）中R和e的計算公式很多，主要都是經(jīng)驗和半經(jīng)驗的，適用設(shè)計的壩頂高程是針對壩沉降穩(wěn)定以后的情況而言的，因此，竣工時的壩頂高程應(yīng)預(yù)留足夠的沉降量。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，土質(zhì)防滲體分區(qū)壩預(yù)留地震區(qū)的土石壩，壩頂高程應(yīng)在正常運行情況的超高上附加地震涌浪高專門研究。設(shè)計地震烈度為8度或9度時，尚應(yīng)考慮壩和地基在地震作用下波浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田試驗站公式，按式（2—2）TTD—風(fēng)區(qū)長度，700m；Hm—水域平均深度=47.5m；g—重力加速度，9.81m/s2。計算可得平均波高h(yuǎn)m=0.216m，平均波周期Tm=2.06s。XX水庫地處內(nèi)陸峽谷地區(qū)，對于內(nèi)陸峽谷水庫，當(dāng)W＜20ms，D<=0.0076W-1（2—4）=0.331W-12.153.75式中Rm—平均波浪爬高，m；KΔ=0.90；Kw—經(jīng)驗系數(shù)=0.508，由表2—3查得Kw=1.00。表2—2糙率即滲透性系數(shù)KΔKΔ表2—3經(jīng)驗系數(shù)KwW234 gH Kw由式（2—6）可算得平均波浪爬高Rm=0.304m。不同累積頻率下的波浪爬高RP可由平均波高與壩迎水面前水深的比值和相應(yīng)的累積頻率P（％）按表2—4規(guī)定的系數(shù)計算求得。P1245(%)hmH>0.3設(shè)計波浪爬高值R應(yīng)根據(jù)工程等級確定，本工程為大（1）型工程，應(yīng)采％，RpRm=2.23，又因為Rm=0.304m,算得設(shè)計波浪爬高為R=0.68m。水位雍高e可按式（2—7）計算：cosβ（2—7）D—風(fēng)區(qū)長度，700m；K—綜合摩阻系數(shù)，取3.6×10-6；β—計算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角，22.5°。由式（2—6）得出計算點處的水位雍高為9.95×10-7m，可忽略不計。得大壩正常運行條件下的壩頂超高d=R+e+A=0.68+1.5=2.18m；非常運行條件下的壩頂超高為d=R+e+A=1.38m。壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：高壩的頂部寬度可選用10～15m，中、低壩可面板壩無壩坡失穩(wěn)先例，無需進(jìn)行穩(wěn)定分析，主張上、下游壩坡率采用堆石體在自重、水壓等荷載作用下，各部分的應(yīng)力和變形性態(tài)不同，對面板工作所產(chǎn)生的影響也不同，因此各部分對材料性質(zhì)、級配、壓實度和施工工藝的要求也各不相同。進(jìn)行堆石體的材料分區(qū)有利于更合理和更充分地壩體各部分根據(jù)料源及其對壩料強度、滲透性、壓縮性、施工方便和經(jīng)濟合理性等不同的要求進(jìn)行分區(qū)，并相應(yīng)地確定其填筑標(biāo)準(zhǔn)。參照國際上通壩設(shè)計規(guī)范》提出的硬巖堆石料填筑的壩體分區(qū)如圖（2—1）所示。壩體從規(guī)范》（SL228—98）規(guī)定，大壩從上經(jīng)面板下墊層料的反濾作用，淤堵裂縫恢復(fù)防滲性能，以起到輔助防滲的作筑，用于保護(hù)防滲土料，防止防滲土料失穩(wěn)，頂部高程與鋪蓋一致，水平寬滲透穩(wěn)定性強、對細(xì)粒具有反濾作用，還能在施工期與上游噴混凝土一道攔石區(qū)之間的水力過渡要求而設(shè)置，過渡層對墊層區(qū)材料起反濾保護(hù)作用，具有較低的壓縮性。過渡層水平寬度從壩頂?shù)綁位捎玫葘挷贾茫鋵挾葹?.0m。填筑料采用黃茅觀料場新鮮、微風(fēng)化和少量分散的弱風(fēng)化塊狀綠泥鈉粒含量15%~20%，設(shè)計干密度根據(jù)現(xiàn)場碾壓試驗確定，干密度不小于采用級配良好的石料填筑，有較強的透水性，采用黃茅觀料場開采的新鮮、堅硬的塊狀綠泥鈉長片巖石料填筑。主堆石區(qū)填筑量182.600mm，孔隙率不大于22%，設(shè)計干密度根據(jù)現(xiàn)場碾縮性對面板的影響較小，該區(qū)用料和碾壓要求可適當(dāng)放寬，可用料場開采的弱風(fēng)化塊狀綠泥鈉長片巖和級配良好的建筑物基礎(chǔ)開挖料填筑。下游堆石區(qū)設(shè)計干密度根據(jù)現(xiàn)場碾壓試驗確定，干密度大于2.124g/cm3。4）護(hù)坡區(qū)（P）：為增強壩體抗震能力、加強下游壩坡的穩(wěn)定性、美填中剔除的超徑塊石進(jìn)行人工砌筑，選用粒徑大小均一、顏色基本一致、表面板分縫的目的是為了適應(yīng)壩體的變形。并且設(shè)垂直縫以適應(yīng)滑模施工大多數(shù)觀測資料表明，在水荷載作用下，面板的大部分區(qū)域受壓，僅在壩頂和近岸邊處有拉應(yīng)變。面板應(yīng)變和堆石體變形特性密切相關(guān)，且其厚度關(guān)系不大?？梢哉J(rèn)為混凝土面板只要抗?jié)B性、抗裂性和耐久性滿足要求，它的柔性越大越能適應(yīng)壩體變形。確定面板厚度時，在滿足上述要求下，應(yīng)采強度等級按立方體標(biāo)準(zhǔn)值劃分。規(guī)定為不低于C25。由于C25混凝土約混凝土面板主要用于防滲，由于厚度較薄且具有較大的水力梯度，因此，對面板規(guī)定較高的抗?jié)B等級是必要的。根據(jù)我國已建的混凝土面板壩的經(jīng)驗，二級配混凝土的抗?jié)B等級大多在W20～W40，因此規(guī)定面板混凝土的抗?jié)B等面板混凝土應(yīng)采用大型水泥廠生產(chǎn)的#525硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，由于我國生產(chǎn)的#425普通硅酸鹽水泥絕大部分為地方用立窯生產(chǎn)，有的質(zhì)量較差。因此，當(dāng)擬采用其他品種水泥，如礦渣水泥或其它標(biāo)號如#425普通硅酸鹽水泥，則應(yīng)進(jìn)行對比試驗，以論證混凝土各種久性。其摻用量，嚴(yán)寒地區(qū)取較低值，溫和地區(qū)取較高值。當(dāng)采用其他品種摻合料時，應(yīng)論證其是否能顯著改善面板混凝土的性能。當(dāng)砂料較粗或石料粒行、級配不良時，可摻入適量粉煤灰，以改善混凝土和易性。也可超量取面板混凝土必須摻用引氣劑，并可同時摻用高效減水劑和普通減水劑，并以摻高效減水劑為好。根據(jù)澆筑混凝土?xí)r的氣溫情況和運輸距離也可摻用砂石料的吸水率和含沙量對面板的抗裂性能及耐久性等都有很大的影響。因此，對面板混凝土砂石料的吸水率和含沙量特別提出明確的限量規(guī)定是必要的。砂的細(xì)度模數(shù)規(guī)定宜在2.4～2.8范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)陀诨蚋哂谏鲜龇秶鷷r，可采用有效的技術(shù)措施加以調(diào)整，否則應(yīng)進(jìn)行試驗論證，當(dāng)能滿足面板混凝土水灰比對面板混凝土質(zhì)量具有決定性作用。水灰比過大對面板的抗?jié)B性、抗裂性和耐久性都會有顯著的不利影響。根據(jù)國內(nèi)外大量試驗成果面板應(yīng)采用二級配混凝土，有利于接縫處混凝土澆筑密實和與止水片的避免石料過大，降低混凝土抗?jié)B性及可能產(chǎn)生面板混凝土的含氣量，對嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)抗凍要求高的可取大值，溫和面板地基基礎(chǔ)越是堅硬，其變形模量越高，對混凝土面板約束越大，面板混凝土降溫期產(chǎn)生的拉應(yīng)力也越大，易于發(fā)生貫穿性裂縫。因此，對作為混凝土面板表面保護(hù)是防止溫度裂縫的有效措施。由于面板厚度很薄，當(dāng)外界氣溫驟降、日氣溫變化幅度較大，以及連續(xù)幾天曝曬高溫、緊接幾日降雨大幅度降溫等，都使面板溫度急劇降低，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力引起面板裂縫。表面保護(hù)的作用在于降低面板的熱交換系數(shù)，提高表面溫度，以降低表面溫度沖擊應(yīng)力。尤其在寒冷地區(qū)受溫度的影響更為突出，因此對寒冷地區(qū)面板的保溫要求更為嚴(yán)格，規(guī)定面板保溫直到水庫蓄水為止，對防止面板施面板的保濕，與面板溫控措施同樣重要，由于濕度變化引起的裂縫，對較薄的面板也長生危害性較大的裂縫。因此，規(guī)定從面板混凝土一經(jīng)滑模完成應(yīng)即進(jìn)行保濕，至少90d進(jìn)行不間斷的潮濕養(yǎng)護(hù)，當(dāng)停止養(yǎng)護(hù)后如出現(xiàn)裂縫有發(fā)展趨勢時，應(yīng)延長養(yǎng)護(hù)時間，必要時趾板是面板的底座，其作用是保證面板與河床及岸坡間的不透水連接，趾板的截面形狀和布置如圖所示，根據(jù)地形條件布置成一系列折線段的組合，其最終定線需在施工過程中完成。趾板的寬度b巖性質(zhì)，要求水力比降J（J=Hb）不超過容許值：新鮮基巖可大于20；弱風(fēng)化巖10～20；強風(fēng)化和破碎基巖5～10；全風(fēng)化巖3～5。有的面板壩趾板趾板配置雙向溫度筋，配筋率每向0.3%，軟基上為0.3%～0.4%,單層鋪接，錨桿參數(shù)參照經(jīng)驗選用。趾板建基面附近有緩傾角結(jié)構(gòu)面存在時，錨桿趾板的布置采用平趾板方案，即趾板等高線垂直于趾板基準(zhǔn)線。趾板寬根據(jù)已給地形地質(zhì)資料，巖石風(fēng)化程度為微風(fēng)化，容許水力梯度i≥20，趾板僅需要配置溫度筋和灌漿蓋板的鋼筋，采用單層鋼筋，各向鋼筋量板的錨筋采用砂漿錨桿，先灌漿再插入鋼筋，選取φ25普通螺紋鋼筋，間距引水渠的作用是將水流平順、均勻、對稱地引向控制段，引渠渠底高程大跨度12）依照閘墩厚度表，中墩厚度取4.5m，邊墩厚度取4m。故控制段總寬度溢洪道首部控制段毗鄰主壩壩肩，引渠采用近似橢圓的布置型式，其中橢圓曲線長短軸之比取ab=1.5，取B0B=2。溢流堰采用開敞式溢流堰，根據(jù)《溢洪道設(shè)計開敞式溢流堰的堰面曲線，在上游壩面均為鉛直時，沿頂上游段及上游段堰根據(jù)水庫相關(guān)資料，溢流堰采用實用堰，開敞式堰面堰頂下游堰面采用xn=kH-1y（3-2）式中：Hd—堰面曲線定型設(shè)計水頭，由引水渠計算中可得出Hd為19.3m；x、y—原點下游堰面曲線橫、縱坐標(biāo)；n—與上游堰坡有關(guān)的指數(shù)，見表3—2；k—當(dāng)P1Hd＞1.0，k值見表3—2；當(dāng)P1Hd≤1.0時，取k=2.0～2.2。knR1aR2b0.5Hd0.175Hd0.2Hd0.282Hd0.68Hd0.139Hd0.21Hd0.273Hd0.48Hd0.115Hd0.22Hd0.214Hd0.45Hd0.119Hd——PR1=0.5Hd=9.65m，R2=0.2Hd=3.86m，R3=0.04Hd=0.772m,0.175Hd=3.377m；0.276Hd=5.327m；0.282Hd=5.443m。冪曲線方程為：x1.85=2H.85y；故可得冪曲線方程為y=0.0404x1.85x13579y對y=0.0404x1.85求導(dǎo)，得y'=0.075x0.85=1m=12，求得Xc=9.32，代入原冪R=(0.25~0.5)(Hd+Zmax)（3—3）其中，Zmax—上下游水位差，Zmax=361.16－278.99=82.17m。R=(0.25~0.5)(19.3+82.17)=25.367~50.735，本設(shè)計中取R=30m。式中：hk—臨界水深，m；Q—槽內(nèi)泄量，m3/s；ik—臨界坡降；B—泄槽首段寬度，60m；g—重力加速度，取9.81m/s2；Bk—相應(yīng)臨界水深的水面寬，m；Ak、ck、Rk、Ck—臨界水深時對應(yīng)的過水?dāng)嗝娣e表3—4臨界水深hk和臨界坡降ik計算結(jié)果hkAkckRkCkik位位本設(shè)計取i=0.15。由泄槽的剖面設(shè)計中計算出hk=18.48m，且已知n=0.014，i=0.15，b=20式中：q—起始計算斷面單寬流量，m2/(s.m)；θ—泄槽底坡坡角，θ=arctan0.04=2.29°;用試算法求h1：H0'=360.4－278q=Qmaxnb=14928.460=248.81m3s取幾組h1的值，進(jìn)行試算，使得兩公式算得的h1相等，其中，θ為泄槽底坡角，cosθ=0.999。計算結(jié)果如表3—5所示：6ΨI2g(H0-h1cosθ)由上表