土石坝毕业设计计算书模板.doc

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毕业设计( 论文)
计算书
题目 西南地区A江
上坝址初步设计
专业 水利水电工程
班级 级二班
学生 莫 秋 琳
指导教师 赵 迪
重庆交通大学

目录
第一章调洪演算计算 3
1.1洪水调节计算原理 3
1.1.1工程等别及建筑物级别 3
1.1.2泄洪方式与水库运用方案 4
1.2.1堰顶高程及泄洪孔口的选择 6
1.2.2堰顶高程及孔口尺寸选择原则 6
1.3方案拟定 6
1.3.1方案一 6
1.3.2方案二 10
1.3.3方案三 13
1.3.4方案四 16
1.4方案选择 20
第二章坝高确定 23
2.1大坝高程的计算 23
2.1.1正常蓄水 23
2.1.2设计蓄水 25
2.1.3校核蓄水 27
3.1大坝轮廓尺寸及排水防渗体设 29
3.1.1坝顶宽度 30
3.1.2坝坡 30
3.1.3坝体排水 30
3.1.4大坝防渗体 31
3.2细部构造设计 31
3.2.1粘性土料设计 32
3.2.2坝壳砂砾料设计 34
3.2.3筑坝用料 35
4.1渗流分析 36
4.1.1渗流计算水位 36
4.1.2计算内容及目的 37
4.1.3计算原理 37
4.1.4渗流计算应包括以下水位组合情况: 37
4.2稳定分析计算 43
4.2.1计算方法 43
4.2.2正常工况 44
4.2.3设计工况 51
4.2.4校核工况 55
第五章坝基处理及细部结构 62
5.1基础处理部分 62
5.1.1河床部分 62
5.1.2坝肩处理 63
5.2细部构造设计 63
5.2.1坝的防渗体, 排水设备 63
5.2.2反滤层设计 63
5.2.3护坡设计 63
5.3反滤层的设计计算, 64
5.4护坡设计 65
第六章泄水建筑物的设计 65
6.1泄水方案选择 65
6.2隧洞选择与布置 66
6.3隧洞的体型设计 66
6.3.1进口建筑物 66
6.3.2洞身断面型式与尺寸 67
6.3.3出口消能段 67
6.4隧洞水力计算 68
6.4.1设计条件 68
6.4.2平洞段底坡的确定 69
6.4.3洞内水面曲线 69
6.4.4出口消能计算 70
6.5隧洞的细部构造 72
6.5.1洞身衬砌 72
6.5.2灌浆、 防渗与排水 72
6.5.3掺气槽 73
6.6放空洞设计 73
第七章工程量统计 74
第八章施工组织设计 74
8.1施工导流计划 74
8.1.1导流方案 74
8.1.2施工分期 75
8.1.3导流工程规划计划 75
8.2施工控制性进度 76
8.2.1截流准备工作 76
8.2.2截流合龙并填筑挡水围堰 76
8.2.3封孔蓄水 76
8.2.4初期发电 77
8.2.5工程竣工 77
8.3施工程序安排 77

第一章调洪演算计算
1.1洪水调节计算原理
1.1.1工程等别及建筑物级别
正常蓄水位为2825m,其相应水库库容为4.6亿m3。
根据SDJ12—78《水利水电工程等级划分及设计标准( 山区、 丘陵部分) 》和表1-1, 由水库总库容指标( 正常蓄水位时库容4.6亿m3, 估计校核情况下库容不会超过10亿m3) 定为大( 2) 型。
表1-1水利水电枢纽工程分等指标
工程
等别
工程
规模
分等指标
水库库容( 亿m3)
防洪
灌溉面积
( 万亩)
电站装机容量( 万kw)
保护城市及工矿区
保护农田( 万亩)
一
大( 1) 型
>10
特别重要的城市、 工矿区
>500
>150
>75
二
大( 2) 型
10～1
重要城市、 工矿区
500～100
150～50
75～25
三
中型
1～0.1
中等城市、 工矿区
100～30
50～5
25～2.5
四
小( 1) 型
0.1～0.01
一般城市、 工矿区
<30
5～0.5
2.5～0.05
五
小( 2) 型
0.01～0.001

<0.5
<0.05

表1-2水工建筑物级别的划分
工程等别
永久性建筑物的级别
临时性建筑物的级别
主要建筑物
次要建筑物
一
1
2
3
二
2
3
4
三
3
4
5
四
4
5
5
五
5
5
5
根据表1-2可知主要建筑物为2级, 次要建筑物为3级, 临时建筑物为4级。
永久建筑物洪水标准: 正常运用( 设计) 洪水重现期1 ; 非常运用( 校核) 洪水重现期 。
1.1.2泄洪方式与水库运用方案
泄洪方式: 由于地形条件的限制, 为减小工程开挖量, 采用隧洞泄洪方案。
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不变, 当来流量继续加大, 则闸门全开, 下泄流量随水位的升高而加大, 流态为自由泄流。
防洪限制水位的选择: 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完全不结合情况, 因为山区河流的特点是暴涨暴落, 整个汛期内大洪水随时都可能出现, 任何时候都预留一定的防洪库容是必要的。
1.2调洪演算原理
采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大, 得出设计与校核洪水过程线如下:
图1-1设计洪水过程线图1-2校核洪水过程线
利用半图解法进行调洪计算。根据库容曲线Z-V, 拟订的泄洪建筑物形式、 尺寸, 用水力学公式确定计算Q-Z关系为
本设计拟订四组方案进行比较, 其计算方法如下所示。
1.计算公式
(1)
(2)
式中: ──计算时段中的平均入库流量( m3/s) , 它等于;
──计算时段初的下泄流量( m3/s) ;
──计算时段末的下泄流量( m3/s) ;
──计算时段初水库的蓄水量( m3) ;
──计算时段末水库的蓄水量( m3) ;
──计算时段, 一般取1-6小时, 需化为秒数。
为时段始末入库平均流量, 由洪水过程线得到。、 为时段已知值, 左端、 为时段末的未知值, 由公式( 1) 能够看出( V/+q/2) 是q函数, 故可将q与( v/+q/2) 之间的关系绘制成调洪辅助曲线。因式( 1) 两端都有( v/+q/2) , , 只需绘制一条辅助线就能求解、 故称单辅助线法。首先, 根据起始条件, 在辅助曲线查出相应的( V/+q/2) 值, 然后由公式( 1) 计算出/+/2, 再由/+/2值在单辅助曲线上反查出相应的值, 以作为下一个时段的, 重复上述图解计算, 既得下泄流量过程线q=f(t).
2．将入库洪水Q-t和计算的q-t点绘在一张图纸上, 二者的交点即为所求的下泄洪水流量最大值.
3．根据公式即可求得此时对应的水头H和上游水位Z。
4．计算工况: 计算工况分为校核和设计两种。
5．水位流量关系曲线的确定: 本工程泄洪方式采用WES堰流曲线。水位流量关系曲线由下式确定:

式中: 为流量系数, ; 溢流孔宽: B待拟定。
1.2.1堰顶高程及泄洪孔口的选择
调洪演算时需拟定几组不同堰顶高程及孔口宽度B的方案, 进行比较分析, 取其优者。
1.2.2堰顶高程及孔口尺寸选择原则
堰顶高程如果取的太低, 孔口总净宽选的大, 则泄流能力加大, 所需水库防洪库容可较小, 挡水建筑物高度也可较小, 上游淹没损失也较小; 可是这时隧洞本身工程量及造价会很高。
如果堰顶高程取得高, 孔口总净宽取的小, 则结果与上述相反。
1.3方案拟定
要得到堰顶高程与孔口尺寸的最佳方案, 应在技术可行前提下, 结合泄水隧洞以及挡水建筑物在内的枢纽总造价最小来优化, 经过各种可行方案的经济比较决定。
设计中参照已建工程经验, 初步拟定三组堰顶高程与孔口尺寸:
方案一: =2814m, B=7m) ;
方案二: =2815m,B=8m) ;
方案三: =2815m,B=7m) ;
方案四: =2816m,B=8m) 。
1.3.1方案一
=2814m,B=7m)
起调流量
( 1) 设计洪水时:Q设=1680m3/s
计算并绘制q=V/△t+q/2辅助曲线
表1-3q=f(V/△t+q/2)辅助曲线计算表

水库水位Z(m)
总库容

正常蓄水位以上库容V(万m3)
V/△t(万m3)
q
(m3/s)
q/2
(m3/s)
V/△t+q/2
(m3/s)
堰顶高程
孔口宽度B
V/△t-q/2
2825
46000
0
0
466
233
233
2814
7
-233
2830
56800
10800
5000
815
407
5407
2814
7
4593
2835
73000
16200
7500
1225
613
8113
2814
7
6887
2840
98000
25000
11574
1688
844
12418
2814
7
10730

图1-3Q与V/T+Q2的关系曲线图

图1-4水库水位Z与下泄流量q关系曲线图

‚调洪计算求q--t过程
表1-4半图解法计算

时间t( h)
入库流量Q(m3/s)
平均入库流量Q(m3/s)
V/T+q/2
q
(m3/s)
(m3/s)
8.46
466

233
466
12
1648
1057
824
492
18
1113
1381
1712
534
24
646
880
2058
551
30
474
560
2067
551
36
361
417
1934
545
42
278
319
1708
533
48
213
245
1420
520
54
162
187
1087
504
60
121
141
724
478
66
88
104
351
417
72
55
71
5
381
78
25
40
-336
346
绘制Q--t与q--t过程线, 求、 与
由表4-4的第1、 2、 5栏数值, 可绘制Q--t与q--t过程线
图1-5Q--t与q--t过程线

由上图读出=552.49,利用值, 由图3-4可查得=2826.44m。
(2)校核洪水时: Q校=2320/s
表1-5半图解法结果表

时间t( h)
入库流量Q(m3/s)
平均入库流量Q(m3/s)
V/T+q/2(m3/s)
q(m3/s)
7.48
466
0
233
466
12
2260
1363
1130
506
18
1525
1893
2517
576
24
886
1205
3146
614
30
649
767
3300
624
36
494
572
3247
620
42
381
438
3065
608
48
291
336
2793
592
54
222
257
2457
572
60
165
194
2079
552
66
120
143
1669
531
72
75
98
1236
511
78
34
55
779
490

图1-6Q--t与q--t过程线

由上图读出=624.57利用值, 由图3-4可查得。
1.3.2方案二
I=2815m,B=8m)
起调流量
( 1) 设计洪水时:Q设=1680m3/s
计算并绘制q=V/△t+q/2辅助曲线
表1-6q=f(V/△t+q/2)辅助曲线计算表

水库水位Z(m)
总库容
正常蓄水位以上库容V(万m3)
V/△t(万m3)
q
(m3/s)
q/2
(m3/s)
V/△t+q/2
(m3/s)
堰顶高程
孔口宽度B
V/△t-q/2
2825
46000
0
0
461
231
231
2815
8
-231
2830
56800
10800
5000
846
423
5423
2815
8
4577
2835
73000
16200
7500
1302
651
8151
2815
8
6849
2840
98000
25000
11574
1820
910
12484
2815
8
10664

图1-7q--V/△t+q/2辅助曲线

图1-8水位与下泄流量关系曲线

‚调洪计算求q--t过程
表1-7半图解法计算
时间t( h)
入库流量Q(m3/s)
平均入库流量Q(m3/s)
V/T+q/2
(m3/s)
q
(m3/s)
8.43
461

231
461
12
1648
1055
825
491
18
1113
1381
1715
537
24
646
880
2057
556
30
474
560
2061
556
36
361
417
1922
548
42
278
319
1693
536
48
213
245
1403
520
54
162
187
1070
503
60
121
141
708
485
66
88
104
328
466
72
55
71
-67
357
78
25
40
-385
322
ƒ绘制Q--t与q--t过程线, 求、 与
由表3-7的第1、 2、 5栏数值, 可绘制Q--t与q--t过程线,
图1-9Q--t与q--t过程线
由上图读出,利用值, 由图3-8可查得
(2)校核洪水时: Q校=2320m3/s
调洪计算求q--t过程
表1-8半图解法计算
时间t( h)
入库流量Q(m3/s)
平均入库流量Q(m3/s)
V/T+q/2
(m3/s)
q
(m3/s)
7.46
461
0
231
461
12
2260
1361
1131
506
18
1525
1893
2518
583
24
886
1205
3140
624
30
649
767
3283
635
36
494
572
3220
630
42
381
438
3027
616
48
291
336
2747
598
54
222
257
2406
576
60
165
194
2023
554
66
120
143
1612
531
72
75
98
1178
508
78
34
55
725
485
‚绘制Q--t与q--t过程线, 求与
由表3-8的第1、 2、 5栏数值, 可绘制Q--t与q--t过程线
图1-10Q--t与q--t过程线
由上图读出,利用值, 由图3-8可查得。
1.3.3方案三
=2815m,B=7m)
起调流量
( 1) 设计洪水时:Q设=1680m3/s
计算并绘制q=V/△t+q/2辅助曲线
表1-9q=f(V/△t+q/2)辅助曲线计算表
水库水位Z(m)
总库容
正常蓄水位以上库容V(万m3)
V/△t(万m3)
q
(m3/s)
q/2
(m3/s)
V/△t+q/2
(m3/s)
堰顶高程
孔口宽度B
V/△t-q/2
2825
46000
0
0
403
202
202
2815
7
-202
2830
56800
10800
5000
740
370
5370
2815
7
4630
2835
73000
16200
7500
1140
570
8070
2815
7
6930
2840
98000
25000
11574
1593
796
12370
2815
7
10778

图1-11q--V/△t+q/2辅助曲线

图1-12水位与下泄流量关系曲线

‚调洪计算求q--t过程
表1-10半图解法计算
时间t( h)
入库流量Q(m3/s)
平均入库流量Q(m3/s)
V/T+q/2
(m3/s)
q
(m3/s)
8.01
403

202
403
12
1648
1026
825
429
18
1113
1381
1776
472
24
646
880
2184
492
30
474
560
2252
495
36
361
417
2174
491
42
278
319

483
48
213
245
1764
471
54
162
187
1481
458
60
121
141
1164
444
66
88
104
824
429
72
55
71
466
414
78
25
40
92
331
ƒ绘制Q--t与q--t过程线, 求。
由表3-10的第1、 2、 5栏数值, 可绘制Q--t与q--t过程线
图1-13Q--t与q--t过程线

由上图读出,利用值, 由图3-12可查得
(2)校核洪水时: =2320m3/s
调洪计算求q--t过程
表1-11半图解法计算

时间t( h)
入库流量Q(m3/s)
平均入库流量Q(m3/s)
V/T+q/2(m3/s)
q(m3/s)
6.98
403

202
403
12
2260
1332
1131
442
18
1525
1893
2582
513
24
886
1205
3274
554
30
649
767
3487
568
36
494
572
3491
569
42
381
438
3359
560
48
291
336
3135
545
54
222
257
2847
528
60
165
194
2512
509
66
120
143
2146
490
72
75
98
1753
471
78
34
55
1337
452
‚绘制Q--t与q--t过程线, 求、
由表3-11的第1、 2、 5栏数值, 可绘制Q--t与q--t过程线,
图1-14Q--t与q--t过程线

由上图读出,利用值, 由图3-12可查得=2827.42m。
1.3.4方案四
=2816m,B=8m)
起调流量
( 1) 设计洪水时:Q设=1680m3/s
计算并绘制q=V/△t+q/2辅助曲线
表1-12q=f(V/△t+q/2)辅助曲线计算表

V/△t(万m3)
q
q/2
V/△t+q/2
堰顶高程
孔口宽度B
V/△t-q/2
(m3/s)
(m3/s)
(m3/s)
2816
8

0
392
196
196
2816
8
-196
5000
761
381
5381
2816
8
4619
7500
1203
602
8102
2816
8
6898
11574
1708
854
12428
2816
8
10720

图1-15q--V/△t+q/2辅助曲线

图1-16水位与下泄流量关系曲线

‚调洪计算求q--t过程
表1-13半图解法调洪计算表

时间t( h)
入库流量Q(m3/s)
平均入库流量Q(m3/s)
V/T+q/2(m3/s)
q(m3/s)
7.92
392

196
392
12
1648
1020
824
421
18
1113
1381
1784
469
24
646
880
2194
491
30
474
560
2263
495
36
361
417
2185
491
42
278
319

481
48
213
245
1778
469
54
162
187
1496
452
60
121
141
1185
439
66
88
104
851
423
72
55
71
499
406
78
25
40
133
316
ƒ绘制Q--t与q--t过程线, 求。
由表3-13的第1、 2、 5栏数值, 可绘制Q--t与q--t过程线
图3-17Q--t与q--t过程线

由上图读出,利用值, 由图3-12可查得
(2)校核洪水时: =2320m3/s
调洪计算求q--t过程
表3-14半图解法计算表

时间t( h)
入库流量Q(m3/s)
平均入库流量Q(m3/s)
V/T+q/2(m3/s)
q(m3/s)
6.87
392

196
392
12
2260
1326
1130
436
18
1525
1893
2587
514
24
886
1205
3278
559
30
649
767
3487
574
36
494
572
3484
574
42
381
438
3348
564
48
291
336
3120
548
54
222
257
2828
529
60
165
194
2493
509
66
120
143
2126
488
72
75
98
1736
467
78
34
55
1323
446

‚调洪计算求q--t过程
图3-18Q--t与q--t过程线

由上图读出,利用值, 由图3-12可查得=2827.50m。
表1-15调洪演算结果如下
方案
孔口尺寸
工况
q( )
V(百万)
上游水位Z( m)

一

I=2814m
B=7m
设计
552.47
491
2826.44
校核
624.55
510
2827.31

二

I=2815m
B=8m
设计
557.66
491
2826.45
校核
634.98
509
2827.28

三

I=2815m
B=7m
设计
495.35
492
2826.48
校核
569.62
512
2827.42

四

I=2816m
B=8m
设计
495.15
495
2826.60
校核
575.06
514
2827.50

1.4方案选择
根据以上方案都能满足泄流量q<900m3/s, 校核洪水位都不超过正常蓄水位的3.5米, 因而需四个方案的技术经济进行比较, 同时也应结合导流问题。二、 三两方案堰顶高程均为2815m, 第二方案虽然库水位较低, 可是与第三方案相比相差甚小, 而洞宽相对较大, 会增大溢洪道开挖工程量, 故选择第三方案较为合适, 即堰顶高程为I=2815m, 溢流孔口净宽B=7m,设计水位2826.48m, 校核水位2827.42m, 设计泄洪流量495.35m3/s,校核泄洪流量569.62m3/s。

第二章坝高确定
2.1大坝高程的计算
坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和, 应按以下运用条件计算, 取其最大值:
1.设计洪水位加正常运用条件下的坝顶超高;
2.正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高;
3.校核洪水位加正常运用条件下的坝顶超高。
因该地区地震烈度为7º, 故还需考虑正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度, 最后取以上四种工况最大值, 同时并保留一定的沉降值。
2.1.1正常蓄水
坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定:

其中: y----坝顶超高;
R----最大波浪在坝顶的爬高;
e----最大风壅水面高度;
A----安全超高。该坝为二级建筑物取A=1.0;

W—设计风速, 根据以上规范取为, 取;
D—风区长度, 根据资料取为m;
K—综合摩阻系数, 取;
β—计算风向与坝轴线法线的夹角, 取0°;
Hm—水库水域的平均水深, m。
对于内陆峡谷水库, 在风速W<26.5m/s、 吹程D<20km时, 波浪的波长和波高h可采用官厅公式:

式中: h—当=20~250时, 为累积频率5%的波高, m。
=250~1000时, 为累计频率10%的波高, m。

波浪平均爬高计算公式如下:

式中: R—平均波浪爬高, m;
m—单坡的坡度系数, 取2.5;
—斜坡的糙率渗透性系数, 根据护面类型确定, 工程采用干砌块石护坡, 查规范表A.1.12-1, 取=0.80;
—经验系数;
H=正常水位-河床最低高程=2825.0-2750.0=75.0m

查规范表A.1.12-2,取=1
=( 正常水位-河床最低高程) /2=( 2825.0-2750.0) /2=37.5m

,从而h为累积频率10%的波高。

, 查规范表A.1.8得: 平均波高( m)
(m)
工程大坝为二级建筑物, 根据规范波浪爬高应采用累积频率为1%的爬高值。
,查规范表A.1.13得, =2.23。

超高y=R+e+A=3.108+0.033+1=4.141m
2.1.2设计蓄水
坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定:

其中: y----坝顶超高;
R----最大波浪在坝顶的爬高;
e----最大风壅水面高度;
A----安全超高。该坝为二级建筑物, 设计时取A=1.0。

W—设计风速, 根据以上规范取为, 取;
D—风区长度, 根据资料取为m;
K—综合摩阻系数, 取;
β—计算风向与坝轴线法线的夹角, 取0°;
Hm—水库水域的平均水深, m。
对于内陆峡谷水库, 在风速W<26.5m/s、 吹程D<20km时, 波浪的波长和波高h可采用官厅公式:

式中h—当=20~250时, 为累积频率5%的波高, m。
=250~1000时, 为累计频率10%的波高, m。

波浪平均爬高计算公式如下:

式中R—平均波浪爬高, m;
m—单坡的坡度系数, 取2.5;
K∆—斜坡的糙率渗透性系数, 根据护面类型确定, 工程采用干砌块石护坡, 查规范表A.1.12-1, 取K∆=0.80;
KW—经验系数, H=设计水位-河床最低高程=2826.48-2750.0=76.48m
查规范表A.1.12-2,取=1
=( 设计水位-河床最低高程) /2=( 2826.48-2750.0) /2=38.24m

,从而h为累积频率10%的波高。

查规范表A.1.8得: 平均波高( m)
(m)
工程大坝为二级建筑物, 根据规范波浪爬高应采用累积频率为1%的爬高值。
,查规范表A.1.13得, =2.23。

超高y=R+e+A=3.108+0.032+1=4.140m
2.1.3校核蓄水
坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定:

其中: y----坝顶超高;
R----最大波浪在坝顶的爬高;
e----最大风壅水面高度;
A----安全超高。该坝为二级建筑物, 校核时取A=0.5

W—设计风速, 根据以上规范取为, 取15m/s;
D—风区长度, 根据资料取为m;
K—综合摩阻系数, 取;
β—计算风向与坝轴线法线的夹角, 取0°;
Hm—水库水域的平均水深m。
对于内陆峡谷水库, 在风速W<20m/s、 吹程D<20km时, 波浪的波长和波高h可采用官厅公式:

式中h—当=20~250时, 为累积频率5%的波高, m。
=250~1000时, 为累计频率10%的波高, m。

波浪平均爬高计算公式如下:

式中: R—平均波浪爬高, m;
m—单坡的坡度系数, 取2.5;
K∆—斜坡的糙率渗透性系数, 根据护面类型确定, 工程采用干砌块石护坡, 查规范表A.1.12-1, 取K∆=0.80;
KW—经验系数, H=校核水位-河床最低高程=2827.42-2750.0=77.42m
查规范表A.1.12-2,取=1
=( 校核水位-河床最低高程) /2=( 2827.42-2750.0) /2=38.71m

,从而h为累积频率10%的波高。

, 查规范表A.1.8得:
平均波高( m)
(m)
工程大坝为二级建筑物, 根据规范波浪爬高应采用累积频率为1%的爬高值。
,查规范表A.1.13得, =2.23。

超高y=R+e+A=1.762+0.014+0.5=2.276m
由于水库所在地区地震基本烈度7°, 按《水工建筑物抗震设计规范》( SL293—97) , 水工建筑物抗震计算的上游水位可采用正常最高蓄水位, 地震区的地震涌浪高度, 可根据设计烈度和坝前水深, 一般涌浪高度为0.5m~1.5m, 该水库地震涌浪高度取用1.0m, 不考虑地震作用的附加沉陷计算。
表1-16爬高计算成果

工况
计算风
速(m/s)
风壅高
度( m)
安全加
高(m)
波浪爬
高(m)
坝顶超
高(m)
水库水
位( m)
预留沉
降(m)
坝顶高
程(m)
正常蓄水
21
0.033
1.0
3.108
4.141
2825
1.0
2830
设计工况
21
0.032
1.0
3.108
4.140
2826.48
1.0
2832
校核工况
14
0.014
0.5
1.762
2.276
2827.42
1.0
2831
由上表可知, 最终确定大坝坝顶高程为2832m。
拟将坝建在弱风化层上, 故从河床向下开挖37m。故坝高为2832-2713=119m。
第三章挡水建筑物设计
3.1大坝轮廓尺寸及排水防渗体设
3.1.1坝顶宽度
坝顶宽度主要取决于交通需要、 构造要求和施工条件, 同时还要考虑防汛抢险、 防空、 防震等特殊需要。根据”规范”规定, 坝顶无特殊要求时, 高坝的顶部宽度可选用10~15m, 中低坝可选用5~10m。该水库挡水大坝坝基高程为2713m, 根据计算坝高为119m, 大于70m, 属高坝, 故综合各方面因素可取该土石坝坝顶宽度为14m。
3.1.2坝坡
土石坝的坝面坡度取决于坝高、 筑坝材料性质、 运用情况、 地基条件、 施工方法及坝型等因素。一般是参考以建成类似工程的经验拟定坝坡, 再经过计算分析, 逐步修改确定。在满足稳定要求的前提下, 应尽可能使坝坡陡些, 以减小坝体工程量大小。
( 1) 由于石料在饱和状态下抗剪强度降低, 且库水位下降是, 渗流力指向上游, 对上游坝坡稳定不利, 因此土料相同时, 上游泼应比下游坡缓
( 2) 从坝型上看, 上游坝坡较下游缓;
( 3) 从荷载情况上, 为适应荷载向底部逐渐增加的特征, 坝坡上陡下缓, 故土石坝上、 下游坡一般做成变坡时, 由上至下逐渐放缓, 相邻坝坡率差为0.25~0.5, 若坝基较弱时, 最后一级坝坡宜缓以利于坝坡稳定。
综上所述, 对拟坝坡时, 坡度一般为1:2~1:4, 再下游坝坡的变坡处一般设马道, 其宽度长取1.5~2.0m,以拦截并排除雨水防止严重冲刷坝面, 并兼做交通, 检查观测之用, 也有利于坝坡稳定。拟定上游坝坡为1:2.0, 下游坝坡自上而下为1:1.5、 1:2.0, 在高程为2802处设宽为3m的马道。
3.1.3坝体排水
由于本地区石料比较丰富, 故采用堆石棱体排水比较适宜, 另外采用棱体排水能够降低坝体浸润线, 防止坝坡冻涨和渗透变形, 保护下游坝址免受尾水淘刷, 并可支撑坝体, 增加下游坝坡的稳定性。按规范棱体顶面高程高出下游最高水位1m为原则, 校核洪水时下游水位可由坝址流量水位曲线查得为2755.5m, 最后取棱体顶面高程为2757m, 堆石棱体内坡取1:1.5, 外坡取1:2.0, 顶宽2.0m, 下游水位以上用贴坡排水。
3.1.4大坝防渗体
大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两个方面。
( 1) 坝体的防渗
坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、 降低浸润线控制渗透坡降的要求,
同时还要满足构造、 施工、 防裂、 稳定等方面的要求。该坝体采用粘土心墙, 其底部最小厚度由粘土的允许坡降而定, 本设计允许渗透坡降[J]=5, 上游校核洪水时承受的最大水头为114.5m, 墙的厚度B>114.5/5=22.9。参考以往工程的经验, 心墙的顶部宽度取为4m(满足大于3m机械化施工要求), 粘土心墙的坝坡的坡度为1:0.4~1:1.0之间, 有资料研究认为, 心墙向上游倾斜的坡度为1:0.25~1:0.75时较好, 本次设计取为1:0.3, 下游坡度取为1:0.3, 粘土心墙的顶部高程以校核水位加一定的超高( 超高0.5~0.2m) 并高于校核洪水位为原则, 最终取其墙顶高程为2828m, 经计算底宽为34.5m, 大于22.9m。墙顶的上部留有4m的保护层。
( 2) 坝基防渗
由坝址处地质剖面图, 可知该坝基为砂砾石地基, 对砂砾石地基防渗措施主要有开挖截水槽回填粘土、 混凝土防渗墙、 帷幕灌浆等措施。从材料来看由于附近粘土材料储量较少, 故不适合采用粘土截水槽, 又根据《碾压式土石坝设计规范》( SL274—— ) , 80m以内的砂砾石地基可采用混凝土防渗墙, 由坝址处地质破面图, 该坝基河槽段砂砾石最大层厚为37m, 因此该坝基河床中部及两岸坡均采用混凝土防渗墙, 根据水工建筑物教材, 厚度取0.8m, 防渗墙伸入坝体防渗体
的长度不小于1/10倍坝高, 本次设计取7.5m, 防渗墙布置在心墙底面中部, 根据”规范”规定墙体底部应深入岩基0.5~1.0m, 本次设计取0.5m, 岸坡混凝土防渗墙底高程沿岸坡逐渐变化。
3.2土料的设计
筑坝土料的实际与土坝结构设计、 施工方案以及工程造价有关, 一般力求坝体内材料分区简单, 就地、 就近取材, 因材设计。土料设计主要任务是确定粘壤土的填筑干容重、 含水量, 砾质土的砾石含量、 干容重、 含水量, 砂砾料的相对密度和干容重等指标。
3.2.1粘性土料设计
( 1) 计算公式
粘壤土用南京水利科学研究所标准击实仪做击实试验求最大干容重、 最优含水量(一般采用25击,其击实功能为86.3t·m/m3)。由于最优含水量随压实功能的大小而变,故在土料的设计中常根据土料的实际施工机具的压实功能,选择相应的最优含水量作为填筑土料的含水量。根据国内外的筑坝经验,常将粘土的填筑含水量控制在最优含水量的附近,其上下偏离最优含水量控制在2%~3%。